Происхождение нефти

Анатолий Тарасов

Галофиты (организмы, размножающиеся при солености 330~6 г/л) — самые древние из известных организмов Земли. Следы первых бактериальных эвапоритовых экосистем обнаружены в формациях Onverwacht (Южной Африка) и Warrawoona (Австралия) возрастом 3,5-3,4 миллиардов лет.

С тех пор эвапоритовые моря многократно занимали континенты и шельфы Океанов аридных зон. Собственно прямая зависимость нефтегазоносности от развития карбонатных отложений и обратная от терригенно-угленосных толщ являются следствием глобальных изменений климата, смены аридного осадконакопления на гумидный.

Общими диагностическими признаками нефтегазоносных и эвапоритовых отложений являются их циклическое накопление в субаквальной среде с анаэробной обстановкой на фоне относительно постоянного прогибания ложа седиментационных бассейнов.

Отложению ангидридных и галитных толщ, которые нефтяники рассматривают в качестве флюидоупоров, предшествовало испарение ~70% морских вод, сопровождавшееся накоплением карбонатных осадков.

Испарение воды в эвапоритовых бассейнах имело планетарные масштабы и составляло 2-10% объема Мирового океана, но это могло обеспечить поступление мизерных количеств органических веществ (ОВ).

Как по биопродуктивности, так и по нефтегазоносности осадочных толщ Океан подобен континентальной пустыне. Осадки прибрежных зон содержат ~1,5% Сорг., солончаки и серо-бурые пустынные почвы — 0,5-1,0%. Поэтому рассчитывать найти месторождения углеводородов в морских отложениях, все равно, что строить планы лесозаготовок в Сахаре.

Образно рождение нефти, газа и "морских" сланцев можно представить так: место действия, декорации и сценарий представляет Океан, финансы — континентальные воды, а главные роли играют непримечательные артисты из крошечных в настоящее время солеродных лагун.

Высокая плотность рапы обеспечивает нахождение во взвешенном состоянии и посмертный перенос покровов планктонных морских и пресноводных организмов, а консервация солями — водорослей и трупов животных.

Поэтому осолонение палеобассейнов может быть идентифицировано только по отсутствию донных стеногалинных морских и пресноводных организмов, чрезвычайно бедному составу ископаемых форм или по отсутствию макрофоссилий.

Именно такие характеристики присущи всем нефтематеринским породам и большинству "морских" сланцев. Например, диатомиты Мак-Крик (США) сложены четырьмя формами, что совершенно не характерно для океанического планктона и полностью совпадает с характеристикой диатомовых ценозов континентальных соленых озер и лагун Причерноморья, приморского озера Gavish Sabkha (Синайский полуостров) и загипсованным глинистым илам Арала, где были отмечены виды 3-4 родов.

Биоразнообразие солеродных бассейнов уменьшается при увеличении минерализации рапы (таблица 1), но биота никогда не исчезает полностью. В толще эвапоритов Кара-Богаз-Гола зарегистрировано бактериальное восстановление сульфатов.

Приспособление к широчайшему диапазону факторов определяет низкую изменчивость галофитов. Цианобактерии из эвапоритовых формаций позднего рифея — венда, имеют все признаки современных галофитных видов. Значительная часть колониальных "спор" и акритарх из нефти, газа, конденсата, вод и нефтематеринских пород были уверенно отождествлены В. М. Горленко с колониальными цианобактериями (рисунок 1).

Останки цианобактерий в нефтях и сланцах — самая разнообразная группа микрофоссилий, как и галофитные виды в современных гипергалинных водоемах (смотрите таблицу 1).

Самыми интересными органическими останками в нефтях являются акритархи, имеющие обломки жгутиков (рисунок 2). Их размеры соответствуют характеристикам галофитных вольвоксовых водорослей — крупных дуналиелл (Dunaliella salina) и мелких астеромонас (Asteromonas gracilis).

Кроме этого, в карбонатах могут быть встречены клетки галофитных кокколитофорид, динофлагелят, остатки талломов зеленых и красных водорослей, а из животных раковины фораминифер, остракод, трубки многощетинковых червей, останки крабов и других животных, а в ангидритах — раковины брюхоногих моллюсков. Хитин, который отмечается во всех нефтематеринских породах Мира, свойственен абсолютному больнинству галофитным животных.

Из палеозойских нефтей Русской платформы описаны Synsphaeridium conglutinatum part., имеющие остатки сосущего органа современных инфузорий Fabrea salina (рисунок 3).

Останки артемий (Artemia armeniaca) найдены в эвапоритах сарматской нефтеносной формации Кульпа. По отпечаткам жаброногих ракообразных, близких к артемиям, их возраст может быть определён как минимум карбоном. Однако раннекембрийские акритархи — полые капсулы шарообразной формы Leiosphaeridia pelucida и Archaeodiscina umbonulata по химическому составу отличны от всех современных одноклеточных водорослей. Возможно, они, а также Spumiosa salebrosa и S. spongiosa из вендских нефтематеринских пород, являются диапазирующими яйцами жаброногих ракообразных и цистами после выклева личинок (смотрите рисунок 3).

О существовании предшественников артемий в кембрии могут свидетельствовать не только палеонтологические находки, но и порфириновые комплексы горючих сланцев.

Биомаркеры нефтей девона, карбона, перми и триаса Баренцева моря, девона, перми и, возможно, венда Восточной Сибири свидетельствуют о формировании нефтепроизводящих отложений в эвапоритовых бассейнах.

Порфириновые комплексы — наиболее показательные биомаркеры условий нефтеобразования. За счет разрыва изоциклического кольца вероятна трансформация циклоалкилпорфиринов (производных хлорофилла "а" и возможно "b" с замещением Mg на Ni) в алкилпорфирины (остатки гемоглобина с замещением Fe на Va). Доля (около 95%) и соотношение (~1:1) цикло— и алкилпорфиринов в нефтях каменноугольных, юрских и меловых отложений Прикаспийской низменности показывают, что процессы алкилирования в катагенезе существенно не изменяют соотношения порфириновых комплексов.

В активном слое морских осадков (0,5 и 0,5-1,0 см) снижение доли хлорофилла "а" составляет 5-50%, каротиноидов — 2-30%, что существенно не изменяет соотношения пигментов в зоне диагенеза. В Мировом океане соотношение хлорофилла к гемоглобину оценивается ~107:1, тогда как в эвапоритовых экосистемах близко 1:1 (0:1... 1,7-1,0). Это ясно указывает на гипергалинные водоемы как на единственное место первичного продуцирования ОВ нефти.

При преимущественном развитии артемий в планктоне до садки галита и галофитных гемоглобинсодержащих интрабионтов на стадии накопления обогащенных ОВ карбонатных илов доля Va превысит содержание Ni, а преобладание Va в сернистых нефтях отразит преобразование животных белковых компонентов.

Многие биомаркеры нефти подобны молекулам отложений и бактериальных сообществ гипергалинного озера Gavish Sabkha (Синайский полуостров).

Причём среди ОВ цианобактерий зафиксированы, например, н-алкан С29 — считающийся биомаркером высших растений и стераны С27, С28, С29, характерные пресноводным отложениям.

Доминирование "морского" протокерогена II свойственно современным осадкам озthf Карачи (Западная Сибирь) на начальной стадии садки галита (270 г/л), а керогена II — палеогеновой эвапоритовой формации Цзянханского НГБ (Восточный Китай). Эти примеры, а также масса других, свидетельствуют о том, что происхождение далеко не всех биомаркеров нефтей расшифровано однозначно и корректно.

Гипергалинные экосистемы — не только место рождения протонефти, но и двери, широко раскрытые для проникновения морских обитателей в пресные воды. Из них в озеро Никарагуа вселились тарпоны (родственники сельдей) и тупорылые акулы, которые отличаются от двойников из Мирового океана способностью размножаться в пресной воде.

В реках США и зоне Панамского канала живут крабы, внешне едва отличимые от вида, проникшего в Каспий через несколько лет после открытия Волго-Донского канала, а до этого совершившего путешествие через Атлантику в обрастаниях парусных судов.

Далеко не все морские организмы способны перестроить биохимические процессы. Те, кто в состоянии освоить пресные воды, не раз преодолевали иголочное ушко эволюции.

Процессы видообразования в кризисы солёности настолько стремительны, что появление новых организмов происходит за миг геологического времени.

В III веке нашей эры, пик аридизации климата Азии падение уровня Арала заняло период сравнимый с точностью радиоуглеродных датировок (250 миллионов +/-200 лет).

За это время в Амударье появились десятки эндемичных видов внешне едва отличимых от солоноватоводных эндемов Каспия и их двойников из рек Понта, двух средиземноморских сердцевидок и их двойников из озер дельты Нила.

Едва заметные колебания уровня Океана и движения земной коры в активных геологических зонах приводили к изменению солёности, а эволюционный процесс многократно клонировал гипергалинные виды и их двойников в континентальные экосистемы.

Появление видов-двойников — симпатрическое видообразование связано с изоляцией эвригалинных организмов фронтальными зонами палеорек с высокими горизонтальными градиентами солёности.

Часть популяций на предустьевых пространствах приспособилась к размножению в пресной воде. Голоэвригалинные морские и галофитные виды эволюционировали в зонах опреснения.

Надёжным фито— и зоогеографическим признаком существования в прошлом эвапоритового бассейна является наличие голоэвригалинных морских и солоноватоводных видов и их видов-двойников или морфологических аналогов, эволюционировавших до уровня рода (реже семейства), в пресных водах.

Например, род Dunaliella включает по несколько морских, галофитных лагунных и континентальных форм, многочисленные пресноводные виды на всех континентах, исключая Антарктиду.

Филогения пресноводных и морских эритробактерий показывает, что симпатрическая модель пригодна и для бактериальных форм, а их разнообразие в пресных водах может быть объяснено многократным видообразованием от немногих морских предков в различных эвапоритовых бассейнах.

В качестве примера приведу появление дрейссен (Dreissena gr. Polymorpha) в кинельской потамофауне Волги, впадавшей в гипергалинное Балаханское палеоозеро, а также синхронных им континентальных отложениях Западного Казахстана, Туркмении и Балхаша.

Гидробииды (Hydrobiidae) фиксируются Продуктивной толще Южного Каспия, в соленосных толщах мессина и пресноводных отложениях "lago-mare" Средиземного моря. Но сингенетичные нефтяные месторождения над мессинскими эвапоритами и балаханскими отложениями отсутствуют.

В 27 случаях из 29 центры формирования рецентных пресноводных фаун и флор, имеющих яркие морские корни, совпадают с разведанными или перспективными НГБ (рисунок 4). В бассейне Южной Атлантики зоогеографические данные маркируют эвапоритовые бассейны, существовавшие, как минимум, 130 миллионов лет назад.

Раннемеловой (апт-альб) эвапоритовый бассейн Кампос (Бразилия) сформировался до раскола Южной Атлантики и совпадает с аптским Кванза-Камерунским НГБ. Нефтегазоносность Нижне-Нигерийского и Западно-Африканского НГБ также связана с апт-альбом.

Эвапоритовые моря с палеозоя по кайнозой существовали на шельфе Северного и Баренцева морей, но бассейны их рек неоднократно находились в зонах оледенений и для анализа необходимо привлекать палеонтологические данные.

Зоогеографические данные по районам тихоокеанского шельфа Южной Америки в Панамском заливе и южнее Вальпараисо (Чили), Коралловому морю, а также районам атлантического шельфа Намибии, ЮАР, и южнее залива Ла-Плата, где известны признаки нефтепроявления, недостаточны для конкретных выводов.

Напротив, в Японском море можно указать не только на наличие скромных нефтяных структур по западному побережью Японии, но и прогнозировать открытие шельфовых месторождений. Подобный прогноз гораздо увереннее может быть сделан по заливу Карпентария (в том числе, и на основании нефтегазоносности Юго-восточной Папуа) и по районам восточного обрамления Южной Америки, совпадающим с юрскими и меловыми НГБ Западной Африки.

Для более точных заключений необходимо использовать палеогеографические, палеонтологические и физиологические данные. Например, пресноводные мизиды Mesipodopsis в реках Персидского залива и голоэвригалинные двойники появились не позднее, чем прервалась связь Индийского океана и Средиземного моря, т.е. на рубеже палеогена и неогена (22-25 миллионов лет назад).

Это кризис солёности маркируют так называемые "левантийские" униониды в отложениях рек Персидского залива и Кавказа, а также формирование верхов "главных известняков" месторождений Ирака.

Кризисы солёности многократно становились локомотивами эволюционных скачков и катализаторами накопления нефтематеринских отложений.

Возможно, что именно в гипергалинных бассейнах зародилась жизнь. Однако прямое отождествление всех центров видообразования пресноводных фаун с перспективными районами нефтеобразования было бы крайне неосмотрительно.

Например, в Паратетис существовали Паннонское и Понтическое палеоозера (рис. 5). Однако в их отложениях нет и не может быть УВ, сравнимых даже с Южно-каспийскими, поскольку их геологическая история была связана с опреснением.

Источник - Мембрана.Ру