К настоящему времени о Земле сформировалось представление как об открытой саморегулирующейся сложной системе, состоящей из подсистем – геосфер. К геосферам относятся: ядро, мантия, астеносфера, литосфера, земная кора, гидросфера, атмосфера, биосфера и другие оболочки [2, 9].

Имеются также системы процессов и явлений, приводящие в течение геологического времени к изменению существовавших или появлению новых геосфер. Таковы процессы осадконакопления, сквозного тепломассопереноса в масштабе всей планеты и другие явления, приводящие к появлению стратисферы, гидросферы, атмосферы, а затем биосферы и других сфер.

Планетарная углеводородная (УВ) система представляет последовательный ряд процессов и явлений, характеризующих циклы основных веществ, входящих в систему.

Эмпирически выявленная последовательность процессов и явлений планетарной УВ-системы включает: дегазацию внутренних оболочек Земли углеводородными и не углеводородными газами; генерацию однофазного флюида; фильтрацию флюида через толщу астеносферы и литосферы к земной поверхности; конденсацию жидкой фазы (воды и протонефти); концентрацию конденсата и газа в коллекторах земной коры с надежным флюидоупором (покрышкой). Скопления нефти и газа в коллекторах образуют нефтегазовые залежи. Из залежей, несмотря на малопроницаемую кровлю, в течение геологических отрезков времени УВ разгружаются на земную поверхность или на дно морей и океанов. Излияние нефти и эмиссия газов в атмосферу приводят к их окислительной деструкции. Окислительной деструкции УВ подвергается также вся нефть и газ промышленной добычи. На завершающем этапе эмпирической УВ-системы на окисление (сжигание) 1 кг нефти нужно 3,4 кг O₂, а на сжигание 1 м³ метана – требуется 2 м³ О₂. Окислителем УВ является О₂, а продуктом окисления СО₂ и Н₂О. Процесс окисления УВ – экзотермический. Связанные между собой циклы Н₂О, СО₂, O₂, УВ и энергии должны быть объектом анализа природы планетарной УВ системы.

Проблема происхождения нефти и газа до сих пор является дискуссионной с преобладанием концепций биосферного и минерального генезиса, анализ этих концепций может внести вклад в решение проблемы происхождения УВ, их возобновляемости или исчерпаемости.

Цель наших исследований – выявление природы реальной углеводородной системы Земли и возможность использования ее положений для оценки перспектив региональной нефтегазоносности. Это возможно путем анализа различия и сходства концепций минерального и биосферного генезиса УВ.

Глобальная конвекция и глубинная дегазация. Процессы и явления планетарной углеводородной системы.

Энергомассообмен между геосферами Земли осуществляется благодаря глобальной конвекции. Сторонники минерального генезиса нефти и газа отмечают, что источник природных углеводородов – глубинная дегазация CH₄, C_nH_m, СО, СО₂, Н₂О, Н₂, Н₂S. Допускается, что эти газы могут поставлять ядро и мантия. При этом упускается, что на пути движения к земной поверхности ниже поверхности Мохоровичича все пары и газы находятся в сверхкритическом состоянии и представляют монофлюид с высокой проникающей способностью. Дефлюидизация УВ должна идти параллельно дегидратации Земли и закончиться одновременно с образованием гидросферы, т.е. 4,4 млрд лет назад [9].

Для признания реальным источником УВ дегазацию ядра, мантии, слоев астеносферы следует указать глубинный источник кислорода, который бы окислял УВ с выделением соответствующей энергии. Такого глубинного источника O₂ нет. На этом основании концепция минерального генезиса УВ не обладает признаками системы, как, например, система конвективного тепломассообмена, океанических течений и других системных процессов.

Для поступающих из недр УВ в результате их дефлюидизации окислителем является атмосферный кислород, получаемый в результате фотосинтеза. Это является основанием для рассмотрения совмещенных циклов: органического вещества (ОВ), СО₂, Н₂О, О₂ и энергии в глобальной углеводородной системе.

Глобальная (планетарная) УВ система включает основные процессы: фотосинтез ОВ с выделением О₂, неполное разложение отмершей органической массы, формирование органических осадков (керогена), погружение осадков ОВ в глубокие недра, метаморфизм ОВ осадков при t = 450–1200 °С на парогазовую и твердую графитоподобную фракцию, фильтрацию парогазового флюида к дневной поверхности, конвекцию жидких УВ в земной коре, формирование нефтегазовых бассейнов. Завершающим процессом УВ системы является окисление поступивших на поверхность земли УВ (включая скважинную добычу) и выделение при окислении энергии.

При фотосинтезе ОВ образуется из СО₂ и Н₂О с затратой солнечной энергии и выделением О₂ по уравнению

свет

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ – 15,97 МДж/кг

хлорофилл

Часть О₂ фототрофы используют для дыхания, энергетического обеспечения метаболизма в онтогенезе, а сапротрофы также для разложения отмерших организмов. Г.А. Заварзин (2001 г.) образование керогена объясняет разрывом во времени между синтезом ОВ и его последующим разложением [3] и всегда с передвижением в пространстве.

Общее уравнение дыхания:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 15,97 МДж/кг

Окисление фотосинтетическим О₂ за время существования биосферы (3,5 млрд лет) привело к образованию азотно-кислородной атмосферы с затратой 8·10¹⁵ т О₂ на окисление аммиака [1]. На образование железистых кварцитов [1] было израсходовано 195,6·10¹⁵ т О2. Гранитизация силикатной оболочки [9] потребовала 2260,7·10¹⁵ т биосферного О₂. Общая масса биосферного кислорода, участвовавшая в геохимических процессах, достигла 2465,2·10¹⁵ т, что эквивалентно 2311·10¹⁵ т первичных ОВ, депонированных в геологических осадках.

Образование плавающей над астеносферой континентальной коры привело к субдукции и коллизии с «поглощением» океанических плит под континентальные окраины и островодужные системы, что способствует перемещению осадков в глубокие недра до 700 км [2]. Это приводит к метаморфизму ОВ на графитоподобную и парогазовую фракции, флюидизации и конденсации углеводородов (УВ).

Следствием субдукции с участием ОВ океанических осадков являются УВ термического метаморфизма, их размещение в осадочном чехле и кристаллическом фундаменте. При скорости субдукции 30–50 мм/год [7], поглощение глубинной области Мирового океана (268 млн км²) может длиться 110–120 млн лет, за фанерозой она могла совершить от 5–9 ротаций. Это могло привести к конденсированию УВ в структурах континентальной коры.

Эксперименты и промышленная сухая перегонка твердых горючих ископаемых (ТГИ) показывают, что разложение ТГИ протекает в интервале температур от 400 до 1200 °С с образованием обуглероженного остатка (95–99,5 % Сорг.) и парогазовой фракции (монофлюида). Есть все основания аппроксимировать условия промышленной сухой перегонки ТГИ к термическому метаморфизму ОВ в глубоких недрах с интервалом температур 460–1200 °С [8], которого ОВ океанических осадков достигает на трассе погружения плиты. При угле вхождения океанской плиты под континент 16–25° горизонтальное проложение трассы дефлюидизации и конденсации нефти и газа на коллизионно-субдукционной кровле составит 130–200 км.

Если ширина океанического пролива перед «закрытием» была около 800 км, то степень концентрирования флюидов может быть 4–6-кратной. В этом заключается механизм концентрации УВ в месторождениях, так как через фронт субдукции или коллизии с ограниченным по глубине интервалом температур метаморфизма проходит океанская кора обширных акваторий, содержащая ОВ в составе геологических осадков (рис. 1).

Степень концентрирования флюида в континентальной кровле равна отношению размеров поглощения океанической коры к величине интервала глубины начала Т₁ и окончания Т₂ метаморфизма на трассе погружения в зону Беньофа.

Перспективы региональной нефтегазоносности должны оцениваться на основе механизма глобальной конвекции. Основой прогноза нефтегазоносности геологической структуры является палеореконструкция [4]. Для восточной Азии такой региональной структурой является восточная часть Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), которая включает Джугджуро-Становый и Селенгино-Становый супертеррейны (ДСС и ССС). Они разделены Джелтулакской шовной зоной [5]. К системе ССС с юга примыкают Ольдойский террейн и система Умлекано-Огоджинского вулкано-плутонического пояса, являющиеся северным обрамлением Амурского супертеррейна. До верхнего девона указанные структуры существовали обособленно, между ними имелись океанические проливы. Джелтулакский миниокеан оформился между ДСС и ССС с развитием активных континентальных окраин (АКО) с рубежа 160 млн лет назад. Коллизия ДСС, ССС и Амурского супертеррейна завершилась закрытием миниокеана в раннем мелу. Формирование океанических осадков миниокеана до коллизии охватывает период верхний девон – нижний мел, закрытие миниокеана началось в верхней юре и закончилось в нижнем мелу (продолжительность 26 млн лет). При скорости поглощения акватории 0,03 м/год [7] ширина миниокеана равнялась 780 км. Запасы ОВ океанических осадков перед коллизией были достаточны для образования залежей УВ с концентрацией запасов (30–50)∙10⁶ т/км² [6]. Термическая генерация нефти и газа из ОВ начинается при температуре 465 °С [8] и продолжается до 1200 °С, т.е. на глубинах подошвы континентальной коры. Из этого следует, что при угле поглощения плиты Джелтулакского миниокеана равным 7° выходы флюидов УВ термического разложения будут иметь горизонтальное проложение на поверхности субдукционно-коллизионной кровли 100–260 км от шовной зоны. На этом расстоянии от главного Южно-Тукурингского разлома (Джелтулакского трога) в южном направлении следует планировать поиски УВ. Схема размещения прогнозируемых нефтегазоносных площадей показана на орографической карте Приамурья (рис. 2).

Заключение

При проектировании поисков на УВ кроме аккреционных призм сооружений Тукурингра-Джагды следует максимально учитывать результаты геолого-геофизических работ, прямые и сопутствующие признаки нефтегазоносности, т.е. осуществлять предварительный системный анализ. Например, по признакам минимальной плотности пород коры приоритет по наличию УВ имеют территории, тяготеющие к г. Сковородино [10]. По признакам выхода свободного водорода нефтегазовых скоплений, способного вызвать суффозионные просадки на поверхности осадочного чехла с образованием озерных ванн, перспективен ареал с озерами Огорон и Очки в бассейне р. Орловки.

Рецензенты:

Сорокин А.П., д.г.-м.н., профессор, председатель, ФГБУН «Амурский научный центр» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Благовещенск;

Остапенко Н.С., д.г.-м.н., доцент, заведующий лабораторией, ФГБУН «Институт геологии и природопользования» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Благовещенск.

Работа поступила в редакцию 10.04.2015.