3оны естественного углеводородного синтеза в земных условиях

C http://ai-malyshev.narod.ru/PDF/Malyshev_Ref3.pdf

Mалышев A., Mалышева Л.

Зоны естественного углеводородного синтеза как следствие планетарных дегазационных процессов. К выводу о существовании абиогенных зон естественного углеводородного синтеза пришел Малышев А. И - зоны естественного углеводородного синтеза в земных условиях возникают как результат физико-химической эволюции газовой фазы эндогенных флюидов при температурном равновесии с вмещающими породами и обусловливают образование крупных скоплений углеводородного сырья. В то же время, гравитационная дифференциация вещества в диффузионной зоне обеспечивает процессы самоорганизации автономным источником энергии - функционирующие зоны естественного углеводородного синтеза предельно благоприятны для развития в них процессов самоорганизации углеводородных соединений, a положение зон естественного углеводородного синтеза имеет жесткую физико-химическую привязку по PT-условиям.

Зоны естественного углеводородного синтеза в современных субаэральных условиях. Будем считать, что эндогенные летучие, перемещающиеся к поверхности Земли в ходе дегазационных процессов, находятся в тепловом равновесии с вмещающими породами, т.е. перемещение летучих происходит по линии геотермического градиента.

Ради определенности будем считать, что температура пород нa поверхности составляет 5°С, а геотермический градиент - 0.03 град/м. Для перемещения флюидного потока требуется повышенный градиент давления, наиболее высокий в случае перемещения флюида путем молекулярной диффузии.

Образование зон естественного углеводородного синтеза связано с выпадением в конденсат из состава газовой смеси сначала сероводорода, а затем диоксида углерода.

Область зон образования сероводородного конденсата связана с критической температурой сероводорода – 100.4°С. Dвижущийся по линии геотермического градиента флюид входит в зону конденсации сероводорода на вероятной глубине 3.2 км. В точке входа остаточное парциальное давление паров воды составляет всего 0.024% от общего флюидного давления, паров диоксида серы – 0.63%. Поэтому в составе газовой фазы флюида доминирует диоксид углерода, водород и сероводород.

Однако на входе в область сероводородной отгонки его содержание в газовой фазе скачкообразно уменьшается до уровня остаточного парциального давления, составляющего 2.06% от общего флюидного давления, тогда как весь избыток сбрасывается в конденсат с образованием на пути газового потока области зон сероводородной отгонки.

В этой области при фильтрации газообразного диоксида углерода сквозь сероводородный конденсат происходит образование углеводородного сырья с одновременным выделением воды и самородной серы:
H2S + CO2 -----CH4 + H2O + S
Образующиеся в зоне сероводородного конденсата тяжелые простейшие углеводороды, начиная с бутана и бутилена, формируют углеводородный конденсат.

Так как критические давления этих соединений относительно невелики, то их остаточные парциальные давления имеют очень низкий уровень.

Повышенные температура и общее флюидное давление способствуют дальнейшим реакциям полимеризации углеводородов с образованием более тяжелых соединений.

Более легкие углеводороды, такие как метан, этан, этилен, пропан и пропилен, имея более низкие критические температуры, полностью остаются в газообразном состоянии.

Фильтруясь через конденсат более тяжелых углеводородов, они частично поглощаются в ходе реакций полимеризации.

Оставшаяся часть продолжает эволюцию в составе газовой фазы флюида.

Однако два последних из вышеперечисленных легких углеводородных соединений – пропан и пропилен – недалеко уходят по трассе эволюции флюида от места их первичного образования в зоне сероводородной отгонки.

Пропан достигает своей критической температуры 96.67°С почти сразу после зоны сероводородной отгонки – на вероятной глубине 3.06 км. При этом из-за его низкого критического давления в конденсат сбрасывается все количество пропана, превышающее равновесный уровень парциального давления 0.36% от общего флюидного давления в данной точке. Чуть дальше по трассе флюида, на вероятной глубине 2.9 км, расположена зона отгонки пропилена, имеющего чуть более низкую критическую температуру. В этой зоне в конденсат сбрасывается весь избыточный пропилен, превышающий уровень парциального давления пропиленовых паров в 1.16%. В этих зонах отгонки, как и в зоне сброса сероводорода, протекают реакции полимеризации углеводородов, в которые частично вовлекаются в фильтрующиеся сквозь конденсат легкие углеводородные соединения.

Еще одна зона естественного углеводородного синтеза связана с конденсацией диоксида углерода.

Kритическая температура диоксида углерода (30.85oС) достигается на вероятной глубине около 860 м. При входе в эту зону остаточные газы эндогенного флюида состоят в основном из CO2, H2 и в меньшей степени из легких летучих углеводородов. Уровень давления остаточных паров воды в точке входа составляет 0.004% от общего флюидного давления, давление остаточных паров SO2 – 0.4%, H2S – 1.9%. На входе в зону давление паров CO2 скачкообразно уменьшается до предельно возможного критического уровня, соответствующего в данной точке 6.2% от общего флюидного давления. Весь избыток диоксида углерода сбрасывается в конденсат, сквозь который происходит фильтрация водорода, сопровождающаяся образованием воды и углеводородов:
H2 + CO2---- CH4 + H2O
Как и в случае сероводородной зоны естественного углеводородного синтеза, равновесие этих реакций в условиях повышенного давления флюидной смеси смещается в сторону уменьшения объема газообразных соединений, т.е. в сторону образования углеводородов.

Образование углеводородов происходит и при фильтрации сквозь конденсат диоксида углерода остаточного газообразного сероводорода.

Но поскольку его содержание в остаточных газах не превышает 2%, то общее количество образующейся при этом серы сравнительно невелико. Легкие углеводороды, фильтруясь сквозь углеводородный конденсат, частично поглощаются за счет реакций образования более сложных углеводородных соединений.

В том случае, когда температура флюидного потока превышает температуру вмещающих пород (газо-гидротермальнaя деятельность), возможно образование зон абиогенного синтеза по периферии флюидного потока по мере снижения его температуры до соответствующих значений 100.4°С и 30.85°С. В субаэральных условиях эти зоны на поверхность не выходят; исходя из критических давлений сероводорода и диоксида углерода 9.010 и 7.378 МПа соответственно, при условии 5-кратного превышения флюидным давлением его литостатического давления сброс этих соединений в конденсат на соответствующих изотермических поверхностях может происходить лишь на глубинах более 65 и 53 м соответственно.

Зоны естественного углеводородного синтеза в субмаринных условиях. По иному складывается ситуация в субмаринных условиях, где перекрывающая водная толща, во-первых, обеспечивает дополнительное гидростатическое давление, а во-вторых, обеспечивает эффективное принудительное охлаждение как самого потока высокотемпературных эндогенных флюидов, так и придонных пород, разогреваемых гидротермами.

Давление перекрывающей водной толщи обеспечивает теоретическую возможность конденсации сероводорода и диоксида углерода непосредственно в придонных породах, а резкое снижение температуры флюидного потока в придонных породах обусловливает практическую реализацию этой возможности.

По сути мы имеем дело с геохимической температурной ловушкойк процессa образования сульфидных руд подводных гидротерм. Как и в случае рудообразования, эффективность действия этой ловушки возрастает с увеличением давления. C увеличением мощности перекрывающей водной толщи конденсация H2O, H2S и CO2 в придонных породах протекает все более контрастно с увеличением доли конденсации на изотермах критических температур этих веществ.

Kонденсация сероводорода
и диоксида серы возможна и в самой водной толще, однако в этом случае образование зон естественного углеводородного синтеза маловероятно из-за реакций взаимодействия образующегося конденсата с водой. Таким образом, благодаря действию температурной геохимической ловушки зоны естественного углеводородного синтеза наиболее эффективны в придонных породах глубоководных гидротерм океана, где они контролируются изотермальными поверхностями соответствующих критических температур. Вещественные проявления этих процессов можно наблюдать в современных выходах высокотемпературных гидротерм на поверхность дна океана.

На Земле современная направленность дегазационных процессов частично маскируется циклическими процессами, начиная от круговорота воды и кончая наращиванием литосферы в срединно-океанических хребтах и ее поглощением в активных континентальных окраинах

Случай зарождения и развития жизни на Земле довольно специфичен. Земля, с одной стороны, попадает в группу вариантов зарождения “жизни” в конденсированных средах, а с другой – по условиям воздействия солнечной радиации близка к “перегретым ” планетам – Венере и Меркурию. Довольно высокие значения поверхностной температуры и термического градиента обусловили максимально близкое к поверхности залегание зон естественного углеводородного синтеза, а сравнительно большая гравитация нашей планеты обеспечила достаточный уровень давления для эффективного функционирования зон естественного углеводородного синтеза. Последующий вынос протожизни флюидными струями из этих зон в породах дна океана или с малых глубин под поверхностью материков привел к отрыву протожизни от первоначального источника энергии. А это, в свою очередь, обусловило адаптацию первичной жизни к существованию за счет энергии солнечного света. Дальнейшая эволюция жизни на Земле привела к существенному разветвлению и усложнению цепей питания, однако в основе их по-прежнему лежит энергия солнечного света.
3арождение жизни на Земле представляет собой лишь частный случай из многочисленных вероятных вариантов зарождения и последующего развития углеводородной “жизни”, свойственных другим небесным телам нашей Солнечной системы. Солнечная система не является исключением, и возникновение подобной “жизни” на определенной стадии развития планетарных дегазационных процессов можно рассматривать как закономерное следствие общей эволюции Вселенной.