Возможность образования нефти из природного газа
Очень важно выяснить, не образовалась ли нефть полностью или частично из природного газа. Теоретически можно себе представить, что природный газ соединяется с органическим веществом осадков или же, что образовавшаяся ранее нефть, взаимодействуя с метаном, дает более легкие нефти. Вследствие того, что природный газ содержит (в %) больше водорода [имеется в виду, вероятно, связанный водород], чем нефть, то переходя в нефть, газ должен был бы терять часть своего водорода. При этом необходимо предположить, что нефть после своего образования заимствует из органического вещества осадков порфирины и оптические активные масла и что после превращения в жидкость, она приобретает свойственное ей небольшое содержание металлов.
Разнообразие типов нефти и приуроченность некоторых из них к определенным горизонтам можно было бы объяснить, если предположить, что природный газ переходит в нефть под влиянием катализаторов и что природа катализаторов различна в разных горизонтах. Однако представляется маловероятным, чтобы нефть в больших масштабах образовывалась только из природного газа.
Теория образования нефти путем соединения природного газа с твердым органическим веществом осадков представляется более перспективной. В статьях Д. Бартона и У. Пратта обсуждаются факты соединения природного газа с нефтью после образования последней. Эти авторы приводят веские доказательства в пользу того, что тяжелые нефти, образующиеся в молодых осадках на небольших глубинах, соединяясь с метаном, дают более легкие нефти. Нефть могла образоваться из органического вещества, а затем, соединяясь с метаном, дать более легкие нефти, или же эта первичная нефть могла возникнуть путем непосредственного соединения природного газа с твердым органическим веществом. Конечные результаты согласно обеим концепциям нефтеобразования вполне аналогичны.
Большое количество фактов подтверждает образование более легких нефтей путем соединения природного газа и первичной нефти. Эти факты, в основном, приводятся в работах Д. Бартона и У. Пратта. Выводы Д. Бартона частично основываются на результатах анализа нефтей методом Гемпеля, при котором фракции отбираются через каждые 25° С, начиная с 50°С и вплоть до 275°С (при атмосферном давлении). Следующие фракции отбираются при давлении в 40 мм рт. ст. через каждые 25° С, начиная от 200°С и вплоть до 300°С. Удельный вес (по шкале API) последней фракции, отделенной при атмосферном давлении, использовался Д. Бартоном для определения основы нефти. Если удельный вес равнялся 40° или выше (0,825 и меньше), то основа называлась парафиновой, при удельном весе от 33 до 40° (0,85 до 0,825) — промежуточной, и при удельном весе ниже 33° (больше 0,86) —нафтеновой.
В результате своих исследований Д. Бартон сделал вывод, что в области побережья Мексиканского залива (Голфкост) нефти образовались в тех же самых горизонтах, в которых они встречены, что имеется целый ряд местных нефтепроизводящих свит и что с глубиной проявляется тенденция к снижению удельного веса [по шкале API — к увеличению] и к метанизации нефтей. Д. Бартон и У. Пратт полагают, что эти изменения произошли в результате взаимодействия природного газа и нефти и что везде на земном шаре древние, глубоко залегающие нефти стремятся перейти в более легкие и в более парафиновые по составу.
Несомненным отступлением от подобной картины является случай в Уайоминге, где под легкими верхнемеловыми нефтями располагаются тяжелые пермские нефти. Это отклонение объясняется большим содержанием серы в древних нефтях, из-за чего удельный вес их сильно увеличивается.
Таким образом, в свете фактов, сообщенных Бартоном, можно считать установленным, что с глубиной нефти, как правило, становятся более легкими и более парафиновыми [метановыми]. Можно себе представить две причины, лежащие в основе этого явления: 1) взаимодействие природного газа и нефти под влиянием давления и 2) диссоциация молекул нефти под влиянием высокой температуры. Крекинг первичной нефти с образованием более легкой будет, очевидно, сопровождаться выделением углерода, который должен осаждаться в порах пород или вступать в соединения с каким-либо элементом, присутствующим в породах, например, с кислородом.
Согласно гипотезе углеродного коэффициента, нефть, как правило, становится легче по направлению к областям регионального метаморфизма; газ встречается в более сильно измененных породах, в которых нефть отсутствует. По наблюдениям П. Прайса и А. Хедли содержание метана в природном газе в районе Аппалачей увеличивается к юго-востоку, к району развития пород, претерпевших более интенсивный региональный метаморфизм, т. е. подвергшихся воздействию более высоких температур и давления. С возрастанием температуры и давления происходит постепенное превращение тяжелых нефтей в легкие, а последних — в природный газ, содержащий тяжелые углеводороды, а затем и в метановый газ.
Все эти химические превращения протекают с большим увеличением объема, а поскольку давление способствует реакциям с уменьшением объема, то следует сделать вывод, что указанные превращения, очевидно, происходят под воздействием высокой температуры.