Нефть в кристалле кварца

На фото — капля нефти (желтая) в кристалле кварца. Она попала на растущий кристалл и оказалась замурована внутри. В процессе своего формирования кристаллы захватывают и замуровывают всё инородное, что попадется на пути их роста, — жидкости, газовые пузырьки, другие минералы, органические частицы. Но пузырек газа в этой нефтяной капле не был захвачен кристаллом, а образовался при сжатии нефти.

Кристалл кварца стал для этой капли нефти настоящей нефтяной ловушкой (см. Ловушка углеводородов) — весьма необычной для нефтяников, которые привыкли представлять себе такие ловушки как особые места в складчатой толще горных пород, чаще всего осадочных, куда попадает нефть в процессе своей миграции, не может двигаться дальше и накапливается, образуя залежь.

Любые включения в кристаллах минералов, в том числе нефтяные, представляют собой кристаллические дефекты. Они несут на себе отпечаток стадии роста кристалла и среды, в которой происходил этот рост. Кристаллический кварц может формироваться в очень разных условиях, но для попадания в него нефти важно, чтобы рост шел в пересыщенном питающем растворе — гидротермальном флюиде (минеральном растворе, насыщенном газами) — в толще осадочных пород. По мере роста кристалл взаимодействует с флюидным раствором, который является питательной средой и поставщиком всех необходимых компонентов для раскристаллизации (перехода в кристаллическое состояние), а также с попадающимися на пути инородными объектами (в данном случае — нефтью), которые он захватывает и замуровывает в себе.

Нефть, будучи жидкой, обладает прекрасными миграционными свойствами, попадая по трещинам и порам в осадочной толще из залежей в пустотные области с питающим раствором. Вначале капли нефти гомогенны и находятся во взвешенном состоянии в растворе при температуре, не превышающей температуру деструкции жидких углеводородов (200–250°C). Затем капли оседают на поверхность растущего кристалла и прилипают к ней. Молекулярный состав углеводородов может рассказать о температурных условиях, при которых рос кристалл, потому что каждое органическое соединение разрушается при определенной температуре.

Чтобы нефть оказалась в кристалле, он должен расти неравномерно — это происходит, когда питающее вещество временно перестает поступать. В условиях «голодания» захват инородного вещества становится более вероятным. Способствует захвату и то, что питающая среда и попавшая в нее нефть не смешиваются (попробуйте размешать в стакане с водой масло!).

«Законсервированные» флюидные включения могут быть первичными, когда кристалл нарастает вокруг попавших на него капелек нефти.

Первичное включение нефти с пузырьком сжатия в кристалле кварца. Фото с сайта commons.wikimedia.org

И вторичными — они образуются после залечивания трещинных дефектов уже сформировавшегося кристалла, в которые попала нефть. На главном фото включение скорее вторичное. Очень часто в кристалле присутствуют и первичные, и вторичные включения, между образованием которых могут пройти миллионы лет. Включения нефти могут быть как единичными, так и в виде группы с беспорядочным распределением. Последние чаще характерны для первичного типа включений.

Вторичные включения нефти в сростке кристаллов кварца. Фото с сайта pinterest.ru

Многие нефтяные включения содержат не только прозрачную желтую нефть, но также маленькие темные шарики битума, образовавшиеся, скорее всего, уже после захвата нефти. Например, в кристаллах флюорита с нефтяными включениями из группы флюорит-свинцово-цинковых месторождений южного Иллинойса (West Green Mine, южный Иллинойс, США) нефть во включениях может состоять из нескольких несмешивающихся фаз после процесса неполного разложения: темная асфальтоподобная, смачивающая стенки включений, и светлая, состоящая из более легких углеводородов. Также в нефтяном включении может быть пузырек сжатия (как на главном фото) — этот газовый пузырек образуется при остывании сформированного кристалла с нефтью, так как тепловой коэффициент объемного сжатия у жидкости больше, чем у кристалла, жидкость больше сжимается и возникает пузырек газа.

Вторичное включение желтой нефти с пузырьком сжатия и битумными шариками. Фото с сайта flickr.com

Размеры включений нефти в кристаллах кварца могут быть от десятков микрометров до нескольких миллиметров. Наиболее крупные включения больше характерны для вторичного типа (так как трещины кристалла могут быть намного больше, чем размер капли первичного включения). Форма первичных включений чаще всего сферическая, но может быть, например, бутылкообразной, когда перед полным замыканием капли кристаллом на ее верхнюю часть попадает еще некоторое количество капель. Форма вторичных включений соответствует трещинному пустотному пространству.

Микрофотографии первичных нефтяных включений во флюорите из флюорит-свинцово-цинковых месторождений южного Иллинойса (США). Слева — шаровидные; справа — бутылкообразное из флюорит-свинцово-цинкового района Кейв-ин-Рок (Cave-in-Rock, южный Иллинойс, США). Изображение из книги Э. Реддер. Флюидные включения в минералах, 1987, глава 11 «Обстановки осадкообразования», стр.49–50

Изучение нефтяных включений в кристаллах помогает разобраться не только в их происхождении, но и дать ответы о путях миграции самой нефти. Так, в кристаллах кварца из Юго-Западной Африки, заключенных в породах возрастом более 700 млн лет, нашли углеводороды определенного состава, которые, как выяснилось, мигрировали из перекрывающих более молодых осадочных пород.

Фото с сайта reddit.com.

Эту картинку дня автор посвящает 90-летию Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина.

Антон Ульяхин