Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

ХХ століття назвали століттям нафти і природного газу. Людство увійшло в ХХІ століття, однак вирішальне значення для розвитку світової економіки залишилося поки що за цими корисними копалинами, які поряд з вугіллям є основним паливом.

Історія відкриття нафти і газу.

Нафта і горючі гази відомі людству з найдавніших часів. Вченими встановлено, що більше 500 тис. років тому нафту вже було виявлено на березі Каспійського моря, а за 6 тис. років до нашої ери спостерігався вихід на поверхню землі нафтового газу на Кавказі та в Середній Азії.

Археологічні розкопки показали, що на березі Євфрату нафта видобувалась ще 6–4 тис. років до н.е. Вона використовувалась для різноманітних цілей, у тому числі як ліки. Стародавні єгиптяни застосовували асфальт (окислену нафту) при бальзамуванні. Добували вони його, як повідомляє давньогрецький історик і географ Страбон (63 р. до н.е. – 23–34 рр. н.е.), переважно біля берегів Мертвого моря. Нафтові бітуми використовувалися для виготовлення будівельних розчинів і як мастило. Нафта була складовою частиною запалювальної суміші, що увійшла в історію під назвою «грецького вогню». У народів, які населяли південне узбережжя Каспійського моря, нафта здавна застосовувалась для освітлення помешкань. Про це свідчить, зокрема, давньоримський історик Плутарх, який описав походи Олександра Македонського.  

Ігнатій ЛукасевичІван ЗегУ середні віки нафта застосовувалась для освітлення вулиць у багатьох містах Близького Cходу, Південної Італії та ін. На початку ХІХ ст. у Росії, а в середині ХІХ ст. в Америці з нафти була видобута освітлювальна олія, названа керосином. Керосин використовувався в лампах, які були винайдені у Львові в 1853 р. Іваном Зегом та Ігнатієм Лукасевичем і швидко поширилися по всьому світу. У тому ж році вперше в Україні керосинова лампа освітила операційний стіл у львівському шпиталі, де була зроблена термінова нічна операція.

До середини ХІХ ст. нафта видобувалась у невеликих кількостях, головним чином з неглибоких колодязів поблизу природних її виходів на поверхню землі (мал. 8.1). З другої половини ХІХ ст. попит на нафту почав зростати у зв'язку з широким використанням парових машин і розвитком промисловості, яка потребувала великої кількості мастильних матеріалів і більш потужних, ніж сальні свічки, джерел світла. Запровадження наприкінці 60-х років ХІХ століття буріння нафтових свердловин (мал. 8.2) вважається початком зародження нафтогазової промисловості.

На рубежі ХІХ–ХХ ст. було винайдено дизельний та бензиновий двигуни внутрішнього згоряння. Впровадження їх у практику зумовило бурхливий розвиток нафтовидобувної промисловості.

Поверхневі прояви горючих газів також були відомі людям з найдавніших часів. Виходячи тріщинами з глибини земних надр, гази нерідко спалахували. Подібні природні газові смолоскипи називалися «вічними вогнями». Вони були дуже поширені в Месопотамії, Ірані, біля підніжжя Кавказького хребта, в Північній Америці, Індії, Китаї, на Малайських островах і т.д. і вважалися «священними». Люди поклонялися такому вогню, як божеству, будували поруч храми.

Свою назву нафта отримала від індоєвропейського слова «нафата» – витікаюча.
Люди вже давно помітили лікувальні властивості нафти. Відомий природодослідник і лікар Стародавньої Греції Гіппократ (близько 460–377 рр. до н. е.), названий «батьком медицини», описав багато рецептів і ліки, що виготовляються із суміші нафти з різними речовинами. У Давньому Єгипті нафту використовували для бальзамування. Нині у фармацевтичній і парфюмерній промисловості з похідних переробки нафти і природного газу виготовляють нашатирний спирт, хлороформ, формалін, аспірин, уротропін, вазелін, запашні речовини та ін.
В Україні нафта була виявлена в копаних колодязях і грязьових вулканах на Керченському півострові ще в III ст. до н.е. Торговельні шляхи, що проходили через Крим, сприяли розповсюдженню керченської нафти по Київській Русі. У літописах наголошується, що вже в XIII ст. в Галіції було відомо про «скельне масло», тобто нафту, яка використовувалася в медичних цілях і для змазування коліс возів.

Мал. 8.1. Видобуток нафти у Прикарпатті наприкінці ХІХ століття

Практичне використання горючого газу почалося у першій половині ХІХ ст. Спочатку в Лондоні, а потім у Парижі, Нью-Йорку, Берліні, Петербурзі, Львові, Варшаві, Москві, Одесі, Харкові і Києві з'явилися газові горілки, що освітлювали вулиці й житлові будинки. Це був штучний газ, що видобувався внаслідок переробки кам'яного вугілля і горючих сланців. Широке застосування у промислових масштабах природний газ знайшов лише у 20–30-х роках ХХ століття.

Сьогодні нафта і природний газ є основою світового паливно-енергетичного балансу.

Продукти переробки нафти і горючих газів широко використовуються у всіх галузях промисловості, сільського господарства, на транспорті і в побуті. Важно перерахувати всі сфери застосування нафти і природного газу, настільки їх значення в житті сучасного суспільства багатогранне. У людства з давніх часів незаперечною цінністю вважається золото. З ним порівнюються всі матеріальні блага, що мають особливу значимість. Образно називають «білим золотом» бавовну, «чорним золотом» – нафту, «блакитним золотом» – природний горючий газ. Але саме життя показує, що нафта і горючі гази у сучасному світі мають набагато більше значення, ніж золото найвищої проби.

Звідки ж виникла нафта в надрах Землі? Як вона утворилась? На жаль, і сьогодні на це питання не існує однозначної відповіді.

Слово «газ» придумав приблизно в 1600 р. голландський хімік Гельмонт, вивівши його від грецького «хаос», що означало у стародавніх греків поняття «сяючий простір». Гельмонту вдалося розкласти повітря на дві частини: одна з них підтримувала горіння, а інша – ні. Він назвав їх «газами», тобто складовими частинами простору.

У широкий науковий ужиток слово «газ» ввів А. Лавуазьє (1743–1794) починаючи з 1789 р., коли вийшли його «Початковий підручник хімії» і «Аннали хімії» – заснований ним один з перших хімічних журналів.

Разом з тим від правильної відповіді на це питання залежить відповідь на інше виключно важливе питання: де утворюються родовища нафти і природного газу, в яких конкретних місцях земної кори знаходяться їх значні скупчення? З розгортанням робіт щодо пошуку нафтових і газових родовищ ці питання набули особливої актуальності та практичної значущості. Основоположник російської нафтової геології академік І.М. Губкін у 1932 р. писав: «Тільки тоді, коли ми будемо мати правильне уявлення про ті процеси, в результаті яких виникла нафта, ми будемо знати, яким чином у земній корі утворюються її поклади... і отримаємо... надійні вказівки, в яких місцях потрібно шукати нафту і як належить найбільш доцільно організувати її розвідку».

Губкін Іван Михайлович (1871–1939) – основоположних російської нафтової геології, академік. Головні праці присвячені геології нафти. Його роботи з вивчення генезису і умов формування нафтових родовищ Північного Кавказу послужили основою для розвитку там пошукових робіт. У класичній праці «Вчення про нафту» (1932) він виклав свої уявлення про походження нафти, умови формування нафтових родовищ, у тому числі розробив питання первинності та вторинності нафтових покладів, міграції нафти і газу, класифікації нафтових покладів і закономірності їх розподілу.

Походження нафти здавна було однією з «таємниць природи», що хвилювали розум дослідників. І, як в інших галузях природознавства, перші уявлення про природу нафти нерідко пов'язувались з пануючими релігійними поглядами. Так, відомий польський природознавець ХVIII ст. канонік К. Клюк вважав, що нафта утворилась в раю і є залишком того благодатного масного грунту, на якому квітнули райські сади. Однак після гріхопадіння людини бог вирішив її покарати. Він зменшив урожайність землі, видаливши з неї масну речовину. Одна частина цієї речовини, на думку каноніка, випарувалась під впливом сонячного тепла, а інша опустилась в глибини Землі, де і утворила скупчення нафти.

У поясненнях походження нафти і горючих газів вже більше ста років протистоять дві основні концепції. Представники однієї з них – органіки – вважають, що нафта і природний газ виникли в осадовому чохлі земної кори в результаті глибокого перетворення останків тварин і рослинних організмів, які населяли стародавні моря і озера. Їх опоненти – неорганіки – доводять, що нафта і горючі гази утворилися в мантії Землі неорганічним шляхом. Перша концепція називається органічною, або біогенною (грецьк. «біос» – життя, «генесіс» – походження), друга – неорганічною, або абіогенною (грецьк. «а» – не).

Концепція органічного походження нафти і газу. Витоки сучасних уявлень про походження нафти виникли у ХVIII – на початку ХІХ ст. Основи гіпотези органічного походження нафти заклав М.В. Ломоносов, пояснюючи її утворення впливом «підземного вогню» на «закам'янілі вуглини», в результаті чого, на його думку, виникли асфальти, нафти і «кам'яні олії». У 1763 р. у своїй знаменитій праці «О слоях земных» М.В. Ломоносов писав про нафту:

«Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные…».

Оскільки вважалося, що вугілля походить від рослинних залишків, то й нафті приписувалося рослинне походження. М.В. Ломоносов обґрунтовував це, зокрема, фактом невеликої густини нафт. Там же він писав: «Увериться можем о происхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью. Ибо все минералы в воде потопают, нефть по ней плавает». Фактично з цієї праці М.В. Ломоносова відраховує свою історію концепція органічного походження нафти і горючих газів. Однак зрілості вона набула лише в минулому столітті.

Близько шести десятиліть тому англійський геолог С. Пауерс сказав: «До того часу, коли із землі буде видобуто останній барель нафти, ще не буде створена гіпотеза її утворення, яка рівною мірою задовольняє всіх зацікавлених і узгоджується зі всіма мислимими геологічними умовами».

Мал. 8.2. Буріння нафтової свердловини на Дніпровсько/Донецькій западині

У своєму розвитку концепція органічного походження нафти і природних газів спиралась на досягнення різних наук і в першу чергу на геологічні спостереження. Геологи звернули увагу й на те, що скупчення нафти і природного газу поширені в земній корі вкрай нерівномірно. Вони прив'язані до певних комплексів осадових порід. При цьому нерідко одні продуктивні комплекси відділені від інших потужними товщами так званих непроникних порід (глини, солі, ангідрити). Це виключає широкі масштаби потрапляння нафти і газу з одних комплексів в інші. Було встановлено, що скупчення нафти і газу часто знаходяться в лінзах проникних порід, оточених непроникними породами.

Концепція органічного походження нафти і горючих газів набирала сили і вдосконалювалась у гострій боротьбі як із зовнішніми опонентами – неорганіками, так і з внутрішніми. У надрах школи органіків бушували іноді невгамовні пристрасті. Гарячою, наприклад, була суперечка про те, що було вихідною речовиною для нафти – рослини чи тваринні організми? Перемогли, зрештою, ті, хто стверджував: і рослини, і тварини. Іншим предметом суперечки було місце залягання нафти. Одні вчені вважали, що нафта знаходиться в покладах на місці свого первинного утворення. Це поняття позначалось латинським терміном «in situ» (на місці). Прибічники протилежної точки зору стверджували, що нафта утворилася в одному місці, а накопичилася – в іншому, тобто в покладах вона знаходиться у вторинному заляганні. Перемогла друга точка зору. Якою важкою не була часом боротьба, але не можна заперечувати велику її значущість для розвитку науки.

Одним з найважливіших є той факт, що більше 99,9% відомих скупчень нафти і природного газу відноситься до осадових товщ. Це наштовхнуло вчених на основоположний висновок: нафта є продуктом процесу осадонакопичення.

Цікавими виявились результати безпосереднього вивчення складу самих осадових порід. У всіх осадових утвореннях – від верхнього архею (тобто з того часу, коли зародилось життя на Землі) і до сучасних осадів – майже завжди міститься розсіяна органічна речовина і продукти її перетворення. Загальна кількість органічної речовини в породах зазвичай коливається в межах 0,2–0,9% маси осадових порід. Але серед потужних товщ осадових порід знаходяться окремі пачки порід, збагачені органічною речовиною. Так, глини в середньому у 2–4 рази багатші на органічну речовину, ніж піски й карбонати.

Для підтвердження можливості утворення нафти неорганічним шляхом були здійснені спеціальні експериментальні дослідження.

Більше ста років тому німецький хімік К.Енглер здійснив перегонку жиру ворвані під тиском 1 МПа і температурі 420°С. При цьому з 492 кг риб'ячого жиру було отримано 299 кг (61%) олії густиною 0,8105, а також горючі гази і воду. Олія на 90% складалася з вуглеводнів коричневого кольору. Після дробної розгонки олії в її нижчих фракціях виявились головним чином метанові вуглеводні від пентану і вище. З фракцій, які киплять при 300°С, було виділено парафін. Крім того, було отримано мастила, до складу яких входили у дуже незначних кількостях олефіни, нафтени і ароматичні вуглеводні. Цьому продукту перегонки жирів під тиском, що за своїм складом відрізнявся від природних нафт, К. Енглер дав назву «протопетролеум» (грецьк.«протос» – перший, англ. «петролеум» – нафта). На підставі такого досліду К. Енглер спільно з німецьким геологом Г. Гьофером дійшли висновку, що нафта утворилась з тваринних жирів.

Але в той же самий період самим К.Енглером та іншими дослідниками були отримані вуглеводні й з рослинних олій: реп'яхової, оливкової та ін.

На початку ХХ століття Г.Потоньє висунув гіпотезу про походження нафти із змішаного рослинно-тваринного матеріалу – сапропелю. У 1919 р. академік М.Д. Зелінський здійснив перегонку сапропелю озера Балхаш. У результаті було виділено сиру смолу (63,2%), кокс (16,0%) і газ (20,8%). Газ складався з метану, окису вуглецю, водню і сірководню. Після вторинної перегонки безводної смоли були отримані бензин, керосин і важкі масла. До складу бензину входили метанові, нафтенові та ароматичні вуглеводні.

У 1912 р. К. Енглер висловив припущення про певну роль природних алюміносилікатів (глини) у процесах утворення нафти. У 1921 р. японський вчений Кобаясі отримав штучну нафту при перегонці жиру риб без тиску, але в присутності каталізатора – гідросилікату алюмінію. Подібні досліди були проведені й іншими дослідниками. Це наштовхнуло їх на думку, що такими каталізаторами в природних умовах можуть бути глинисті товщі, які містять первинну розсіяну органічну речовину.

Російський вчений А.Д. Архангельський вказав, що саме в глинистах породах відбувається перетворення розсіяної органічної речовини. Внаслідок цього глинисті породи були названі нафтовиробними, або нафтоматеринськими. І.М. Губкін зазначив, що утворення нафти з розсіяних в мулах органічних речовин являє собою регіональний процес, що відбувається на обширних площах у товщах осадових порід.

На сьогодні з позицій органічної концепції походження нафти і горючих газів вбачається наступним чином.

Верхні шари води в морях і озерах населені планктоном – дрібними організмами, перш за все водоростями, а також ракоподібними. Їм зобов'язана своїм походженням основна маса органічної речовини, захороненої в осадах. Після відмирання планктону залишки рослинних і тваринних організмів у величезних кількостях випадають на дно басейнів і накопичуються в мулах, розсіюючись серед мінеральних частинок. Організми, що відмирали, падали на дно іноді у кількості 10–100 г на квадратний метр.

З цього моменту розпочинається перша стадія перетворення залишків цих організмів, яку ще називають біохімічною. Вона супроводжується розкладом органічних залишків бактеріями і перетворенням розсіяної органічної речовини в умовах обмеженого доступу кисню. Мікроорганізми у першу чергу переробляють органічні сполуки, які легко руйнуються, – білки, вуглеводи та ін. Як зазначалось вище, з них можуть утворюватися вуглеводні. У процесі розпаду розсіяної органічної речовини утворюється багато метану, вуглекислого газу, води і незначна кількість рідких і твердих вуглеводнів.

У міру занурення морського дна незмінно накопичуються мулисті осади, які послідовно перекривають один одного. Процес ущільнення осаду і перетворення його в осадову породу називається діагенезом (грецьк. «діагенесис» – переродження). Молода осадова порода потрапляє при зануренні в зону катагенезу (грецьк. «ката» – рух вниз, «генезис» – походження), де переважають хімічні процеси, обумовлені взаємодією речовин. У зоні катагенезу починається новий етап перетворення розсіяної органічної речовини, на якому головну роль відіграють температура і тиск. Вони зростають у міру занурення затверділих осадів і накопичення зверху нових відкладень.

У мулах, що захоронюються, поступово утруднюється, а потім і повністю припиняється обмін речовин з придонним шаром води. Це призводить до загибелі мікроорганізмів внаслідок їх отруєння продуктами власної життєдіяльності. У зв'язку з цим біохімічні процеси згасають. Якщо спочатку в реакціях бере участь кисень середовища, то потім вони йдуть лише за рахунок внутрішніх ресурсів кисню самої органічної речовини. Під впливом високої температури починається розклад більш складних сполук розсіяної органічної речовини на менш складні, у тому числі вуглеводні.

Таким чином, із збільшенням глибини залягання осадових порід в органічній речовині, що розкладається, збільшується вміст газоподібних вуглеводнів і розсіяної нафти, яку ще називають мікронафтою, або протонафтою.

Як показують лабораторні досліди, хімічні перетворення органічної речовини з утворенням мікронафти найбільш швидко протікають при температурі 100–200°С, яка існує на глибині 4–6 км. Однак прибічники органічної концепції припускають, що такі ж хімічні реакції можуть відбуватися й на глибині у 2–3 рази меншій, де температура складає всього 40–60°С. На їх думку, тривалий, протягом багатьох мільйонів років, вплив на органічну речовину таких низьких температур зумовлює подібний результат.

Вважається, що після досягнення температури приблизно 60°С розпад розсіяної органічної речовини прискорюється. У більшості випадків така температура характерна для глибини 2–2,5 км. У міру подальшого підвищення температури темпи розпаду знижуються. Коли нафтоматеринські породи, опускаючись в осадовому басейні, який прогинається, потрапляють в глибокі зони земної кори, де температура сягає 150–200°С, починається деструкція (лат.«деструкціо» – руйнувати) нафти. У результаті утворюються спочатку газоконденсат, а потім метан, тобто за цих умов з розсіяної органічної речовини і мікронафти утворюються тільки або майже тільки газоподібні вуглеводні.

Подібні погляди привели до виникнення уявлень про зональність утворення нафти і горючих газів у розрізі, починаючи з приповерхневих умов залягання морських мулів і до найбільш глибоко залягаючих осадових порід. Так, верхній інтервал глибин до 1,5 км виділяється як зона переважного газоутворення, в інтервалі 1,5–2,5 км передбачається утворення з розсіяної органічної речовини максимальної кількості рідких вуглеводнів – мікронафти. Тут панує температура від 60 до 160°С. Цю зону називають осередком нафтоутворення, або головною зоною нафтоутворення. У подальшому нижня межа цієї зони була опущена до 6 км. Вважається, що до цієї глибини може утворюватися нафта. А на великих глибинах, де температура перевищує 150–200°С, генерується головним чином метан. Ця зона виділяється як головна зона газоутворення.

До найважливіших питань відноситься питання про механізм концентрації розсіяної нафти – мікронафти – в різні за масштабами скупчення вуглеводнів. Відповідно до концепції, що розглядається, глинисті та вапняні мули є нафтоматеринськими породами. У міру їх занурювання та ущільнення розсіяна мікронафта разом з газоподібними вуглеводнями і водою починає вичавлюватися з мулів у залягаючі вище пористі породи (пісковики та ін.). Цей процес отримав назву первинної міграції (лат. «міграціо» – переміщення). Ним закінчується термокаталітичний (грецьк. «терме» – тепло, «каталісис» – розчинення, руйнування) етап перетворення похованої в осадах розсіяної органічної речовини.

Мікронафта, яка потрапила в пористі породи за хімічним складом ще не відповідає справжній нафті. У ній відсутні легкі компоненти. А більш важка частина має далеко не всі вуглеводневі групи. Властивостей справжньої нафти мікронафта набуває вже в пористому середовищі.

У моменти наступних тектонічних перебудов мікронафта під впливом гравітаційних та інших сил починає повільне пересування вгору по схилу пластів. Так починається вторинна міграція нафти і природних газів. Цей момент потрібно вважати вже початком формування самого нафтового родовища.

Підтвердженням того, що описаний процес міг мати місце в минулому, є виявлення вуглеводнів в сучасних мулах Чорного моря, в газовій фазі сучасних осадів озер, лиманів і лагун на Таманському півострові, сучасних осадах Мексиканської затоки, прикаліфорнійської частини Тихого океану, дельти р. Оріноко та ін. Пізніше нафтові вуглеводні були виявлені в сучасних осадах всіх водних басейнів. Відомі скупчення метанового газу в наземних дельтах рік По, Міссісіпі, Волги та ін.

З дельтових відкладень рік Янцзи в районі Шанхаю (Китай) і Червона в провінції ТхайБінь (В'єтнам) газ видобувався за допомогою неглибоких (15–30 м) свердловин і використовувався для побутових потреб місцевого населення.

Виявлення в сучасних осадах вуглеводнів дає підстави припустити, що вони є продуктами початкової стадії перетворення розсіяної органічної речовини осадів в нафту.

Гіпотези мінерального походження нафти і газу. Ідея мінерального походження нафти вперше була висловлена знаменитим німецьким природознавцем О. Гумбольдтом у 1805 р. На початку ХІХ ст. він припускав, що нафта має глибинне походження, базуючись, зокрема, на присутності вуглеводнів у продуктах діяльності сучасних вулканів.

Прогрес хімії, експерименти з неорганічного синтезу вуглеводнів, виконані М.Бертло (1866) і Г.Біассоном (1871), стали початком розвитку гіпотези мінерального походження нафти і газу. У 1866 р. французький хімік М.Бертло, проводячи досліди, виявив, що ацетилен при порівняно низьких температурах може переходити в більш важкі вуглеводні. На підставі цього він зробив більш загальний висновок про те, що вуглеводневі сполуки метеоритів утворювались синтетичним шляхом і що, очевидно, подібне походження мають і вуглеводні, що містяться в масах планет.

Всі гіпотези мінерального походження нафти об'єднує ідея синтезу вуглеводнів, кисень-, сірко-, і азотовмісних компонентів нафти з простих вихідних речовин – С, Н2, СО, СО2, СН4, Н2О і радикалів при високих температурах і взаємодії продуктів синтезу з мінеральною частиною глибинних порід.

Д.І. Менделєєв, який дотримувався до 1867 р. уявлень про органічне походження нафти, у 1877 р. сформулював відому гіпотезу її мінерального походження, згідно з якою нафта утворюється на великих глибинах при високій температурі внаслідок взаємодії води з карбідами металів.

Д.І. Менделєєв вважав, що основою процесу утворення вуглеводнів є взаємодія карбідів металів глибинних порід з водою, яка проникає тріщинами з поверхні на велику глибину. Схема процесу уявлялась в наступному вигляді:

2FeC + 3Н2О = Fе2О3 + C2H6.

Вуглеводні, що виникали в газоподібному стані, на думку Д.І. Менделєєва, піднімалися потім у верхню холодну частину земної кори, де вони конденсувались і накопичувались в пористих осадових породах. Карбіди металів в той час в глибинних породах ще не були відомі. На сьогодні припущення Д.І.Менделєєва підтвердилось, в глибинних породах знайдені карбіди ряду елементів (Fe3C, TiC, Сг2С3, WC, SiC). Але великих скупчень вони не утворюють; це найдрібніші (частки міліметру), що рідко зустрічаються і розсіяні в породах, мінеральні виділення. Тому процес утворення вуглеводнів у величезних кількостях, які відомі в природі, з цих позицій пояснити дуже важко. Поза сумнівом зараз також те, що вода з поверхні тріщинами на великі глибини надходити не може. Але це й не суттєво, флюїдна фаза глибинних порід за певних умов воду містить, тому в принципі її взаємодія з карбідами є реальною. Цілком ймовірним є й утворення найпростіших вуглеводнів, однак навряд чи це можливе у великих кількостях.

Вагомий внесок в розвиток теорії неорганічного походження нафти зробили українські вчені В.Б. Порфир'єв, Г.Н. Доленко, С.І. Субботін, М.Р. Ладиженський, В.П. Лінецький, Є.Б. Чекалюк, В.О. Краюшкін, І.В. Грінберг. З 2004 року рішенням Президії Національної академії наук України створено проблемну раду з неорганічного походження нафти і відкрито відділ в Інституті геологічних наук.

У 1892 р. було висунуто гіпотезу космічного походження нафти. Суть її зводилася до того ж мінерального синтезу вуглеводнів з простих речовин, але на первісній, космічній стадії формування Землі. Передбачалось, що утворені вуглеводні знаходилися в газовій оболонці, а у міру охолодження поглинались породами земної кори, яка формувалася. Звільняючись потім із магматичних порід, які охолоджувались, вуглеводні піднімалися у верхню частину земної кори, де утворювали скупчення. В основу цієї гіпотези були покладені факти про наявність вуглецю і водню у хвостах комет і вуглеводнів у метеоритах. Згідно із сучасними даними, в атмосфері Юпітеру і Титану, а також в газопилових хмарах виявлені C2H2, C2H4, C2H6, С3Н8, HCN, C2N2. У метеоритах (вуглистих хондритах) знайдені тверді вуглисті речовини, нормальні алкани, амінокислоти, однак походження їх незрозуміле. Коли мова йде про низькі концентрації, не виключено забруднення метеоритів при падінні на Землю. Крім того, багатьма вченими в метеоритах виявлено формені органічні утворення, дуже подібні до найпростіших одноклітинних організмів найдавніших порід Землі. У всякому разі до пояснення надходження мінеральної нафти з великих глибин Землі ці факти про знаходження органічних речовин в метеоритах прямого стосунку не мають.

У першій половині ХХ століття інтерес до гіпотези мінерального походження нафти загалом був втрачений. Пошуки нафти проводилися по всьому світу, виходячи з уявлень про її органічне походження.

Із середини минулого століття інтерес до мінеральної гіпотези знову почав зростати, причиною чого була, очевидно, недостатня ясність низки питань органічної концепції, що і викликало її критику.

Найбільшу популярність отримала магматична гіпотеза утворення нафти. На великих глибинах – в мантії Землі – в умовах дуже високої температури вуглець і водень утворюють вуглеводневі радикали СН, СН2 і СН3.

Внаслідок перепадів тиску вони переміщуються по речовині мантії в зони глибинних розломів і вздовж цих розломів піднімаються вгору, ближче до земної поверхні. У міру зниження температури у верхніх шарах ці радикали з'єднуються один з одним і з воднем. У результаті виникають різноманітні більш складні нафтові вуглеводні. До них приєднуються інші вуглеводні, що утворюються з окису вуглецю і водню, а також з карбідів різних металів і води за реакціями, вказаними М.Бертло, Д.І.Менделєєвим та ін. Різноманіття реакцій забезпечує і надзвичайну різноманітність виникаючих вуглеводнів, суміш яких загалом і складає природну нафту.

Подальший рух вуглеводневих газів і нафти приводить їх або на поверхню Землі, або в пастки, що утворюються в непроникних породах осадового покрову, а іноді і в кристалічних породах на межі з ними. Пересування (міграція) вуглеводнів відбувається заповненими водою тріщинами і викликане величезним перепадом тиску в місцях утворення нафти і осадової товщі, а також різною густиною води і нафти.

У пошуках доказів абіогенного синтезу нафти деякі дослідники звертались до промислових процесів отримання синтетичного палива. Однак у міру поглиблення знань про склад нафти виразно виявились глибокі відмінності у складі природних і синтетичних вуглеводневих сумішей. Останні практично не містять широко представлених у нафті складнопобудованих вуглеводневих молекул, насичених структурних аналогів компонентів живої речовини – жирних кислот, терпенів, стеролів і т.д.

Низка аргументів прибічників мінерального походження нафти заснована на термодинамічних розрахунках. Було зроблено спробу визначити температуру нафтоутворення за співвідношеннями між деякими ізомерними вуглеводнями, припускаючи, що високотемпературний синтез приводить до появи термодинамічно рівноважних сумішей. Розрахована таким чином температура нафтоутворення склала 450–900°С, що відповідає температурі глибинної зони 100–160 км в межах верхньої мантії Землі. Однак для тих же нафт розрахунок за іншими ізомерними парами дає інші значення температури (от –100 до 20000°С), абсолютно нереальні в умовах земної кори і мантії.

Геологічні докази мінеральної гіпотези – наявність слідів метану і деяких нафтових вуглеводнів у глибинних кристалічних породах, в газах і магмах, що вивергаються із вулканів, прояви нафти і газу в деяких глибинних розломах і т.п. – є опосередкованими і завжди допускають подвійне трактування. Вкорінені в земну кору глибинні породи розплавляють і асимілюють осадові породи з присутньою в них біогенною органічною речовиною; жерла вулканів також проходять через осадові товщі, причому іноді регіонально-нафтогазоносні, тому СН4 та деякі інші нафтові вуглеводні, які знаходяться в них, могли утворитися не тільки в результаті мінерального синтезу, але й при термічній деструкції захопленої біогенної органічної речовини осадових порід або при надходженні нафти в осадові породи вже після охолодження магматичних порід. Головний доказ органічної концепції полягає у великій подібності хімічних і геохімічних показників сполук нафти з аналогічними компонентами органічної речовини сучасних осадів і давніх осадових порід.

Концепція неорганічного походження нафти і природних газів, так само як і органічна концепція, базується на низці геологічних спостережень і хімічних дослідах.

Прибічники неорганічної концепції зазначають, зокрема, що в світі відомі біля 30 промислових чи напівпромислових покладів нафти, приурочених до вивержених і метаморфічних порід. Крім того, існують згадки про більш ніж 200 випадків мінералогічних включень вуглеводнів у вивержених або метаморфічних породах. Наприклад, асфальтит відмічається в пегматитових жилах низки родовищ марганцю в Швеції і Норвегії. У Канаді знайдено рідку нафту, пов'язану з пегматитовою жилою, що пронизує вивержені породи.

Ознаки рідкої нафти помічені в продуктах виверження вулканів Етна (Сицилія) і Кракатау (Малайський архіпелаг). Ще більш ефективні нафтопрояви у зв'язку з магматичною діяльністю спостерігались під час вивчення вулкану Толіма в Центральних Андах і нині згаслого вулкану Егмонт у Новій Зеландії. Прибічники неорганічної концепції підрахували, що всі вулкани світу в середньому щорічно викидають біля 3,3·105 т вуглеводнів.

Кожна з двох концепцій має вразливі місця. Але пануючою на сьогодні є органічна концепція. Ця концепція відрізняється більшою стрункістю, зрілістю і завершеністю суджень. У своєму становленні вона пройшла етапи вельми складної внутрішньої боротьби представників різних наукових шкіл і напрямів. Тому в сучасному вигляді органічна концепція практично однозначно трактується всіма її прибічниками.

У питанні про походження нафти є прихильники і комплексного підходу. Вони вважають, що могли існувати обидва механізми утворення нафти (органічний і неорганічний), певною мірою доповнюючи один одного або діючи на різних стадіях процесу.