и газа. Единичные скопления этих полезных ископаемых называются залежью, а их совокупность, приуроченная к единой геологической структуре, — месторождением[1]. Чтобы образовалась залежь или месторождение, необходимо благоприятное сочетание определенных условий (коллекторы, покрышки, ловушки, миграция).
Коллекторы — любые проницаемые горные породы, в которых возможно движение природных флюидов под влиянием гравитационных сил или нормальных градиентов давлений, существующих в верхней части земной коры. Однако если бы вся толща осадочных пород состояла из коллекторов, то нефть и газ не смогли бы скопиться в залежь. Они поднимались бы вверх, пока не достигли бы дневной поверхности и не испарились. Следовательно, необходимым условием накопления залежи является присутствие в осадочной толще пласта или пластов непроницаемых для нефти и газа пород — своеобразных экранов (флюидоупоров), способных задержать вертикальное движение флюидов к поверхности Земли. Такие практически непроницаемые породы получили название покрышек. Обычно ими бывают глины, каменная соль, гипсы, а иногда известняки и мергели, не нарушенные трещинами.
Допустим, что у нас есть проницаемый пласт, по которому движутся флюиды нефти или газа, имеется хорошая глинистая покрышка, способная удержать эти флюиды. Будет ли образовываться залежь? Нет, оказывается этого еще тоже недостаточно. Необходимо наличие ловушки — особой формы пласта, попав в которую нефть и газ оказываются как бы в тупике. Здесь-то постепенно и накапливаются эти продукты и образуется залежь. В прошлом веке в качестве ловушек рассматривали крупные пустоты типа пещер или же системы крупных трещин. Сейчас уже доподлинно известно, что никаких подземных нефтяных озер нет. И нефть и газ находятся в многочисленных порах и мелких трещинах, пронизывающих горные породы. А ловушками являются особые формы этих пористых пластов-коллекторов. Обычно ловушки делятся на структурные и неструктурные. Типичный пример первых — антиклинальные складки и тектонические экраны, вторых — стратиграфическое несогласие, литологическое выклинивание и погребенные рифы (рис. 3).
Рис. 3. Типы ловушек для нефти и газа
а — антиклинальная; б — солянокупольная (диапировая); в — тектонически экранированная; г — стратиграфическая; д — литологическая; е — погребенный риф; 1 — непроницаемые породы типа глин (покрышки); 2 — проницаемые породы типа песков или песчаников (коллекторы); з — непроницаемые известняки; 4— проницаемые известняки; 5 — каменная соль; 6 — залежи нефти; 7 — залежи газа; 8 — линии тектонического нарушения
По типу ловушки обычно классифицируют и сами залежи нефти и газа, т. е. выделяют сводовые залежи (приуроченные к антиклиналям), тектонически экранированные, стратиграфические, литологические, рифогенного типа и смешанные.
Миграция нефти и газа — важнейшее условие формирования месторождений. Миграция происходит в проницаемых породах вместе с подземной водой, которая обычно насыщает поровое пространство. Перемещение нефти и газа по пласту может происходить в растворенном или свободном состоянии. Растворителем обычно бывает вода. Ее растворяющие способности улучшаются в пластовых условиях при больших давлениях и температуре. Как мы узнаем в дальнейшем, растворяющая способность подземных вод сравнительно невелика. Тем не менее подземная гидросфера формирует своеобразный накопитель газов, в том числе и углеводородных. По оценке Л. М. Зорькина, только в подземных водах нефтегазоносных бассейнов нашей страны растворено более 4000 трлн м3 углеводородных газов, а глобальные ресурсы газов в пластовых водах осадочного слоя коры (до глубины 4 км) составляют 1,5×1017 м3.
Направление миграции определяется перепадом давлений и происходит из области большого давления в область меньшего. Специалисты-гидрогеологи называют эти области соответственно пьезометрическими максимумами (пьезомаксимумы) и пьезометрическими минимумами (пьезоминимумы). Двигаясь по пласту, подземная вода неизбежно попадает в область относительного пьезоминимума, при снижении давления уменьшается и растворяющая способность воды — происходит выделение нефти или газа в свободную фазу, причем, чем больше падает давление, тем больше выделяется их из воды. В свободном состоянии нефть и газ также способны мигрировать, они как бы всплывают в воде вследствие разности плотностей.
Различают боковую (латеральную) и вертикальную миграции. В первом случае флюиды перемещаются в пределах одного пласта, во втором — из одного пласта в другой, обычно снизу вверх.
Благоприятное сочетание рассмотренных и ряда других факторов приводит к формированию залежей нефти и газа. Чаще всего это происходит в бортовых и внутренних зонах крупных депрессий (впадин, прогибов), на склонах сводовых поднятий и в их центральных частях. Как правило, в земной коре не встречается единичных скоплений нефти или газа. Они распространены целыми «семействами», как опята в лесу. Одно такое «семейство», связанное с однотипными ловушками, образует зону нефтегазонакопления. Несколько зон, приуроченных к одному крупному структурному элементу коры, объединяются в нефтегазоносную область, а те — в нефтегазоносную провинцию. Ряд геологов-нефтяников предлагают рассматривать крупные осадочные бассейны земной коры, которые на определенной стадии своего развития становятся нефтегазоносными, как нефтегазоносные бассейны.
Итак, у нефти сложная и длительная подземная жизнь. С момента ее образования до накопления в залежи проходят многие миллионы лет. И еще десятки миллионов лет залежь ждет своего «часа», пока скважина не распечатает непроницаемую покрышку и нефть не начнет служить людям. Воистину, залежь нефти — это клад миллионолетий.
В подземной жизни нефти, скрытой от нас мощным чехлом осадочных пород, много еще неясного, проблематичного. Но проблемой номер один остается вопрос о ее происхождении.
Зарождение дискуссии
Попытки объяснить происхождение нефти предпринимались очень давно. Советский ученый профессор М. К. Калинко, много сделавший для выяснения интересующего нас вопроса, в одной из своих книг приводит высказывания древнегреческого ученого Страбона, жившего 2 тыс. лет назад. Он наблюдал в Албании извержения вулканов и одновременное высачивание нефти на поверхность Земли: «В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей, это скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей» [Страбон, 1964, с. 289]. Аналогичные наблюдения сделал Страбон и в районе Мертвого моря. Эти факты он связывал воедино: извержение вулканов и образование асфальтов, так он называл нефть. Однако теперь мы знаем, что ни в Албании, ни в районе Мертвого моря нет действующих вулканов. То, что наблюдал Страбон, было извержение грязевых вулканов — прорыв подземных вод с нефтью и газом из пластов осадочных пород на дневную поверхность.
