Введение к работе
Биогеохимия в настоящее время приобрела выдающееся общенаучное и мировоззренческое значение для понимания сущности* и происхождения жизни, взаимосвязи организмов с окружающей средой; роли живого вещества в геологических процессах, оценки воздействия человека на природу и его возможных последствии. Вскрытая В. И, Вернадским исключительная .роль углерода в истории стратисферы, а органических соединений в геохимической истории углерода, все больше подтверждается современными исследованиями органического вещества в геологических объектах. Эти исследования указывают на особую информативность биогеохимического подхода к генезису горючих ископаемых и других форм существования органических соединений стратисферы. ;
Актуальность темы. Все возрастающая сложность поисков новых месторождений нефти определяет актуальность исследований, направленных на углубление знаний.о процессах, образования и эволюции горючих ископаемых. и особенно на решение фундаментальной проблемы генезиса нефти. , Переход.на молекулярный.уровень изучения органических соединений в геологических объектах позволяет объективно анализировать процессы, сопровождающие изменения исходного биогенного органического вещества от захоронения до формирования нефти и других горючих ископаемых. В результате этих исследований появились достоверные биогеохимические свидетельства связи органических соединений горючих-ископаемых х живым веществом, дополнившие традиционные геолого-геохимические доказательства генезиса различных горючих ископаемых.
Подтверждается уникальность биогеохимической информации, сохраняемой молекулярной структурой углеводородов и гетеро-атомных соединений нефти. Эта информация является генетической: она однозначно свидетельствует о доминирующей роли биосоединении липидно-липоидной природы в исходном-для нефте-образования веществе, позволяет судить о формировании молекулярного состава нефти и на этой основе о ее предыстории и вторичных изменениях
в зал^ен^АГь^АП
^ НАУЧНАЯ БЯШЇ-їОТЕІІЛ JAock. сельскохоз. ак&да:,м им. К. А. Тиь*>ря;ева
Нив. №^.-t?.le?f....
Возрождение на современном молекулярном уровне начатьіх В. И. Вернадским биогеохимических исследований естественной истории органических соединений в стратисфере дает основание для выделения молекулярной биогеохимии в качестве самостоятельного научного направления.
Обособление молекулярной биогеохимии отражает происшедшее в последнее двадцатилетие дополнение классического атомного уровня в биогеохимии: молекулярным уровнем, раскрывающим, как отмечал В. И. Вернадский в «Очерках геохимии», особенности углерода-элемента, наиболее характерным химическим свойством которого «является устойчивость его органических природных соединений в термодинамических земных условиях».
Молекулярная биогеохимия изучает геохимическую историю биомолекул, т. е. состав и трансформацию биомолекул и продуктов их преобразований в различных. геохимических зонах при формировании органического вещества, осадочных образований, а в их числе и горючих ископаемых. .
Молекулярная биогеохимия обосновывает новый научный уро
вень исследований тенезиса горючих-ископаемых, который приоб
ретает все большее значение при оценке перспектив нефтегазонос-
иости территорий и уточнении-напразления нефтепоисковых.ра
бот. - .'.„,.,.:..
Постановка данной работы на.кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ отвечает задаче «повысить эффективность использования научного потенциала высших. учебных заведений для решения народнохозяйственных задач» (Из решения; XXVI съезда КПСС, 1981).
Цели и задачи исследования.: Целью является разработка- основных положений молекулярной биогеохимии и их приложение к познанию состава и генезиса нефти и твердых горючих ископаемых.
Для этого использован сравнительный анализ поведения биомолекул в биосфере, при переходе из биосферы в стратисферу и в ходе литогенеза осадочных образований в условиях седименто-генеза; диагенеза и катагенеза. В понимании автора важными методическими-аспектами этого анализа являются, признание преемственности геохимической истории биомолекул от предшествующей ей биосферной.истории этих соединении и учет соответствия их поведения изменяющимся условиям геологической среды. На этом фоне горючие ископаемые рассматриваются как результат геохимических трансформаций биомолекул-предшественников.
Главнойзадачей^молекулярной биогеохимии можно считать выяснение наиболее общих закономерностей-геохимических изменений органических соединений; созданных живыми организмами, и выявление частных закономерностей этих преобразований в конкретных условиях накопления осадков и литогенеза, пород как форм проявления общих закономерностей.--
Достижение цели проведенного исследования требовало решения ряда конкретных задач, в их числе:
1)'выявление тех закономерностей в молекулярной организации экосистем/ биосферы, которые имеют геохимические последствия,
-
рассмотрение фоссилизации биомолекул в субаквальних условиях как части осадочного процесса и как явления, необходимого для функционирования биосферы,
-
выявление законов поведения фоссилизированных биомолекул и их геохимических дериватов и эволюции форм их существования в разрезе осадочной толщи в качестве основы для периодизации геохимической истории биомолевул и основы ДЛЯ установления биогеохимического генезиса различных соединений: в составе-горючихископаемых,
-
рассмотрение особенностей, состава различных горючих ископаемых, как.проявление общих закономерностей геохимической истории биомолекул,
5) оценка использования данных о молекулярном составе неф
ти в качестве показателей'единства процессов эволюции органи
ческого вещества от живой клетки-до углеводородов и.неуглево
дородных соединений горючих ископаемых.
При решении поставленных задач автор исходил из биогеохимической специфики предмета-и. объекта молекулярной биогеохимии, охватывающих поведение биомолекул в живом веществе и генетически связанных с ним: геологических:. образованиях («былых биосферах» по.В. И. Вернадскому), что определяет необходимость применения- комплексного молекулярно-биогеохи-мичёского метода раскрытия геохимической истории биомолекул. Этот метод включает статический, динамический и исторический аспекты исследования, что вызвано эволюцией биологических и геологических объектов и процессов, которым принадлежали ив которых участвовали биомолекулы.
Научная новизна работы. Настоящая работа является первым систематическим исследованием в области молекулярной биогеохимии и ее приложения к горючим ископаемым, в котором впервые сформулированы теоретические основы и разработаны основные положения, определяющие задачи и области применения биогеохимического изучения органических соединений в осадках,, породах и горючих ископаемых;
Новизна работы заключается в следующем::.-
впервые сформулированы основные принципы молекулярной
биогеохимии,' отражающие поведение биомолекул в геохимиче
ских процессах, *
обоснованы эколого-биогеохимичеекие предпосылки фоссили
зации органического вещества как необходимого звена в механиз-
мах:саморегулирования:экосистем и биосферы, * . :"
впервые: рассмотрены: молекулярные механизмы: фоссилизации органического вещества как совокупность диалектически
противоречивых биохимических, химических иіфизико-химиче
ских процессов, обеспечивающих отчуждение биомолекул из био
тического-круговорота .экосистем и: их захоронение в субакваль-
ных.осадочных отложениях, "'"
формирование различных генетических типов фоссилизиро-ванного органического вещества рассмотрено с позиций специфики геосинтеза, отражающего переход, в ископаемое состояние продуктов деструкции биополимеров, г
обоснован единый биогеохимический подход к составу и преобразованиям органического вещества на различных этапах.лито-генеза, основанный на общности молекулярных реакций изменения биосинтезированных молекулярных структур под влиянием условий их нахождения в осадках (породах),
разработана новая диаграмма атомных соотношений водорода, использованная: для характеристики процессов геохимической эволюции органического вещества разных генетических типов и оценки нефтематеринского потенциала,
' выделены основные этапы геохимической истории биомолекул; отвечающие наиболее характерным способам существования биосоединений в биосфере и в составе геологических образований,
рассмотрены молекулярные аспекты онтогенеза, твердых го
рючих ископаемых с позиций общей направленности геохимиче
ских преобразований биомолекул в составе различных форм их
фоссилизации, .........
впервые сформулированы основные понятия -молекулярной*
биогеохимии нефти и на этой основе конкретизированы- некото
рые положения осадочно-миграционной теории нефтеобразова-
ния, _
сформулированы общие положения исторической: молекулярной биогеохимии, включающие оценку влияния эволюции биоса и эволюции процессов фоссилизации биомолекул в геологической истории Земли на состав захороняющегося. органического вещества и горючих ископаемых.
Совокупность сформулированных и обоснованных научных положений можно квалифицировать как новое научное направление в. биогеохимии.
Практическое значение работы. Теоретические положения диссертации и выявленные закономерности показывают, что молекулярная 6ИОГЄОХИМИЯ МОЖеТ СЛУЖИТЬ еДИНОЙ^ МеТОДИЧеСКОЙ ОСИО-,
вой познания истории биомолекул в стратисфере,-позволяя на новом уровне решать вопросы генезиса и трансформаций органического вещества осадков, пород и горючих ископаемых.
Научные положения и выводы диссертации- имеют важное значение для теоретического обоснования природныхмеханизмов-фоссилизации и формирования разных генетических типов органического вещества и его преобразований на различных: этапах литогенеза, - ..
Разработанные автором, положення, молекулярной биогеохй-мии в течение ряда лет используются в лекционных курсах по геохимии горючих ископаемых на кафедре геологии и геохимии горючих-ископаемых МГУ.
Практическая значимость проведенных исследовании определяется тем, что биогеохимический подход на молекулярном уровне является информативным для реконструкции процессов и истории иефтеобразования в конкретных геологических условиях. Предложенный метод оценки нефтематеринского потенциала на биогеохимической основе широко применяется советскими исследователями в МГУ, ВНИГРИ, ВНПГНИ, СВКНИИ ДВНЦ АН СССР, ИГИІЧШГМ и других организациях, о.нем свидетельствуют многие публикации и отчеты.
Публикация и апробация работы. По теме диссертации опубликовано GO печатных работ. Статьи, содержащие основные результаты исследования, опубликованы в журналах «Доклады АН СССР», «Геохимия», «Известия АН СССР, сер. геологическая», «Известия ВУЗов. Нефть и газ», а также в различных тематических сборниках АН СССР it МГУ и трудах Всесоюзных совещаний и Международных конгрессов.
Результаты работы докладывались па IV—VII Всесоюзных семинарах «Органическое вещество в современных и ископаемых осадках» (Москва, 1974, 1976, 1979; Ташкент 1982); Всесоюзных семинарах «Нефтематеринские свиты и.принципы.их диагностики» (Москва, 1977), «Методы оценки нефте- , и газоматеринского потенциала седиментитов» (Москва, 1979), «Эволюция нефтегазо-. образования в истории Земли» (Москва, 1984); конференции «Синтез, метаболизм и роль углеводородов в живых организмах» (Пущино, 1977); семинаре «Молекулярная структура углеводородов и гётероатомных соединений нефти и седиментитов» (Москва, 1978); Всесоюзном совещании «Геохимия горючих сланцев» (Таллин, 1978); Всесоюзном совещании по геохимии углерода. (Москва, 1981): XXV, XXV|,XXXI сессиях Всесоюзного палеонтологического общества (Ленинград, 1979, 19S5; Свердловск, 1980); XI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Алма-Ата, 1975); VII и VIII Международных конгрессах по органической геохимии (Мадрид, 1975; Москва, 1977); представлены на XXVI сессию Международного геологического конгресса (1980).
Исходные материалы и личный вклад автора. Работа базируется на систематизированных автором данных о составе биомолекул и закономерностях их поведения в экосистемах биосферы и данных о составе хемофоссшиш (ископаемых биомолевул, их опознаваемых фрагментов и генетических аналогов) в осадках, породах, различных горючих-.ископаемых.. Теоретическое обобщение этого материала, выполненное автором, дало основание провести геохимические и биогеохимические реконструкции процессов фоссилизации. и изменения фоссилизированных:биомоле-
кул в осадочных отложениях. Это потребовало привлечения и рассмотрения с единых методических, позиций представлении и выводов ряда наук биологического и геологического циклов. Подобный подход отражает интегральный характер молекулярной биогеохимии и отвечает идее основоположника биогеохимии В. И, Вернадского о специализации не по наукам, а по проблемам.
Анализ фоссилизации органического вещества как процесса перехода биомолекул из живого вещества в состав геологических образований, проведен, исходя из взаимодействия и взаимовлияния биологической и геологической форм движения материи. При этом биохимические процессы, сопровождающие субаквальное осадконакопление, рассмотрены с позиций поведения биомолекул в соответствующих экосистемах.
Выполненные реконструкции процессов образования и эволюции хемофоссилий и их:классификации основаны на данных многочисленных-исследований состава хемофоссилий в осадках, породах, углях и нефтях, проведенных в СССР и за рубежом. Привлечены также данные газохроматографического изучения состава хемофоссилий в нефтях, полученные автором в лаборатории геохимии горючих ископаемых кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ,
При разработке диаграмм атомных соотношений водорода и их применении для сопоставления горючих ископаемых, их компонентов и предшественников использованы данные по элементному составу около 500 образцов-различных биосоединений,- горючих ископаемых, микрокомпонентов углей и природных дериватов нефтей, взятые из многих'публикаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
семи глав, раздела «обсуждение результатов» и выводов. Диссер
тация содержит 292 страницы машинописного текста, иллюстри
рованного 100 таблицами и 79 рисунками, и библиографию из
468 наименований. ( ' .
