Много десятков лет коллектив Института вулканологии Дальневосточного центра Академии наук СССР вулканы Камчатки и всей северозападной части Тихоокеанского кольца.
В течение 30 лет занимается вулканами всех стран света французский исследователь Гарун Тазиев - прекрасный популяризатор вулканологии, опубликовавший весьма увлекательные книги[4].
Изучаются Этна, Везувий, вулканы Японии, Индонезии, Гавайских островов и т. д. В результате исследований установлено, что очаги извержений обычно располагаются на глубине 8-10 км (рис. 16), где находятся камеры, содержащие расплавленную магму. Магма поступает в них из зон, расположенных на глубине более 30 км. На рисунке видно, как вулканический канал пересекает породы палеозоя, мезозоя и кайнозоя.
Рис. 16. Глубинное строение района Камчатки РЭ - докембрий, PZ - палеозой, MZ - мезозой, KZ - кайнозой
Вблизи действующих или в районах потухших вулканов наблюдаются так называемые вулканоиды, представляющие собой небольшие холмы или, наоборот, депрессии, из которых на поверхность выходят горячие воды, газ, грязь. В составе поступающих газов преобладают водяные пары и двуокись углерода; содержатся и другие компоненты: сернистый ангидрит, водород, изредка метан и др.
Вулканоиды, образовавшиеся в результате поступления флюидов от горячих магматических тел, внешне весьма сходны с вулканоидами другого типа - грязевыми вулканами, встречающимися в некоторых нефтегазоносных областях как у нас в стране (в Азербайджанской ССР, на Таманском и Керченском полуостровах, на Сахалине), так и в других странах (на острове Тринидад, в Индии, КНР и др.).
В результате многолетних исследований, начатых еще академиком И. М. Губкиным, установлено, что грязевые вулканы образуются в результате прорыва и затем постоянного или периодического поступления углеводородных газов на поверхность. Вместе с газом поступает и вода, которая, размывая глины, образует "грязь", также выходящую на дневную поверхность (рис. 17). Вместе с этими компонентами поступают на поверхность и незначительные количества нефти.
Рис. 17. Предполагаемый геологический разрез через грязевой вулкан Люк- Батан Залежи: 1 - нефти, 2 - газа, 3 - сопочная брекчия исследует
Грязевые вулканы являются своеобразными "редукционными клапанами", которые снимают излишнее давление газа в недрах.
Глава IV. Месторождения нефти и природных горючих газов: их строение, распространение и методы поисков
Месторождения...
Чем шире проводятся геологические исследования и чем более глубоко и детально производятся анализы, тем чаще обнаруживаются нефти и природные горючие газы или их следы. Пожалуй, не будет преувеличением утверждение о том, что на Земле нет таких осадочных пород, в которых где-либо не встречены те или иные количества нефти и особенно горючих газов. Точно так же можно утверждать, что не существует ни одного континента или очень крупного острова, в пределах которых не было бы нефти и горючих газов. Наконец, результаты бурения в акваториях позволяют считать, что подо дном всех без исключения морей и океанов содержатся горючие газы (в основном метан) и довольно часто нефть.
Однако сказанное выше не означает, что в любом месте можно заложить буровую скважину и получить нефть и горючий газ. Дело в том, что они могут встречаться в различных концентрациях, а газ и в различном состоянии. Так, например, нефть в виде отдельных капель может быть рассеяна в мощных толщах пород, а газ встречается и в виде отдельных пузырьков, и в растворенном в воде и в сорбированном отдельными минералами состоянии.
Но как в песне: "одна дождинка - еще не дождь", так и одна капля нефти или один пузырек газа в породах еще не месторождение. Вероятно, правильнее месторождениями нефти и газа называть такие участки территорий или акваторий, в пределах которых имеются заметные скопления этих ископаемых. Скопления могут быть промышленными, т.е. такими, которые целесообразно разрабатывать добывать нефть и газ, и непромышленными, в применении к которым это делать экономически невыгодно. Добывать нефть или газ из непромышленных месторождений нецелесообразно по различным причинам: либо количества получаемых в скважинах этих полезных ископаемых столь невелики, что не оправдывают затрат на бурение скважин и организацию добычи, либо общие количества нефти и газа в месторождении небольшие и организация их добычи нерентабельна.
Вполне понятно, что разделение месторождений нефти и газа на промышленные и непромышленные зависит от многих факторов: близости потребителя, железной и других дорог, количества и качества нефти и газа, глубин их залегания и т.д. Поэтому месторождения, которые в одних областях по объемам содержащихся в них нефти и газа или по дебитам скважин являются непромышленными, в других областях и районах страны могут быть промышленными. Так, например, промышленные месторождения в Западной Сибири должны содержать гораздо больше нефти, чем промышленные месторождения на Кавказе или на Украине, или иметь гораздо большие дебиты скважин. Это же относится и к морским месторождениям.
К описанию месторождений мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как же залегают в них нефть и газ. Надо сказать, что до сих пор нередко можно встретиться с представлением о том, что нефть в недрах под поверхностью земли, так же как вода на поверхности, образует реки и озера. Помнится, когда начали добывать нефть в районах Волго-Урала и в то же время снижалось количество добываемой нефти в районе Баку, многие обыватели объясняли это снижение тем, что "нефтяную реку" перехватили в районе Волго-Урала.
Конечно, все эти представления неверны, что станет понятным, когда мы рассмотрим условия залегания нефти и газа в недрах. Совершенно очевидно, что нефть и газ как и любая материя, должны находиться в пространстве. Рассмотрим, каким же может быть это пространство на глубине. Для этого в первую очередь надо определить, что представляют собой те горные породы,
которые слагают верхнюю часть земной коры и в которых чаще всего встречаются нефть и газ. Рассмотрим сначала песок. Представим себе, что он состоит из правильных сферических частиц одинакового объема. Расчеты показывают, что в зависимости от плотности укладки эти частицы могут занимать чуть больше половины (52,4%) или три четверти (74,2%) объема всей горной породы, а остальное пространство - свободное, составляющее от 25,8 до 47,6% породы, приходится на поры, в которых могут находиться любые жидкости и газы (рис. 18). Это значит, что теоретически в каждом кубическом метре песка может содержаться от 0,26 до 0,47 м3 нефти.
Рис. 18. Поры в песке при разной укладке зерен. Пористость песка, %: а - 25,8; б - 36,7; в - 47,6
Для того чтобы представить себе реально количество нефти, которое может находиться в такой породе, примем, что нефть содержится в порах такого песка который слагает пласт мощностью (или толщиной) 10 м Теоретически в таком пласте на площади всего 1 км может быть заключено от 2,58 млн. до 4,76 млн. м3 нефти, или, принимая ее среднюю плотность равной 0,86 г/см3, - от 2,219 млн. до 4,09 млн, т, и, следовательно, на площади в сотни квадратных километров -сотни миллионов тонн. Другие породы - известняки, доломиты - также содержат пустоты в виде пор, каверн, трещин и даже мелких пещер, количество и размен которых уменьшаются с глубиной. Общий объем таких пустот или, как принято называть, коэффициент пористости пород, может составлять от десятых долей процента до 20-30% объема пород.
Однако наличие пустот в горных породах еще не определяет полностью их свойства по отношению к нефти и газу. Дело в том, что размеры этих пустот могут быть самыми различными и именно от них зависит свойство пород пропускать жидкости и газы. Так, из физики известно, что благодаря действию сил молекулярного притяжения в капиллярных каналах поперечным сечением менее 0,001 мм вода не перемещается под влиянием силы тяжести, и требуется приложение значительных градиентов давления, чтобы сдвинуть такую пленочную, как ее называют, жидкость.
Поры всех осадков, накапливающихся подо дном водных бассейнов, с начала их образования заполнены водой. На суше, как только порода оказывается ниже уровня грунтовых вод, все ее поры также заполняются водой. Таким образом, когда в породу поступают нефть или газ, то для заполнения ее им надо вытеснить воду. Из пор крупнее 0,001 мм вода может уйти, а из более мелких пор при давлениях, обычно существующих на глубинах до 10 км, она не может быть вытеснена. По этой причине вода, нефть и газ в недрах могут двигаться по пластам песков, песчаников, пористых известняков, доломитов, различных трещиноватых пород, но для них совершенно непроницаемы пласты влажных глин, каменной соли, плотных известняков, ангидритов и других непористых и нетрещиноватых пород.
Поскольку пласты, содержащие в недрах подвижную воду, не разобщены друг с другом герметично, все они представляют собой своеобразную систему сообщающихся сосудов, давление в которых равно весу столба жидкости. По этой причине давление жидкости и газа в породах с глубиной увеличивается через каждые 10 м на 0,1 МПа, в общем случае достигая, например на глубине 1000 м, 10 МПа. Однако нередко пластовые давления превышают эту величину (см. ниже). Благодаря высокому давлению газ в недрах в соответствии с законом Бойля - Мариотта, занимает значительно меньший объем, чем на поверхности. Так, на глубине 1000 м при температуре 40°С в одном кубическом метре пространства содержится такое количество газа, которое на поверхности земли при стандартных условиях: давлении 1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуре 15°С будет иметь объем, равный примерно 103 м3 (не точно из-за отклонения реального газа от идеального).
Определяющим моментом в распределении нефти, газа и воды в недрах является существенное различие их плотностей: пластовые воды обычно соленые, часто имеют плотность 1,05-1,25 г/см