Мясникова Г.П., Шпильман А.В. (ГУП ХМАО НАЦ РН им. В.И.Шпильмана)

В мае 2002 г. в Москве прошла Международная конференция «Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ», организованная Российской Академией наук при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Тезисы докладов опубликованы.

На конференции обсуждались глобальные аспекты дегазации Земли и воздействие её на процессы в приповерхностных слоях, геодинамические факторы, их роль в дегазации Земли, а также вопросы, связанные с генезисом нефти и газа, и новые подходы при поисках скоплений нефти и газа.

В многочисленных докладах звучало, что жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации, масштабы которой огромны и на несколько порядков выше, чем «дыхание» залежей нефти и газа, открытых в осадочном чехле. С глубинной дегазацией связаны планетарные катастрофы в биосфере. Корни глобальных геодинамических процессов сместились с уровня верхней мантии до ядра Земли. Рассматривались каналы миграции флюидов, связанные с дизъюнктивными деформациями и с инъекционными структурами (диапирами). В мантии важнейшими структурами разгрузки глубинной энергии были плюмы, суперплюмы. Наметился прогресс в термодинамическом моделировании состояния УВ в мантии и их трансформации на пути в осадочный чехол.

За время развития Земли (4.5 млрд.лет) процесс дегазации Летников Ф.Л. предлагает рассматривать как монотонно угасающий общепланетарный процесс с характерным истощением по флюидным компонентам в верхних горизонтах литосферы, c периодическими импульсами интенсивной дегазации на её фоне.

Основу флюидов составляют газы и прежде всего водород. Выделяются две принципиально разные флюидные системы: водородно-углеродная и водородно-сернистая. Они зарождаются на различных глубинах жидкого ядра. Водородно-сернистая флюидальная система служит основой формирования скоплений сульфидов и сернисто-сероводородных систем в малоглубинных вулканических комплексах. Выброс газового скопления за пределы жидкого ядра в мантию и его тепловое воздействие на литосферу может длиться десятки и даже сотни миллионов лет. Газовые потоки плюмов, имеющие температуру примерно 4000⁰С и давление Р~1 млн.бар, прожигали мантию. Существенно водородные потоки, взаимодействуя с кислородной матрицей, выделяют тепло, что позволяет потокам достигать верхних горизонтов литосферы и влиять на состав астеносферы.

Маракушев А.А. в своем докладе отмечал разный характер трансформации восходящих флюидных потоков из очагов землетрясений:

17.5Н₂ + С₇Н₅(NO₂)₃ = 6H₂O + 7CH₄ + 1.5NO

1.5H₂ + C₅H₇(NO₂)₃ = 4H₂O + CO₂ + 1.5N₂ + 6C

С₅Н₇(NО₂)₃ - соединения углеводородов с оксидами.

Количество воды, ежегодно освобождаемое из верхней мантии, по расчетам Г.Хесса – 0.4·109 м³.

Масштабы дегазации. Количество УВ, поступившее из мантии в течение фанерозоя (за 570 млн.лет), оценивается в 60·10¹⁸ м³, или n·10¹⁶ т; часть пошла на серпентизацию гипербазитов, часть — на иные процессы, в том числе на формирование залежей нефти и газа.

Об огромных масштабах дегазации Земли свидетельствуют запасы газогидратов — «горючего льда» на суше и в морях (доклад В.А. Краюшкина). Запасы метана в газогидратах нашей планеты оцениваются в 113 сотен квадриллионов кубометров. Для сравнения запасы геологического топлива – нефти, газа, угля (по данным геологической службы США, 1999 г.) оцениваются в 5 трлн.т. Газогидраты наблюдаются не только под вечной мерзлотой в северных широтах, но и в относительно южных районах (в России, например, в Оренбургской области, Каспийском и Черном морях; в США – в Калифорнийском заливе). Толщина газогидратной толщи достигает 1000-1500 м. На 90-95% площади Мирового океана развиты гидраты «горючего льда». Это дополнительный энергетический источник в будущем.

Во многих докладах рассматривались замеры и результаты дегазации недр на территории морей – Черном и Каспийском. С дегазацией недр в Каспийском море (доклад Голубова Б. и Катулина Д.) была связана гибель двух видов кильки в 2001 г. в средней части моря. На прибрежной части моря рыба не пострадала. Исследование рыб показало, что в жабрах и мышцах содержались газообразные включения, а заболеваний и технических причин для вымирания не было. С помощью космоснимков определили подъем глубинных вод в поверхностные слои, которые подверглись интенсивному охлаждению. Тепловой режим восстановился в течение двух недель. Как показали гидрогеологические и гидрогеохимические исследования, произошло резкое снижение кислорода и формирование в придонных слоях Н₂S, в гидротермальных источниках наблюдался мышьяк, Н₂S и СН₄. С этим, вероятно, и связана гибель кильки. В настоящее время Каспийская впадина испытывает восходящие тектонические движения, интенсивность которых превышает воздымание Альп, Карпат, Балкан. Земная кора под дном Среднего Каспия раздроблена густой сеткой сейсмоактивных разломов трех направлений — меридионального, северо-западного и северо-восточного, обусловливающих обширные зоны дегазации недр. Донные отложения обогащены сульфидами и покрыты газогидратами. Диффузионно-фильтрационный поток газа из недр Среднего Каспия оценивается в n10⁶-n10⁷ м³/год. Адиабатическое расширение при дросселировании газовых струй вызывает резкое понижение температуры морской воды, что приводит к образованию кристаллогидратов.

В районе Ракушечной структуры наблюдаются грифоны высоконапорных вод. Разгрузка подземных вод и газов сопровождается землетрясениями. Гидровулканизм — типичное явление для Каспийского моря.

Масштабы дегазации недр в Черном море рассматривались в докладе В.И.Созанского. В водах Черного моря растворено 80 млрд.м³ метана и это, несмотря на то, что воды впадающих рек не содержат метана. Полный цикл обновления воды 400-2000 лет. Всё это свидетельствует о мощном постоянном подтоке УВ из недр. Как показывают замеры у побережия Грузии, со дна Черного моря поднимается поток углеводородного газа дебитом 172 тыс.м³/сут на участке S=16 км². По лабораторным анализам в газе содержится 94.5 % СН4 и около 4.5 % этана. То есть со дна Черного моря в сутки поступают миллионы кубических метров метана.

В Керчинско-Таманской области широко развиты грязевые вулканы и связанные с ними «вдавленные синклинали». Для образования последних требуются многие триллионы кубических метров газа. В этих синклиналях образовались мощные толщи железных руд с общими запасами около 2 млрд.т. Конечно, проблема генезиса грязевых вулканов является дискуссионной, и часть специалистов (в частности, Лаврушко В.) считают, что корни вулканов не связаны с магмой, а располагаются на глубинах 5-9 км.

Ниже дна обоих морей залегают осадочные породы толщиной более 10 км, которые вмещают залежи нефти и газа. Что это? Глубинная дегазация из мантии или осадочного чехла? Возможно из разных оболочек Земли, в том числе из ядра, о чем свидетельствуют запасы железа.

Происхождение нефти и газа. В докладах о генезисе нефти и газа большое внимание уделялось процессам дегазации Земли и трансформации их состава на пути движения из глубинных очагов в литосферу. В нескольких докладах высказывались мысли о смешанном генезисе нефти и газа, образовании УВ в результате воздействия биогенного ОВ, рассеянного в осадочных породах, с Н₂или СН₄, поступающих из мантии.

Проблеме абиогенного происхождения УВ на совещании уделялось много внимания.

Кучеров В.Г. и др. докладывали о результатах синтеза углеводородов из неорганических компонентов (закиси железа, карбоната кальция и воды) при давлении до 5 ГПа и температуре до 1500⁰К, то есть условиях, характерных для верхней мантии Земли. Регистрировались масс-спектры газов, выделяемых при 423, 573, 723 и 873⁰К.

В общем виде предполагается, что реакция имеет следующий вид:

NCaCO₃+(9n+3)FeO+(2n+1)H₂O=nCa(OH)₂+(3n+1)Fe₃O₄+CnH_2n+2.

В качестве доказательств синтеза УВ из минералов приводились открытия нефти на глубинах 6.5-7 км в докембрийских гранитах, в сверхглубокой Шведской скважине.

В докладе Гептнер А.Р., Пиковского Ю.И. и других рассматривались полициклические ароматические УВ (ПАУ), обнаруженные в асфальтитах, залегающих в платобазальтах Исландии. В асфальтите методом жидкостной хроматографии было идентифицировано 7 полициклических ароматических УВ: фенатрен, пирен, бензаантрацен, хризен, бензапирен и бензперилен, ассоциации которых имеют типично гидротермальный характер.

Проблема вклада глубинных УВ флюидов в формирование месторождений рассматривалась в докладе Родкина М.В. Отмечалось, что вклад многими оценивается как незначительный. Почему? Оценка основывается на расчете мантийного гелия в газах УВ месторождений и на использовании соотношения между концентрациями метана и гелия для типичных мантийных газов. Авторы отмечают, что ошибка заложена в технологии расчета.

В последние два десятилетия большое внимание уделялось бактериальной модели образования УВ, был открыт ряд особенностей жизнедеятельности бактерий: повышение температуры до 100⁰С и выше, при которой могут жить бактерии; обнаружена способность бактерий находиться в состоянии анабиоза многие миллионы лет; открыт механизм синтеза различных хемофоссилий бактериями; взаимодействие бактерий с углеродными газами и питание бактерий глубинными флюидами и газами – СО₂, СО, СН₄, Н₂S; NH₃, поступающими по разломам из глубин Земли. По расчетам Ф.Кона бактерия может в течение четырех с половиной суток дать потомство 1036 индивидуумов, которое способно заполнить океан; одна диатомея, как показал Эренберг, не встречая препятствий, за 8 дней может дать массу материи, равную по объему нашей планете, а мелкая обычная инфузория за 5 лет может дать массу протоплазмы по объему в 104 раза больше объема Земли. Бактериальная масса – реальный источник УВ.

На конференции глубинная дегазация рассматривалась как причина аномальной биопродуктивности Мирового океана (доклад Сывороткина В.Л.). Анализировались две аномальные зоны: северная – над разломом Мендана и южная – над хребтом Наска. В этих зонах в толщу океанской воды поступает огромное количество химических соединений, в том числе элементов жизни – азота, фосфора и микроэлементы. Основной объем газа составляют — СН₄, Н₂S, H₂, NH₄; содержание в толще воды кислорода минимальное. Но поверхностный слой богат кислородом, здесь бурно развивается фитопланктон, им питаются анчоусы, которых поедают птицы. Очень высокая биопродуктивность в Южных Курилах, периодически, через 2-3, 6-7 лет происходит массовая гибель биоты. Смерть настигает все сообщество от фитопланктона до позвоночных, но после гибели аэробной биоты начинается бурное развитие одноклеточных красных водорослей — динофлагеллят. Отмечалось, что массовая гибель рыбы в Аравийском море была соизмерима с годовым уловом во всех водах Земного шара.

На конференции было представлено много докладов о путях миграции газов, в том числе УВ и Н₂из мантии. В качестве путей миграции ювенильной нефти и газов рассматривались глубинные планетарные разломы и зоны тектонических напряжений. Наиболее благоприятными для вертикальных перетоков были узлы пересечений разнонаправленных напряжений, кольцевые структуры, выделяемые по космоснимкам, и диапиры.

Во многих докладах рассматривалось влияние геодинамических факторов на размещение залежей УВ, рекомендовалось при выделении напряженных зон анализировать линеаменты, особенно прослеживаемые на расстояния более 10 тыс.км и более, широко использовать космические снимки. Отмечалось, что в Азово-Черноморском регионе практически все месторождения УВ локализуются в таких зонах и это учитывается при поисковых работах.

На конференции подверглись критике некоторые доказательства сторонников органической гипотезы происхождения нефти и газа.

В одном из докладов критически рассматривалась оптическая активность нефти как доказательство органического её происхождения. Филиппи в 1977 г. показал, что определение оптических свойств нефти в целом лишено смысла. В одном образце одновременно могут присутствовать левовращающие, правовращающие и невращающие или оптически инертные компоненты. Способность нефти вращать плоскость поляризации вправо вторична и обусловлена селективной переработкой левовращающих соединений теми бактериями, которые живут в нефти и питаются ею, в то время как левовращающие компоненты нефти есть ничто иное как остатки самих бактерий. Отсюда вывод: нельзя использовать и биогенные маркеры в нефти, идентичные ей по изотопному составу углерода. Со временем оптические углеводородные соединения превращаются в инертные.

Ряд докладов был посвящен неоднозначности выводов при изучении изотопного состава углерода, его эволюции в процессах дегазации и дифференциации мантии. Так например, М.И. Кучер утверждал, что значение глубинного изотопа δ¹³С меняется в зависимости от окислительно-восстановительной обстановки той среды, куда он попадает. Глубинные магмы содержат более облегченный δ¹³С (со значениями от -28 до -20-17‰), а в поверхностных слоях (то есть в более окислительной обстановке) изотоп может утяжеляться до -7-10‰.

На конференции также рассматривался вопрос об изменении изотопов С при абиогенном и биогенном циклах образования нефтяных УВ. Обращалось внимание на то, что значения соотношений δ¹²С к δ¹³С определяются как исходным углеродом, так и совокупностью всех процессов, участвующих в образовании, преобразовании УВ, их миграции и аккумуляции. Фотосинтез при биогенном цикле сопровождается изотопным фракционированием. Отмечалась зависимость вариаций δ¹³С углерода СО₂ в свободно выделяющихся газах новейшей тектономагматической активности. На активных участках был замерен δ¹³С из СО₂ как облегченный (до –20-21‰), а на пассивных и затухающих участках отмечалось утяжеление изотопа (до –8-10‰).

Серия докладов была посвящена пространственным закономерностям в размещении месторождений нефти и газа и других полезных ископаемых. В одном из докладов обосновывался общий механизм цикличности рудо- и нефтеобразования с геодинамических позиций, а также общие черты в пространственном их размещении. Рассчитывалась сеть по отношению к определенным полюсам в разное геологическое время на поверхности Земли. По сетке закартированы газонефтеносные меридианы и параллели, близкие к поясам нефтегазонакопления А. Хаина.

В докладе Смирновой М.Н. рассматривались кольцевые структуры — Уренгойская, Южно-Каспийская, Грозненская, Южнобаренцовоморская как очаги, каналы вертикальной миграции УВ флюидов. Их происхождение автор связывает с внедрением астенолитов. Высота астенолита, по её данным, на Уренгойском газоконденсатнонефтяном месторождении составляет 70-74 км. Его внедрение в мантию оказывает диффузионно-фильтрационное воздействие и в итоге способствует нефтегазонакоплению: чем выше внедряется астенолит, тем больше растяжение и погружение, тем мощнее осадочный чехол и больше аккумулируется УВ.

Кочетков О.С. рассматривал концентрацию углеводородных скоплений в «критических» центрах, возникающих на пересечениях меридианов и параллелей, где происходят максимальные деформации земной коры при роторном вращении Земли (Калифорнийский и другие центры).

Шпильман А.В. в своем докладе отмечал волновой характер в размещении месторождений нефти и газа в крупнейшей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Бембель Р.М. и другие авторы обращали внимание на связь между расположением месторождений с высокой плотностью запасов УВ и субвертикальными зонами деструкций на территории Западной Сибири.

На конференции были предложены новые технологии поисков и оценки перспектив нефтегазоносности. Рейнер Г.И. с соавторами рекомендовали проводить оценку перспектив нефтегазоносности с использованием двух независимых между собой методических подходов: изучение особенностей строения коры по комплексу геолого-геофизических данных и специализированный подход к обработке космических снимков для выявления тектонической раздробленности земной коры (на примере территории республики Дагестан).

Технология оценки перспектив следующая: изучаются параметры глубинного строения — мощность земной коры, высоты рельефа, их контрастность, аномалии силы тяжести, тепловой поток, мощность осадочного чехла. Территория разбивается на ячейки размером 20’·30’, с указанием параметров по каждой ячейке. Для обработки используется кластерный анализ, он позволяет в многопризнаковом пространстве объединить в один кластер ячейки, близкие по своим геолого-геофизическим характеристикам. На территории Дагестана выделено 147 элементарных ячеек, которые объединялись в 95 кластеров. Выбирались «учителя» – ячейки на территории Дагестана и окружающей его площади с реально открытыми месторождениями нефти и газа. Составлялся «Каталог ячеек–учителей» и проводилось сопоставление ячеек-учителей с прогнозируемыми ячейками. Соотношение составляло 1:2. Дешифрирование космических снимков сводилось к тотальному дешифрированию, выявлению всех линейных элементов земной поверхности и созданию линеаментной сети. По специальной программе рассчитывалась тектоническая раздробленность на различных глубинах. Далее линеаментная сеть накладывалась на карту, где выделялись ячейки, прогнозируемые по параметрам глубинного строения как перспективные. В качестве первоочередных для поиска нефти и газа выделялись перспективные ячейки, пересекаемые линеаментами.

На конференции была поднята проблема о возможном восполнении запасов нефти и газа в разрабатываемых месторождениях в связи с большими расхождениями конечной добычи от подсчитанных начальных запасов. Следует отметить, что доказательств правильности оценок начальных запасов нет. Возобновляемость ресурсов нефти рассматривалась на примере Татарского свода (доклад Муслимова Р.Х.) и других регионов России (доклад Корчагина В.И. и др.). Докладчики отмечали, что небольшие по запасам месторождения нефти и газа эксплуатируются длительное время и на поздних этапах разработки уровень добычи, снизившись до 10-20%, стабилизируется: есть скважины с накопленной добычей нефти в несколько десятков миллионов тонн и длительно сохраняющих высокие дебиты. Получение нефти из фундамента, значительно глубже его кровли, выявление многочисленных зон проницаемых пород в фундаменте (до 60 в скв.20009 Ромашкинского месторождения) докладчики связывают с ювенильными глубинными флюидами, дегазацией Земли.

В некоторых докладах рассматривались следы дегазации Земли в породах, выявленные при изучении литологии разрезов. Колокольцев В.Г., анализируя текстуры «конус в конусе» в карбонатных линзах, пришел к выводу, что их появление связано с вещественным составом тепломассопотоков и динамикой среды. Докладчик отмечает, что основания конусов всегда обращены в сторону низкой температуры. Аналогичное происхождение имеют и некарбонатные аналогии подобных текстур – циркон-лейкоксен–кварцевые и кварцевые конусы. Текстурными индикаторами в породах являются флюидные трубки, отличающиеся от биотурбитных текстур сохранившимися в них реликтами исходных осадочных пород с ненарушенными первичными структурно-текстурными признаками, и флюидные многогранники кремнеземного состава, обнаруживаемые в разнообразных осадочных породах от ордовика до девона включительно, например на Среднем Тимане, часто в парагенезе с самородным золотом и алмазами. Кропоткин П.Н. ранее отмечал в разрезах осадочного чехла «сульфидные столбы», несущие мантийную ассоциацию металлов и трассирующие газовые каналы миграции.

Заканчивая рассмотрение основных проблем и вопросов, связанных с дегазацией Земли, хочется еще раз подчеркнуть главную идею обсуждаемых докладов. Сегодня, учитывая огромные масштабы дегазации Земли, нельзя изучать генезис и вести поиск залежей нефти и газа без учета возможно абиогенного синтеза углеводородов. Анализ путей миграции глубинных флюидов, зон разгрузки глубинной энергии позволит разработать новую стратегию поиска залежей нефти и газа и нестандартно подойти к оценке запасов углеводородного сырья.

Важно, что на конференции при обсуждении докладов отмечалось сближение органической и неорганической концепций генезиса нефти и газа. Рассмотрение двух источников углеводородных систем вызвало среди участников конференции одобрение.