Водень провокує розширення Землі? - альтернативна теорія

Початок XXI століття ознаменувався розмовами про необхідність зміни парадигми в геології. Під сумнів ставиться актуальність теорії тектоніки літосферних плит, яка витіснила панівне в середині XX століття уявлення про провідну роль у зсувах і деформаціях земної кори вертикальних рухів і вивела на перше місце горизонтальні переміщення літосферних плит, які охоплювали не тільки кору, а й верхи мантії.

Ідеї неомобілізму зрештою призвели до того, що сучасна геологічна наука змушена була відмовитися від застарілого вчення про геосинкліналі і визнати теорію літосферних плит прагматичнішою і природнішою. Водночас логічним наслідком розвитку геології став перехід від тектоніки літосферних плит до загальної глобальної геодинамічної моделі Землі. Виникає питання: на якій основі будуватиметься наступна парадигма?

Самуель У. Кері - професор Тасманського університету в Австралії, зробив найпомітніший внесок у розвиток альтернативної основи для нової глобальної тектоніки. Як і низка дослідників, він прийшов до визнання наукової концепції розширення Землі, яка найбільш природно пояснює основні риси будови та еволюції нашої планети.

На дні океанів під рифтами розташовані склепінні покрівлі астеносфери. Магматичні камери зазвичай виявляються на глибині 1,5-3,0 км нижче рівня дна океану. Виливи лави з цих камер відбуваються епізодично, супроводжуючи епізоди спредингу дна.

Для континентальної кори збільшення об'єму спричиняє розтріскування мантії, декомпресію, появу рідких магм і вилив їх на поверхню. Уздовж найголовніших тріщин йде видавлювання твердих порід кори і мантії з утворенням складчастих зон. Таким чином відбувається розширення Землі і нарощування її кори, а рифтові структури утворюють глобальну систему дегазації Землі.

Концепція Землі, що розширюється, привертає останнім часом дедалі більше прихильників, оскільки вона знімає багато протиріч теорії літосферних плит. Згідно з гіпотезою Землі, що розширюється, її розміри на початку мезозою були майже вдвічі меншими за сучасні, приблизно відповідаючи розміру земного ядра. Континентальна кора зі зсунутих материків покривала практично всю поверхню планети. Надалі об'єм Землі збільшувався і поступово досяг її сучасного розміру.

Географія змін

Нарощування поверхні Земної кулі при її розширенні відбувалося за рахунок розсування дна океанів. Вік океанічної кори не перевищує 200 млн років і до того ж закономірно і пропорційно збільшується в обидва боки в міру віддалення від серединноокеанічних хребтів.

Причини зменшення густини і збільшення об'єму речовини земного ядра зумовлені його гідридним складом. При зниженні тиску або при підвищенні температури гідриди починають розкладатися, а розчини в металі втрачати водень. Це веде до збільшення їхнього об'єму, що і призводить до розширення планети в рамках гідридної моделі.

Згідно з автором цієї моделі В. Н. Ларіним, виділення водню з гідридних надр планети не є абсолютно рівномірним і геометрично симетричним процесом. Водень, що піднімається вгору, і легкі продукти його взаємодії з мантійною речовиною збиваються в  русла, що і спостерігається у вигляді гарячих висхідних потоків у мантії.

Водень, завдяки своїй високій хімічній активності, неминуче буде взаємодіяти з породами мантії, утворюючи насамперед воду і метан. Це узгоджується з даними про значне зростання обсягу гідросфери у фанерозої.

Гідратація сполук вуглецю як основний процес, що веде до утворення вуглеводнів, знаходить дедалі більше визнання серед геологів.

Таким чином, в даний час сформовані контури теорії Землі, що розширюється, стрижнем якої є процес дегідрування земного ядра.

Основним наслідком процесу є спрединг континентальних плит, коріння яких сягає на значну глибину, в мантію. Заперечується процес субдукції. Уявлення про колізію плит замінюються уявленнями про провідну роль гравітаційної тектоніки, які в загальному вигляді або у вигляді розрізнених ідей широко поширені в геологічному інформаційному середовищі.

Усе це дає змогу низці авторів розглядати концепцію Землі, що розширюється, як сувору наукову теорію, яка "має певну багатодисциплінарну систему багатьох рівнів постановки й організації досліджень, що відображає дійсну природу загального глобального геодинамічного розвитку як окремих суб'єктів, насамперед планети Земля, так і Всесвіту загалом".

Земля, що розширюється

Фото: Jimmy Corsetti
Земля, що розширюється

 

Однак теорія не набрала ще необхідної критичної маси всебічних доказів, щоб замінити або, принаймні, серйозно трансформувати теорію літосферних плит. Залишається найбільш суттєва проблема, пов'язана з механізмом зміни маси Землі або зміною густини речовини в її надрах, що пояснює збільшення об'єму.

Спроби розв'язати проблему неодноразово робилися, проте геологія не зовсім готова до прийняття релятивістських концепцій розвитку Землі.

Тут необхідні тісніші контакти з фізиками й астрономами, а також всебічне обговорення можливих механізмів розвитку Землі на тематичних конференціях.

У разі якщо такі механізми будуть відкриті, фанерозойська історія Землі виявиться набагато драматичнішою, ніж вона видається зараз.

Що стосується геології, то тут необхідні серйозні опрацювання відповідних розділів геотектоніки, літофаціального аналізу, гідрогеології та геохімії з метою узгодження наявних фактів з основними положеннями теорії, що формується. Розглянемо, наскільки перспективні такі дослідження в рамках концепції Землі, що розширюється.

Структурна геологія

Теорія плитної тектоніки припускає, що утворення гірських систем відбувається внаслідок зсуву однієї літосферної плити на іншу, з подальшою субдукцією.

Однак, процес субдукції викликає багато суперечок у цій теорії. На відміну від нього, теорія Землі, що розширюється, пояснює утворення рифтових систем і гірських систем як наслідок підйому мантії. Незважаючи на те, що прихильники цієї теорії вважають можливість переміщення літосферних плит на багато тисяч кілометрів, вони неохоче розглядають скромні горизонтальні переміщення окремих комплексів осадової товщі.

Тим часом, процеси формування різних структур у гірських областях і на схилах рифтових долин все частіше розглядаються з позицій гравітаційної геодинаміки. Це означає, що вплив сили тяжіння може відігравати певну роль у великих тектоносистемах, навіть без участі глибинних конвективних потоків.

Однак, сама ідея про те, що гравітаційні сили можуть стати основою рушійного механізму в тектоносистемах, виникла ще на початку XX століття. Але через труднощі в розумінні механіки процесів, а також модне пояснення процесів утворення складок і насувів через стиснення кори, ця ідея не отримала належної уваги до 1930-х років.

Тоді, після публікації роботи Ван Беммелена в Індонезії та розроблення методів, що дають змогу точніше дослідити цю теорію, до неї почали ставитися більш серйозно.

Гравітація, Індійський океан

Нині деякі автори стверджують, що гравітація є єдиним фактором, який визначає тектонічні процеси на поверхні гірських систем. Це призвело до значної зміни геологічної думки.

Нині гравітаційно-тектонічні процеси розвиваються переважно на схилах міжгірських западин, рифтів і пасивних континентальних околиць. Наприклад, структури на схилах сучасних западин Каспійського моря, Прикуринської западини, на західному і північному обрамленні Прикаспійської западини є прикладами такого процесу. Це призводить до заперечення механізму горотворення, як наслідку колізії плит. Натомість, спрединг є природним проявом процесу розширення Землі, що розширюється.

Також варто зазначити, що процеси гравітаційного переміщення осадових формацій можуть широко розповсюджуватися в нафтогазоносних районах, що викликає питання щодо методики пошуково-розвідувальних робіт.

Якщо екзогенні процеси обмежуються тільки верхньою зоною розрізу, то виникає невідповідність між структурними планами, розмірами та орієнтацією структур у верхній і нижній зонах. Це особливо помітно в областях соляно-купольних структур.

Збільшення обсягу сейсмічних досліджень у різних нафтогазоносних районах дає змогу точніше оцінити масштаби прояву гравітаційних процесів, що призвели до формування даних структур.

Наприклад, у родовищах Північного моря були описані випадки обвалення порід при формуванні дислокацій. Також було проведено дискусію щодо механізму формування "аномальних розрізів" баженівської свити в Західному Сибіру, описаних А. А. Неждановим (1985), яку пізніше було розширено на сторінках журналу "Вестник надрокористувача Ханти-Мансійського автономного округу".

Еволюція змішаної силікатно-карбонатної глибоководної системи - Час Науки

Фото: Onlinelibrary
Еволюція змішаної силікатно-карбонатної глибоководної системи

 

Зрештою, переважною точкою зору стала модель "підводно-зсувної генези", що ґрунтується здебільшого на тимчасових сейсмічних розрізах і свердловинній інформації, яка пояснює аномальні розрізи баженовської свити та ачимовської товщі як більш складні геологічні об'єкти, формування яких зумовлене перемішуванням бітумінозних аргілітів баженовського горизонту та піщано-глинистих осадів ачимовської товщі. Аналіз керна в інтервалах "аномальних розрізів" засвідчив широке поширення зсувних і флюїдальних текстур, тріщин, нептунічних дайк, дзеркал ковзання та інших дислокацій, які надають породі "сміттєвого" вигляду.

Хрестоподібні геологічні тіла мають певну структуру: на заході вони складаються з бітумінозних порід, що об'єднуються в єдине тіло баженівської свити, а на сході переходять у піщано-глинисті породи, які своєю чергою швидко перетворюються на нормальні розрізи баженівської свити.

Головним елементом гравітаційної тектоніки є реологічна поверхня, яка дає змогу більш компетентним "пластинам" осадових порід ковзати одна по одній. Хоча лабораторні експерименти показують високі значення коефіцієнта тертя, на практиці рух може відбуватися на дуже пологих схилах, до 1°.

Вивчення розрізів на континентальних схилах показує, що зв'язок між характером залягання опадів на підніжжі та на схилі хребтів залежить від величини нахилу схилу. На схилах з нахилом понад 4°-5° опади практично відсутні, ймовірно, вони зносилися в западину з утворенням типової форми прилягання до нижньої частини схилу.

Мурдмаа І. О. при дослідженні закономірностей осадконакопичення в різних областях Світового океану дійшов висновку, що зсуви виникають найчастіше на схилах крутизною 3°-9° (у середньому 3,5°), але процес контролюється також швидкістю осадконакопичення.

В умовах лавинної седиментації зсув може відбуватися за ухилу 1° або менше. Дж. Кеннет вважає, що брудокам'яні потоки можуть рухатися навіть схилами крутизною 0,1° і пройти шлях до 700 км від вершин каньйонів до континентального підніжжя.

Рубі та Хабберт [31] пояснили механізм формування таких низьких коефіцієнтів тертя. Вони дійшли висновку, що надлишковий тиск флюїдів у гірському масиві може частково компенсувати навантаження від вищерозміщених шарів і суттєво змінити коефіцієнт тертя.

Під час ущільнення відкладів надлишковий тиск зростає швидше, ніж витискаються порові флюїди. Подальшому ущільненню перешкоджає нестисливість води, що міститься в порах, що дозволяє породам витримувати все більш високі навантаження від вищерозміщених шарів.

В результаті виникає ефективна плавучість осадових шарів на рідкій основі. В умовах розтягування (спредингу) і вертикальних рухів земної кори основним типом дислокацій в осадових шарах є нормальні розломи, які в умовах літосферної шаруватості трансформуються в лістричні розломи і можуть супроводжуватися гравітаційними обвалами, захоплюючи окремі структурно-формаційні комплекси, відомі під назвою "одиниці відриву".

У фронтальній частині насувних мас формуються складки і насувні структури, які прийнято ідентифікувати як "структури горизонтального стиснення".

Однак тилові частини, розташовані на високих гіпсометричних відмітках, часто піддаються ерозії, що в більшості випадків не дозволяє проводити тектонічний аналіз системи в цілому. Що стосується тектоніки платформ, то утворення численних структур горизонтального розширення, стиснення і зміщення обмеженої амплітуди, що сформувалися за обмежений проміжок часу, також можна пов'язати зі зміною кривизни поверхні мантії і реакцією жорсткої континентальної кори на цей процес.

Мережа блоків розломів і структурних ускладнень, що розвивається, відображає розподіл горизонтальних і вертикальних напружень у земній корі. Зони розшарування літосферних шарів утворюють камери, з яких відбувається розподіл флюїдів по всьому осадовому басейну. Такий механізм формування блокових структур на платформах може пояснити закріплення різних структурних елементів і їхню стійкість у просторі, незважаючи на високий ступінь фрагментації.

Тhe phantom of the Tethys Ocean is there, inside your mind

Найсуттєвішою неузгодженістю в теорії літосферних плит є вік океанів. Найдавніші породи океанічної кори належать до юрського віку. Якщо поверхня Землі була постійна, то куди поділася океанська кора палеозойського віку? Невже вся вона була затягнута під континенти, що займають 1/3 поверхні земної кулі, в 2 рази менші за площу океанів?

Найвідоміша і найкрасивіша легенда про океан Тетіс давно вийшла за межі інтересів геології і входить у культуру. Питання залишається про реальність існування цього океану. Тут саме час переінакшити слова з відомої опери і ввести їх у заголовок розділу.

Прихильники концепції тектоніки плит насамперед ґрунтуються на припущенні про сталість радіусу земної кулі, що змусило їх прийняти існування між Індією та Азією океану завширшки понад 6000 км. Гімалаї були оголошені результатом зіткнення Індії з Азією: Індія, за цією моделлю, рухалася на північ, а океанічна кора, що знаходилася перед нею, піддалася субдукції.

Самуель Кері вважає, що фактичні дані спростовують цю концепцію, наводячи думки визнаних авторитетів із геології Гімалаїв. Аугус Гансеер 1979 року писав: "Згідно з моделями тектоніки плит, Індія повинна була переміститися на тисячі кілометрів, тоді як усі польові спостереження змушують припускати, що Індія і Євразія ніколи не перебували далеко одна від одної".

За словами д-ра Йована Штекліна, іншого фахівця з Гімалаїв, "геологія Гімалаїв не вказує на існування океану Тетіс у палеозої - початку мезозою і в цьому сенсі свідчить на користь теорії розширення Землі".

Доктор Фахруддін Ахмад з Індійської академії наук, детально показавши, що тільки мілководні та пересихаючі моря покривали регіон Гімалаїв у згадані часи, продовжував: "Оскільки ніякого океану Тетіс не існувало, Індія і Ангарський щит (назва, дана Зюссом блоку Центрального Сибіру) не стикалися, Гімалаї не могли виникнути ні в результаті зіткнення, ні в процесі субдукції, а сформувалися в ході вертикального підняття".

Ці точки зору не заважають численним загонам академічних геологів з європейських університетів з ентузіазмом розбирати завали, утворені під час колізії африканської та євроазіатської плит.

На цьому тлі множаться противники стародавнього океану. Дедалі частіше лунають голоси з блогосфери, що тетисознавці займаються непотрібною роботою.

"А оскільки "Землі, що розширюється" у вишах не вчать, то умовно стоять на позиціях плітотектонічної гіпотези, переписуючи у звітах із покоління в покоління дідівські байки про океан Тетіс. Ті ж, хто неформально підходить до відновлення тектонічної історії регіонів, виходячи з сучасної фактичної їхньої будови, а не від того, що хтось колись написав, стикаються з тим, що користі в цій справі від тектоніки плит трохи більше, ніж жодної, а "розширена Земля" пояснює майже все", - пише опонент із крайніми поглядами на проблему.

Еволюція гідросфери

Неможливо в одній статті охопити всі спірні питання, пов'язані з вивченням еволюції земної кори й осадових процесів. Однак, ми можемо приєднатися до висновків Х. Редінга, який підкреслює, що сьогодення не є ключем до минулих обстановок, і нам потрібно мати мужність розробляти неактуалістичні моделі.

Деякі вчені, такі як П. П. Тимофєєв і В. Н. Холодов, виявили, що в палеозойських розрізах відсутні породи, подібні до сучасних осадів, які характерні для абісальних областей океанів. Це вказує на те, що палеозойські океани, а також океани докембрію, ймовірно, значно відрізнялися від сучасних.

Дослідження показують, що розвиток водойм відбувався за лінією: мілководні морські озероподібні водойми - епіконтинентальні моря - епіконтинентальні крайові моря та океани. Цю зміну характеру басейнів було відзначено і в інших роботах.

Еволюція океанів - Час Науки

Фото: Tom Hanson
Еволюція океанів. Уявлення

Зміна об'єму гідросфери, евстатичні коливання океану та еволюція гідросфери загалом є важливими факторами, що визначають еволюцію седиментаційних басейнів. Деякі відомі геологи, такі як Д. В. Наливкін, Л. Б. Рухін, В. І. Смирнов та інші, вказували на низку ознак, які свідчать про маловодність докембрію і палеозою, і їх докази були представлені в монографії В. Ф. Блінова.

Питання еволюції гідросфери та формування підземних вод є фундаментальними для розуміння багатьох процесів розвитку земної кори, але існує низка спірних і дискусійних моментів щодо зміни об'єму поверхневої гідросфери в часі, еволюції хімічного складу води океану та процесів формування хімічного складу підземних вод седиментаційних басейнів.

Геологи, які займаються регіональною гідрогеологією і геохімією, завжди ставили питання про походження підземних вод і розв'язували його, виходячи з їхнього хімічного складу. Однак відносна незалежність хімії підземних вод від складу порід створює труднощі для зіставлення геологічної історії седиментаційного басейну і залягаючих у ньому підземних вод, що ускладнює розуміння процесів їх формування. Гідрохімічна спеціалізація седиментаційних басейнів може стати ключем до вирішення деяких спірних питань у цій галузі.

Дослідження концентрації іонів у воді стародавніх морських басейнів проводяться за допомогою геохімічних даних про склад евапоритових відкладень і флюїдних включень. Результати досліджень довели зниження величин Ca/Mg протягом мезозою і кайнозою.

Крім того, є більш драматична концепція, пов'язана зі зміною концентрацій хлору у воді з плином геологічного часу. Вона ґрунтується на великому обсязі викопних солей, які були виведені з морської води протягом фанерозою. Солоність води океану в ранньому палеозої, за різними оцінками, мала бути вищою, ніж у сучасній морській воді. А. Л. Яншин писав, що навіть у фанерозойський час склад вод океану зазнавав істотних змін щодо загальної солоності та складу розчинених солей.

Величезні розміри багатьох солеродних басейнів, тривалість соленакопичення і можлива глибоководність басейнів вказують на значне перевищення солоності вод стародавніх басейнів порівняно з солоністю сучасної морської води.

Меншу увагу звертають на вплив великих заледенінь в історії Землі. На відміну від процесів галогенезу, де солі виносяться з морської води, залишаючи опріснену воду, глобальне заледеніння повинно призвести до осолоніння морської води завдяки переходу її частини в твердий стан.

Нині обсяг води в льодовиках становить близько 3% від обсягу поверхневої гідросфери, але співвідношення в минулих геологічних епохах, наприклад в ордовику, невідоме. Багато провідних геохіміків вважають, що дегазація мантії є основним фактором на перших етапах еволюції гідросфери, що призводить до збільшення об'єму гідросфери. Б. Мейсон розглядає чотири гіпотези, які відносяться до різних співвідношень темпів накопичення хлоридів і води при дегазації мантії.

  • Вода сконцентрувалася з первинної атмосфери, а хлориди додавалися протягом геологічного часу (гіпотеза постійного об'єму та вулканічних хлоридів).
  • Як вода, так і хлориди є результатом первинної конденсації (гіпотеза постійного об'єму і сталості хлоридів).
  • Обидва компоненти додавалися поступово (гіпотеза вулканічної води океанів і вулканічних хлоридів).
  • Хлориди були присутні на земній поверхні, а вода додавалася протягом геологічного часу внаслідок вулканічної діяльності (гіпотеза вулканічної води океанів і сталості хлоридів).

Прихильники ідеї про постійну солоність океану стверджують, що складні морські організми, які існують сьогодні, жили і процвітали в океанах протягом усього фанерозою, починаючи з кембрію. Вони також посилаються на хімічну стабільність атмосфери й океанів протягом фанерозою, підкріплюючи свою точку зору наявністю численних викопних залишків рослинного і тваринного життя, чиї основні характеристики не відрізняються від сучасних організмів за найважливішими морфологічними, хімічними та фізіологічними параметрами.

Згідно з цією теорією, хімічний склад розчинів у наземних і морських середовищах схожий на склад морської води, тому що процеси життєдіяльності розвивалися в морському середовищі. Однак, сліди історії більш раннього морського походження знаходяться також у наземних організмах, що потребує додаткового дослідження та відповідності з гідрогеологічними даними палеонтологічних теорій.

Деякі дослідження вказують на можливе збільшення об'єму і маси води на поверхні планети, паралельно з розвитком континентів. Це може призвести до зміни солоності океану, яка може бути підтримана тільки якщо винос води і HCl під час дегазації мантії буде суворо відповідати цьому процесу протягом усього фанерозою, що малоймовірно. Якщо існують інші джерела водню і кисню крім продуктів дегазації речовини мантії, то це може призвести до іншої ситуації.

Нещодавно висунуто гіпотезу Нурбека Маженова, згідно з якою сонячний вітер може бути джерелом водню, який, взаємодіючи з біогенним киснем, призводить до утворення основної маси води.

Однак є докази того, що близько 7% речовини дегазації, які відповідають "мантійній воді", не є водою, утвореною під час переробки осадових порід. Тоді основним продуктом дегазації стає водень. Джерелом хлору в гідросфері, на відміну від кисню і водню, може бути тільки речовина мантії.

Солоність океану залежить від обсягу гідросфери на даний період часу. Якщо вода накопичується пізнішими періодами часу, то можна припустити більш високу концентрацію хлору в стародавньому океані і його поступове опріснення. Питання гідрогеології та гідрогеохімії, як і раніше, залишаються дискусійними, включно з причинами високої мінералізації в палеозойських відкладеннях.

Палеозойські відкладення Руської, Північно-Американської та Сибірської платформ містять величезні обсяги і широко поширені води такого складу, що розсоли з мінералізацією 200-250 г/л і вище залягають у діапазоні глибин від 1000 до 3500 м на площі в кілька мільйонів квадратних кілометрів.

Походження глибинних розсолів досі не до кінця зрозуміле, але існують кілька гіпотез, включно із седиментаційними гіпотезами генезису підземних розсолів і точкою зору про відповідність концентрації та складу седиментогенних вод характеру геологічних формацій і фацій порід.

Ця точка зору на причини концентрації солей у водах розвивається в роботах кількох дослідників, включаючи І. К. Зайцева, А. Є. Ходькова, М. Г. Валяшка та Є. А. Баскова.

Існує припущення, що високі концентрації іонів хлору можуть бути пояснені процесами наземного концентрування, що відбуваються в результаті заміщення легших підземних вод концентрованими поверхневими розсолами. Гіпотеза І. К. Зайцева вказує на те, що хлоридні розсоли формуються в соленосних седиментаційних басейнах внаслідок ущільнення солей і віджимання з них у водоносні горизонти залишкової ропи солеродних басейнів, за умови, що основною водою седиментаційного басейну є морська вода з нормальною солоністю.

Процеси опріснення на поверхні зумовлені континентальним стоком і пов'язаними з ним зонами опріснення естуарій, придільтових зон і заток стародавніх внутрішньоконтинентальних морів. Наприклад, Північний Каспій і затоки Балтійського моря показують можливі масштаби формування зон опріснених вод усередині загального седиментаційного басейну.

В умовах континентальних перерв у приповерхневій зоні відбувається опріснення підземних вод, пов'язане з інфільтрацією. Цей процес вважається провідним при формуванні верхньої гідродинамічної зони, тобто зони активного водообміну. На великих глибинах зона опріснених вод (гідрохімічна інверсія) зумовлена виділенням води під час зниження температури з газових сумішей, рідких вуглеводнів, а також під час десорбції води з глинистих товщ.

Для проведення аналізу гідрохімічних розрізів різних районів Східноєвропейської платформи і Скіфської плити були виключені зони процесів з об'єктів аналізу. В результаті було виділено зону "седиментаційних вод" на основі зміни їхнього хімічного складу в часі. Дослідження дало змогу встановити закономірності еволюції вод упродовж палеозою та мезозою, які пов'язані з масштабними процесами карбонатоутворення та галогенезу в ці періоди.

Наприклад, було виявлено, що зниження концентрації кальцію в морській воді протягом девонського та кам'яновугільного періодів добре корелює з масштабним карбонатоутворенням, що може свідчити про виведення кальцію з морської води. Також було помічено, що зниження концентрацій хлору в підземних водах корелює з пермським і пізньотюрським галогенезом, тобто виведенням з морської води хлористого натрію.

Порівняння "седиментаційних вод" одного віку для різних басейнів, розташованих у межах різних континентів, засвідчило значний вплив на їхній склад кліматичної зональності та глобальної зміни клімату внаслідок переміщення континентів відносно полюсів.

Танення полярних льодовиків у палеозої на Африканському континенті призвело до виникнення прісних вод у кристалічних масивах. На північній півкулі, в цих масивах містяться розсоли.

Африканський континент виявився добре промитим, і на півдні Алжирської Сахари (басейн Ілізі) прісні підземні води поширені на значних глибинах у девонських відкладах. У вищерозміщених породах кам'яновугільної системи води мають мінералізацію понад 200 г/л.

Порівняльна гідрогеохімія може допомогти у вирішенні питань еволюції гідросфери. Гідрогеохімічні провінції формуються внаслідок синтезу геологічних, географічних і кліматичних чинників, які змінюються в часі.

Нові дані про характер процесів дегазації Землі, зміну об'єму поверхневої гідросфери та рівня океану свідчать про вельми масштабні зміни процесів виносу хімічних елементів, їхнього розбавлення природними водами та різного ступеня промитості кристалічних масивів і осадової товщі в різні періоди геологічної історії.

Порівняння хімічного складу "седиментаційних вод" різних басейнів дає змогу говорити про своєрідну геохімічну спеціалізацію цих басейнів з урахуванням загальної кліматичної зональності та гідрології відповідних зон.

Седиментаційний басейн як відкрита система

Останнім часом спостерігається збільшення кількості публікацій про вплив глибинних флюїдів на осадові породи в різних седиментаційних басейнах. Масштаби цього впливу варіюються від незначного впливу гідротермального опрацювання базальних горизонтів осадових порід до появи в товщі порід таких явищ, як "ін'єкційні тіла", "флюїдоліти" та "соляно-нафтитідні гіганти".

Ці явища пов'язані з високою флюїдодинамічною напруженістю внутрішніх шарів землі, що ініціює інтенсивну висхідну міграцію та розвантаження всіх рухомих компонентів, передусім солей, розсолів і вуглеводнів, у басейни седиментації та в товщу самих седиментаційних басейнів.

Ці процеси найбільш інтенсивні в басейнах з активною соляно-купольною тектонікою. Такі процеси викликають інтерес до глибинного генезису не тільки флюїдів, а й трансформації різних типів порід.

Горючі сланці - це різновид каустобіолітів, у яких мінеральна складова, як правило, домінує над органічною речовиною. Склад і якість горючих сланців відображають особливості середовища нагромадження і перетворення сланцеутворювальних компонентів.

Органічна речовина горючих сланців складається з мікрокомпонентів сапропелевої природи, які, як вважається, є продуктами перетворення фітопланктону.

Однак, дедалі більшої популярності набуває "ін'єкційно-седиментаційна" концепція, яка припускає, що джерелом вуглеводнів могла бути нафта, що розвантажується в басейни седиментації. Присутність домішок таких, як туф, кремінь, галіт, трона і нахколіт у горючих сланцях свідчить про участь у седиментації продуктів вулканічної діяльності.

Вважається, що ці аномалії зумовлені, головним чином, розущільненим станом (підвищеною тріщинуватістю, роздробленістю, вторинною пористістю і кавернозністю) низькопроникних порід, що вміщують поклад.

Ці ознаки на тимчасових розрізах характерні для різного роду порушень суцільності за родом - тріщинно-розривні зони, з якими генетично і просторово пов'язані вторинні колектори доюрського комплексу Південного Мангишлаку.

Зазначені ознаки продуктивних ділянок доюрських порід на тимчасових розрізах нерідко простежуються, хоча й у менш вираженій формі, у хвильовому полі вищерозміщених товщ у вигляді субвертикальних смуг, що інколи досягають верхніх шарів осадового чохла.

У мезозойський час у басейни надходили вуглисті компоненти двох генерацій: від вугленосних формацій герцинських орогенів переважно кам'яновугільного віку, що руйнуються, і органічні залишки наземної мезозойської рослинності. Процес послаблювався в міру зниження базису ерозії та заповнення басейну опадами. Базальні відклади платформ виявилися особливо збагаченими вуглистою речовиною.

Серед мезозойських відкладень епігерцинських плит - Скіфської і Туранської - найбільшою і повсюдною вугленосністю характеризуються нижньосередньоюрські утворення. З ними пов'язані вугільні родовища Баксано-Кубанського і Дагестанського районів Великого Кавказу, Великого Балхану, Туаркира і Центрального Мангишлаку.

Органічна теорія припускає, що седиментаційний басейн у своєму об'ємі є самодостатнім для утворення, міграції та формування наявних скупчень вуглеводнів. Реалізація нафтоматеринського потенціалу осадових порід визначається кількістю органічної речовини, досягненням певних температур і тисків.

Самодостатність седиментаційного басейну покладена в основу всіх схем басейнового моделювання і є основою для проведення пошуково-розвідувальних робіт.

Водночас неодноразово вказували на низку вузьких місць в органічній теорії, пов'язаних з об'ємом органічних речовин, достатнім для утворення гігантських скупчень, можливістю еміграції нафти з усього об'єму нафтоматеринських порід, а також з умовами далекої міграції вуглеводнів.

Зовсім інша ситуація створюється, коли занурення великої маси осадових порід у високотемпературну зону створює різноманітні гідродинамічні та геохімічні ефекти, що можуть бути позитивними факторами для формування і подальшої екстракції вуглеводнів.

Під час формування рифтової системи величезні маси поверхневих вод надходять в утворені розломи, у рифтову долину сповзає значний об'єм осадових порід, які потім піддаються тектонічному і гідротермальному опрацюванню у відносно м'яких температурних умовах. Для подібних геодинамічних обстановок можливе залучення (рециклінг) до процесів генерації вуглеводнів органічної речовини більш давніх осадових порід, глибоко занурених (десятки км) з відповідними мінеральними перетвореннями.

Результати розрахунків балансу вуглецю на ізотопній основі показали, що, крім "ювеніального", у великомасштабній генерації глибинних вуглеводневих флюїдів міг бути задіяний і вуглець осадових порід зон рециклінгу, з переміщенням їх із верхнього поверху в нижній, у якому й відбуваються процеси генерації глибинних вуглеводневих флюїдів.

Вивчення газового складу багатьох гідротермальних систем показує, що концентрація водню в більшості випадків перевищує концентрацію СН4. Широкий діапазон температурних коливань у сучасних гідротермах дає змогу припустити досить активний водообмін і можливий генезіс водню під час взаємодії низхідних потоків води і вугілля вміщувальних порід.

Вплив потоку водню як на окислений (карбонати), так і на відновлений (вугілля, органічна речовина) вуглець може стимулювати утворення значних кількостей вуглеводнів.

Парадоксально, але факт, що вуглиста речовина седиментаційних басейнів, що характеризується найнижчим вмістом водню серед інших вуглецевих утворень, дає початок УВ з максимальним насиченням водню.

Ця обставина змушує залучати зовнішні джерела водню, щоб пояснити приуроченість до вугленосних формацій унікальних скупчень метану та парафінистих нафт.

У світлі цих геологічних даних теорії походження нафти, де залучається "зовнішній" водень (органічна речовина + водень, утворений під час взаємодії води та вугілля), мають хороші перспективи розвитку. Сірка, підвищені концентрації якої характерні для морських відкладень, є основним споживачем водню і блокує від його впливу вуглеводневі структури.

У континентальних відкладах концентрація відновлених сполук сірки нижча, і вони не можуть виконувати захисну функцію від впливу "зовнішнього" водню. Цим можна пояснити вищий ступінь гідрогенізації вуглеводнів континентальних відкладень порівняно з морськими.

З хімічної точки зору вуглеводень народжується, коли водень вступає в реакцію з вуглецем. Після надходження вуглеводнів у зону осадових процесів можлива неодноразова зміна і трансформація вуглеводнів залежно від термодинамічних і геологічних умов.

У цьому плані термін "генезис нафти" слід розглядати як комплекс процесів, що відбуваються в часі та в просторі. Передбачається, що первинна нафта має абіогенне походження. Нафта первинна по відношенню до органічної речовини. Вуглеводневий скелет є основою органічної речовини і має простішу будову.

За відсутності механізму фотосинтезу (3,5 млд років) продуктом харчування (синтезу) організмів могли бути тільки абіогенні вуглеводні.

Немає підстав сумніватися в можливості абіогенного синтезу нафти і в наступні геологічні епохи. Формування родовищ - це останній, найчастіше новітній осадово-міграційний етап у життєвому циклі вуглеводнів. Джерелом вуглецю можуть бути карбонатні породи, вугілля, викопна органічна речовина, джерелом водню насамперед є висхідний потік глибинного водню.

Водень відновлює сполуки вуглецю та функціональні групи органічної речовини, переводить тверді та малорухомі сполуки ВВ у мобільний стан, будучи фактором катагенезу та міграційної здатності ВВ.

Масштаб нафтогазоутворення є ключовим у дискусії про генезис нафти. Місце, час і умови формування природного "реактора" визначають його заповнення, масштаби надходження реагентів (водню, метану і води), температуру, тиск і, як кінцевий результат, вихід продукту. Континентальний рифтогенез і розломна тектоніка є найбільш сприятливими умовами для формування таких реакторів.

Самі розломи виникають у зонах активного надходження до поверхні висококонцентрованих потоків водню. Літофаціальні особливості формації визначають наявність компонентів, що можуть брати участь у конкуруючих реакціях при утворенні рідких ВВ, до них належать насамперед сульфати і вугілля. Перший компонент при взаємодії з воднем дає сірководень, сіркоорганічні сполуки та елементарну сірку, другий стимулює процеси газоутворення.

Підхід до нафтогазоносного басейну як до відкритої системи дасть змогу врахувати фактори генерації, міграції або акумуляції ВВ, деталізувати процеси, що можуть мати вирішальне значення в розподілі за площею та за розрізом різних видів вуглеводневої сировини і співвідношенні їхніх ресурсів у конкретному басейні.

Традиційні тектоно-седиментаційні моделі нафтогазових систем, що враховують тільки внутрішні ресурси нафтогазоносного басейну, мають бути доповнені зовнішніми джерелами надходження водню та вуглецю з глибоких частин рифтових зон і осадових порід орогенів, які руйнуються, і оточують басейн. Слід також враховувати процеси перевідкладення вуглеводнів нафт, що розвантажуються в басейн седиментації.

Поділитися:

Написати коментар

Популярні статті

Також читають