СТАТЬЯ 2018.04.05-22. (v.5)

Особое мнение

Г.Н. Шаров
к. геол.-мин.- наук, член-корр. РАЕН

ООО «Институт геолого-экономических проблем» (ООО «ИГЭП»)»
g.sharov@bk.ru

 

К вопросу о перспективах совершенствования и наращивания сырьевой базы углеводородов (УВ)

 

В статье рассматривается вопрос расширения сырьевой базы углеводородного сырья (УВ) в свете общей гипотезы происхождения и эволюции Земли: Гипотезы Белозёрова-Шарова-Минина [9]. Автор считает, что и органическая и абиогенная гипотезы происхождения УВ, в том числе нефти, вносят свой весомый вклад в дело повышения эффективности поисковых работ, в  обеспечение экономики страны энергоресурсами. Практический вывод автора заключается в том, что перспективы континентальной части России и прилегающего  мелководного шельфа на выявление промышленных залежей УВ далеко не исчерпаны [8].

Ключевые слова: Большой Взрыв,нейтрон-протон-водородное превращение (НПВ), нефтематеринские породы

 

Представление об органическом происхождении нефти предполагает происхождение УВ в результате преобразования органических веществ в земной коре. В результате этого процесса из насыщенных органикой «нефтематеринских» пород, нефть, мигрирует и локализуется в благоприятных для образования залежей условиях. Ограниченное количество органических веществ в земной коре предполагает вывод и об ограниченном объёме УВ, которые могут быть образованы в земной коре и об исчерпаемости 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.

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 [5,6,7].

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. Общепринято считать, что в этом «темном» состоянии пребывает до 90% всей материи.

При «нейтронизации», на примере атома протия, линейный размер образующегося нейтрона меньше атома протия более чем на 5 порядков, т.е. в ~ 200 тысяч раз (объемный, соответственно, почти на 16 порядков). При этом плотность вещества увеличивается до ядерных значений (2х10¹⁴ ÷ 1х10¹⁵) г/см³. Из системы на это преобразование поглощается удельная энергия в размере 0,75 ÷ 0,80 Мэв на каждый нуклон (5,6).

Рост нейтронных образований не бесконечен. По мере достижения критического состояния неустойчивого равновесия предполагается начало процесса центробежного разуплотнения исходного нейтронного гиганта и происходит  так называемый «Большой Взрыв». 

Из возникающих при Большом Взрыве нейтронных «брызг» (капелек и т.п.) со временем образуются более мелкие системы, аналогичные нашей Солнечной, а из еще более мелких фрагментов - планеты, их спутники и т. д. Вся исходная система начинает разуплотняться, расширяться и постепенно остывать.

Большой Взрыв, в результате которого образовалась наша Галактика, произошёл примерно 15 млрд. лет назад.

При Большом Взрыве разновеликие осколки нейтронной звезды не удерживают на своей поверхности нейтроны, которые излучаются и подвергаются β-распаду с образованием протона и электрона. Вместе они составляют атом водорода, линейный размер которого превышает линейный размер нейтрона в 5 порядков, а объём в 16 порядков. Мелкие осколки, быстро распадаясь, образуют водород, наполняющий межзвёздное пространство. Крупные осколки, продолжая излучать нейтроны, составляют керн (ядра) звёзд, планет нашей Галактики. Астрономический возраст их, как и возраст керна (ядра) Земли и, соответственно, планеты Земля, примерно 15 млрд. лет.

На границе керна непрерывно происходит β-распад нейтронов.  В результате образуется пара протон/электрон, являющаяся атомом водорода.  Этот процесс И.М. Белозёровым [5] назван  нейтрон-протон-водородным превращением (НПВ). Процесс НПВ является основным движущим фактором в дальнейшей эволюции Земли. Удерживаемый керном водород частично образует первичную газовую оболочку - первичную атмосферу Земли, частично водород теряется в космическом пространстве.

Время β-распада нейтронов в среднем 15-16 минут. Именно в среднем, т. к. часть нейтронов  распадается непосредственно на границе керна, часть по истечении некоторого времени по пути в космос, непосредственно в космосе, где пополняет его водородом.

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 [1,2]. Одновременно часть нераспавшихся нейтронов излучается в космос [6, 12].

На границе керна 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 газы Н₂О, СН₄, Н₂S, CO₂ и др.

Весь процесс сопровождается остыванием системы, на периферии её образуются атмосфера, литосфера, гидросфера, которые состоят из химических элементов и их соединений.

Излучаемые керном (ядром) Земли нейтроны, обладая огромной энергией и малыми размерами, практически беспрепятственно проходит сквозь образовавшиеся оболочки Земли.  При этом часть нейтронов подвергается β-распаду непосредственно внутри этих оболочек пополняя их водородом и увеличивая их общий объём. В результате поступления из «бульона» всё новых порций химического вещества и  увеличения объёма оболочек в результате распада в них нейтронов происходит в целом увеличение, расширение, Земли.

С образованием твёрдой коры начинается отсчёт геологического времени эволюции Земли. Он принимается согласно возрасту наиболее древним артефактам равным 4,5 млрд. лет.

При увеличении мощности охлаждающейся коры  происходит её растрескивание – образование глобальной системы рифтов, которые становятся более проницаемыми структурами по сравнению с находящимися между ними более плотными участками коры. Эти более плотные участки коры стали основаниями будущих континентов. По мере роста объёма Земли формирование системы глобальных рифтов продолжается и затрагивает и континенты. Примерами являются Африканский и Байкальский рифты.

В целом кора рассматривается не как твёрдая «скорлупа», а как твёрдая, но не стабильная, оболочка насыщенная газожидкостными смесями. При вращении Земли газожидкостные смеси наиболее интенсивно подвергаются воздействию центробежных сил в её экваториальной зоне. Возникает эффект сепарации, следствием которого является наибольшая концентрация газожидкостных смесей, в том числе промышленных залежей УВ в экваториальной зоне Земли.

 «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 между блоками приводит как бы к  «поёживанию» коры. Перераспределение осуществляется  как вверх по разрезу, так и по латерали в сторону областей с пониженной плотностью. Забегая вперёд, следует отметить, что такое «поёживание» способствует перемещению газов и жидкостей в коре по вектору от большего к меньшему давлению.   Этот процесс сопровождает образование в благоприятных условиях скоплений газов и жидкостей,  в том числе УВ. В связи с этим, изучение распределения в коре блоков различной  напряжённости, их взаимодействие с образованием условий для формирования залежей УВ, и не только УВ, но, например, скоплений рассолов, а может быть и магматических расплавов и гидротерм, имеет большое практическое значение.

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.

Концентрируя внимание на залежах УВ исследователи, как правило, проходят мимо скоплений в коре других газов и жидкостей, в том числе СО₂, NH₄ Н₂О, Н₂S и др. Концентрироваться они могут и в гидросфере, например сероводород в Чёрном море. Примером концентрации  на геохимических или геотермических барьерах  являются газогидраты в зоне перехода в океане от литосферы к гидросфере или, например, в коре на границе талых и многолетнемёрзлых пород.

Образование океанов, в целом гидросферы, связано с концентрацией на поверхности литосферы ювенильной воды, являющейся раствором химических соединений и элементов, рождающихся в «бульоне». Вынос реками растворённых минеральных образований участвует в пополнении ими океанов, но этот процесс не является главным.

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 роль стали играть 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 [Валяев 11]. Характерно, что наиболее  буйной она является в экваториальной зоне. Практически все угольные бассейны расположены в зонах активной дегазации Земли. Это водород, метан и его гомологи, другие газы в основном эндогенного происхождения.  Подтверждением является пространственная и генетическая связь угольных и нефтегазовых бассейнов [Вялов 13]. Примером являются за рубежом бассейн Сан-Хуан (США), в России – Кузнецкий бассейн.

Возникает вопрос: а что же нефтематеринские породы?  Углеродсодержащие породы и другие породы, содержащие в повышенных количествах УВ, часто называют «нефтематеринскими». Это понятие кажется допущением, т.к. нефтяные залежи имеют место в геологических обстановках при отсутствии таких пород, в том числе на больших глубинах. 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 [4, 11]. Не вопрос: есть или нет "материнские породы". Коренной вопрос: откуда в них УВ (нефть или газ). Эволюция "материнских пород" с образованием залежей УВ хорошо изучена. И в этом сильная сторона органической гипотезы. Одни считают их произошедшими на месте за счёт преобразования исходного органического материала, другие иначе трактуют их происхождение.

И те и другие правы. 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). Сами «нефтематеринские» породы нередко с экономической точки зрения могут рассматриваться в качестве промышленных месторождений. Однако, скорее всего, только в тех случаях, где они сочетаются с восходящими потоками УВ-содержащих флюидов (Салымское месторождение в гидротермально изменённых породах баженовской свиты [16])».). УВ глубинного происхождения,  сорбируются этими породами. Определённую роль имеет водород, образующийся в результате распада нейтронов непосредственно в этих породах при их прохождении сквозь кору и, в том числе, через "материнские породы".

Содержащие в большом количестве углерод, в том числе угли, углистые сланцы, породы типа баженовской свиты являются активным сорбентом глубинного водорода и метана. Распадающиеся в пределах углеродсодержащих пород нейтроны поставляют дополнительны водород, создавая в целом среду насыщенную водородом и метаном. Их смесь,  часто с поступающим при отработке угольных пластов воздухом, является легко взрывающейся. Следует отметить, что и при отсутствии в разрезе насыщенных углеродом пород глубинная смесь аналогичного состава также взрывается в шахтах (трубка Удачная).

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. К сожалению, изучение его  в этом направлении было прекращено с отменой отчислений на воспроизводство минерально-сырьевой базы.

На территории Российской Федерации и ближнего зарубежья (и не только) перспективными объектами являются зоны развития бурной растительности в геологическом прошлом и в настоящее время, зоны глубинных разломов и повышенной трещиноватости в тектонически напряжённых структурах, сочетание глубинных и оперяющих их разломов и пликативных структур.

В геологическое время, в том числе до появления бурной растительности в акваториях и на суше, формировались огромные объёмы карбонатов путём как хемогенного, так и органогенного концентрирования. В этих условиях несомненным признаком влияния водородного и углеводородного дыхания Земли является образование рифовых построек. Наличие их, по мнению автора, как ископаемых, так и современных может являться поисковым признаком промышленных залежей углеводородов.

Территория Российской Федерации, акватория Северного Ледовитого океана находятся в северных и даже полярных широтах. Такое их расположение 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.

Высокие концентрации метана и водорода в углях Кузнецкого бассейна позволили оценить запасы метана в них в 13 трил. м³ [3].  Идея промышленного использования была выдвинута в 80-х годах автором статьи, совместно с директором, в то время,  треста Кузассуглеразведка А.П. Черняевым. Впоследствии перспективы промышленного использования угольного газа Кузбасса подтверждены.

И.М. Губкин отмечал,  что вопрос о нахождении в котловине (прогибе) в основании карбона и верхах девона нефти является актуальным и вполне обоснованным. Проведённые в 50-х годах нефтепоисковые работы подтвердил перспективы [1].  Открытие месторождений нефти и природного газа в Западной Сибири отодвинули на второй план нефтепоисковые работы в Кзбассе.  Опираясь на идеи И.М. Губкина  (Избранные сочинения, т.2. М.: Изд-во АН СССР, 1953.), ПГО «Запсибгеология», позднее «Южсибгеолком», с1984 года начали планомерное изучение Кузбасса на предмет его нефтегазоносности. 

Обобщённые данные по геологическому строению Кузнецкого прогиба подтверждают его наложение на рифтовую структуру. Насыщенность всего разреза осадочно-вулканогенного чехла прогиба УВ указывают на их глубинное происхождение. На юге Кузбасса в районе с. Абашево в газах скважины 5-Р, поднятых с глубины 2450-2502 м суммарное содержание водорода и гелия колебалось в пределах 9-18%.

Проведёнными ранее в 50-е годы работами в ряде структур получены небольшие притоки нефти. Наибольшие притоки получены на Борисовской антиклинали с глубины 450 м. – 380 л/сутки. Исходя из химического состава, нефти Кузбасса относятся к двум классам. Первый –нефти существенно метановые (СН₄ более 75%), бессернистые (S 0,08%), парафинистые и высокопарафинистые (5-25%). Удельный вес нефти 0,80-0,83 г/см³. Второй класс – нефти метано-нафтеновые (нафтеновых более 50%). Парафина и смол в них нет, серы до 0,15%. Удельный вес 0,79 г/см³.  Наиболее полно сведения по нефтегазаносности изложены в статье Г.Н. Черкасова и др. […].  По инициативе Южсибгеолкома были начаты силами треста «Новосбнефтегазгеозфизика»    сейсмопоисковые работы, которые были прерваны с отменой отчислений на воспроизводство минеральносырьевых ресурсов. Полученные результаты изложены в статье С.С. Борщ и др. [10].

В целом Кузбасс остаётся одной из первоочередных структур для постановки нефтепоисковых работ. В настоящее время возможно, с учётом, новейших данных, их дополнительное обоснование. Изложение имеющегося материала заслуживает отдельной статьи.

Автор настоящей статьи имеет и другие предложения по постановке нефтепоисковых работ в материковой части Российской Федерации.  Конкретизация их с выделением  площадей для постановки геофизических исследований и бурение опорных скважин  требует дополнительного изучения накопленных материалов.

Группой специалистов, включая автора статьи, проведены исследования по газоносности угольных шахт Кузбасса. Основным выводом является то, что в шахтах в первую очередь взрывается водородно-воздушная смесь газов, что является детонатором взрыва метана и угольной пыли [14,15]. Эта же смесь газов является детанатором взрывов в алмазодобывающих шахтах.

ЛИТЕРАТУРА

1. 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.

2.  Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Хазинс В.М. Водородная дегазация Земли и озоновые аномалии // Докл. АН 2006. Т.406. №2. С.241 - 243.

3. Ашурков В.А., Черкасов Г.Н., Шаров Г.Н. Углеводородный потенциал Кузнецкой котловины. // 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.

4. 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.

5. Белозёров И.М. Природа глазами физика. Томск. Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 131 с.

6.  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.

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. 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.

9. 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.

10. Борщ С.С., Беспечная Л.Ю. Ведерников Г.В. Новые данные о геологическом строении Кузнецкого прогиба. Геофизика, 2001 (спецвыпуск). - С. 102-109.

11. 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.    

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Козловский Е.А., Кузнецов Ф.А., Грицко Г.И., Белозёров И.М., Минин В.А., Митькин В.Н., Шаров Г.Н.  К вопросу о взрывоопасности газа при подземной добыче угля, в частности, в Кузбассе  // Сборник тезисов докладов  III Всероссийского симпозиума с международным участием "Углехимия и экология Кузбасса": Кемерово, 02 -04 октября 2013 г.: изд-во ИУХ и ХМ Кемеровского НЦ СО РАН. С. 61.

16. 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. 

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.

 

 

Примечание: Статья была представлена в ходе объявленной РОСНЕДРА дискуссии, но не была принята Редакцией журнала «Недропользователь ХХ1 век» без объяснения причины.