Летом 1968 года в Западной Сибири, в районе Салым, произошло событие необычайное, оно не могло остаться незамеченным даже на фоне насыщенной неожиданностями жизни геологовнефтяников. И дело было не в том, что скважина под номером 12-Р дала фонтан нефти с рекордным дебитом, а в том, что нефть эта шла из глинистых (!) пород толщи, носящей название Баженовская свита...
В "классических" месторождениях нефть и газ содержатся в так называемых обломочных породах - песчаных, гравийных и тому подобных. Правда, в последние десятилетия запас "классических" нефтегазовых месторождений изрядно истощился. На помощь пришли залежи нефти и газа в карбонатных породах - известняках и доломитах. Поры, пустоты, трещины и каверны в этих породах также дают возможность нефти и газу скапливаться.
Но глина! Она всегда считалась надежным флюидоупором. Нефтегазовые залежи не уходят вниз, в глубины земли, или вверх, к земной поверхности, а, надежно запечатанные, ожидают прихода человека именно
68
даря тому, что их покрывают и подстилают глинистые горизонты.
Вот и глинистая Баженовская свита, залегающая на глубине около трех километров, рассматривалась лишь как своего рода помощница, обеспечивающая сохранность нефтегазовых залежей, которые в шестидесятых годах геологи искали в песчаных породах, лежащих и ниже этой свиты, и выше ее. Баженовская свита считалась помощницей весьма надежной. Ведь она распространена на значительной части западносибирской территории, на площади более миллиона квадратных километров. И мощность, то есть толщина свиты, обычно весьма основательная - несколько десятков метров.
Правда, кое о каких примечательных особенностях Баженовской свиты геологи знали еще до того, как была пробурена скважина 12-Р. Известно было, в частности, что глинистые породы этой толщи высокобитуминозны, Другими словами, в них содержится много органического вещества. И образование горных пород свиты большинство ученых представляет себе в основном почти одинаково. В юрский период, то есть примерно сто двадцать миллионов лет назад, на территории нынешней Западной Сибири находилось море. В то время климат здесь был теплый. В море во множестве обитали и растительные организмы. Но периодически наступали моменты их массовой гибели. Возможно, это происходило из-за вторжений холодной воды из соседнего Арктического бассейна. Погибшие организмы обогащали органическим веществом накапливавшийся на дне моря ил. В ходе геологической истории, по мере накопления многих сотен метров осадков, под воздействием высокого давления и температуры ил превратился в глинистую породу.
Минералогические исследования показали, что баженовские породы состоят из глинистых минералов, органического вещества, который придает им темную окраску, из кремнезема и
бонатов. Кроме того, в небольшом количестве имеется пирит и обломочный материал алеврит, то есть песчинки очень мелких размеров.
"СВОЯ" НЕФТЬ ИЛИ "ЧУЖАЯ"?
Высокое содержание органического вещества в породах Баженовской свиты еще задолго до бурения скважины 12-Р наводило многих геологов на мысль о том, что свита относится к числу так называемых нефтематеринских. Другими словами, принадлежит к горным породам - природным генераторам нефти. Но предшествующий опыт геологов-нефтяников всего мира свидетельствовал, казалось бы, о том, что нефть, будучи жидким, а потому весьма подвижным веществом, никогда не остается на месте своего образования. Ей, по всем канонам, следовало бы устремиться в вышележащие или нижележащие толщи.
Все это прекрасно знали геологи, работавшие на так называемой Салымской площади, где была пробурена скважина 12-Р. Поэтому сначала они решили, что работы произведены технологически недостаточно "стерильно". То есть при испытании скважины Баженовская свита плохо изолировалась от соседних нефтепродуктивных пластов. Однако результаты многих последующих испытаний опровергли эти предположения. Нефть шла, несомненно, из самой Баженовской свиты. Но в свите много прослоек песчаных пород. Может быть, нефтеносны именно они? Нет, керн, поднимаемый с "подозрительных" участков, не подтвердил и этого мнения.
Сейчас, когда в Западной Сибири пробурено большое число поисковых и разведочных скважин, нет сомнений, что в Баженовской свите, именно в ней самой, содержится нефть. На многих площадях зафиксирована промышленная нефтегазоносность. Тем не менее среди геологов, нефтяников, ученых нет единства в представлении о
роде этой нефти. Одни продолжают считать, что нефть проникла в толщу Баженовской свиты из нижележащих горизонтов по тектоническим разломам. Другие же считают, что нефть эта автохтонна, то есть она "своя, местная", образовавшаяся из органического вещества самой свиты.
Они считают, что нефтеносность в Баженовской свите "контролируется" температурой. Иными словами, нефтяные залежи в пределах свиты находятся в тех зонах, где температура не ниже 95 градусов. Значение температуры как главнейшего фактора нефтеобразования признается геологами давно. На Салыме исследователи установили точно: относительное содержание углеводородов возрастает в органическом веществе Баженовской свиты по мере увеличения температуры в пласте. Самое большое содержание углеводородов и промышленные залежи нефти приурочены к наиболее горячим зонам с температурой свыше 125- 130 градусов.
В глинистых толщах, распространенных в недрах по всему земному шару, нефть содержится нередко, но в таких небольших количествах, что не только не имеет промышленного значения, а и извлекается-то из горных пород часто лишь лабораторными методами. Баженовская свита - первый случай, когда геологи натолкнулись на глинистые породы, в которых нефть и генерировалась, и, возможно, целиком осталась на месте своего образования. То, что нефть найдена вместе со своим материнским органическим веществом, подтверждает, по мнению некоторых ученых, "органическую" концепцию происхождения нефти, которой придерживается большинство геологов. И более уязвимой, соответственно, становится позиция "неорганистов". Вполне возможно, что дальнейшие исследования Баженовской свиты дадут еще много интересных сведений для совершенствования теории нефтеобразовачия.
ГУБКА С НЕФТЬЮ
Если придерживаться формальной логики, то следует ожидать, что эксплуатационники должны приступить к работе только после того, как геологи закончат разведку месторождения. В действительности, как говорится, возможны варианты. В таких новых и сложных случаях, как Салымское месторождение, нефтяники подключаются к работе раньше. На Салыме их особенно беспокоит одно обстоятельство. В момент вскрытия скважинами нефтяных залежей давление в них высокое. Но как только начинают отбирать нефть, оно падает чересчур быстро по сравнению с тем, как это бывает обычно в "классических" месторождениях. Казалось, что эксплуатационников на Салымском месторождении подстерегает неприятный сюрприз и им очень скоро после начала эксплуатации придется принимать какие-то "насильственные меры воздействия" на нефтяные залежи, заставляя их отдавать свою нефть. Для того чтобы заранее все проверить и выяснить, как долго будет длиться естественное фонтанирование, решено было начать пробную эксплуатацию. Сегодня ответ известен: несколько скважин беспрерывно дают нефть в течение десяти лет. Справедливости ради нужно сказать, что дают нефть далеко не все скважины. Поэтому беспокойство эксплуатационников до конца не рассеялось.
То, что глины могут в какой-то мере впитывать жидкость и содержать ее в себе, легко представить. Достаточно, скажем, кусок сухой, да еще растрескавшейся глины положить в воду и подержать ее там довольно долго. А вот чтобы жидкость двигалась, или, как говорят нефтяники, фильтровалась сквозь глину, такого на первый взгляд быть не может. Действительно, забейте глиной трубу и попробуйте пропустить через нее воду. Но факт остается фактом - раз из скважин изливается нефть, значит, она течет и внутри
Баженовской свиты, подобно тому, как и в обычных песчаных коллекторах. В чем же тут дело?
Директор Западно-Сибирского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института Минэнерго РСФСР член-корреспондент АН СССР И. И. Нестеров назвал породы Баженовской свиты баженитами и образно уподобил эти породы губке, из которой нефть как бы выжимается в пробуренные скважины. Порам губки соответствуют в бажените миниатюрные полости, начиненные первоначально органическим веществом, которое под воздействием высокой температуры и давления перешло потом в нефть и газ.
Несколько иную модель коллектора предлагают ленинградские ученые Т. Дорофеева, С. Краснов и Б. Лебедев. По их представлениям, нефть в Баженовской свите содержится в порах глинистой породы. Когда-то эти поры, содержащие углеводороды, были изолированы друг от друга. В ходе геологической истории под влиянием значительного повышения температуры возникли микроканалы между этими порами, и они слились в единую проницаемую поровую систему. Тем самым нефть приобрела возможность перемещаться в породах, стала подвижной. Кроме того, горные породы Баженовской свиты рассечены трещинами. Нефть поступает в скважины сначала как раз из этих трещин. А потом уже и из поровой системы.
Не ясно пока, и как в целом выглядят залежи нефти в Баженовской свите. Но, пожалуй, большинство геологов склоняется к точке зрения, согласно которой залежи представляют собой огромные линзы диаметром иногда больше километра и толщиной в несколько десятков метров. Состоят эти линзы из тех самых проницаемых для нефти и насыщенных ею глинистых пород.
КАК СБЕРЕЧЬ ХРУПКИЙ КЕРН
Многие вопросы, которые стоят перед исследователями Баженовской свиты, можно было бы решить значительно быстрее, если бы удалось, что называется, воочию увидеть и изучить различными методами горную породу, перенасыщенную той самой "живой" подвижной нефтью. Но ее, к сожалению, так никто и не видел. Из самых интересных продуктивных слоев Баженовской свиты вместо керна поднимают на земную поверхность "каменную муку".
Буровики считают, что в непригодное для исследований состояние горная порода превращается по ряду причин. Разрушению способствует, во-первых, сам механизм отбора проб. Ведь вместе со всей колонной бурильных труб непрерывно вращается и керноприемник. Во-вторых, керн размывает циркулирующий по скважине буровой раствор. Он резко охлаждает горную породу, имеющую, как отмечалось, высокую температуру. И наконец, еще одна очень важная причина. На глубине около трех километров в условиях высокого давления нефть и газ находятся в горной породе в сбалансированном состоянии. Когда же кусок этой горной породы поднимают наверх, давление резко падает. Упругое расширение и выделение газа разрушают керн.
Есть ли промышленные запасы нефти в глинистых породах других свит и в других регионах, кроме Баженовской свиты Западной Сибири? Верный ответ на этот вопрос чрезвычайно важен. Ведь если, кроме гранулярных коллекторов и трещиноватых карбонатных пород, промышленные скопления нефти "запечатаны" в горных породах еще каких-либо типов, то какие прекрасные видятся перспективы!
Баженовская свита вызывает много споров среди специалистов. Такой свиты, сложенной подобными же глинистыми породами с залежами нефти, нигде на земном шаре больше нет,
говорят сторонники крайней точки зрения. Другие же склоняются к мнению, что в земной коре имеются горные породы с залежами нефти, подобные баженовским (хотя, может быть, и не в точности такие же).
В Советском Союзе есть толщи глинистых пород, сходные с баженовскими. Их немало. В качестве примера можно назвать хотя бы толщи глинистых пород Хадума в Предкавказье, Пиленской свиты на Сахалине, Куонамской свиты на Сибирской платформе...
Теперь, после того как найдены месторождения нефти в Баженовской свите, сфера исследований геологовнефтяников еще больше расширилась. Работы, как говорится, непочатый край.
РУДНИК ПЛАНЕТЫ
О происхождении железомарганцевых конкреций написано уже немало. И все же до сих пор ученые не пришли к единому мнению: как это при таком ничтожном содержании марганца и железа в морской воде (тысячные и десятитысячные доли миллиграмма в литре) формируются грандиозные запасы руд в сотни миллиардов тонн в виде камней, лежащих на морском дне? Объяснения выдвигались всякие. Тут и химическое осаждение железа и марганца непосредственно из морской воды, и деятельность подводных вулканов, и микробиологическое осаждение рудного вещества... Однако все эти представления, как правило, были слабо обоснованы с физико-химической стороны. Особенно загадочно образование конкреции именно на границе раздела "донный осадок - вода", будто там
существует некий геохимический барьер. Изучением этого барьера и решили заняться исследователи из МГУ. И тут выяснились удивительные вещи.
На океанское дно постоянно осаждаются продукты жизнедеятельности морских организмов. На глубине четырех-шести тысяч метров - там, где обнаруживают железомарганцевые конкреции,- поток органического углерода составляет около 0,2 грамма на квадратный метр в год. Зная скорость накопления осадков-1-3 миллиметра за тысячу лет, можно подсчитать, сколько должно содержаться в них органического углерода: 5-10 процентов. Между тем в "слежавшемся", консолидированном осадке углерода всего 0,2-0,3 процента. В чем тут дело? Органические соединения, считают ученые, "сгорают", окисляются в тонком, всего в несколько миллиметров, поверхностном слое, то есть на границе раздела "вода-осадок". Значит, здесь идут интенсивные химические процессы.
Как же они связаны с образованием конкреций? Упрощенно это можно представить так. Придонная вода обладает окислительными свойствами, а тонкий поверхностный слой - восстановительными. При прохождении через него осадочного материала железо и марганец переходят в подвижные водорастворимые формы и, диффундируя затем в придонные воды, окисляются и превращаются в твердые соединения. Такой цикл: "осаждениерастворение - новое осаждение" повторяется многократно, обогащая раз за разом осадочный материал. Так в нем и накапливаются железо и марганец.
Вроде бы механизм ясен... Однако выдвижение научных концепций, объясняющих загадочное происхождение железомарганцевых конкреций, продолжается. Вот еще одна, разработанная в Геологическом институте АН СССР. Авторы основывают ее на том, что минимум относительной вязкости морской воды приходится на
72
бины 5-6 километров, где как раз и сосредоточено больше всего конкреций. Это благоприятствует диффузии тяжелых металлов, их потоку, накоплению на поверхности твердых частиц - гидроокислов марганца. Таким образом, полиметаллические конкреции образуются за счет поглощения тяжелых металлов из морской воды. Особая роль при этом отводится так называемым главным ионам (натрия, магния и другим).
Как видим, общепринятой точки зрег ния на механизм образования железомарганцевых конкреций пока нет. И интерес ученых к этому уникальному природному явлению по-прежнему велик. Скоро ли появится его окончательное объяснение?
МЕТАЛЛЫ ИЗ ВОДЫ
Купаясь в море, вы вряд ли задумывались о том, что плаваете в растворе цветных и благородных металлов. А ведь в каждой тонне морской воды содержится до миллиграмма таких элементов, как цинк, никель, кобальт, медь и даже серебро. Немного, конечно, но ведь океан велик.
Чтобы получить эти металлы обычными способами, необходимо дорогое оборудование и много электроэнергии. К тому же их запасы в недрах земли далеко не безграничны, а потребность в цветных и благородных металлах возрастает с каждым годом. А что, если получать их из морской воды - ведь это практически неисчерпаемый источник сырья?
Разработанный метод извлечения ценных микрокомпонентов из
ской воды позволяет довести концентрацию металлов в ней до нескольких граммов на литр. Такие установки уже работают на дальневосточных теплоэлектростанциях. В них поступает морская вода, используемая для охлаждения перегретого пара. В зависимости от металла, который надо получить, раствор пропускают через различные сорбенты. В результате двухступенчатого процесса концентрация металлов в растворе увеличивается в миллион раз. Пока производительность установки невелика. Но не надо забывать, что речь идет об очень редких и дорогостоящих металлах - рубидии и стронции. Расчеты показывают, что их себестоимость уже сейчас сопоставима с той, которая получается при обычных способах добычи. А в будущем извлечение редких металлов из морской воды станет, по-видимому, экономичнее, чем добыча из руды.
ОЛЕДЕНЕНИЕ АНТАРКТИДЫ, ИЛИ ЧТО СЧИТАТЬ КАТАСТРОФАМИ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
В первой половине XIX века среди геологов и биологов получили широкое распространение взгляды о медленном и постепенном развитии природы Земли. Эти взгляды пришли на смену "теории катастроф" Жоржа Кювье. За огромные периоды геологического времени постепенно поднимались горы и так же постепенно реки день за днем размывали их. Примитивные организмы усложнялись, пока через длинную вереницу предков не возник наконец человек. Постепенно заполнялись пробелы в геологической летописи, и
стройная картина развития Земли была уже близка к завершению. Казалось, что сбывается предвидение основоположника научной геологии Чарлза Лайеля, сделанное еще в 1830 году: "Порядок в природе, с самых ранних периодов, был однообразен в том смысле, в каком мы считаем его однообразным и теперь, и надеемся, что он останется таковым и на будущее время".
И все-таки катастрофы были! Даже после самых полных и подробных исследований в целом ряде случаев не удалось проследить плавного перехода от одних условий к другим. Несколько раз признаки резких изменений отмечались одновременно в пределах всей Земли. На протяжении последнего миллиарда лет наибольшее значение имели четыре великие катастрофы - 650, 230, 65 и 35 миллионов лет назад.