Роль тектоники кристаллического фундамента в пространственном размещении традиционных и нетрадиционных источников углеводородов

Существующая гипотеза общего геодинамиче-ского процесса эволюции Земли включает три составляющие: глубинную геодинамику и производные от нее — внутреннюю геодинамику литосферных плит, глобальную и региональную геодинамику в целом (тектоника литосферных плит). Формирование осадочных и нефтегазоносных бассейнов связывают с рифтогенезом. Рифтогенез, в свою очередь, обу- словлен эндогенными процессами — мантийными плюмами и диапирами. Необходимое условие для нефтеобразования — присутствие водорода и углерода (независимо от их происхождения). Источники водорода — пластовые воды и, возможно, внешнее жидкое ядро планеты. Водород диффундирует через мантию к подошве литосферы и способствует образованию прерывистого слоя пород пониженной вязкости толщиной 50–100 км — астеносферу, по которой, согласно теории тектоники плит, происходит дрейф континентов. Есть также предположение, что в астеносфере идет процесс масштабного нефтегазообразования, а углерод широко распространен в недрах Земли. Огромный объем углекислого газа выбрасывается в атмосферу при извержении вулканов. Наиболее нефтеперспективными территориями являются области, примыкающие к подвижным поясам. Приоритет идеи принадлежит Д.И. Менделееву (окраины хребтов), впоследствии ее развил И.М. Губкин, назвав эти территории «форландом подвижных поясов». К сожалению, эти блестящие идеи существуют сегодня на уровне гипотез.

Проблема образования УВ

Проблема образования нефти и УВ-газа остается предметом дискуссий сторонников двух альтернативных парадигм — органической и неорганической. Органическая парадигма — целостное научное мировоззрение, господствующее в сообществе геологов и геохимиков, которое является теоретической основой проведения разведочных работ и интерпретации результатов бассейнового моделирования всех регионов и акваторий, недра которых содержат УВ. Парадигма основана на постулатах и уже более 100 лет не подлежит сомнению или пересмотру.

Основными положениями парадигмы являются: накопление исходного вещества в виде остатков организмов биосферы в морях или пресноводных бассейнах, формирование газоматеринской породы и керогена как процесс генезиса нефти и газа, способы их миграции от мест генерации к зонам аккумуляции и, наконец, способность нефти оставаться в недрах неизменной сотни миллионов лет [1].

Неорганическая теория в последние годы базируется на представлениях о том, что нефть и газ в глубинных зонах Земли образуются из смеси H₂, СО, СО₂ и CH 4 в результате реакций прямого синтеза УВ из СО + Н₂ = СН₄ + Н₂, полимеризации радикалов СН₄-СН₂, СН₃, а также процесса преобразования и мобилизации мантийных С–Н–N–О–S в УВ-ряды. Накопившиеся УВ, находящиеся под высоким давлением, затем поднимаются вверх в осадочную толщу, что приводит к формированию залежей нефти и газа.

В этой теории нет объяснения ряда положений: наличия в нефти жирных кислот и сложных УВ-сое-динений — молекул терпенов, стиролов, гопанов, а также оптической активности нефти, что характерно для любого живого организма и др. Надо признать, что ХХ в. был веком расцвета органической теории происхождения нефти и газа и все открытия, включая крупные месторождения, обязаны реализации основных положений этой теории. Поэтому, по мнению авторов статьи, важным представляется дальнейшее развитие теоретических основ и признание приклад -ного значения биогеохимической и абиогенной концепции генерации УВ. Сегодня совершенно очевид- но, что механизм образования УВ более масштабен, чем термодинамически простой, многоступенчатый термолиз органики, аккумулированной в изолированных осадочных бассейнах прошлых геологических эпох. Необходимо учитывать не только законы микромира, но и квантовые механизмы и многомерную квантовую логику.

Глобальный механизм образования нефти, его масштабность ставят вопрос о ее запасах в недрах в совершенно иную плоскость, но не снимает проблему объемов ее добычи и рационального использования. Сегодня мы располагаем многими фактами в пользу абиогенной теории происхождения нефти.

В настоящее время в мире в породах кристаллического фундамента открыто более 350 месторождений УВ, причем для многих из них исключается как контакт с осадочным комплексом, так и возможность латеральной миграции УВ из осадочного комплекса [2, 3].

Важным положением органической теории является наличие биомаркеров (хемофосилии). Однако по результатам исследований скв. Миннибаев-ская-20000 установлена идентичность биомаркеров в пробах из пород кристаллического фундамента и из отложений перми.

Биомаркеры обнаружены в метеоритах, а также в нефти, полученной в лабораторных условиях. Отрицать катагенез и в целом биогенную теорию происхождения нефти нельзя, так как рациональное зерно есть и в той, и в другой теории и они могут дополнять друг друга. Это обстоятельство нужно эффективно использовать в выборе направлений геолого-разведочных работ, а также стратегии их проведения. Наглядным примером является изучение недр Скалистых гор, где сосредоточено 80 % запасов УВ США.

Естественное восполнение запасов УВ

Заслуживает пристального внимания разработка принципиально новых, прорывных технологий, способных в перспективе совершить переворот в области добычи нефти и газа [2]. Прежде всего, представляет интерес идея естественного и сравнительно быстрого восполнения запасов разрабатываемых залежей нефти и, как следствие, предложение о введении в производственный цикл разрабатываемых месторождений специальных реабилитационных периодов, когда месторождение выводится из разработки и за счет естественных природных процессов его ресурсы восстанавливаются.

Ряд исследователей (Муслимов Р.Х., Запива-лов Н.П., Гаврилов В.П., 2008) доказывали возможность естественного и сравнительно быстрого (5–7 лет) восстановления запасов при определенных условиях. Конечно, следует исключить месторождения вязкой (тяжелой) нефти и случаи перетоков нефти в процессе применения различных систем заводнения. Развитие этой идеи и доведение ее до практического воплощения может позволить разрабатывать месторождения неограниченное время [4].

Влияние тектоники на размещение ловушек УВ

Использование мощной информационной базы геофизических, геохимических исследований, а также глубокого бурения позволило достаточно детально изучить морфологию и дизъюнктивную тектонику кристаллического фундамента Русской плиты и констатировать, что тектоника осадочного чехла определяется динамикой кристаллического фундамента. Так, при изучении морфологии фундамента и перекрывающего его осадочного чехла установлено, что отдельные выступы кристаллических пород не являются обычными останцами селективной денудации, а представляют собой подвижные гряды доде-вонского возраста, при воздымании которых создаются структуры в осадочном чехле. Неравномерность прогибания поверхностей фундамента во времени послужила причиной формирования структур I порядка, а блоковое его строение, множество палеогеографических и палеотектонических условий осадконакопления на протяжении всей палеозойской эпохи обусловили возникновение большого разнообразия типов сложнопостроенных ловушек, перспективных на УВ [5].

Так, с эрозионными выступами фундамента связаны как ловушки, контролируемые структурами об-лекания, так и ловушки структурно-литологического и структурно-стратиграфического типов, имеющие кольцеобразную форму. Для выступов-блоков характерны поднятия тектонического, седиментационно-тектонического и других типов в осадочном чехле.

На участках отсутствия мощных толщ, нивелирующих межблоковые грабенообразные прогибы, и соответствия структурных планов девона и фундамента ловушки УВ, контролируемые малоамплитудной структурой, в девоне обычно совпадают с положением приподнятых блоков и осложняют их периферийные зоны. Биогермные постройки верхнего девона, карбона и перми расположены в межблоковых прогибах фундамента, т. е. тяготеют к зонам разломов. Такие же закономерности прослеживаются в Тимано-Печорской провинции. Залежи УВ традиционной нефти в семилукско-бурегских отложениях расположены в зонах сочленения разнонаправленных грабенообразных прогибов и структурных террас. Отмечается, что при значительном удалении от зоны сочленения притоки резко уменьшаются и пласты становятся непроницаемыми. Поэтому поиск залежей в семилукско-бурегских отложениях должен осуществляться вблизи мобильных зон тектонических разломов [5].

Важным, по мнению авторов статьи, является изучение орогенеза, альпийского и герцинского маг- матизма (тепловой энергии магмы), включая влияние интрузивного магматизма на метаморфизм пород осадочного чехла, прилегающих к геосинкли-нальным областям, на структурообразование, где, согласно геодинамической модели нефтегазообразо-вания, допускающей полигенный генезис УВ, могли возникнуть условия для ее реализации. Палеоземлетрясения и палеовулканизм имеют одну и ту же энергетическую основу — энергию кристаллической решетки, в отличие от тектонических движений, происходящих под воздействием тепловой энергии магмы. Землетрясения приводят к формированию геологических структур в осадочном чехле платформ. Следы палеоземлетрясений и палеовулканизма обнаруживаются по многочисленным признакам: грабенообразные прогибы и горсты, как правило контролирующие залежи в девоне в Волго-Уральской и Тимано-Печорской провинций, траппы Восточной Сибири, отобранные образцы горных пород, пропитанные нефтью из палеовулкана Манганарии со дна Черного моря. Авторы статьи считают, что при проведении геолого-разведочных работ и интерпретации их результатов следует исходить из положения, что накопление осадков и формирование геологических структур в пределах платформ — процессы одновременные, происходящие исключительно в соответствии с законами гидростатики и гидродинамики. Влияние орогенеза и магматизма на структу-ро- и нефтеобразование четко прослеживается. Чем дальше на запад от Уральских гор и Предуральского прогиба, тем меньше перспективы нефтегазоносности, то же наблюдается и на Северном Кавказе — при удалении от главного Кавказского хребта. Разница лишь во времени орогенеза: в Волго-Уральской и Тимано-Печорской провинциях — герцинский этап складчатости, на Кавказе — альпийский.

Нетрадиционные источники УВ-сырья

В последние годы одним из приоритетных направлений исследований в ФГБУ «ВНИГНИ» является изучение нетрадиционных источников УВ, в частности верхнедевонских отложений доманикового типа, входящих в состав верхнедевон-турнейского осадочного комплекса Волго-Уральской и Тимано-Печор-ской НГП. Учитывая нетрадиционность объектов, проводится широкий комплекс геолого-геофизических и геохимических исследований, включая оценку ресурсной базы высокоуглеродистых отложений до-маникового типа. Определены основные закономерности стратиграфического распространения, условий образования и латерального распределения, оценены масштабы генерации УВ, обоснованы геофизические и геохимические параметры, рассчитаны плотности геологических ресурсов.

На сегодняшний день уже получены первые, хотя и скромные, результаты опробований в Оренбургской области и Республике Коми. Надо признать, что лидером и монополистом в «сланцевой революции» является США, однако в этой проблеме много пиара. Себестоимость добычи нетрадиционных источников значительно превышает аналогичные показатели при добыче традиционной нефти из-за большого затратного механизма, да и в целом приведенная стоимость добычи недостаточно точна (по данным США, стоимость 1 барреля сланцевой нефти составляет 23 дол. на устье скважины, в РФ — традиционной нефти 17 дол.). Однако сланцевая нефть стала основным источником роста добычи нефти США (Пермский бассейн, Баккен, Игл Форд). В 2019 г. в США добывали более 6 млн баррелей/сут — 63 % общей добычи, или более 250 млн т/год.

Авторы статьи попытались установить генетическую сущность происхождения УВ в доманиковых сланцах, анализируя схему проявления магматизма (платформенные магматические вариации и формации внутренней вулканогенной зоны Тимано-Ураль-ского подвижного пояса) и карту результатов комплексного анализа ОВ (углерода). Следует отметить, что повышенное содержание ОВ приурочено к зонам проявления магматизма и может быть объяснено тем, что процессы нефтеобразования и нефтегазо-накопления в доманиковых отложениях связаны с историей становления земной коры региона, магматизмом и деструкцией, образованием сквозных зон проницаемости, протеканием флюидодинамических и гидротермальных процессов, обеспечивающих условия для формирования восстановленных систем, миграции и локализации.

Нельзя исключить то, что при проявлении палеовулканизма возможно возникновение условий для парагенезиса УВ, так как имеются исходные компоненты системы (СО₂, Н₂, t 0 , Р ). Наличие вулканического пепла (пластов вулканического пепла) отмечено в керне Пермского бассейна, месторождений Баккен, Игл Форд (США), Сюаньчен (КНР), в баженовской свите (район Сургута и правобережье р. Обь), в керне из скважин Тимано-Печорской и Волго-Уральской НГП (Оренбург). Известно, что вулканическая активность способствует размножению водорослей и обеспечивает органическую составляющую УВ, влияет на среду формирования нефтегазоматеринских пород и ускоряет процесс эволюции нефти и газа (высокие температура, давление, присутствие микроэлементов), способствует образованию органических ламинарных водорослевых текстур отложений, чередующихся с толщами, обеспечивающими миграцию и сохранение УВ. Она также способствует сохранению ОВ — возникает восстановительная обстановка, при которой невозможно захоронение органического углерода. Большинство основных сланцевых нефтяных и газовых залежей приурочено к слоям вулканического пепла, а по времени образования — к пяти крупнейшим периодам массового вымирания органического мира.

Для доманиковых отложений рассматривается всего три таких периода: конец ордовика (450 млн лет), поздний девон (377 млн лет), позднепермское время (25 млн лет).

Магматическая активность, обеспечивающая большой объем высокотемпературных и высоконапорных геотермальных жидкостей, изменяет локальное поле t ₀ и Р , ускоряя созревание и эволюцию исходного ОВ. Несомненно важно начать работы по масштабному освоению нетрадиционных и трудноизвлекаемых запасов УВ, недаром технологии по их освоению попали под действие первоочередных американских санкций. Понятно также и то, что в нынешних кризисных условиях и в ближайшем будущем ожидать их рентабельного освоения не приходится. Однако кризисы не вечны и к неизбежному новому росту надо подойти в полной готовности, вооружившись собственными новыми технологиями. Нельзя в очередной раз упускать время, чтобы вновь не оказаться у разбитого корыта.

В 2011 г. был разработан авторский проект «Глубинная нефть» как альтернатива теории органического происхождения нефти. Реализация разработанного проекта могла бы способствовать минимизации негативных последствий западных санкционных ограничений в области топливноэнергетического комплекса России. К сожалению, этот проект не реализован в полной мере из-за отсутствия финансирования. При выборе исполнителем работ АО «Росгеология» на выделенные в 2019 г. для нефтяной геологии 11 млрд р. можно было пробурить 1 параметрическую скважину и отработать 3–4 региональных сейсмических профиля. И это при том, что государство за последние 6 лет получило от недропользователей более 0,5 трлн р. на аукционах и более 120 млрд р. за пользование недрами. Если экономика страны находится в прогрессирующей стагнации, то геология в уже более критическом состоянии.

Заключение

Следует отметить, что наблюдаемые авторами статьи аномальные геофизические и геохимические поля в разрезе еще не свидетельствуют о наличии залежей, а дают возможность предположить их формирование в ареале вторжения глубинных систем по унаследованным и развивающимся вертикальным зонам трещиноватости, осложняющим разломы и уходящим в кристаллический фундамент. Подвижки блоков фундамента возникали на различных этапах тектогенеза и приводили не только к образованию разломов, но и обеспечивали протекание как древних флюидодинамических процессов, так и миграцию в молодых нефтеобразующих системах.