Геохимическая специализация нефти и ее природа

Автор: Калинин Е.П.

Журнал: Вестник геонаук @vestnik-geo

Статья в выпуске: 1 (169), 2009 года.

Бесплатный доступ

Короткий адрес: https://sciup.org/149128980

IDR: 149128980

Текст обзорной статьи Геохимическая специализация нефти и ее природа

Две концепции нефтеобразования

История нефтяной промышленности, играющей ключевую роль в соврeмен-ном мире, насчитывает более чем 150 лет. Однако до сих пор существуют две концепции происхождения нефти: биогенная (органическая), ведущая начало от М. В. Ломоносова, и минеральная (глубинная — абиогенная, неорганическая), сформированная как научная гипотеза Д. И. Менделеевым в 1877 г. [14].

Биогенная концепция признает все горючие углеродистые ископаемые (нефть, газ, асфальты, уголь, горючие сланцы) генетически родственными образованиями. Они возникли из отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи. Исходным веществом для образования нефти и газа стали продукты распада биогенного материала, рассеянного в донных отложениях морей и водоемов. В процессе литогенеза органическое вещество переродилось в кероген, дальнейшее созревание которого сопровождалось отделением от него углеводородных компонентов — «микронефти». Процесс мог иметь длительный, в течение десятков и сотен миллионов лет, и многостадийный характер. В пользу биогенной концепции говорит то, что более 90 % месторождений нефти и газа сосредоточено в осадочных горных породах, в которых развивалась органическая жизнь. Причем залежи нефти и газа в нефтегазоносных рeгио-нах строго стратифицированы, т. e. приурочены к пластам осадочных пород (глин, песчаников, известняков) определенного возраста [14].

Сущность минеральной концепции связывается с широким проявлением природного процесса — дегазации Земли. Глубинная дегазация сопряжена с активными зонами земной коры, глубинными разломами, высокой сейсмичностью и вулканизмом. Преобладающими компонентами в составе газов являются H₂О (пары), CO₂, H₂S, H₂, N₂ и углеводороды. Массы синтезированных углеводородов и других продуктов хи- 6

мических реакций поднимаются по ослабленным, проницаемым зонам земной коры ввeрх, в области меньших давлений, образуя нефтяные и газовые месторождения при наличии пористых и трещиноватых пород, флюидоупоров и экранов. Наличие во многих регионах залежей нефти и углеводородного газа в магматических и вулканических горных породах, залегающих, как прaвило, ниже осадочных, широкое распростра-нeние в кристаллических породах (Кольская сверхглубокая скважина, месторождение Белый Тигр во Вьетнаме) и во многих рудах рассеянных углеводородов, в том числе «капель нефти» в кристаллах вне контактов с осадочными породами, приуроченность нефтяных и газовых месторождений к зонам разломов — все это работает на концепцию неорганического происхождения нефти. Весомыми аргументами в пользу эндогенного происхождения нефти являются обильные поступления углеводородов на океаническое дно вдоль глобальной системы рифтовых зон Mирового океана вне какой-либо связи с осадочными отложениями. Показательно также нахождение нефтяных проявлений в кимберлитовых алмазоносных трубках, пронизывавших при их внедрении все вышележащие осадочные комплексы [12].

В последнее врeмя установлены многочисленные примеры нефтеносности пород фундамента, в которых отсутствуют осадочные образования. Уникальным в этом отношении является месторождение Белый Тигр на шельфе Южного Вьетнама. Здесь гигантские залежи нефти (более 659 млн т) приурочены к гранитам фундамента, просле-живаясь в них на глубину 1.5 км. Большинство скважин фундамента фонтанируют с дебитом 1000 т и более [12].

Кроме того, минеральная концепция опирается и на тот факт, что вне осадочной оболочки Земли и биосферы содержится более 99 % углерода нашей планеты [14]. Наличие в недрах огромного количества внутренней энергии содействует процессу синтеза и «выталкива- ния» к поверхности больших масс углеводородов, которые со врeменем преобразуются в благоприятных для них условиях в залежи нефти и газа. Большинство скоплений нефти и газа в горных породах возникают значительно позже образования сaмих горных пород, спустя десятки и сотни миллионов лет. Характерна также высокая концентрация в нефтях металлов [1, 5—7, 9—12] и широкое распространение в некоторых рудах битуминозных веществ. Признается необходимость поступления нефти и газа или исходных для их образования компонентов из глубоких горизонтов Земли. При этом осадочные породы рассматриваются как главный, но не единственный аккумулятор нефти и газа.

Таким образом, для биогенной теории важно, чтобы исходное вещество для нефтеобразования первоначально находилось в осадочных породах. Для неорганической теории процесс образования этих месторождений происходит в результате миграции необходимых компонентов из глубинных недр Земли, которые экранируются осадочным комплексом. Для сторонников биогенного генезиса нефти основополагающим является ее химические сходство с живым веществом (наличие в ее составе порфиринов с Fe, Mg и другими комплексами), для сторонников минерального генезиса — возможность аккумуляции нефти в крупные скопления энергоемкими вертикальными потоками, идущими из глубин Земли [14].

Знание генезиса нефти имеет важное значение для исследования химии нефти. Поэтому актуально рассматривать все новые данные о составе нефти с точки зрения современных представлений о ее происхождении [1—19].

Геохимическая специфика нефтей

Изучение микроэлементного состава нефтей насчитывает многие десятки лет. Аналитическая база была достаточно разнообразной: спектральный анализ зольных остатков, рентгенофлюоресцентный анализ, нейтронно-актива-

ционный и др. Применение в последнее время масс-спектрометрии с ионизацией пробы в индуктивно связанной плазме (JCP-MS) в значительной степени расширило возможности исследования геохимии жидких углеводородов [6].

Наиболее исследованным для сравнительного анализа металлогенических характеристик нефтей различных регионов является использование смолисто-асфальтеновых компонентов. Это позволяет избежать ошибок, получаемых при изучении зольных остатков или сырой нефти.

В табл. 1 дано содержание микроэлементов в смолисто-асфальтеновых компонентах нефти Днепровско-Донецкой, Тимано-Печорской, Волго-Уральской, Западно-Сибирской и Восточно– Сибирской нефтегазоносных провинций [6]. Из каждого региона проанализировано по семь-десять проб методом JCP-MS с привлечением данных нейтронно-активационного анализа (приблизительно 80 проб). Общим признаком для всех провинций является обо-гащенность всех исследованных проб относительно кларка в верхней коре летучими халькофильными элементами (Hg, As, Sb, Se, Te, Cd, Ag, Au), выборочно V, Cu, Re, Ni. Близки к коровым концентрации Cr, Zn, Pb, Bi. Анализ средних содержаний микроэлементов по этим провинциям показал: для Днепровско-Донецкой провинции характерны максимальные (из всех провинций) концентрации Sc, Ti, Sr, Zr, Pd, Ag, Hf, Hg, Th; для Тимано-Печорской — Cr, Fe, Co, Cu, Se, Y, Cd, Sb, Ba, TR, W, Pt, Tl; для Волго-Уральской — V, Ni, Ga, As, Rb, Nb, Mo, Te, Ta, Re, Bi, U; для Западно-Сибирской — Mn, Cs, Pb; для ВосточноСибирской — Zn и Au. В целом определяется близкая геохимическая специализация нефтей Тимано-Печорской и Волго-Уральской провинций, что выразилось в накоплении в них Cr, Co, Ni, Pt, V, Cu, Ga, Cd, U. Самой низкой металло-носностью отличается нефть Восточной Сибири (Cr, Zr, Cd) при максимуме средних содержаний по Zn и Au. Последнее является дополнительным подтверждением общей высокой золотоносности данного региона.

Сравнение вышеприведенных данных по геохимической специализации нефтей России с аналогичными материалами других авторов [9] подтверждает близость нефтей Тимано-Печорс-кой и Волго-Уральской провинций по максимальным или близким к ним средним содержаниям Pt, Cr, Ni, Cu (табл. 2).

В наиболее общем виде можно считать, что поступление микроэлементов в нефть обусловлено двумя процесса-ми:1) наследованием нефтью микроэле-ментного состава органического вещества нефтематеринских пород; 2) заимствованием микроэлементов из пород и пластовых вод в ходе формирования и развития нефтегазоносного бассейна [2, 16]. Возможно также сочетание обоих вышеназванных процессов [6].

Творческий коллектив ВНИГРИ в конце 90-х гг. при разработке «Атласа карт нефтегазоносности недр России» создал «Карту попутных полезных компонентов нефтей и битумов» масштаба 1: 5 000 000, обобщив огромный аналитический материал 70—90-х гг. с позиции как научной, так и практической

Таблица 1

Содержание элементов (ppb) в смолисто-асфальтеновых компонентах нефти различных нефтегазоносных провинций [6]

Элемент	Днепровско-Донецкая (ДДВ)		Тимано-Печорская (ТПП)		Волго-Уральская (ВУП)		Западно-Сибирская		Восточно-Сибирская
Элемент	Среднее значение	Предел колебаний	Среднее значение	Предел колебаний	Среднее значение	Предел колебаний	Среднее значение	Предел колебаний	Среднее значение	Предел колебаний
Sc	300.0	65—650	166.0	99—196	102.0	80—150	103.0	63—203	130.0	70—296
Ti	9724.0	600—43000	3241.0	1200—7400	5243.0	2200—7540	3545.0	2040—8490	2643.0	630—7430
V	28370.0	1650—117000	61635.0	5960—137000	227600.0	78800—506000	26190.0	5450—71370	6109.0	900—12300
Cr	5985.0	880—12040	18380.0	2780—37200	10835.0	2730—27500	13207.0	1630—31020	12883.0	1730—35200
Mn	955.0	430—1750	1435.0	580—2040	1728.0	1130—3270	2965.0	750—8570	724.0	150—1830
Fe	150480.0	17600—458000	259947.0	75200—505000	109582.0	54000—220000	54276.0	20150—101610	141825.0	3000—640920
Co	87.0	14—160	208.0	80—475	207.0	120—420	101.0	30—196	67.0	25—145
Ni	19027.0	470—67900	56170.0	6950—136000	72016.0	6400—120000	23328.0	3000—67140	14890.0	1050—30550
Cu	6105.0	1730—16600	51804.0	11000—130900	31283.0	19200—43500	15180.0	5300—35750	11974.0	1290—19700
Zn	16183.0	3500—32390	43747.0	14300—74900	49720.0	15400—79500	72282.0	25320—143650	106534.0	13150—481000
Ga	26.3	3—48	100.7	25—160	157.4	80—220	14.4	7—23	17.7	1.5—58
As	–	700—4900	–	–	250.0	120—1500	–	–		700—2100
Se		200—1500	1000.0	300—1800	400.0	100—800				250—2900
Rb	35.2	9—80	62.5	23—130	79.3	50—140	76.0	36—154	37.3	6—98
Sr	6657.0	730—22630	1425.0	120—3580	2850.0	450—5530	2270.0	1130—3820	1033.0	380—2670
Y	11.1	2—37	21.7	4—38	16.9	10—30	20.2	9—37	8.3	0.9—28
Zr	1275.0	410—4530	378.0	120—905	352.0	170—550	328.0	193—340	634.0	55—3400
Nb	2.7	1—10	9.9	5—26	13.5	4.5—30	8.3	1—26		4.4—6
Mo	45.6	10—130	315.8	89—600	1600.0	340—42000	58.0	12—162	171.0	40—605
Pd	4.25		2.53		3.34		2.55		0.87
Ag	17000.0	400—150000	630.0	80—1800	322.0	90—650	65.0	26—112	330.0	28—370
Cd	46.0	22—104	403.0	46—310	180.0	60—250	46.5	26—71	129.0	12—280
Sb	7200.0	60—40000	15400.0	500—60000	80.0	30—300	–	–		200—18000
Te	–	–	–	–	160.0	100—700	–	–	–	–
Cs	0.6	0.2—1.1	1.9	0.6—3	2.3	0.8—4.9	5.7	1.5—14	1.2	0.7—3.3
Ba	4147.0	1780—9060	5600.0	600—7340	2084.0	1050—3270	4423.0	2900—6700	2578.0	600—5350
TR	136.0	30—405	182.0	78—446	170.0	88—240	180.0	35—610	96.0	32—217
Hf	31.6	9—115	6.0	3.4—8.4	8.3	4.5—17.8	7.0	4—13	3.5	1.2—21
Ta		< (0.1—3.4)	0.6	0.2—1.0	1.0	0.5—2.0	–		0.7	0.4—1.7
W	20.0	7—48	176.0	50—285	61.6	35—100	80.0	18—260	82.0	35—250
Re	4.5	0.9—9.4	5.4	0.5—14.3	51.9	7—164	3.1	0.4—6.9	3.4	1.2—7.7
Pt	1.08		1.41		0.49		0.53		0.54
Au		1.5—8600	60.0	8—205	98.4	50—160	7.1	3—18	102.0	2.0—208
Hg	247000.0	9000—1200000	700.0	200—13900	2300.0	130—11850	84.4	50—145		150—23000
Tl	1.6	0.6—3.7	2.1	0.8—5.6	1.7	0.7—3.4	1.9	1.2—3	1.4	0.5—2.0
Pb	1130.0	208—3510	4758.0	1140—10000	2009.0	700—7040	16530.0	9300—21680	2248.0	100—8790
Bi	17.1	6—50	100.0	46—170	133.0	45—380	29.0	16—67	30.5	3.6—49
Th	15.0	1.5—21	6.0	1.5—13	5.2	2.8—48	6.2	3—13	3.3	1.5—7
U	3.0	0.7—8.1	12.0	5—29	16.0	4—48	4.2	2—6.5	3.2	0.5—7.5

Примечание: TR — сумма редкоземельных элементов. Жирным шрифтом выделены максимальные средние значения элементов в данных выборках.

Таблица 2

Средние составы по провинциям смолисто-асфальтеновых веществ нефтяных месторождений [9]

Провинция	Ru	Rh	Ir	Pt	Pd	Cr	Ni	Cu	Ru/Ir
Туранская (5)	2.89	0.22	0.57	1.09	5.62	7.59	42.50	9.55	5.07
Днепровско-Припятская (7)	1.15	0.21	0.36	1.08	4.25	7.99	17.23	6.46	3.19
Западно-Сибирская (7)	0.68	0.69	0.27	0.53	2.55	9.57	40.50	20.24	2.50
Сахалинская (3)	0.30	0.10	0.12	0.52	0.92	5.97	20.27	4.63	2.50
Тимано-Печорская (12)	1.11	0.44	1.08	1.41	2.53	11.94	186.40	28.98	1.03
Лено-Тунгусская (5)	0.80	0.37	0.95	0.54	0.87	17.20	14.53	15.79	0.84
Зондский шельф (2)	0.61	1.30	0.75	1.43	5.51	8.36	18.99	8.66	0.81
Волго-Уральская (6)	1.05	1.20	6.44	0.49	2.34	11.40	82.95	30.65	0.16

Примечание. Содержание платиновых металлов дано в мг/т; Cr, Ni и Cu — в г/т. Жирным шрифтом выделены максимальные средние содержания. В скобках указано число нефтяных месторождений.

значимости. Ученые обнаружили свыше 60 элементов в металлоносных нефтях и битумах России. Они установили, что тяжелые нефти и битумы наиболее обогащены V, Ni, Re, Mo, Se, As, Cd. Содержание ванадия в ряде месторождений сопоставимо с рудной концентрацией. В отдельных случаях отмечаются повышенные содержания Zn, Cr, Cu, Co, Hg, Bi, Ge, Ag, U, Hf, Se, Sn и других элементов [3].

Нефтегазоносными провинциями с доминированием ванадиевых и никелевых соединений являются Тимано-Пе-чорская, Волго-Уральская, Прикаспийская НГП. Для них характерны наиболее высокие суммарные концентрации V, Ni, Zn, Mo, Cr, Sr, Co, Pb, Re. Содержание V и Ni в нефтях изменяется от 1—5 до 120—130 и от 0.5 до 50 г/т. В тяжелых сернистых нефтях и мальтах концентрация V достигает 550—1400, Ni — до 120– 195 г/т. В жильных асфальтитах содержание V иногда превышает 4500, Ni — более 500 г/т. В нефтегазоносных провинциях, в составе нефтей и битумов которых преобладает Zn (северные и южные НГО Западной Сибири, Лено-Вилюйская НГО Восточной Сибири), отмечается общая обедненность нефтей и битумов по суммарному содержанию металлов и по концентрации отдельных элементов (Zn — 0.2—15, Ni — 0.1—3.5, V — 1—4 г/т) [3].

На рисунке [11] выделены нефтяные провинции России с преобладанием месторождений нефтей и битумов ванадиевого, никелевого и цинкового типов. Ванадий и никель более представительно характеризуют «нефтяной» парагенезис металлов, хотя в природе цинковые типы нефти распространены также широко. Основной парагенезис 8

80° 54° 90° 126° 162° 180е 64°

18° 36° 72° 108° 144° 80° 72°

54° 72° 90° 108° 126°

Нефтяные провинции России, разделяемые по преобладанию в них месторождений нефтей и битумов различного типа: ванадиевых (1), никелевых (2) и цинковых (3), по И. С. Гольдбергу с упрощениями [11]

металлов (V+Ni+Zn) в нефтях отражает геохимическую специфику нефтей, приуроченных к различным регионам, особенностями геологического строения.

По мнению А. А. Mаракушева и его коллег, «формирование и геохимические особенности нефтеобразующих флюидов непосредственно связаны со строением нефтегазовых провинций, возрастом их фундаментов, мощностью консолидированной коры и осадочного чехла, типом и степенью проявления магматизма, т. е. с характером гео-динамического развития и эволюции литосферы» [9, с. 799].

Металлы в нефтях — потенциальный источник минерального сырья

В геологических пространстве и времени широко наблюдается взаимопе-рекрытие нефтеносных и рудоносных зон, включающее нефтегазоносность термально-вулканических зон и рудо-носность нефтегазоносных районов. Это единство нефте- и рудообразования получило своеобразный термин — нафтометаллогения [4].

В свете современных представлений о динамике Земли предполагается, что источник многих металлов и простейших предшественников нефти находится в верхней и нижней мантиях и даже в верхней (жидкой) оболочке ядра Земли. Это подтверждается закономерным проявлением углеводородов в современных рудообразующих гидротермах термально-вулканических зон, в активных рифтах и проницаемых зонах океанов и континентов, в вулканогенных рудных месторождениях, в зонах активных разломов кристаллических щитов и массивов. Эта связь также аргументируется закономерным проявлением металлов в нефтях и твердых битумах (асфальтах, асфальтитах, керитах, ант-

Таблица 3

Mестонахождение изучавшихся нефтей	Ni	Cr	Co	Cu	Mn	Hg	Br	Sb	Zn
Калифорния	98.4	0.64	13.5	0.93	1.2	23.1	0.29	0.056	9.76
Ливия	49.4	0.00023	0.032	0.19	0.79	_–	1.33	0.055	62.9
Венесуэла (Боксан)	117 0.6—	0.43	0.178 0.000054—	0.21	0.21 0.048—	0.027	_–	0.303	0.692
Альберта (Канада) В золе нефтей из	9.4	0.0093 0.01—	0.0027	0.00 0.05—	0.1 0.01—	0.084	0.072	0.0006	0.67
месторождений на западе США,% Известные кон-	_– До 350	0.1	_–	0.5 0.13—	0.1	_– 0.02—	_–	_– 0.03–	0.02—5 1—100
центрации металлов в нефтях мира Примечание. Прочерк оз	и выше начает отсу	_– тствие данн	_– х.	6.3	До 2.5	30	_–	0.15	0.02—5 1—100

Содержание микроэлементов в некоторых нефтях, г/т [4]

раксолитах), проявлением рудоноснос-ти в породах и водах нефтяных и газовых месторождений [2, 3, 15, 18, 19].

В природных нефтях уже выявлено около 60 микроэлементов. Средние концентрации микроэлементов в нефтях уменьшаются в следующем ряду: Cl, V, Fе, Ca, Ni,Na, K, Mg, Si, Al, J, Вr, Hg, Zn, P, Mo, Cr, Sr, Cu, Rb, Co, Mn, Ba, Se, As, Ga, Cs, Ge, Ag, Sb, U, Hf, Eu, Re, La, Sc, Pb, Au, Be, Ti, Sn [4].

Ванадий и никель были в числе первых металлов, обнаруженных в нефтях, видимо в связи с их повышенными концентрациями в сравнении с другими металлами нефтей. В девонских нефтях Альберты (Канада) ванадий содержится в количестве 0.04—83.7, в среднем 13.6 г/т. В нефтях Иллинойса ванадия 0.35—1.5, а в арабских — 9.52—51 г/т. Зольный остаток нефтей из месторождений на западе США содержит 5—50 % ванадия. Mаксимальное содержание ванадия в нефти достигает 6 кг/т [4].

Никель по содержанию в нефтях стоит на втором месте после ванадия (табл. 3).

По другим микроэлементам, не указанным в табл. 3, имеются следующие данные, г/т: Sе 0.03—1.4; F 0.14—1.1; Fe 1—200; As 0.01—1.1; Pb 0.17—0.31; Ga 0.01—0.3. Mолибден в твердых битумах и тяжелых нефтях Атабаски содержится в количестве 10, Колд-Лейка — 7.3, Ллойдминстера — 3.3 г/т. Бор в количестве до 20 г на 1 т золы зафиксирован в ј проб нефти с запада США. Йод обна- ружен в 108 образцах нефтей СССР. Скандий содержится (в мг/т) в нефтях Калифорнии (8.8), Ливии (0.282), Венесуэлы (4.4). В золе нефтей из месторождений на западе США зафиксированы, %: Al 0.2—2; Ti 0.01—0.5; Sr 0.01—0.1; Ba 0.002—0.05; U 0.0002—0.001; Pb 0.005—0.05. Серебро отмечено в зольных остатках ј нефтей на западе США (более 1 г/т). Золото обнаружено в пробах нефтей из Канады (Альберта) — 0.438Ч10–3 г/т, а также в нефтях из Mек-сики. В нефтях Альберты установлены также содержания, г/т: Cs — 4.3Ч10–3, Rb — 0.015; Eu — 0.94Ч10–3 [4].

Анализ других научных публикаций также подтверждает повышенную ме-таллоносность нефтей мира. Так, в США % производства ванадия связано с его получением из нефти, поставляемой из Венесуэлы (возможно, современная конфронтация этих стран обострила эту ситуацию). Повышенной ванадиенос-ностью характеризуются также высокосернистые нефти Урало-Волжской провинции России и Ирана [1], а также нефти Казахстана, Ирака, Кувейта, Анголы, Колумбии и Эквадора [11].

По мнению академика РАН Ф. Лет-никова [8], из нефтей России при сравнительно небольших затратах можно получать Hg, S, Ni, Co, As, Au, Pt, Pd, Ag, Cu, U. Так, в некоторых нефтях содержание ртути достигает таких концентраций, что впору говорить о ртутно-нефтяных месторождениях. К примеру, нефтедобытчики получают суще- ственную прибыль при добыче попутного гелия, так как 1 м3 гелия стоит намного дороже 1 м3 нефти или газа [8].

В нефтях Кюэнеликянских источников Лено-Тунгусской провинции выделен участок Анабарской НГО с повышенным содержанием меди (10 г/т), при этом концентрация других металлов, значительно ниже: Zn — до 6, Ni — до 0.4—0.7, V — до 0.3—0.4 г/т.

Ванадий из нефтей и битумов в промышленном масштабе добывается в Канаде, США, Венесуэле. В России при кондиционных концентрациях ванадия в нефтях и битумах его добыча из этого вида сырья не налажена. И при этом страна испытывает острый дефицит ванадия.

В пределах крупнейшей ванадиевонефтяной (и битумной) Волго-Уральской провинции находится преобладающая часть геологических и извлекаемых запасов нефтяного ванадия всей страны. Определенный интерес в этом отношении представляют тяжелые нефти и природные битумы Тимано-Печорс-кой провинции. Оленекское месторождение битумов (мальт-асфальтов) в Восточной Сибири имеет ресурсный потенциал ванадия и никеля в сотни тысяч тонн [3].

С сернистой нефтью связано уникальное месторождение ванадия Mи-нас-Рагра в Перу, представленное залежью асфальтита протяженностью 1 км при мощности 8—12 м с содержанием ванадия около 6 %. Ванадий в виде суль- 9

фида VS2 (патронит) находится в парагенезисе с никелем и молибденом [1, 11, 12].

Во всех типах нефтей V+Ni+Zn парагенезиса фиксируются аномально высокие концентрации многих металлов (V, Ni, Zn, Cu, Mo, Hg, Au и др.), достигающие промышленного значения. Золото из нефти добывается в Калифорнии (США). Ореолы рассеяния ртути над нефтяными залежами широко используются при их геохимических поисках. Содержание ванадия в нефтях достигает громадных величин — порядка 6 кг/т [4, 11].

Ванадиевый тип нефти коррелируется в геохимическом и металлогени-ческом аспектах с черными сланцами, среднее содержание ванадия в которых (205 г/т) почти вдвое выше, чем в бедных углеродом осадочных породах (110 г/т). Удивительное геохимическое сходство черных сланцев и нефти ванадиевого типа, богатых многими рудными металлами, прослеживается в геологической истории. Самое эффективное накопление ванадия происходило в меловом периоде в черных сланцах (в среднем 590 г/т) [17]. Это коррелирует- ся по времени с максимумом нефтеоб-разования. В России 71 % запасов составляет нефть мелового возраста [13].

По экспертной оценке мировые потенциальные ресурсы ванадия в тяжелых нефтях и битумах составляют примерно 125 млн т, а извлекаемые попутно с нефтью — около 20 млн т. За время разработки таких месторождений при извлечении нефти потеряно до 1 млн т ванадия стоимостью несколько десятков миллиардов долларов [15].

По данным С. П. Якуцени [18], запасы ванадия в нефтях только двух месторождений Тимано-Печорской провинции (Ярегского и Усинского) значительно превышают запасы разрабатываемых рудных месторождений. Сейчас ванадий и никель теряются при сжигании нефтепродуктов, нанося большой ущерб окружающей среде и скважинному оборудованию. Только на Ярегс-ком месторождении безвозвратно теряется 9.3 т пентаоксида ванадия и 1.2 т никеля в год [18].

Mаксимальные содержания 19 элементов в нефтях различных регионов России и СНГ приведены в табл. 4 [15]. Концентрации металлов в нефтях от- дельных месторождений столь значительны, что оказываются вполне сопоставимыми с содержаниями металлов в рудах, извлечение их из которых является вполне рентабельным. Общеизвестно, ванадий добывается из руд при его содержании 0.1—1 %, никель — 0.5— 1.5, свинец — 1—8, цинк — 1—10, ртуть — 0.2—1 % [15].

Определяющую роль в формировании углеводородных скоплений, обогащенных металлами, имеет наличие в продуктивной части разреза повышенных, сравнительно с кларком, концентраций металлов в породах. Так, формирование ванадиеносных нефтяных залежей Татарского свода связано с наличием волконскоитовых и медистых песчаников пермских отложений, обогащенных ванадием, никелем и другими металлами. В Тимано-Печорской НГП источником ванадия для нефтей Прити-манья могли быть титаново-магнетитовые или ильменитовые песчаники, обогащенные титаном, ванадием, никелем, а для нефтей Варандей-Адзьвинской зоны — вулканогенный материал, также обогащенный ванадием и другими металлами [19].

Таблица 4

Максимальные концентрации элементов в нефтях различных регионов СНГ (г/т) [15]

Регионы	Возраст вмещающих пород	Содержание микроэлементов
Регионы	Возраст вмещающих пород	V	Ni	Fe	Cu	Zn	Ti	Cr	Mn	Pb	Co
Тимано-Печора	Pz	250	170	330	6.0	3.0	22.0	0.6	2.5	0.8	0.7
Волго-Урал (центр.часть)	Pz	248	124	131	38	6.0	4.0	0.7	12	8.0	0.03
Нижнее Поволжье	Pz	13	1.7	1.2	0.06	1.1	0.04	0.1	0.07	0.08	0.2
Днепрово-Припять	Pz	2.0	2.0	20.0	0.03	0.2	—	0.07	0.05	0.07	0.01
Прикаспий	Mz	240	130	1300	2.2	18	3.2	8.5	2.3	—	2.2
Мангышлак	Mz	0.8	27.0	—	0.8	15	1.3	0.8	4.0	—	0.5
Букаро-Хива	Mz	1.0	1.7	49	0.3	0.6	—	0.03	0.01	0.7	0.04
Западная Сибирь	Mz	68	10	25	2.4	23	4.4	1.1	1.3	—	0.2
Предкавказье	Kz	17	28	86	5.4	1.7	0.05	0.5	1.6	0.3	1.8
Апшерон	Kz	0.6	14	10	0.1	0.01	0.1	0.05	0.08	0.003	0.6
Туркмения	Kz	1.7	7.4	27	0.7	18	—	1.0	0.6	1.1	0.03
Фергана	Kz	6.1	24	48	0.5	2.4	—	0.2	—	4.7	0.06
Южный Таджикистан	Kz	700	80	210	11	7.0	14	4.2	28	7.0	5.0

Регионы	Возраст вмещающих пород	Содержание микроэлементов
Регионы	Возраст вмещающих пород	Mo	As	Hg	Sn	Sb	Ge	Se	La	Sc
Тимано-Печора	Pz	0.005	-	—	0.1	-	—	-	-	—
Волго-Урал (центр.часть)	Pz	—	—	—	—	0.08	0.7	—	—	—
Нижнее Поволжье	Pz	0.01	—	—	—	—	—	—	—	—
Днепрово-Припять	Pz	0.02	0.03	—	0.02	—	—	—	0.05	—
Прикаспий	Mz	0.02	1.1	0.002	0.07	0.02	0.06	1.3	0.04	0.08
Мангышлак	Mz	0.05	—	—	0.3	—	—	—	—	—
Букаро-Хива	Mz	0.01	0.07	0.1	0.01	0.04	0.0008	—	—	—
Западная Сибирь	Mz	—	2.0	0.07	—	0.05	—	0.1	0.02	0.04
Предкавказье	Kz	0.005	0.4	—	-	-	—	-	-	—
Апшерон	Kz	0.03	—	—	0.002	—	0.3	—	—	—
Туркмения	Kz	—	—	0.7	—	0.02	—	—	—	0.8
Фергана	Kz	0.04	—	—	—	—	0.2	—	—	—
Южный Таджикистан	Kz	11.0	1.2	—	7.0	-	0.04	-	-	—

Примечание: жирным шрифтом выделены максимально высокие концентрации микроэлементов в данных регионах. 10

В настоящее время существует достаточно много промышленных технологий извлечения попутных компонентов из нефти и нефтяного газа. По нефтяному газу — это получение гелия, этана, пропана, изобутана, бутана, сероводорода. Из нефти возможно извлечение серы, парафина и некоторых металлов (V, Ni, Cu). В ряде стран (Канада, Венесуэла, США) из тяжелых нефтей и битумов в промышленных масштабах извлекают V, Ni, U и другие металлы. В 1986 г., например, производство V2O5 из отходов переработки нефти составило 15.3 % от общего ее производства в этих странах. В Mексике из битума небольшого по запасам месторождения извлекается молибден. Полупромышленные работы по извлечению ванадия из битумов и тяжелых нефтей проводились в Великобритании, Mексике, Италии [7].

В 80-е гг. двадцатого столетия промышленное извлечение серы и парафина из нефтей производилось Mиннеф-тетехпромом. В 1984 г. из нефтей СССР было извлечено 244.2 тыс. т серы, 605.6 тыс. т парафина твердого (в том числе 557.1 тыс. т белого) и 992.2 тыс. т парафина жидкого. В то время в СССР был устойчивый дефицит серы (500— 600 тыс. т), покрываемый импортом, и извлечение серы из нефтей фактически наполовину решало эту проблему.

Ванадий и никель в металлогении отечественных нефтей и природных битумов наиболее хорошо изучены, так как они преобладают среди металлических компонентов нефтей многих провинций. По данным ВНИГРИ самым высоким содержанием V и Ni характеризуются тяжелые нефти и битумы Ура-ло-Поволжья. Например, в Татарии, при геологических запасах пермских битумов 7.1 млрд т, ориентировочные запасы этих металлов (при средних кондициях V2O5 — 625 и Ni — 50 г/т) составляют 4437 тыс. т V2O5 и 355 тыс. т Ni. Это позволяет считать данный регион достаточно крупной ванадиево-никелевой провинцией. По экспериментальным оценкам ВНИГРИ запасы ванадия в нефтях и природных битумах СССР (на конец 80-х гг.) оказались соизмеримыми со всеми видами традиционного минерального сырья, используемого для его получения [7].

Во ВНИГРИ разработан целый ряд оригинальных технологий и проведены промышленные испытания по использованию «нефтяного» ванадия на действующих предприятиях цветной и черной металлургии: например при производстве никелевых, а также алюмо-кремниевых сплавов, легированных ванадием из нефти; выплавке ферросилиция, технического кремния, высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. Очистка нефтей от ванадия с извлечением его в виде концентратов или товарных продуктов не требует организации новых производств, а может быть осуществлена введением на действующих нефтеперерабатывающих предприятиях дополнительного технологического звена. При этом должны возрастать экономическая рентабельность нефтепереработки, комплексность использования сырья и экологическая безопасность [3].

Кроме получения попутных компонентов из нефтей (серы, парафина, ванадия, никеля и ряда металлов-микро-компонентов — Cr, Co, Cu, Zn, Ti, Mo, Rb, Ag Jn, Sn, Pb, Al, Ge, Hg, Mg) и из нефтяных газов (сероводорода, азота, гелия, этана, пропана и др.) реально извлечение целого ряда химических элементов из пластовых вод нефтяных месторождений. К ним относятся: йод, бром, калий, стронций, литий, рубидий, цезий, бор [2, 7, 16].

Наиболее рациональным по размерам добычи предполагается извлечение брома, калия, стронция бора и йода (табл. 5).

В 80-е гг. 20 в. в стране только на месторождениях Балаханы-Сабунчи-Рама-ны и Сураханы в Азербайджанской ССР шло промышленное извлечение йодо-бромистых соединений из вод сурахан-ской и сабунчинской свит [7].

Потери от неизвлечения вышеуказанных восьми химических элементов в шести объединениях Mиннефтепро-ма в 1984 г. составили 406 млн руб. [7].

Таким образом, вступая в современную эру нанотехнологий, необходимо всемерное развитие геохимических исследований и передовых технологий по извлечению из природного сырья сопутствующих микрокомпонентов. Это касается не только ванадия и никеля в нефтях, но также скандия, ванадия и галлия в бокситах, германия в углях, золота в солях и т. д. Но в первую очередь необходимо доскональное изучение нефтей как самого реализуемого минерального сырья России, чтобы всемерно использовать его потенциал в экономике страны. По оценке ученых, в 1984 г. величина потерь в денежном выражении от неизвлечения попутных компонентов нефтяных месторождений составила 9.2 млрд руб. Это сопоставимо с величиной стоимости нефти и нефтяного газа, добытых в 1984 г. — 15 млрд руб. [7]. Разработка новых и совершенствование существующих технологий извлечения металлов из нефтей и их производных должна проводиться при минимальных затратах, но с максимальным коэффициентом извлечения металлов и с полным исключением вредного влияния на природную среду.

Список литературы Геохимическая специализация нефти и ее природа

Авдонин В. В., Бойцов В. Е., Григорьев В. М. и др. Месторождения металлических полезных ископаемых (Раздел «Ванадий»). М., 2005. С. 86-91.
Акудович С. Металлоносность высокоминерализованных подземных рассолов эйфельских, живетских и франских отложений кого прогиба // Материалы Междунар. науч. конф. Т. II. Минск, 2005.
Белонин М. Д., Самсонов В. В., Грибков В. В., Нелюбин В. В. Металлоносность нефтей и битумов России // Нефтегазовая геология на рубеже веков. Т. 3. СПб., 1999.
Бескровный Н. С. Нафтометаллогения: единство нефте- и рудообразования // Журнал Всесоюзного химического общества. 1986. Т. 31, № 5. С. 569-574.
Вешев С. А., Степанов К. И., Васильева Т. Н. Определение широкого круга элементов-примесей в нефтяных объектах // Геохимия. 2000. № 10. С. 1132-1136.

Статья обзорная