Результаты эксперимента вашингтонских геофизиков стали еще одним аргументом в пользу теории неорганического происхождения нефти и газа. Но эксперты скептически относятся к перспективам обнаружения и разработки абиогенных запасов углеводородов…

Иллюстрация: Юлия Кравченко
 
В начале августа 2009 стало известно, что в геофизической лаборатории Вашингтонского института Карнеги ученым удалось доказать возможность неорганического синтеза тяжелых углеводородов на глубинах 65–150 км. Они поместили простейший компонент природного газа – метан (который в природе может быть синтезирован из природных минералов и воды) между двумя алмазными наковальнями и нагрели его при помощи лазера, воссоздав таким образом условия, которые имеют место в земной мантии (давление около 20 тыс. атм., температура 700–1500°С).

В результате метан превратился в смесь углеводородов (этан, пропан, бутан, молекулярный водород), по составу очень близкую к природному газу. Эксперимент стал еще одним аргументом в пользу теории неорганического происхождения нефти и газа, возможности их образования в верхней мантии Земли, где органического вещества быть не может.

«Нас заинтриговали предыдущие эксперименты и теоретические предсказания, которые свидетельствовали о том, что неорганический синтез тяжелых углеводородов возможен. Никому ранее не удавалось определить, что же за молекулы получаются на выходе. Но мы улучшили экспериментальную установку и смогли воздействовать на большие объемы веществ более равномерно. Отсюда и результат», – цитирует сайт membrana.ru слова сотрудника вашингтонского института Александра Гончарова, приведенные в официальном пресс-релизе.

Достаточно далекий от прикладной науки эксперимент вызвал живейший интерес во всем мире. И неудивительно – для мировой экономики цена вопроса о том, как образуется нефть, – сотни и тысячи миллиардов долларов.

Два взгляда на нефть

Происхождение нефти и газа является одной из ключевых проблем геологии, имеющей важное практическое значение. Существует более 30 гипотез, объясняющих их происхождение. Но в целом они сводятся к двум противоположным теориям: органической (биогенной) и магматически-неорганической (абиогенной).

В основе органической теории лежит положение о том, что нефть возникла как следствие разложения остатков растений и животных, погребенных в толщах осадочных пород (песков, глин, известняков и др.). После завершения формирования дисперсные капельки микронефти выходили из нефтеобразующих осадочных слоев и двигались до тех пор, пока не попадали в ловушки, где накапливались и образовывали нефтяные или газовые месторождения. Согласно биогенной концепции процесс нефтеобразования занял многие миллионы лет.

Однако экспериментальными исследованиями возможность преобразования остатков погребенных растений и животных непосредственно в готовое нефтяное вещество пока не доказана. Кроме того, в «материнских» осадочных породах отсутствуют остатки растений и животных, которые не смогли полностью преобразоваться в нефть (целлюлоза, хитин и др.). Не дает однозначных ответов биогенная теория ни на причины высокой концентрации в нефти металлов, ни на широкое распространение битуминозных веществ в некоторых рудах, ни на происхождение различных типов нефти. В частности, подсчеты показывают, что по модели органического нефтегазообразования биогенные вещества нефтематеринских отложений в Саудовской Аравии могли дать не более 7,5 млрд куб. м нефти, что составляет менее 5% от геологических нефтяных запасов королевства.

Несоответствие органической теории некоторым фактическим данным привело к возникновению иной точки зрения на образование углеводородных месторождений – неорганической. В ее основе лежат предположения, что нефтяные углеводороды (метан, этан и более сложные соединения, включая нефть) образуются в процессе соединения водорода и углерода, которые имеют неорганическую природу. Затем эти углеводороды по глубинным разломам достигают верхних частей земной коры, где формируют нефтяные и газовые месторождения.

Скопления больших масс вязкой нефти, как и широкое распространение в кристаллических породах и многих рудах рассеянных углеводородов и углеродистых минералов (в том числе «капель нефти» в кристаллах), вне контактов с осадочными породами, а также приуроченность нефтяных и газовых месторождений к зонам разломов находит вполне логичное объяснение с позиций абиогенной теории образования месторождений.

Химическая база минеральной гипотезы – это синтез и конверсия углеводородов при высоких температуре и давлении. Однако и она имеет свои недостатки. Главное – постулат о поступлении уже готовых нефтяных углеводородов из глубин Земли требует качественного и, особенно, количественного подтверждения. В настоящее время в глубинных породах найдены карбиды железа, хрома, кремния, но крупных скоплений они не образуют. Это мельчайшие (доли миллиметра), редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процессы образования углеводородов в огромном количестве, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно, и в настоящее время подавляющее число исследователей отдает предпочтение органической теории происхождения нефти и газа. Но и сторонники абиогенной теории не сдаются.

Кто же прав?

Две параллельно существующие концепции происхождения нефти – биогенная и минеральная – ставят разные вопросы, с разных методологических позиций подходят к их решению. И хотя обе теории в целом показали свою жизнестойкость, практика поисков и разведки нефти и газа опирается лишь на отдельные идеи и эмпирические закономерности, а не на законченную теоретическую концепцию.

Безусловно, решать проблему происхождения нефти нужно, поскольку она становится все более актуальной для практики. Так, член Ассоциации по исследованию пика нефти и газа геолог Колин Кэмпбелл подсчитал, что пик добычи нефти пройдет в 2010 году. А Геологическая служба США считает, что пик придется на 2037 год, но при этом полагает, что запасов нефти хватит лишь на ближайшие 50–100 лет.

Представления же, основанные на абиогенной теории, выводят нефтегазовую геологию и геохимию на новые многообещающие рубежи. С позиций осадочно-неорганической теории, ресурсы углеводородов в земной коре в сотни раз превышают даже самые смелые оценки нефтяных компаний, а возможно, и вообще неисчерпаемы. Ведь процесс соединения водорода с углеродом, являясь основой этой теории, происходит в недрах нашей планеты постоянно. Поэтому при темпе извлечения нефти и газа из залежей, не превышающем темпа их естественного пополнения, существует возможность эксплуатации нефтегазовых месторождений как восполняемых источников углеводородного сырья.

Однако, по мнению экспертов, слишком уж радоваться открытию геофизиков из института Карнеги пока не стоит: даже если такие «неорганические» месторождения и существуют, то найти и разработать их будет крайне сложно и невыгодно (в настоящее время нефть и газ добываются с глубин около пяти-восьми километров).

Вместе с тем геологи-нефтяники давно заметили такое интересное явление, как частичное «самовосстановление» истощенных и выработанных нефтяных и газовых месторождений. Возникает вопрос – откуда появляются новые порции нефти и газа в уже отработанных месторождениях?

Недостатки обеих теорий заставляют исследователей искать другие геолого-геохимические процессы, которые смогли бы привести к возникновению нефти и формированию ее месторождений. Так, в последние десятилетия разрабатывается содержащая элементы предыдущих, новая – осадочно-неорганическая теория. Она основывается на положении, что нефтяные углеводороды формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород (а не готовые нефтяные углеводороды) соединяется с углеродом. С позиций этой научной идеи, существующие месторождения нефти и газа являются постоянно действующими геолого-геохимическими генераторами новых порций нефтяных углеводородов. В этом случае «нефтяной голод», как это следует из органической теории, человечеству не угрожает.

Таким образом, общепризнанной теории образования нефти нет, и эксперимент вашингтонских ученых не ставит окончательной точки в решении этого вопроса. Но, несомненно, оживит уже затихшую было дискуссию. Еще бы – если выяснится, что нефть и газ могут образовываться в исторически короткие промежутки времени из неорганического материала и запасы углеводородов практически неисчерпаемы, то на проектах по развитию альтернативной энергетики можно будет поставить крест (как, впрочем, и на мечтах о чистой окружающей среде). Это привело бы к глобальному перераспределению инвестиционных потоков – по данным ООН, в прошлом году в развитие альтернативных источников энергии во всем мире было инвестировано 140 млрд долларов, а в производство угля и жидких углеводородов – лишь 110 млрд.

По материалам «Эксперт Казахстан»