ГЕНЕЗИС УГЛЕВОДОРОДОВ, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В СОСТАВЕ МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД



Предыдущая | Следующая

Содержание

ГЕНЕЗИС УГЛЕВОДОРОДОВ, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В СОСТАВЕ МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Находки различных углеводородных газов, жидкостей и битумов в магматических породах известны давно. Сводку этих данных опубликовал Н. А. Кудрявцев [364]. Одним из районов, изученных с достаточной детальностью, является Хибинский массив, где углеводороды обнаружены как в составе щелочных пород, так и в составе ассоциирующихся с ними докембрийских гнейсов, филлитов и кристаллических сланцев. Тщательное геологическое обследование таких районов показывает, что большинство находок обязано органическому углероду, который когда-то аккумулировался в осадках, испытавших впоследствии значительное изменение. Можно дать несколько объяснений нахождению углеводородных газов и битумов в магматических и метаморфических породах.

1. Генетическая связь с первичным углеродом и, следовательно, образование посредством неорганического синтеза. Карбидную гипотезу происхождения нефти впервые выдвинул знаменитый русский химик Дмитрий Менделеев — создатель периодической таблицы элементов. Гипотеза основана на предположении, что глубоко в недрах Земли находятся карбиды металлов, которые при взаимодействии с гидротермальными растворами дают начало углеводородам по реакции

При высоких температурах происходит полимеризация ацетилена с образованием бензола и смеси углеводородов сложного состава, а также реакция

В дополнение к карбидной гипотезе для объяснения неорганического синтеза углеводородов была предложена реакция Фишера — Тропша, протекающая при температуре около 250 СС в присутствии катализатора:

Хотя указанные реакции можно смоделировать в лаборатории, нет никаких свидетельств того, что они протекают в природе в широких масштабах. В магматических породах подобным способом могли образоваться мелкие необычные скопления углеводородов. Однако в большинстве случаев углеводороды связаны с каким-либо из органических источников, о которых пойдет речь ниже.

2. Генетическая связь с органическим веществом пород, испытавших метаморфизм. Часто забывают, что многие метаморфические породы являются осадочными по происхождению. Если предположить, что по крайней мере половина от 48-1020 г углерода, находящегося в составе магматических и метаморфических пород земной коры, была когда-то керогеном осадков, то количество органического углерода, превратившегося при катагенезе и метаморфизме в метан и другие углеводороды, могло бы составить 5 -1020 г. Масса этого углерода, существующего в форме углеводородов, на два порядка превышает массу углерода, находящегося во всех ныне известных залежах нефти. Если согласиться с тем, что только часть этих углеводородов смогла сохраниться в магматических и метаморфических породах, то и этого будет достаточно, чтобы объяснить существование большинства присутствующих в них скоплений углеродистых веществ.

Можно полагать, что воздействие высоких температур при метаморфизме приводит к образованию не только метана, но и какого-то количества нафтидов. При температуре свыше 1000 °С метан превращается в ацетилен, который при таких условиях термодинамически более устойчив. В дальнейшем ацетилен мог полимеризоваться и дать начало сложным по составу нафтидам.

3. Возгонка углеводородов из осадочных пород докембрия и фанерозоя интрузиями магмы. Внедрение магмы приводит к повышению температуры, вследствие чего в осадочной породе почти любого типа может происходить образование углеводородов, как это имеет место при получении нефти путем нагревания горючих сланцев. Специальные исследования [292, 35] показали, что прогревающее действие интрузий вызывает значительные изменения углеводородного спектра. В целом выход углеводородов остается низким, как так тепло быстро рассеивается в окружающих осадочных породах.

Мигрировавшие в интрузию углеродные соединения осадочных пород часто неправильно интерпретируют как неорганические. Например, считали, что битумы, находящиеся в интрузиях долеритов на Кольском полуострове в СССР, являются неорганическими по генезису. Однако Беляева [49], изучив изотопный состав этого углерода, показала, что последний идентичен углероду осадочных пород и укладывается в рамки, характерные для углерода органического происхождения.

Биогенные и абиогенные углеводороды

Для доказательства биогенной природы углерода, который находится в магматических и метаморфических породах, было использовано явление фракционирования изотопой углерода в биологических процессах. Однако если углерод был уже когда-то вовлечен в круговорот вещества в природе, то подобный подход можно признать лишь отчасти правильным. Эйкман и ШиДловски [183] показали, что факторы, контролирующие биологическую фиксацию неорганического углерода, в процессе которого происходит фракционирование изотопов, оставались практически неизменными на протяжении последних примерно 3 млрд. лет. Это означает, что сформировавшееся за это время биогенное углеродистое вещество с б13С=—25%о PDB при погружении п глубинные слои Лйтоефе^ы илй в астеносферу могло участвовать в реакциях абиогенного типа, следствием которых было бы образование углеродистых соединений с б13С = ~- 25 %о PDB. При вовлечении такого углерода в новый круговорот абиогенные факторы могут быть ошибочно истолкованы как биогенные, если исходить из значения б13С, которое сохранилось на уровне —25 %о, будучи унаследовано от первоначального углерода. В действительности же в данном случае за биогенным синтезом следовал абиогенный.

При доказательстве биогенной природы углерода данные изотопной геохимии часто подкрепляют стереохимическим анализом. Многие биогенные углеродистые соединения являются оптически активными в растворе: они отклоняют луч поляризованного света. Одна молекула может вращать свет вправо (правое вращение), другая — влево (левое вращение). Две такие молекулы, состоящие из одних и тех же атомов, будут зеркальным отображением друг друга, или энантиомерами, как, например, молекулы молочной кислоты, выделенные из наших мышц. Обе зеркально-симметричные формы идентичны как по химическому составу, так и физическим свойствам и отличаются только тем, что вращают поляризованный свет в разном направлении:

Атом углерода, находящийся в центре молекулы, называется асимметричным, так как четыре группы, которые с ним связаны, различны по составу. В тетраэдре отсутствует плоскость симметрии и молекулы нельзя совместить одну с другой.

При метаболизме в организмах образуется обычно только один энантио-мер. Так, ферменты, состоящие только из L-аминокислот, способны синтезировать лишь L-аминокислоты. Напротив, при абиогенном синтезе образуется смесь с равным содержанием D- и L-форм. Соответственно молекулы аминокислот абиогенного происхождения являются оптически неактивными, тогда как биогенные молекулы оптически активны.

Холестерин, образующий жировые бляшки в артериях, имеет 8 асимметричных атомов углерода. Это означает, что при абиогенном синтезе можно получить 23, или 256, различных структур холестерина. Ферменты, осуществляющие биосинтез холестерина в организме человека, настолько специфичны, что с их помощью редуплируется лишь одна из 256 возможных форм.

В большинстве нефтей содержатся оптически активные компоненты. Наибольшее их количество установлено в самых молодых нефтях, а наименьшее — в наиболее глубоко захороненных. При погружении в недра под воздействием высоких температур энантиомеры трансформируются. Поэтому по мере увеличения глубины погружения органические соединения псстепенно теряют оптическую активность. Стераны и тритерпаны, которые являются оптически активными конденсированными циклоалканами, превращаются в полициклические ароматические углеводороды, не обладающие оптической активностью.

воды [590]. Эти углеводороды, несомненно, образовались в толще осадков мощностью в 1 км и более.

С действием гидротермальных растворов, вероятно, связано формирование многих скоплений битумов, приуроченных к трещинам и поверхностям сланцеватости, а также к зонам разломов. Действие растворов приводит также к разрушению органического вещества пород посредством окисления сульфат-ионом. Процессы выноса и окисления органического углерода описаны Германовым [226] на примере канзайских рудоносных отложений Таджикистана. В его работе приводятся данные, полученные другими советскими исследователями, которые установили, что воды с температурой выше 90 °С выносят свыше 417 мг органического вещества на 1 мл воды.

5. Миграция жидких и газообразных углеводородов из нефтематеринских осадочных пород в магматические и метаморфические породы, обладающие коллекторскими свойствами. Это — наиболее распространенная причина образования скоплений углеводородов в сериях магматических пород. Почти вся нефть, добываемая из выветрелых магматических и метаморфических пород: кварцитов в Венесуэле, базальтов в штатах Вашингтон и Калифорния и кристаллических сланцев в Калифорнии, Марокко и других странах — возникла таким способом. На контактах магматических и осадочных пород известны тысячи нефтепро-явлений и случаев вкраплений твердых углеводородов. Гольдберг и Черников [232] исследовали битумы в ультрамафических породах Сибирской платформы и пришли к выводу, что они образовались за счет поступления углеводородов из окружающих осадочных пород. Хедберг [263] рассмотрел многие проявления углеводородов и скопления, имеющие промышленное значение, которые находятся в магматических и метаморфических породах всех известных типов. Он заключил, что нефть неорганического происхождения не принимает сколько-нибудь заметного участия в формировании промышленных скоплений. К такому же выводу пришел и Н. А. Еременко в своей книге «Геология нефти и газа» [195].

В заключение подчеркнем, что, хотя возможны единичные необычные находки углеводородов, имеющих неорганическое происхождение, практически все нефтяные залежи промышленного значения возникли за счет органического вещества осадочных пород. Поэтому поисковые работы на нефть должны вестись с позиций именно этой основной концепции.

Содержание