Как образуется главное сырье планеты, почему не вся органика становится нефтью и могут ли эти знания помочь нефтепромышленникам? Об этом мы поговорили с крупным специалистом в области органической геохимии доктором геолого-минералогических наук Дмитрием Бушневым. Он уже более 25 лет заведует профильной лабораторией в Институте геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, а в 2025 году избран членом-корреспондентом Академии.
— Дмитрий Алексеевич, как у вас возник интерес к химии?
— Этот предмет нравился еще в школе. Тогда мне подарили набор «Юный химик» с пробирками, реактивами, оборудованием для нагревания и лакмусовой бумагой, что позволило выйти за рамки уроков и ставить свои первые домашние эксперименты. Затем начались школьные олимпиады, где я становился призером и победителем республиканского уровня. А со временем выбор будущей профессии окончательно прояснился, и я поступил на химико-биологический факультет Сыктывкарского государственного университета, а позднее пришел в Институт геологии Коми НЦ УрО РАН.
— И там почти сразу, еще во время учебы в аспирантуре, вы возглавили лабораторию?
— Прежняя руководительница переехала в другую страну, и тогдашний директор института академик Николай Павлович Юшкин действительно принял решение назначить меня исполняющим обязанности заведующего лабораторией органической геохимии. Конечно, это вызвало неоднозначную реакцию коллег, но потом все привыкли. Для меня самого это поначалу было, мягко говоря, шоком, ведь пришлось совмещать научно-административную работу с подготовкой диссертации. Но иного пути не было. Николай Павлович четко дал понять, что я должен вовремя защититься. Так в итоге и получилось.
— Основная область вашего научного интереса — превращение органического вещества пород в нефть. Расскажите, что это за процесс.
— Этот процесс объясняется осадочно-миграционной теорией происхождения нефти. Она в свою очередь базируется на трудах академика Николая Михайловича Страхова о литогенезе, создана и развита в работах члена-корреспондента АН СССР Николая Брониславовича Вассоевича, академика Алексея Эмильевича Конторовича и доктора геолого-минералогических наук Сергея Германовича Неручева.
Суть теории в том, что нефть рождается на дне древних водоемов. Органическое вещество попадает в донный осадок, который в результате наслоений со временем преобразуется в горную породу. И уже затем, при погружении на глубину и под воздействием высоких температур, это органическое вещество трансформируется в нефть.
— Как долго проходит эта трансформация?
— Здесь нужно учитывать как временной, так и температурный факторы. Дело в том, что протекание химических реакций — а рождение нефти представляет собой целый комплекс таких реакций — требует времени и определяется законами химической кинетики. Иными словами, для образования углеводородов необходим определенный температурный толчок, конкретная величина которого определяется набором значений величин энергии активации, характерных для данного нефтематеринского вещества. Если температуры низкие, то все займет больше времени, а при высоких ускорится. Для Тимано-Печорского бассейна, с которым я работаю дольше всего, стандартные временные рамки составляют десятки миллионов лет при температуре 100–150 °C.
— Имеет ли значение давление?
— Оно влияет, но не так однозначно. Давление воздействует скорее на распределение жидких и газовых фракций углеводородов в недрах и на то, как будет меняться это соотношение. Эта подземная система невероятно сложна, в ней постоянно происходят процессы испарения и ретроградной конденсации. И именно баланс давления и температуры задает те условия, которые коренным образом меняют состав нефти, газа и конденсата в залежах.
— Нефть рождается из донных отложений, но оседающая там органика наверняка везде разная. Всякое ли вещество способно дать нефть?
— Во-первых, этого органического вещества должно быть много, а во-вторых, должна быть способствующая этому обстановка. Существует два основных источника ископаемого органического вещества. Это снос с берега остатков наземных растений, листиков, корешков и т.д., их поступление через реки. Такое вещество называют террагенным, или веществом континентального происхождения. Вторым источником выступает сам водоем, а точнее, обитающий там планктон и микроводоросли. Такую органику называют аквагенной, или сапропелевой.
Нас, «нефтяников», больше интересует второй случай. Аквагенное вещество максимально обогащено водородом и органически связанной серой, поэтому оно наиболее склонно к образованию жидкой нефти. Террагенное же органическое вещество чаще превращается в природный газ или дает специфические нефти: легкие, малосернистые, парафинистые.
— А породы, которые окружают древний водоем, оказывают какое-то влияние?
— Непосредственного химического влияния на рождение нефти они не оказывают. Породы важны лишь в той мере, в какой их минеральные частицы, сносимые в водоем, оседают на дно и формируют литологию нефтематеринских отложений.
Если бассейн был чисто морским, формируются карбонатные породы, содержащие сапропелевое органическое вещество. Если с берега идет активный речной снос терригенного материала, примешивается глина. В ряде случаев осадки бывают обогащены кремнеземом. Именно так произошло с нашими знаменитыми доманиковыми отложениями верхнего девона. Это главная нефтематеринская толща всего Тимано-Печорского бассейна.
— Бывает ли, что органика присутствовала, а нефти так и не образовалось?
— Такие породы называют потенциально нефтематеринскими. Это, например, горючие сланцы. Органического вещества в них колоссальное количество, нефтяной потенциал огромный, но в недрах они просто не были «прогреты». Температура в пластах не достигала необходимых для образования нефти 120–140 °C.
Мы много занимались изучением юрских горючих сланцев в Волго-Печорской сланцевой провинции. Интерес к ним двоякий. С одной стороны, это стратегический резерв, который потенциально может иметь экономическое значение. Если мировые цены на нефть взлетят до 200 долларов за баррель, разрабатывать сланцы станет выгодно, технология для этого есть и сейчас. С другой стороны, сланцы — это готовая природная лаборатория. Поскольку они легко доступны, мы можем изучать их состав и проводить эксперименты, например, нагревать и в лабораторных условиях изучать, как именно происходит процесс нефтеобразования.
— И можно не ждать десятки миллионов лет?
— Мы исходим из уравнений химической кинетики. Повышение температуры позволяет сократить время. Обычные условия для наших лабораторных экспериментов по моделированию образования нефтяных и газообразных углеводородов — это температура 300–350°C, то есть не выше критической точки воды. Все, что выше, уже предполагает работу в сверхкритическом состоянии флюида. С моей точки зрения, это не очень корректная имитация природных процессов нефтегазообразования, хотя если нам нужны поздние этапы преобразований, то работаем и в этой области. По продолжительности такие опыты стандартно занимают у нас от одних до трех суток.
— Вызывают ли результаты ваших исследований интерес у нефтепромышленников?
— Хороший вопрос и очень грустный. Мне кажется, что практический запрос у нефтяных компаний всегда простой. От науки они хотят ответа на один конкретный вопрос: «Где бурить?». Желательно, чтобы это было поближе, глубина была поменьше и не возникало «сухих» скважин. Такой запрос требует участия множества специалистов, и геохимики здесь стоят далеко не на первом месте. Тут решающее значение имеют данные геофизики, региональной нефтяной геологии, литологии и понимание того, как распространены породы-коллекторы. Геохимия же дает лишь небольшую, хотя и важную долю информации об источниках нефти. Поэтому напрямую наши интересы с нефтепромышленниками пересекаются редко.
Но если говорить о современных практических приложениях, то наибольшее значение сегодня имеет так называемое бассейновое моделирование. На основе данных лабораторных экспериментов мы получаем точные кинетические характеристики ископаемого органического вещества. Их можно заложить в компьютерные модели погружения осадочных толщ и с высокой точностью рассчитать, когда именно образовалась нефть, в каких объемах и где именно она сейчас аккумулирована.
Беседовал Павел КИЕВ