"Фабрика" месторождений полезных ископаемых [1988 Арабаджи М.С.

Характерной особенностью Мирового океана является то, что он не только чрезвычайно богат различными ископаемыми, но и непрерывно пополняет и воспроизводит их. Месторождения формируются буквально на наших глазах.

Так, вулканизм рифтовых зон и островных дуг постоянно поставляет в океан новые запасы растворимых и нерастворимых веществ; волновая деятельность моря и течения способствуют разрушению берегов, гравитационной дифференциации обломков и формированию россыпных месторождений; химические и биохимические процессы в придонном слое приводят к образованию конкреций и т. д.

Особенно наглядным является распределение месторождений рудных полезных ископаемых в зависимости от характера магматической деятельности в различных областях океана. При базальтовом вулканизме в рифтовых зонах образуются комплексы магматических пород (базальты, габбро и гипербазиты), содержащие хромиты, платину, никель. В то же время периферийные участки зон спрединга с развитием щелочного магматизма богаты рудами редкоземельных элементов, тантала, ниобия. В целом, по направлению от оси спрединга, металлогеническая зональность этих зон имеет следующий вид:

Для зон субдукции характерен иной тип магматизма, в основном обусловленный формированием кислых лав (с высоким содержанием кремнезема) и глубинных гранитоидных интрузий. С такими магматическими породами связаны зоны распространения золотоносных и полиметаллических руд; кроме того, к этим зонам могут быть приурочены месторождения хрома, асбеста, никеля и других полезных ископаемых. В целом, в направлении от оси зоны субдукции к континенту металлогеническая зональность имеет следующий вид:

Таким образом, выяснение геологических условий формирования пород (палеогеологические реконструкции) с выяснением положения древних зон спрединга и субдукции может явиться научной основой для целенаправленного поиска месторождений определенного вида руд.

Наряду с формированием месторождений рудных полезных ископаемых, обусловленных характером магматизма, в последние годы в научной литературе обсуждается возможность того, что к зонам субдукции могут быть приурочены области формирования углеводородов.

Здесь необходимы некоторые пояснения. Дело в том, что проблема происхождения нефти и газа чрезвычайно сложна и на ее решение направлены усилия многих ученых. В основном существуют две принципиально противоположные точки зрения о происхождении углеводородов. В соответствии с одной из них, впервые высказанной великим русским химиком Д. И. Менделеевым, природные углеводороды являются продуктом глубинных химических реакций, например высокотемпературного синтеза углерода и водорода. И хотя принципиальная возможность такого происхождения нефти и газа существует, ей противоречат многие особенности природных нефтей - присутствие в них органических соединений, оптические свойства, наличие соединений, легкоразрушающихся при высоких температурах, и т. д.

Более широкое распространение получила теория биогенного происхождения нефти, идея которой была впервые высказана еще М. В. Ломоносовым и впоследствии детально разработанная академиком И. М. Губкиным. Эта теория связывает происхождение природных углеводородов с преобразованием в естественных условиях органического вещества, захороняемого на дне морей и океанов после отмирания животных и растительных организмов. Теория хорошо согласуется с фактическими данными не только о составе нефтей и газов, но и с особенностями их залегания в недрах. В соответствии с биогенной теорией накопление и захоронение органического вещества происходят в подводной среде, в восстановительной геохимической обстановке. В результате уплотнения морских илов, обогащенных органикой, образуются слои глин с содержанием органического вещества до нескольких процентов. При тектоническом погружении на глубину в 2-3 км эти слои попадают в условия повышенных давлений и температур, где происходит преобразование захороненной органики в нефть и газ. Такие толщи глинистых пород, называемые нефтематеринскими, выделяют в виде капелек и пузырьков нефть и газ в выше- и нижележащие пористые породы-коллекторы, насыщенные водой. В коллекторах нефть и газ переносятся потоками подземных вод вдоль пластов и вследствие меньшей по сравнению с водой плотности накапливаются в своеобразных структурах - ловушках.

Так в соответствии с биогенной теорией осуществляются образование, миграция и накопление углеводородов, завершающиеся формированием месторождений нефти и газа. При этом оптимальные тектонические условия образования нефти и газа - это крупные впадины (депрессии), испытывающие длительное прогибание. Здесь создаются необходимые условия для формирования углеводородов в нефтематеринских толщах, а также имеется мощный разрез осадочных пород с чередованием проницаемых пород-коллекторов и непроницаемых пород-покрышек.

С точки зрения теории литосферных плит подобные условия характерны для центральных, относительно стабильных участков плит, удаленных от активных зон спрединга и субдукции. И такие нефтегазоносные районы известны: например, Северная Африка, Восточная Сибирь и др.

Однако ряд нефтегазоносных районов приурочен к краевым депрессиям - крупным впадинам и передовым прогибам, расположенным в непосредственной близости от границ плит, вблизи зон субдукции. Примером такого нефтегазоносного района является Юго-Восточная Азия, с трех сторон окруженная зонами субдукции, а также богатейший Персидский залив, сформировавшийся вблизи зоны субдукции, где впоследствии произошло столкновение Индостана с Азией.

Рис. 48. Схема возможного образования углеводородов в зоне субдукции: 1 - океанические осадки, обогащенные органическим веществом; 2 - гранитный слой; 3 - базальтовый слой; 4 - магматический очаг и вулканический канал; 5 - непроницаемые осадочные породы, глины; 6 - проницаемые осадочные породы-коллекторы; 7 - направления миграции углеводородов; 8 - залежи нефти и газа

В результате изучения таких районов была видвинута гипотеза о том, что в зонах поглощения океанической литосферы и происходит интенсивное преобразование биогенных компонентов современных океанических осадков в углеводороды нефтяного ряда. Эта точка зрения, впервые высказанная американским ученым Г. Хэдбергом, впоследствии была развита в работах ряда зарубежных и советских исследователей. И действительно, при субдукции основная часть глубоководных океанических осадков поглощается вместе с погружающейся океанической плитой, выполняя роль "смазки". При этом на сравнительно небольшой глубине (до 10 км) биогенные компоненты океанических илов оказываются в условиях, благоприятных для преобразования органического вещества в углеводороды нефтяного ряда. Образующиеся при этом капельки нефти и пузырьки газа по разломам и вдоль плоскости субдукции начинают свое движение в обратном направлении - вверх, в область более низких давлений. Часть углеводородов попадает в породы-коллекторы и начинает мигрировать вместе с потоками подземных вод, а другая, по-видимому, большая часть достигает поверхности литосферы и рассеивается в гидросфере и атмосфере (рис. 48). В процессе миграции с подземными водами часть углеводородов также теряется - они могут достичь поверхности по многим разломам, осложняющим периферию континента и, самое главное, часть их разрушается в области активного вулканизма. Это, кстати, подтверждается высоким содержанием углеводородных газов в выделениях вулканов островных дуг. Однако вулканический "барьер" активных окраин континентов, конечно, не непрерывен, и какая-то часть углеводородов может пересечь этот барьер и продолжать миграцию с пластовыми водами к континенту. Таким образом, только незначительная часть углеводородов, образовавшихся в зоне субдукции, имеет шансы благополучно достичь условий надежной аккумуляции и консервации в ловушках проницаемых пластов на континенте.

Однако расчеты показывают, что даже эта незначительная часть от общего объема образующихся углеводородов является достаточно внушительной в условиях непрерывной субдукции океанической литосферы - работы этой "фабрики" углеводородов.

Действительно, если принять протяженность зон субдукции равной 40 тыс. км, среднюю мощность поглощаемых осадков в 0,5 км, а среднюю скорость субдукции 7 ^см/_год, то за 1 млрд. лет масса поглощенных осадков достигает 2,8х10¹⁸ т. Если принять среднее содержание органического вещества в океанических осадках равным всего 0,5 %, то мы получим массу органики, поглощенной за 1 млрд. лет, в 7х10¹⁵ т. И если учесть, что только 30% органического вещества может быть преобразовано в углеводороды нефтяного ряда, то возможная масса всей образовавшейся нефти составит 2х10¹⁵ т. И наконец, если принять во внимание все приведенные выше препятствия на пути миграции углеводородов (рассеяние в гидросфере и атмосфере, разрушение в вулканической зоне) и предположить, что только одна тысячная часть образованной нефти может сохраниться в недрах, то мы получим 2х10¹² т, что во много раз больше всех разведанных запасов нефти и газа.

Справедлива ли эта гипотеза, предлагающая механизм формирования углеводородов на основе биогенной теории происхождения нефти и теории литосферных плит, покажут новые исследования. Несомненно, однако, что огромный объем органического вещества, содержащийся в океанических осадках, рано или поздно, но неизбежно достигающий зон субдукции с их высокими давлением и температурой, не может теряться бесследно. И какая-то часть этого органического вещества, пусть даже незначительная, превращается в зонах субдукции в жидкие и газообразные углеводороды, мигрирует по разломам и проницаемым пластам, аккумулируется и сохраняется в ловушках. Поэтому поиск и изучение древних зон субдукции могут оказаться важным признаком при разведке новых нефтегазоносных районов.