Вопрос о происхождении нефти и газа длительное время волно­вал исследователей всех стран. Важность решения этой проблемы трудно переоценить. Еще акаде­мик И. М. Губкин писал, что без решения проблемы происхожде­ния нефти ее нельзя будет до­статочно эффективно искать. И действительно, пока нефть ис­кали вблизи ее естественных ис­точников, отсутствие знаний о генезисе (т. е. происхождении) нефти существенно не влияло на ее поиски: так, еще в древние времена были открыты месторож­дения на Апшеронском полуост­рове, на Кубани, во многих странах Ближнего и Среднего Вос­тока, Средиземноморья, в Индии, Бирме и Южной Америке и дру­гих странах и континентах.

Однако шло время, многие районы были разведаны, и выбор новых областей для поисков мог быть осуществлен только на осно­вании суммы представлений о происхождении нефти. В 30-х гг. нашего столетия академик И. М. Губкин на основании глубокого анализа ранее проведенных иссле­дований и представлений о про­исхождении нефти выявил основ­ные закономерности распростра­нения этих месторождений и ука­зал на Волго-Уральские области и Западную Сибирь как на объ­екты поисков нефти. Как извест­но, в этих районах позже были открыты месторождения нефти и газа и установлены новые провин­ции нефтегазонакопления — За­падно-Сибирская и Волго-Уральская. Решение проблемы проис­хождения нефти и газа позволило открыть также нефтегазоносные области в Северной и Западной Африке, Австралии, на Аляске и т. д. Была установлена их генети­ческая связь с мощными толщами (не менее 2—3 км) осадочных по­род, выполняющих крупные об­ласти прогибания земной коры. Такие области, где происходили мощные процессы генерации и миграции углеводородов, аккумуляции их в ловушках, обеспе­чивающие консервацию (т. е. пре­дохранение от рассеивания), назы­ваются осадочными бассейнами.

Во всех водных бассейнах, на­чиная с мелкой лужицы и кон­чая огромными океанами, идет непрерывная работа: все вещест­ва, вынесенные с суши, будь то крупные валуны, мелкие колоидные частицы или даже соли в растворе, осаждаются на дне этих бассейнов, образуя те идеальные параллельные слои, которые часто можно видеть в горных об­рывах, туннелях, штольнях и шах­тах. На дне водных бассейнов вместе с материалом, вынесенным с поверхности Земли, накаплива­ются и твердые тела, образую­щиеся в водном бассейне в ре­зультате жизнедеятельности орга­низмов или различных химических процессов.

Толщина (мощность) накапли­вающихся в течение года осадков в бассейнах различная: от сотых долей миллиметра в центральных частях океанов до десятков сан­тиметров в отдельных углубле­ниях дна. Вместе с осадками все­гда захороняется и органическое вещество: это и обрывки расти­тельных тканей, и частицы жи­вотных организмов, и бактерии, грибки и просто вещества, адсор­бированные на глинистых и дру­гих частицах и растворенные в воде.

Чем чувствительнее становятся методы анализов, тем чаще обна­руживается органическое вещест­во в осадках самых различных бас­сейнов, даже в бассейнах выпари­вания морской воды для получе­ния соли. Органическое вещество образуется и в зонах распростра­нения высокотемпературных вод. Так, например, на Камчатке в кальдере вулкана Узон во многих мес­тах бьют ключи горячих ( + 95 —98°С) высокосернистых вод. На расстоянии 1,5—2,0 м от выхода, где температура воды снижается до +75—80°С, вдоль такого ру­чейка бурно развиваются сине-зеленые и бурые водоросли, остатки которых здесь же отлага­ются вместе с взвешенными гли­нистыми частицами.

Общее количество органиче­ского вещества, содержащегося в водах Мирового океана, огромно. И хотя ежегодно захороняется не­большая часть органического ве­щества, оно составляет десятки миллионов тонн. Если же учесть, что этот процесс происходит в те­чение геологических периодов продолжительностью десятки миллионов лет, то становится по­нятным, что в аспекте геологи­ческого времени только в морях и океанах органического вещест­ва накапливаются триллионы тонн. К этому следует прибавить еще и органическое вещество, накап­ливающееся в озерах и болотах.

Сначала в исходном веществе содержится незначительное коли­чество углеводородов, а после за­хоронения углеводородов в нем образуется все больше и больше. Когда слой осадков еще сравни­тельно небольшой (не превышаю­щий нескольких сот метров), микроорганизмы, без доступа кислорода перерабатывают орга­ническое вещество, образуя ме­тан. Этот процесс давно был заме­чен и даже закреплен во втором названии метана — болотный газ. Образование метана происходит сейчас в осадках почти любого во­доема — от небольшой лужицы до глубоководных океанических же­лобов, имеющих глубину до 10— 11 км. Исследователи, изучающие осадки современных морей и океанов, заметили, что где бы они ни поднимали керн пробу­ренных скважин, из него с шипе­нием выделяется метан, нарушая слоистость осадков и мешая изу­чению их последовательности.

По мере погружения осадков все время повышается темпера­тура, которая на глубине 1000— 1500 м достигает 50—60°С. Такой прогрев вызывает разложение ор­ганического вещества, приводя­щего к образованию самых раз­нообразных углеводородов (газо­образных, жидких и твердых), смол и асфальтенов и других сложных неуглеводородных со­единений.

Образующиеся нефть и газ по­ступают в пористые породы (кол­лекторы), чаще всего в пески, пес­чаники, известняки и доломиты, двигаясь по которым, они вместе с водой занимают наиболее по­вышенные участки в природных ловушках. Расстояния, на которых мигрируют нефть и газ, пока не попадут в природные ловушки, могут достигать десятков и даже в отдельных случаях первых со­тен километров. Иногда объем природных ловушек незначителен по отношению к образовавшему­ся количеству нефти, и в таких случаях нефть продолжает дви­гаться вверх, пока не достигнет земной поверхности, где она, окисляясь, превращается в би­тумы, количество которых может быть огромно. Таким путем обра­зовалось, например, в Западной Канаде самое большое в мире Атабасское месторождение би­туминозных песков (запасы 50—60 млрд. т).

Пожалуй, ни одно из природ­ных веществ, содержащихся в земной коре, не вызывало и не вызывает столько споров, как нефть. Ученые спорят о том, мож­но ли называть ее минералом или следует относить к горным по­родам, о том, сколько содержит­ся нефти в земной коре, до какой глубины она встречается, что про­исходит с ней с течением време­ни? Дискуссионность всех этих вопросов обусловлена не только недостаточной изученностью (ведь нефть уже изучается более 100 лет), сколько своеобразием и сложностью этого вещества.

Нефть можно назвать парадок­сом земной коры: в мощной тол­ще горных пород, пропитанных и содержащих воду в самых раз­личных состояниях, вдруг появ­ляется вещество, по всем своим свойствам противоположное во­де, «не любящее» воду — гид­рофобное, имеющее плотность всегда меньше воды. Мало того, если с глубиной плотность воды повышается, то нефти, как прави­ло, снижается. Если вода стремит­ся занять в породах в первую очередь самые мелкие поры и трещины, то нефть, наоборот, в первую очередь — самые круп­ные. Перечисление оригинальных свойств нефти можно было бы продолжать еще долго.

Что же такое нефть? Нефть представляет собой жидкость, чаще всего коричневого цвета, с зеленоватым или другим оттен­ком, иногда она почти черная и очень редко бесцветная. Нефть всегда легче воды, ее плотность — 0,80—0,87 г/см3, но она изменя­ется в довольно широких преде­лах — от 0,77 до 0,99 г/см3, поверхностное натяжение нефти — 17—28 дин/см2 — почти в 3 раза меньше поверхностного натя­жения воды — 75 дин/см2, по­этому вода всегда вытесняет нефть из более мелких пор в крупные.

Температура кипения нефти ко­леблется от 70 до 250°С. Нефть может содержать большое коли­чество растворенных углеводородистых газов — до 400 м3 в 1 м3 нефти (в зависимости от ее состава, состава газов, величин давления и температуры) и сама растворяется в газах (обратная, ретроградная растворимость) — до 400 г в 1 м3 газа.

Использование нефти как энер­гетического сырья связано с тем, что она обладает максимальной для минерального топлива теп­лотворной способностью — 10—11 тыс. ккал/кг (для сравнения от­метим, что теплотворная способ­ность торфа 2500—3500, каменно­го угля — 5000—7200, антрацита — 6500—7500 ккал/кг).

Нефть обладает интересными оптическими свойствами: люми­несцентным — светится под ульт­рафиолетовыми лучами, вращает плоскость поляризации светового луча и т. д. Молекулярный вес нефти колеблется в пределах 240—290, но иногда превышает эту величину. Изменения всех физических свойств нефтей вы­званы изменением их химическо­го состава.

Газы содержатся в легкой фрак­ции нефтей, иногда образуют са­мостоятельные залежи.

Горючие углеводородные газы бесцветны, почти в 2 раза легче воздуха, не имеют запаха. Тепло­творная способность — 6500— 9000 ккал/нм3, а попутных га­зов и нефтяных месторождений достигает 10—17 тыс. ккал/нм3.

Из каких же элементов состо­ят нефти и природные горючие газы? Главным (первым) компо­нентом и в нефтях и газах является углерод, составляющий от 80 до 88% нефти и до 78% газа. Второе место занимает водород, содержание которого в нефтях обычно колеблется в пределах 10—14, а в газах — 14—24%. Третье место в составе нефтей за­нимает группа гетероэлементов (кислорода, азота и серы), сум­марное содержание которых ко­леблется в пределах 0,3—7%, а количество каждого из них со­ставляет несколько процентов. Иное распределение азота, кис­лорода и серы в природных га­зах: во многих районах мира нередко наблюдаются переходы горючих газов в азотные или уг­лекислые или со значительным содержанием сероводорода.

В нефти в небольших количест­вах встречаются фосфор, вана­дий, никель, железо, алюминий, кальций, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, бор и др.

В природных горючих газах иногда в небольшом количестве содержится гелий и совсем мало бывает аргона, неона, ксенона и других инертных газов.

По соотношению углерода и во­дорода углеводороды подразде­ляются на три группы: 1) парафи­новые, или насыщенные, в химии они называются алканами; 2) наф­теновые, или полиметиленовые, и 3) ароматические (арены). Еще в нефти содержатся нафтено-ароматические углеводороды. Всего в нефти определено 425 углево­дородов, но их значительно больше.

Существенный процент в неф­тях занимают смолы и асфальтены, химическая природа кото­рых достаточно точно не опреде­лена. При этом чем нефть тяжелее, т. е. имеет большую плотность, тем больше она содер­жит смол и асфальтенов.

В нефтях также содержатся еще и металлоорганические комплек­сы — сложные полициклические углеводороды, в молекуле кото­рых отдельные атомы водорода или метильные группы замещены атомами металлов. Среди этих комплексов особое значение име­ют порфирины, являющиеся про­изводными зеленых частей расте­ний хлорофилла.

Всего в нефтях идентифициро­вано более 805 химических со­единений, причем нет еще ни одного образца нефти, в котором были бы определены полностью все имеющиеся индивидуальные соединения.

Основным компонентом при­родных горючих газов является метан, содержание которого мо­жет достигать 99,5%, но чаще все­го колеблется в пределах 85—95%. В газах довольно часто содержат­ся и гомологи метана: этан, про­пан и бутан, а также их изомеры: изопропан и изобутан, содержа­ние которых обычно 10—15%, но иногда достигает и 50—60%.

Среди неуглеводородных ком­понентов в составе природных га­зов наиболее часто встречаются азот (90—95%), углекислый газ (95%) и сероводород.

Наличие сероводорода в газе — это одновременно и «зло», и «добро». Зло заключается в ток­сичности и большой агрессив­ности по отношению к металлам. Поэтому все оборудование на нефтепромыслах, начиная от труб в скважинах, изготавливается из специальных сталей. Добро же заключается в том, что при очи­стке такого газа получают боль­шое количество серы, которое не­обходимо промышленности и сельскому хозяйству.

Мало имеется в земной коре полезных ископаемых, которые имели бы такое широкое рас­пространение, как нефть и газ. Скопления нефти и газа обнару­жены на всех континентах, за исключением Антарктиды (где они, вероятно, имеются и пока не открыты лишь потому, что там еще не было поискового буре­ния), и почти на всех крупных ост­ровах мира, на которых проводи­лись поиски: от островов Канад­ского Арктического архипелага на севере и до о-ва Огненная Земля на юге, от Шпицбергена до юго-восточного побережья Южно-Африканской Республики. Признаки нефти и газа отмечены на дне океанов на глубинах в несколько тысяч метров и в вы­сокогорных областях на высоте в несколько тысяч метров над уров­нем моря. Нефть и газ встреча­ются почти в любых горных по­родах, но больше всего в песках, песчаниках и известняках.

Признаки нефти и газа отмече­ны, начиная от .поверхности зем­ли до глубин 9560 м и при тем­пературах от —12°С в зоне вечной мерзлоты до +250°С на больших глубинах. Промышлен­ные залежи нефти обнаружены до глубин 6620 м, а газа — до 7500 м.

Количество месторождений нефти и газа уменьшается с уве­личением их размеров: из общего количества примерно 30 тыс. мес­торождений нефти в мире место­рождений с запасами порядка 1 млрд. т встречается не более 2—3 десятков. Самое крупное месторождение мира Гхавар на­ходится в Саудовской Аравии.

Недавно крупнейшее месторож­дение газа обнаружено на берегу Персидского залива у г. Кангака. Оно имеет запасы газа почти в 5 триллионов м3, а вблизи берега в пределах акватории Персидского залива открыто еще одно газовое месторождение с запасами 2,8 триллиона м3. Почти нигде не встречаются единичные место­рождения; обычно месторожде­ния распространены в пределах какой-либо нефтегазоносной об­ласти, отличающейся единым ха­рактером геологического строе­ния, а области группируются в целые нефтегазоносные провин­ции, которые распространяются на площадях, измеряемых от не­скольких тысяч до нескольких миллионов кв. км.

Нефть и газ в недрах находятся в горных породах, и поэтому их количество зависит от физических свойств содержащих их пород, наличия в них пустотных прост­ранств: пор, каверн, трещин и пещер. Горные породы, по ко­торым могут двигаться нефть и газ, называются природными кол­лекторами, а горные породы, препятствующие такому движе­нию, называются флюидоупорами, или покрышками.

В природных коллекторах пус­тотные пространства, по которым возможно движение нефти и га­за, могут быть различными: в пес­ках — это пространство между песчинками и скрепляющим их цементом, в известняках и доло­митах — это поры, каверны и тре­щины и, наконец во всех плотных породах — это трещины. Наи­большей пористостью, которая в редких случаях может достигать 35—39%, обладают пески, за ни­ми следуют известняки и доломи­ты и далее остальные породы. Если считать, что наиболее часто природные коллекторы в средних месторождениях имеют пори­стость 20—25% и мощность 20—30 м, то, стало быть, в каж­дом 1 м3 такого пласта может содержаться 170—220 кг нефти.

Поскольку плотность нефти и газа меньше плотности содержа­щихся в горных породах вод, эти ископаемые в пластах, сложенных природными коллекторами, всег­да занимают наиболее высокое ги­псометрическое положение — не­посредственно под флюидоупора­ми. Поэтому наиболее часто неф­тяные и газовые месторождения образуются там, где пласты, кол­лекторы и залегающие над ними флюидоупоры смяты в складки, занимая в последних наиболее вы­сокую часть. Однако природа всегда более «изобретательна», чем можно предполагать, и по­этому месторождения нефти и газа очень разнообразны и на­ходятся в различных условиях.

Много ли нефти и газа в недрах земного шара? Этот вопрос всегда волновал человечество.

Быстрое развитие добычи неф­ти и признаки истощения ее скоп­лений в ряде районов вызвали интерес к определению общей ве­личины нефтяных ресурсов в недрах Земли. За последние 20 лет в советской и зарубежной печати появились многочисленные и довольно разноречивые оценки мировых ресурсов нефти и газа (от десятков до сотен миллиар­дов тонн). Эти различия связаны с неодинаковыми исходными дан­ными, так как большинство расче­тов базируется на эмпирических данных о среднем содержании нефти в 1 м3 пород, а этот по­казатель в разных районах мира изменяется в очень широких пре­делах. Кроме того, подход к этим оценкам также был различен: одни исследователи оцени­вали ресурсы нефти только извест­ных нефтегазоносных провинций, другие — осадочной оболочки земли в целом либо большей ее части, включая акватории шель­фов и даже глубоководных впа­дин Мирового океана.

В конце 1977 г. в Стамбуле (Турция) завершил работу X Ми­ровой энергетический конгресс. Были рассмотрены доклады спе­циалистов из СССР, Аргентины, Великобритании, Венесуэлы, Ин­донезии, Канады, Мексики, Нор­вегии, США и других стран.

Специальная комиссия конгрес­са по сбору и хранению данных в области энергоресурсов пред­ставила обзоры, содержащие оценку мировых запасов нефти и угля. Обзор мировых ресурсов газа дали также Международный газовый союз и Американская га­зовая ассоциация.

Разведанные запасы нефти с конденсатом и неразведанные (именуемые ресурсами) опреде­ляются цифрами от 318 до 393 млрд. т.

Ресурсы горючего газа оцени­ваются в 309—347 триллионов м3, из которых на разведанные запа­сы приходится от 49 до 74 трил­лионов, или 18—21%.

Были и более оптимистичные оценки и менее оптимистичные.

Истина, возможно, лежит по­середине, и половина экспертов остановились на цифре 200 млрд. т.

Рассматриваемые ресурсы и запасы относятся к суше (без по­лярных районов) и акваториям в пределах шельфа, т. е. до глубины моря в 200 м.

За всю историю нефтяной про­мышленности с 1859 г. было до­быто 47 млрд. т нефти и 2 млрд. т конденсата (четвертая часть от оставшихся в недрах ресурсов) и 21 триллион м3 газа. Сейчас в мире добывается 2979 млн. т неф­ти и 1071 млрд. м3 газа (1977 г.), в том числе около 700 млн. т неф­ти и значительное количество га­за со дна морей и океанов.

Следует также учесть, что 360 млрд. т жидких углеводо­родов содержится в битуминоз­ных песчаниках и горючих слан­цах.

Ресурсы битумов наиболее крупного на земном шаре канад­ского месторождения Атабаски равны 50 млрд. т, из него можно извлечь 46 млрд. т жидких про­дуктов, что равно суммарной ми­ровой добыче нефти за всю исто­рию нефтяной промышленности.

В условиях современных цен на нефть на мировом рынке (в среднем 90 долларов за тонну) можно предполагать, что начало XXI в. ознаменуется широкой раз­работкой битуминозных песчани­ков и сланцев.

Расчеты показывают, что миро­вая добыча нефти к 1990 г. до­стигнет 4—5 млрд. т вместо 2,9 млрд. в 1977 г.

Так что в перспективе мировая добыча нефти будет относитель­но высокой. А если учесть и до­бычу газа, то углеводороды оста­нутся основным источником энер­гии на ближайшие годы. В инду­стриально развитых странах на газ уже сейчас приходится от 22 до 50% общего потребления энер­гии, и в будущем с более успеш­ным решением проблемы транс­портировки газа из далеких (в частности, арктических) районов к индустриальным центрам роль газа возрастет.

Ресурсы нефти и газа морского дна составляют половину ресур­сов суши, и если сейчас добыча морской нефти из 700 месторож­дений составляет 20% от мировой добычи, то к 2000 г. она превысит половину мировой добычи. В рав­ной степени это касается и ре­сурсов газа.

Большая роль в энергетическом балансе мира принадлежит также углю.

Интересно, что ресурсы угля, по данным X Международного энергетического конгресса, оце­ниваются в 10,1 триллиона т при разведанных запасах в 637 млрд. т.

В 1977 г. мировая добыча угля составляла 2,6 млрд. т. К 1977 г. в мире (суммарно) было добыто около 130 млрд. т каменного и бурого угля, т. е. начальные запа­сы составляют 740 млрд. т (7% ми­ровых ресурсов).

По предварительным подсче­там, только разведанных запасов угля при современной технике разработки месторождений хва­тит более чем на 270 лет. И хотя ресурсы угля велики, но заменить нефть и газ, хотя бы частично, уголь может лишь в случае соз­дания принципиально новых спосо­бов использования и, разумеется, принятии весьма дорогостоящих мер ho охране окружающей среды.

Значительный рост добычи неф­ти и газа связан с тем, что, во-первых, эти ресурсы самое луч­шее и самое экономичное энерге­тическое сырье, во-вторых, нефть и газ являются подчас и единст­венным сырьем для многих ви­дов современной промышлен­ности: производства пластмасс, синтетических волокон, герби­цидов, различных медицинских препаратов, синтетических каучуков, белковых веществ в качестве корма для животных и т. д.

В мире есть много стран, в которых на суше нет нефтяных и га­зовых месторождений или из об­наруженных добывается лишь незначительное количество угле­водородов, но в акваториях этих стран имеются в перспективе неф­тяные и газовые месторождения. В последние годы исследователи отмечают рост морской добычи нефти, т. е. каждая пятая тонна нефти теперь добывается с мор­ского дна.

Такие страны, как Великобри­тания, где добыча нефти в про­шлом не превышала 80 тыс. т, в 1977 г. со дна Северного моря добыла 37,6 млн. т., а Норвегия, где нефть совсем не добывалась на суше ввиду неблагоприятных геологических условий, теперь добывает со дна Северного моря 13,3 млн. т.

Первые девять нефтедобываю­щих стран по размерам добычи располагаются, как показано в табл.

Во всех этих странах значитель­ная доля нефти и газа приходит­ся на морские месторождения. Особенно велика добыча мор­ской нефти в Венесуэле, Саудовской Аравии, США, Великобри­тании.