УДК 533.98.061.3
© А.А. Баренбаум, С.Н. Закиров, 2003
Галактоцентрическая парадигма и ее следствия для теории и практики разработки месторождений (в порядке обсуждения)
А.А. Баренбаум,
С.Н. Закиров
(ИПНГ РАН) Galactocentric paradigm and its consequences
for the theory and practice of mining
A.A. Barenbaum, S.N. Zakirov (IPNG RAN)
Basis of galactocentric paradigm and also a problem of oil and gas evolution and global geo-chemical cataclysm are considered. It is marked, that the new paradigm allows to approach otherwise to the analysis and an estimation of many geological facts and processes, including questions of development of oil fields and gas, and also a problem of protection of an environment.
ВХХ веке исследования В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского показали важную роль влияния космического окружения Земли, в первую очередь Солнца, на земные процессы. В настоящее время, как никогда ранее, ощущается кризис в древнейших науках - астрономии и геологии. Многие основополагающие и даже мировоззренческие вопросы все еще не имеют четкого ответа и общепринятого объяснения. Без этого, очевидно, не может быть эффективного продвижения не только в этих фундаментальных науках, но и в сопредельных научных дисциплинах, в том числе в сугубо прикладной области - теории и практике разработки месторождений нефти и газа.
Исследования [1, 2] показали, что связи между Космосом и Землей более основательны, чем считалось до сих пор. Земля и другие планеты являются носителями важнейшей информации о физических процессах, происходивших в течение многих миллиардов лет в Галактике и Солнечной системе, и эту информацию невозможно получить иным путем [3].
Основы новой парадигмы.
Новая, галактоцентрическая парадигма позволила предложить решение многих проблем астрономии и геологии. В астрономии - это, прежде всего, природа, строение и характер эволюции галактик; вопросы космогонии Солнечной системы, касающиеся образования Солнца и планет, происхождения наблюдаемых комет и возникновения системы Земля - Луна. В геологии - это природа глобальной геологической цикличности, источник тектонической активности Земли, происхождение Мирового океана и земной атмосферы,
возникновение месторождений различных полезных ископаемых и другие вопросы.
В статье рассмотрены некоторые геологические аспекты космического, точнее галактического, воздействия на Землю и его последствия для теории и практики добычи нефти и газа.
В соответствии с последними данными [3] в ядре нашей Галактики постоянно происходит взрывное разрушение звезд. Газопылевые продукты этого разрушения накапливаются в быстровращающемся ядерном диске Галактики, откуда они затем истекают в виде двух струйных потоков. В процессе движения в галактической плоскости эти газ и пыль постепенно конденсируются в плотные газопылевые облака, кометы и звезды.
В начале XX века астроном Я. Каптейн на основе изучения движения ближайших к Солнцу звезд фактически обнаружил один такой поток, а в 1929 г. астрофизик Дж. Джинс предложил газодинамическую теорию этого явления. Однако о природе галактик астрономы тогда знали мало, и эти малопонятные в то время представления были признаны ошибочными.
На правильные по существу идеи Джинса и Каптейна геологи обратили внимание лишь 10 лет назад [4]. Привлечение геологических данных позволило более точно рассчитать орбиту движения Солнца в Галактике и установить, что через каждые 19-37 млн. лет Солнечная система пересекает струйные потоки галактического вещества.
Во все такие моменты Земля и другие планеты подвергаются интенсивным «бомбардировкам» галактическими кометами.
Последняя из них произошла от 4-5 до 0,6 млн. лет назад. Подобные периоды в истории нашей планеты отмечаются как эпохи глобальных биотических, климатических и других природных катастроф, с которыми геологи связывают основные рубежи современной стратиграфической шкалы. Впервые на наличие в геологической истории Земли подобных катастроф обратил внимание в начале XIX века французский исследователь Ж. Кювье.
Указанные бомбардировки носят характер кометных «ливней». За время нахождения в струйных потоках (1-5 млн. лет) на Землю выпадает 103-105, а иногда и до 106 высокоскоростных галактических комет. Эти кометы состоят в основном из водяного льда и льдов других простейших газов, смерзшихся с частицами космической пыли. Диаметр ядра галактических комет изменяется от сотен метров до нескольких километров. Масса комет равна 1013-1018 г, а их энергия составляет 1022 -1027 Дж. За время одного ливня на Землю может привноситься 1027-1029 Дж энергии и поступать до 1021 -1022 г кометной воды, на порядок меньшее количество углерода, а также могут появляться другие химические элементы в соответствии с их космической распространенностью.
Падением на нашу планету галактических комет удается объяснить многие загадки, касающиеся времени и масштабов вымирания на Земле живых существ, периодических оледенений континентов, моментов раскола отдельных литосфер-ных плит, причин возникновения на океаническом дне подводных гор, кратеров на Луне, Марсе, Меркурии и др. При этом
объемы поступающего на Землю комет-ного вещества вполне объясняют появление Мирового океана и динамику его уровня, а также причины образования месторождений многих полезных ископаемых, в том числе нефти и газа.
Проблема нефтегазообразования и глобальный геохимический круговорот.
Происхождение нефти и газа - одна из центральных проблем современной геологии. Научная постановка этой проблемы относится к XVIII веку, когда было экспериментально доказано, что нефть и газ могут быть биотического (органического) и абиотического (неорганического) происхождения. XX век прошел в ожесточенном противоборстве сторонников «органической» и «минеральной» теорий газонефтеобразования. И только в последние годы наметилось сближение позиций спорящих сторон. На сближение разных точек зрения на природу образования углеводородов значительно повлияли исследования глобального круговорота вещества на Земле и возможности поставки углерода и воды из космоса, проведенные В.И. Вернадским.
Привлечение нового круга идей позволило понять, что нефть и газ - это побочные продукты циркуляции периодически поступающего на Землю в больших количествах кометного вещества. Кометные вода и углерод активно включаются в глобальный круговорот вещества на нашей планете (см. рисунок).
Входя в состав живых организмов, минеральных агрегатов, а также под действием высоких температур и давлений, углерод вступает в химические взаимодействия, изменяется его первоначальный изотопный состав. При этом образование скоплений нефти и газа возможно как на «нисходящей», так и на «восходящей» ветвях круговорота. В первом случае процессы наиболее адекватно объясняются органической теорией, а во втором - неорганической.
В соответствии с космическим происхождением соотношение между углеродом и водой на Земле (1:10) близко их соотношению в кометах. Однако, если в настоящее время свободная вода в пропорции 2:1 распределена между наземной (Мировой океан) и подземной частями гидросферы, то основная масса подвижных соединений углерода сосредоточена под земной поверхностью.
В состоянии динамического равновесия для отдельных подуровней
системы круговорота углерода и воды (см. рисунок) верно выражение
С = n/т = const,
где C - константа геохимического равновесия системы; n - общая масса углерода (воды) на z'-ом - подуровне системы, Т - время «жизни» углерода (воды) на i-ом подуровне. Если указанное условие выполняется, то убыль углерода на одном подуровне восполняется его поступлением из других. Если нет, то на основании принципа Ле Шателье в системе возникают перетоки углерода (воды), которые возвращают систему к равновесию.
Физический смысл величины С заключается в том, что она характеризует скорость геохимического круговорота вещества. При этом круговороты углекислоты биосферы, кислорода атмосферы и литосфер-ного цикла вод гидросферы характеризуются одной величиной C = 2,7-1017 г/год. Это означает, что кислород, углерод и вода образуют на нашей планете одну систему глобального геохимического круговорота. Единство этой системы обеспечивается «живым веществом», которое, входя общим составным элементом во все три круговорота, приводит скорости циркуляции углерода и кислорода в равновесие со скоростью круговорота воды.
Однако измерения показывают, что из биосферы ежегодно выводится (6±2,5)х х1014 г углерода, тогда как в биосферу из литосферы его поступает (1-5)-1015 г/год. Причем из биосферы углерод в основном выводится в окисленном виде (СО2, СаСО3 и др.), а поступает в нее в восстановленном (СН4) [5]. Эти данные указывают на недоучет всех возможных каналов вывода угле-
Схема круговорота углеводородов на Земле:
1 - уголь; 2 - нефть; 3 - газ; 4 - карбонаты
рода (как неорганического, так и органического) из биосферы, а также свидетельствуют о трансформации соединений углерода в ходе круговорота на двух восстановительных геохимических барьерах. Первый «наверху» - обусловлен существованием биосферы, а второй «внизу» - резко восстановительными условиями в земной коре на глубинах более нескольких километров.
Балансовая проблема углерода полностью снимается, если учесть климатический круговорот воды. При решающем влиянии на процессы нефтегазообразования данного цикла круговорота воды следует ожидать большого разнообразия в распределении месторождений нефти и газа на континентах. С одной стороны, оно будет определяться рельефом местности, климатическими особенностями региона и условиями сбора вод «наверху», а с другой, - наличием «внизу» углеродсодержащих коллекторов и дренированием их подземными водами, а также движением этих вод по водоносным горизонтам, разломам и другим, хорошо проницаемым участкам пород. Данное замечание касается распределения скоплений нефти и газа не только по площади, но и по глубине [3].
Последствия для разработки.
Оценки механизма и масштабов глобального круговорота углерода и воды дают нетривиальные результаты. Вследствие переноса подвижного углерода водами в процессе климати
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.