ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ (УВ)Г.Н. Шаров ООО «Институт геолого-экономических проблем», г. Москва, g.sharov@bk.ru
Этот доклад я посвящаю памяти выдающегося учёного и организатора науки Саламбека Наибовича Хаджиева. Подход к исследованиям в области, обозначенной в заглавии доклада, изложен в нашей статье, опубликованной в журнале «Нефтехимия» в 2019 году «К вопросу о неисчерпаемости запасов нефти (Гипотеза Белозёрова-Шарова-Минина)» [1], в основе которой лежит гипотеза Белозёрова [2], получившая развитие в виде Гипотезы Белозёрова-Шарова-Минина (ГБШМ). Пришло время совершенствовать существующую в естествознании парадигму [3]. Автор отделяет понятия происхождение УВ и происхождение месторождений УВ. В первом случае это представления о происхождении углерода и водорода, во втором концентрация УВ в объёмах позволяющих рассматривать их в качестве месторождений с геолого-экономических позиций. По мнению автора в исследованиях по этой теме необходимо объединение усилий физиков, химиков, геологов и специалистов других направлений в области естествознания. Эта тема прозвучала в коллективном докладе на 1-х Кудрявцевских чтениях, [4]. На 6-х Кудрявцевских чтениях она была развита в докладе более широкого коллектива авторов, [5]. Цитирую из доклада: «Изложен нетрадиционный физико-химический подход к механизму образования водорода и водородсодержащих соединений в недрах Земли и других планет. Приведённые данные позволяют совершенно с иных позиций посмотреть, как на природу, так и на механизм образования как собственно водорода, так и его химических соединений с кислородом (вода), углеродом (органические соединения – нефти, газы, угли, битумы и др.) и прочими химическими элементами. Смена традиционного подхода к действующему в природе комплексу рассматриваемых и других механизмов открывает поистине безграничные горизонты для их более глубокого изучения и использования в практических целях. Рассматриваемая смена новых векторов, причин и следствий развития природы является, безусловно, инновационным процессом и не может не привести на этом пути к новым положительным результатам». Настоящий доклад направлен на решение насущной задачи: совершенствования прогнозирования и поисков месторождений УВ. Решение её требует понимания происхождения основных химических элементов, слагающих УВ (водорода и углерода), формирования и эволюции среды, вмещающей месторождения УВ, физико-химических процессов, в этой среде. Основные положения гипотезы ГБШМ изложены также в докладе направленном на решение вопросов безопасности, в первую очередь в угольных, шахтах (Козловский и др.) [6]. Следует отметить, что и при отсутствии в разрезе насыщенных углеродом пород смесь аналогичного состава также взрывается не только угольных в шахтах (трубка Удачная). Основные положения гипотезы ГБШМ позволили объединить усилия учёных и практиков независимо от их принадлежности к школам органиков или неоргаников. И органическая и неорганическая (абиогенная) гипотезы происхождения УВ, в том числе нефти, вносят свой весомый вклад в дело повышения эффективности поисковых работ, в обеспечение экономики страны энергоресурсами. Представление об органическом происхождении нефти предполагает происхождение УВ в результате преобразования органических веществ в земной коре. Ограниченное количество органических веществ в земной коре предопределяет и ограниченный объём УВ, который мог быть образован в земной коре и исчерпаемость их ресурсов. Представление о неорганическом происхождении предполагает глубинное происхождение УВ, непрерывное их образование и, как следствие, неисчерпаемость ресурсов, в том числе нефти, в обозримом будущем. Представляется важным определение роли «материнских» пород. У сторонников органической гипотезы это место рождения УВ в результате преобразования органического вещества. Сторонники неорганической гипотезы считают важным накопление эндогенных УВ в «нефтематеринских» породах. Мы считаем, что накопление УВ может происходить в любых породах, обладающих сорбционными свойствами, не только органогенных. Также допускается взаимодействие эндогенного водорода с веществом «нефтематеринских» пород с образованием УВ при избытке углерода и (или) при наличии катализаторов. При этом избыток водорода обеспечивается не только привносом его, но и образованием непосредственно при распаде нейтронов в «нефтематеринских» породах. Оба направления допускают миграцию УВ из «материнских» пород с локализацией УВ в благоприятных для образования залежей условиях. В обоих представлениях есть положения, которые могут быть положены в основу единой системы прогнозно-поисковых критериев. Открытия последних десятилетий залежей УВ в нетрадиционных геологических обстановках подтверждают необходимость и своевременность создания такой прогнозно-поисковой системы. В основе общепринятой в естествознании парадигмы лежит гипотеза Большого Взрыва. Большой Взрыв происходит при достижении критической массы образовавшейся в результате гравитационного коллапса, предположительно нейтронной звезды. В основу настоящего доклада положено представление о том, что процесс изменения состояния вещества обратим. Имеется в виду физическое и химическое состояние вещества. В более широком смысле это усложнение и упрощение. «Гравитационный коллапс», сопровождается «нейтронизацией» вещества, при котором электронные оболочки атомов, образно говоря, «вдавливаются» в их ядра. В предельном варианте химическая атомная форма материи в «упавшем» на ядро системы теле перестает существовать и преобразуется в физическую «темную» материю, которая становится нейтронно-избыточной. Сегодня считается, что в этом «темном» состоянии пребывает до 90% всей материи [7]. Из возникающих при Большом Взрыве нейтронных «брызг» со временем образуются более мелкие системы, аналогичные нашей Солнечной, а из еще более мелких фрагментов - планеты, их спутники и т. д. Фрагменты нейтронной звезды, имевшей плотность близкую ядерной, не обладают массой, позволяющей удерживать на своей поверхности отдельные нейтроны, и они излучаются в Космос. [8]. Возраст Большого Взрыва принимается около 15 млрд. лет. Возраст известных находок горных пород не превышает 4,5 млрд. лет. Фактически это возраст наиболее древних артефактов. Иначе, 4,5 млрд. лет это геологический возраст Земли. Исходя из этого, предполагается, что эволюция Земли разделяется на догеологическое и геологическое время. Ядром Земли, таким образом, является фрагмент взорвавшейся нейтронной звезды, представляющий собой тёмную материю, постоянно излучающую свободные нейтроны. Нейтрон стабилен только в ядрах химических элементов, или в материи, находящейся в состоянии коллапса. Период его полураспада в среднем 15-16 мин. Именно в среднем, т. к. нейтроны распадаются не одновременно. В результате β - распада образуется пара протон и электрон. Вместе они составляют атом водорода, линейный размер которого превышает линейный размер нейтрона в 5 порядков, а объём в 16 порядков. Мелкие осколки, распадаясь, образуют водород, наполняющий межзвёздное пространство. Крупные осколки, продолжая излучать нейтроны, составляют керн (ядра) звёзд, планет нашей Галактики. Превращение нейтронов в атом водорода в результате β-распада И.М. Белозёровым назван нейтрон-протон-водородным превращением (НПВ). Процесс НПВ является основным движущим фактором в дальнейшей эволюции Земли. Удерживаемый ядром водород образует первичную газовую оболочку - первичную атмосферу Земли, частично водород теряется в космическом пространстве. Часть нейтронов распадается непосредственно в сферах Земли, что вызывает увеличение их объёма и в целом расширение Земли. Инструментально установлено, что в атмосферу Земли из её глубин ежегодно поступает водород, метан в объёмах 40 - 130 млн. тонн и от 1 до 5 млрд. тонн в год [9-12]. На границе ядра в результате β-распада нейтронов образуется постоянно растущий слой «бульона» в котором находятся ещё не распавшиеся нейтроны, протоны, электроны, являющиеся основой генерации химических элементов, их изотопов, простейших химических соединений. Слой «бульона» фиксируется геофизическими методами как внешнее ядро, обладающее свойствами жидкости. В основе процесса образования химических элементов лежит слияние двух ядер водорода с образованием ядра гелия. При этом происходит сокращение вдвое объёма атома. Ядро гелия в свою очередь участвует в формировании ядер элементов, в первую очередь имеющих атомное число кратное четырём (углерод, кислород, магний, сера, хлор, кальций, железо и т.д.). Здесь же рождаются первичные соединения Н2О, СН4, Н2S, CO2 и др. Весь процесс сопровождается остыванием системы, на периферии её образуются литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера которые состоят из химических элементов и их соединений. Обычно иллюстрация строения Земли сводится к изображению в разрезе очерченных циркулем сфер. В своих построениях автор вводит понятие рельефа границ разделяющих ядро и различные слои, слагающие Землю. Возможность такого предположения подтверждается опубликованными данными в журнале Science о результатах исследований международной группы учёных Принстонского университета и Китайской академии наук, выявивших на глубине 660 км на разделе нижней и верхней мантии горные сооружения сопоставимые по амплитуде с горными сооружениями на поверхности Земли [13]. В отличие от общепринятого изображения Земли в разрезе с ровными границами между этими «слоями земными», автор предполагает сложный их рельеф. Определяющим его характер свойством автор предполагает сложный рельеф фрагмента нейтронной звезды, составляющего внутреннее ядро планеты. Внутреннее ядро, обладающее основной массой Земли, при вращении увлекает за собой материал внешнего ядра. Поскольку, предполагается рельефная граница внутреннего и внешнего ядра, материал внешнего ядра, облекая рельеф внутреннего ядра, обретает турбулентный характер движения, что сказывается на развитии вышележащих сфер. При вращении Земли подвижные фазы в её оболочках, устремляются в экваториальную область. В их составе расплавы, флюиды, газы различного состава, ювенильная вода, углеводороды. При продвижении они используют крупные разрывные структуры, области и конкретные участки пониженного горного давления. При этом необходимо учитывать Кориолисово смещение. При их продвижении возникает эффект сепарации, следствием которого является наибольшая концентрация газожидкостных смесей. «Растрескивание» Земли при её расширении приводит не только к образованию рифтов, но и к формированию сети более мелких разломов, образование между ними блоков напряжённых в различной степени. Перераспределение напряжений при расширении Земли между блоками приводит как бы к «поёживанию» коры. Такое «поёживание» способствует перемещению газов и жидкостей в коре по вектору от большего к меньшему давлению. Оно происходит не только вблизи крупных разломов, но и на обширных пространствах между ними как в акваториях, так и на территориях. Таким образом, эффект сепарации и наличие зон повышенной проницаемости в совокупности предопределяют увеличение концентрации УВ в экваториальной зоне Земли, в верхних горизонтах земной коры, в областях её разуплотнения и, соответственно, повышенной проницаемости. Образование океанов, в целом гидросферы, связано с концентрацией на поверхности литосферы ювенильной воды, являющейся раствором химических соединений и элементов, рождающихся в «бульоне». Ювенильные воды, часто насыщенные метаном, формируют на поверхности обширные площади развития озёр и торфяных болот. Насыщение гидросферы рядом химических элементов и их соединений приводило к их осаждению. Это соли, карбонаты, обогащённые железом осадки и т. п. При возникновении жизни особую играли особую роль углерод и кислород. В местах обильного их поступления в гидросферу возникли органогенные карбонатные образования. Примером являются рифовые постройки. С появлением водорослей начали формироваться углистые сланцы и наиболее древние угли. Примером являются девонские барзасские угли Кузбасса. В настоящее время это заросли водорослей Саргассового моря. На суше в зонах активной дегазации Земли появилась наземная растительность [14]. Характерно, что наиболее буйной она является в экваториальной зоне. Практически все угольные бассейны расположены в зонах активной дегазации Земли. Подтверждением является пространственная и генетическая связь угольных и нефтегазовых бассейнов [15]. Примером являются за рубежом бассейн Сан-Хуан (США), в России – Кузнецкий бассейн. Отсутствие в разрезе «нефтематеринских» пород, не является критерием исключающим возможность нахождения в разрезе в благоприятных структурных условиях залежей УВ. Однако, наличие их повышает перспективность подлежащих опоискованию площадей [16]. Наличие органики в породах способствовало образованию УВ непосредственно в них за счёт углерода и водорода при подтоке и избытке последнего (сланцевая нефть, угольный газ, баженовская свита [17]»). При сочетании нескольких положительных критериев локализации УВ мы имеем пространственно совмещённые месторождения (бассейны). Примером является Сан-Хуан (США), где одновременно добываются нефть, природный газ и угольный газ. В России таким бассейном может быть Кузбасс. Высокие концентрации метана и водорода в углях Кузнецкого бассейна позволили оценить запасы метана в них в 13 трил. м3. Здесь же прогнозируются и месторождения нефти. Наиболее полно сведения по нефтегазоносности Кузбасса изложены в статье Г.Н. Черкасова и др. [18] и С.С. Борщ и др. [19]. Территория Российской Федерации, акватория Северного Ледовитого океана находятся в северных и даже полярных широтах. Такое их расположение обуславливает увеличение влияние центробежных сил, возникающих при вращении Земли, как прогнозно-поискового признака, с севера на юг. Именно в южных районах располагаются наиболее крупные угольные бассейны: Донецкий, Кузнецкий, Южно-Якутский. В углях этих бассейнов наблюдается наибольшая концентрация метана и водорода. Совмещение двух положительных факторов, а именно повышенной проницаемости коры и приуроченности к экваториальной зоне Земли, способствуют образованию крупных и уникальных месторождений УВ. В Арктической зоне Земли перспективы открытия месторождений УВ различных масштабов более связаны с наличием рифтов и крупных разломов. Между экваториальной и Арктической зонами Земли расположена большая часть территории РФ. На взгляд автора доклада, эта территория незаслуженно считается мало перспективной. Доводом, подтверждающим её малую перспективность, часто приводится недостаточная мощность в разрезе коры насыщенных органикой пород или, в понимании органических представлений о происхождении УВ и их месторождений, «материнских» пород. Автор доклада обосновывает несостоятельность этих доводов и предлагает расширить и углубить исследования указанной территории, направленные на укрепление сырьевой базы нефтегазовой промышленности. В качестве первоочередных объектов следует рассматривать рифты типа Байкальского и типа Кузбасса, предгорные прогибы, зоны площадной трещиноватости с проявлением на поверхности крупных площадей озёрно – болотного ландшафта типа Западно-Сибирской плиты, Вилюйской синеклизы, Московской синеклизы, зоны развития солёных озёр. Необходимо на такой основе провести районирование территории.
Литература
1. Шаров Г.Н., Хаджиев С.Н. К вопросу о неисчерпаемости запасов нефти (Гипотеза Белозерова-Шарова-Минина) [Текст] // Нефтехимия. – 2019. – Т.59, № 2. – С.123-128. 2. Белозёров И.М. Природа глазами физика. Томск. Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 131 с. 3. Белозёров И.М., Шаров Г.Н., Минин В.А. Эволюция Земли: на пути к новой парадигме//Доклады Х-ой международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». М.: изд. РГГРУ им. С. Орджоникидзе. 2011. Т.1. С.12. 4. Белозёров И.М., Козловский Е.А., Минин В.А., Митькин В.Н., Шаров Г.Н., Епифанов В.А. Эндогенный водород как физико-химическая основа генезиса нефти и углеводородных газов // Материалы Всероссийской конференции по глубинному генезису нефти: 1-е Кудрявцевские чтения ("КЧ-1"): М., 22 - 25 октября 2012 г.: изд-во ЦГЭ. 2012. С. 9 - 11. 5. Белозёров И.М., Козловский Е.А., Грицко Г.И., Курленя М.В., Тимурзиев А.И., Черноок В.А., Шаров Г.Н., Минин В.А., Ростовцев В.И. Физико-химические механизмы образования водорода в недрах // VI-е Кудрявцевские Чтения - Всероссийская конференция по глубинному генезису нефти и газа. Москва, ЦГЭ, 22-24 октября 2018 - С. 52-56. 6. Козловский Е.А., Шаров Г.Н., Конторович А.Э., Грицко Г.И., Кузнецов Ф.А., Курленя М.В., Ковалев В.А., Ростовцев В.И., Белозеров И.М., Черноок В.А., Минин В.А., Вашлаева Н.Ю. Взрывоопасность газа при подземной добыче угля в Кузбассе. //Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. – 2018. – Т.5, № 1. – С.76-82. 7. Белозеров И.М., Минин В.А., Шаров Г.Н. «Гравитационная пружина» как физическая основа объемно-динамических процессов на Земле и других объектах Вселенной // Вулканизм и геодинамика: Материалы докладов 5 Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург: Изд. ИГиГ УрО РАН. 2011. С.10-11. 8. Белозеров И.М., Мезенцев Л.Н., Минин В.А., Митькин В.Н. Земля – активный источник нейтронов и водорода // Материалы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина, «Современное состояние наук о Земле»: Москва, 01-04 февраля 2011г. М.: изд. Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. 2011. С.211-215. 9. Володичев Н.Н., Кужевский Б.М., Нечаев О.Ю. и др. Земная кора – активный источник нейтронов //Вестник Московского Университета. Физика. Астрономия. 2002. №5. С.69-73. 10. Белозеров И.М., Мезенцев Л.Н., Минин В.А., Митькин В.Н. Земля – активный источник нейтронов и водорода // Материалы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина, «Современное состояние наук о Земле»: Москва, 01-04 февраля 2011г. М.: изд. Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. 2011. С.211-215. 11. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П. Оценка глобального потока метана в атмосферу и его сезонных вариаций // Изв. РАН. Серия физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49. № 2. С. 144-152. 12. Грицко Г.И., Белозёров И.М., Минин В.А., Ростовцев В.И., Шаров Г.Н. Физические механизмы образования водорода в недрах // Материалы конференции "Геодинамика и напряжённое состояние недр Земли": Новосибирск,05 - 09 октября 2015 г.: изд-во ФГБУН ИГД им. Н.А. Чинакала СО РАН. 8 с. 13. Wenbo Wu, Sidao Ni, Jessica C. E. Irving Inferring Earth’s discontinuous chemical layering from the 660-kilometer boundary topography // Science, 15 Feb 2019, Vol. 363, Issue 6428, pp. 736-740. 14. Валяев Б.М. Углеводороды и жизнь: жизнь на потоках углеводородных флюидов. Тез. докл. Международной конференции «Дегазация Земли: Геофлюиды, нефть и газ, парагенезисы в системе горючих полезных ископаемых, 30-31 мая – 1июня 2006 г.». М.: ГЕОС, 2006. - с. 71-73. 15. Вялов В.И. Пространственно-генетические связи угольных и нефтегазовых бассейнов и месторождений России. Тез. докл. Международной конференции «Дегазация Земли: Геофлюиды, нефть и газ,парагенезисы в систме горючих полезных ископаемых, 30-31 мая – 1 июня 2006 г.». М.: ГЕОС, 2006. - с. 79-80. 16. Бгатов В.И., Кужельный Н.М., Лизалек Н.А.,. Шаламов Н.В. Дегазация Земли и растительный покров. Тез. докл. Международной конференции «Дегазация Земли: Геофлюиды, нефть и газ, парагенезисы в системе горючих полезных ископаемых, 30-31 мая – 1июня 2006 г.». М.: ГЕОС, 2006. - с. 46-49. 17. Шаров Г.Н., Белозёров И.М. Баженовская свита и глубинные месторождения нефти [Электронный ресурс] // 2-я Всероссийская конференция по глубинному генезису нефти «Кудрявцевские Чтения». Москва, 21-23 октября 2013 года: тезисы докладов. – Режим доступа: http://conference.deepoil.ru/images/stories/docs/2kr_theses/Sharov-Belozerov_ Theses.pdf. 18. Черкасов Г.Н., Шаров Г.Н., Ашурков В.А. Нефтегазовый потенциал Кузнецкого прогиба (Западная Сибирь) Современное состояние наук о Земле (Матер. Междунар. Конф. посвящённой памяти В.Е. Хаина, 1-4 февраля 2011 г., Москва). – М.: Геологический факультет МГУ, 2011. – С. 2051-2055. 19. Борщ С.С., Беспечная Л.Ю. Ведерников Г.В. Новые данные о геологическом строении Кузнецкого прогиба. Геофизика, 2001 (спецвыпуск). - С. 102-109.
Примечание: Доклад был сделан на Международной научно-практической конференции «О новой парадигме развития нефтегазовой геологии» посвящённой 100-летию ТАССР 2-3 сентября 2020 г. | ||