«Экономические аспекты геологии»

Классификация углей. Точное наименование и классификация различных разновидностей угля — непростое дело. Три основных класса — антрацит, битуминозный уголь и лигнит — имеют групповые характеристики, определяемые их составом, цветом, текстурой, происхождением и использованием, и для общих целей эти названия имеют достаточно определенное значение. Однако существует полная градация угольных материалов от торфа через лигнит до битуминозных углей и антрацита; многие разновидности попадают вблизи границ основных групп, и их специфическое наименование тогда становится затруднительным. Кроме того, уголь состоит из нескольких веществ, которые неодинаково варьируются в своих пропорциях. Трудно расположить все эти переменные в градуированном ряду таким образом, чтобы позволить точное наименование угля. Более того, научное наименование угля может не служить цели различения углей, используемых для различных коммерческих целей. Даже коммерческие названия варьируются между собой в зависимости от использования, для которого рассматривается уголь.

Таким образом, наименование и классификация углей является постоянным источником трудностей и споров. Самая ранняя и наиболее широко используемая классификация основана на отношении между фиксированным (или нелетучим) углеродом и летучими компонентами, называемом «топливным отношением». Для этой цели проводятся «приблизительные» анализы угля в терминах фиксированного углерода, летучих веществ, влаги, золы и серы. Антрацит имеет более высокое топливное отношение, чем битуминозный уголь; то есть он имеет больше фиксированного углерода по отношению к летучим веществам. Аналогично, битуминозный уголь имеет более высокое топливное отношение, чем лигнит. Топливное отношение грубо измеряет теплоту или калорийность угля, другими словами, его топливную ценность. Однако некоторые битуминозные угли имеют более высокую калорийность, чем некоторые антрациты, потому что большая часть их летучих веществ является горючей и дает больше тепла, чем соответствующий вес фиксированного углерода в антраците. Топливное отношение довольно хорошо различает угли высших рангов и дает классификацию, соответствующую грубо их коммерческому использованию. Для низших рангов угля она не столь удовлетворительна, потому что летучие компоненты таких углей содержат большие и варьирующиеся проценты негорючего водорода, кислорода и азота. Также такие угли содержат большие и более варьирующиеся количества влаги, которая инертна к горению и требует тепла для своего испарения. Два угля низших рангов с одинаковым топливным отношением могут иметь очень разные топливные качества и различное коммерческое использование из-за разного количества инертных летучих веществ и воды. Для этих углей иногда желательно дополнить химическую классификацию физическими критериями. Например, суббитуминозный уголь может быть отличен от лигнита не только по топливному отношению, но и по блестящему черному внешнему виду в отличие от тусклого, древесного внешнего вида лигнита. Битуминозный уголь может быть отличен от суббитуминозного по способу выветривания. Другие классификации пытались признать эти трудности и все же сохранить чисто химическую основу, рассматривая отдельно горючие и негорючие летучие компоненты. Для этой цели необходимо иметь не просто приблизительные анализы, а полные анализы в терминах элементов.

Определения основных видов угля по Кэмпбеллу [18] из Геологической службы Соединенных Штатов следующие:

Антрацит. Антрацит в целом хорошо известен и может быть определен как твердый уголь, имеющий топливное отношение (фиксированный углерод, деленный на летучие вещества) не более 50 или 60 и не менее 10.

Полуантрацит. Полуантрацит — это также твердый уголь, но он не такой твердый, как настоящий антрацит. Он богат фиксированным углеродом, но не настолько, как антрацит. Его можно определить как твердый уголь с топливным отношением в диапазоне от 6 до 10. Нижний предел неопределен, так как трудно сказать, где должна быть проведена линия для отделения «твердого» угля от «мягкого» и в то же время для разделения двух рангов в соответствии с их топливным отношением.

Полубитуминозный уголь. Название «полубитуминозный» крайне неудачно, так как буквально оно подразумевает, что этот уголь имеет половину ранга битуминозного, тогда как оно применяется к виду угля, который имеет более высокий ранг, чем битуминозный — на самом деле супербитуминозный. Полубитуминозный уголь можно определить как уголь с топливным отношением в диапазоне от 3 до 7. Его относительно высокий процент фиксированного углерода делает его почти бездымным при правильном сжигании, и, следовательно, большинство этих углей поступает на рынок как «бездымные угли».

Битуминозный уголь. Термин «битуминозный», как его обычно понимают, применяется к группе углей, имеющих максимальное топливное отношение около 3, и, следовательно, это вид угля, в котором летучие вещества и фиксированный углерод почти равны; но этот критерий нельзя использовать без оговорок, так как то же самое можно сказать о суббитуминозном угле и лигните. Как отмечалось ранее, отличительной чертой, которая служит для отделения битуминозного угля от углей более низкого ранга, является то, как он подвергается воздействию выветривания.

Суббитуминозный уголь. Термин «суббитуминозный» принят Геологической службой для того, что обычно называли «черным лигнитом» — термин, который является нежелательным, потому что уголь не является лигнитным в смысле отчетливо древесного, и потому что использование этого термина, по-видимому, подразумевает, что этот уголь немногим лучше коричневого, древесного лигнита из Северной Дакоты, тогда как многие угли этого ранга приближаются по качеству к низшему сорту битуминозного угля. Суббитуминозный уголь обычно отличим от лигнита по своему черному цвету и кажущемуся отсутствию отчетливо древесной текстуры и структуры, а от битуминозного угля — по потере влаги и последующему разрушению («слакингу»), которому он подвергается при попеременном намокании и высыхании.

Лигнит. Термин «лигнит», как он используется Геологической службой, ограничен теми углями, которые отчетливо коричневые и либо заметно древесные, либо глиноподобные по своему внешнему виду. Они являются промежуточными по качеству и развитию между торфом и суббитуминозным углем.

Рис. 5. Диаграммы, показывающие химический состав и тепловую эффективность различных рангов угля. Верхняя диаграмма: Сравнительная теплотворная способность образцов угля, представленных на нижней диаграмме, вычисленная на беззольной основе. Нижняя диаграмма: Изменение фиксированного углерода, летучих веществ и влаги углей различных рангов, от лигнита до антрацита, вычисленное для образцов в том виде, в каком они получены, на беззольной основе. По Кэмпбеллу.

Геологические особенности

Геологические особенности угля можно удобно описать в терминах происхождения или генезиса. Уголь имеет существенные общие черты с асфальтом, нефтью и газом. Все они состоят из углерода, водорода и кислорода с небольшими количествами других материалов, объединенных в различных пропорциях. Все они являются «органическими» продуктами, которые обязаны своим происхождением распаду тканей растений и, возможно, животных. Все они были погребены вместе с другими породами под поверхностью. Общие геологические процессы, затрагивающие все породы, в основном определили эволюцию этих органических продуктов и формы, в которых мы находим их сейчас. Возникнув на поверхности, они участвовали в конструктивных или анаморфических изменениях метаморфического цикла, которые происходят под поверхностью, и под этими влияниями прошли различные стадии конденсации, очистки, дистилляции и отверждения.

Все стадии развития угля были прослежены. Вкратце, история такова:

Рис. 6. Происхождение и развитие угля. По Гилберту.

Этот экспонат показывает последовательные химические стадии в эволюции угля. Поразительные качества оригинала теряются при воспроизведении из-за использования рисунков вместо реалистичной раскраски, но эффект сохраняется в достаточной степени, чтобы указать на природу последовательности и прямоту, с которой она ведет обратно к происхождению в растительных накоплениях. Эволюционный процесс, как видно, принимает форму увеличения плотности посредством прогрессивного вытеснения летучих веществ в ходе геологического времени. Этот вывод подтверждается вне разумных сомнений фактическим присутствием органических остатков в угольных пластах.

Травы, деревья и другие растения, растущие на болотах и топях, разлагаются и образуют растительный гумус в виде торфа. Торфяное болото сверху вниз состоит из: (1) живых растений, (2) мертвых растений и (3) плотной коричневато-черной массы разложившегося и конденсированного растительного материала, в которой растительная структура более или менее неразличима. Торф состоит главным образом из фиксированного углерода и летучих веществ, а также серы, влаги и золы. Летучие вещества состоят в основном из различных комбинаций водорода и углерода, называемых углеводородами; они уходят в виде газа или дыма при нагревании торфа до красного каления. Фиксированный углерод — это углерод, оставшийся после того, как летучие вещества были удалены. Зола представляет собой более негорючий минеральный материал, обычно по природе глинистый или сланцевый. Влага в торфе может достигать 90 процентов.

Существенным условием для мощного накопления торфа, по-видимому, является обилие влаги, которая способствует пышному росту и защищает растительные остатки от полного окисления или разложения. Без влаги растительный материал полностью окислился бы, практически не оставив остатка, как это происходит в сухом климате. Для формирования мощных торфяных пластов, по-видимому, подразумевается некий баланс между медленным созданием органических накоплений и оседанием области, чтобы поддерживать ее вблизи уровня грунтовых вод. Известно, что современные болотные отложения в некоторых случаях имеют мощность сорок футов. Этой мощности недостаточно, чтобы объяснить некоторые из великих угольных пластов внутри Земли; но, по-видимому, невозможно избежать вывода, что такого же рода отложения, сформированные в большем масштабе в прошлом, были первым шагом в формировании угольных пластов. Считается, что плоские, болотистые прибрежные равнины обеспечивают наилучшие условия для мощного накопления торфа. Существуют веские доказательства того, что большинство отложений накапливается по существу на месте, без заметной транспортировки.

Со временем эти поверхностные накопления растительного материала могут осесть и быть погребенными под глиной, песком или другими горными породами. Процессы конденсации, начатые в торфяном болоте, затем продолжаются. Они приводят ко второй стадии формирования угля — лигниту или бурому углю. Он коричневый, древесный по текстуре и имеет коричневую черту. Он имеет более высокий процент фиксированного углерода и меньше летучих веществ и воды, чем торф.

Продолжение процессов отверждения производит суббитуминозный уголь, или черный лигнит, который обычно черный и иногда имеет довольно яркий блеск. Его иногда отличают от битуминозного угля, если он выветрился или высох, по способу, которым он растрескивается неравномерно или расщепляется параллельно напластованию — характерной чертой битуминозного угля является столбчатый излом.

Следующей стадией формирования угля является битуминозный уголь. Он имеет большую плотность, чем лигниты или суббитуминозные угли, черный, более хрупкий и ломается с кубическим или раковистым изломом. Он богаче фиксированным углеродом, беднее летучими веществами и водой. Разновидность битуминозного угля, называемая «кеннель-уголь», характеризуется необычно высоким процентом летучих веществ, что заставляет его легко воспламеняться. Этот материал имеет тусклый блеск и раковистый излом. Он состоит почти полностью из спор и споровых оболочек, которые являются смолистыми или восковыми продуктами таких растений, как те, что жили в исходном угольном болоте.

Существуют градации от битуминозного угля до антрацита. Полубитуминозный и полуантрацитовый — это названия, используемые в некоторой степени для этих промежуточных разновидностей. Финальной стадией формирования угля является антрацит — твердый, хрупкий, черный, с сильным блеском и раковистым изломом. Он имеет более высокий процент фиксированного углерода и, соответственно, меньше летучих компонентов, чем любой из других углей.

Угли образуют полностью градуированный ряд от торфа до твердого антрацита. Сравнение составов угольных материалов на разных стадиях ясно показывает, что произошло. Влага уменьшилась, определенные летучие углеводороды были удалены в виде газов, а кислород уменьшился. С другой стороны, остаточный фиксированный углерод, сера и обычно зола остались в более высоком проценте. Это изменение в составе графически представлено на рисунке 6.

В ходе этого процесса объем постепенно уменьшался, а плотность увеличивалась. Пять футов древесины или растения могут произвести около одного фута битуминозного угля или шесть десятых фута антрацита.

Точные физические условия в Земле, которые определяют прогрессивные изменения в углях, описанные выше, не могут быть полностью специфицированы. Время — один из факторов: чем дольше время, тем больше возможность для достижения этих результатов. Другим фактором, несомненно, является давление, обусловленное весом перекрывающих осадков или движениями земной коры. В торфе конденсационные изменения такого рода достигаются искусственно давлением брикетировочных машин. Другим фактором, как полагают, является тепло, развиваемое движениями земной коры и вулканизмом, которое, по-видимому, облегчает удаление летучих материалов и, таким образом, ускоряет градационные изменения, описанные выше. Это подтверждается тем фактом, что в местах, где горячие вулканические лавы проходили через угольные пласты, они локально производили угли антрацитовых и коксоподобных разновидностей. В целом, однако, не удалось определить степень, в которой тепло было ответственно за изменения. Угли, которые были развиты в разных местностях, в условиях, которые кажутся почти одинаковыми тепловыми условиями, могут показывать совершенно разные степени прогресса к антрацитовой стадии. Другим фактором, который был предложен как возможно способствующий изменению, является степень проницаемости пород, перекрывающих уголь, для летучих материалов, которые улетучиваются из угля во время его очистки. Аргументируется, что в областях складчатости или хрупких пород, где покров треснул, летучие газы имеют лучший шанс уйти, и что изменение к антрациту, вероятно, продвинется здесь дальше, чем где-либо еще.

Бактериальное действие является важным фактором на ранних стадиях, при частичном разложении растительного материала для формирования торфа; накопление продуктов жизнедеятельности от этого действия, однако, по-видимому, подавляет дальнейшую бактериальную активность.

Угольные месторождения имеют первичные формы осадочных пластов. Они обычно тонкие и таблитчатые, и широко линзовидные — в истинном масштабе будучи похожими на листы тонкой бумаги. Максимально они редко превышают 100 футов в мощности, а в среднем составляют менее 10 футов. Редко рабочий угольный пласт находится полностью один; вероятно, будет несколько наложенных и перекрывающихся угольных пластов, разделенных песчаниками, сланцами или другими породами. В Иллинойсе и Индиане есть девять рабочих угольных пластов, в Пенсильвании в некоторых местах около двадцати, а в Уэльсе их более ста, многие из которых разрабатываются. Некоторые из пластов имеют очень ограниченное распространение; другие удивительно устойчивы, один пласт в Пенсильвании имеет среднюю мощность от 6 до 10 футов на площади около 6000 квадратных миль. Только 2 процента угленосных мер восточной части Соединенных Штатов фактически являются углем.

Даже там, где они впоследствии не были нарушены деформацией, угольные пласты не свободны от структурной нерегулярности. Они изначально отлагаются в переменной мощности на неровных поверхностях. Во время их консолидации происходит большое уменьшение объема, приводящее к мелким разломам и складкам. Последующая деформация земными силами может развить дальнейшие разломы и складки, в результате чего конволюции угольного пласта могут быть очень сложными. Пласты угленосной серии обычно имеют различную мощность и компетентность, и, как следствие, они не принимают одинаковые формы при складчатости. Сдвиг между пластами может привести к запутанному контуру для одного пласта, в то время как пласты выше и ниже могут иметь гораздо более простые контуры. Короче говоря, прослеживание угольного пласта требует почти на каждой стадии применения принципов структурной геологии. Очевидно также, что идентификация и локализация осадочных геологических горизонтов необходимы, а следовательно, и применение принципов стратиграфии.

Фолио Геологической службы Соединенных Штатов по угленосным областям представляют высокоразвитые методы картирования и представления геологических особенностей угольных пластов. На поверхностной карте указаны топография, геологические горизонты и линии выхода угольных пластов. Кроме того, указаны подповерхностные контуры одного или нескольких угольных пластов, которые выбраны в качестве опорных горизонтов. Подповерхностная структура, даже если она сложна, может быть легко прочитана с одной из этих поверхностных карт. С добавлением подходящих поперечных разрезов и сравнительных колонок история становится полной. При изучении залегания угольных пластов читатель не может сделать ничего лучше, чем ознакомиться с одним или несколькими фолио Геологической службы.

Высококачественные угли восточной и центральной частей Соединенных Штатов встречаются в породах каменноугольного периода. Само название «каменноугольный» (Carboniferous) возникло благодаря тому, что породы этого геологического периода содержат продуктивные угольные пласты во многих частях света. Угленосные толщи Великобритании, Германии, Бельгии и северной Франции, России, а также крупнейшие угольные пласты Китая относятся к каменноугольному периоду. Отложения этого периода включают основную часть мировых запасов антрацита и высококачественного битуминозного угля. Угольные месторождения более позднего возраста многочисленны, но в целом они имели меньше времени для прохождения процессов конденсации и облагораживания, и поэтому их общее качество ниже. В западной части Соединенных Штатов имеются огромные количества суббитуминозного угля мелового периода, а также третичные лигниты, которые местами были преобразованы в результате горообразования в битуминозные и полубитуминозные угли. Юрские угли известны во многих частях мира за пределами Северной Америки, а лигниты третичного возраста широко распространены в Азии и Европе.

НЕФТЬ

Экономические особенности

Нефть занимает второе место после угля среди энергетических ресурсов. Быстрый рост спроса со стороны автомобильной промышленности и использование мазута для производства энергии, по-видимому, ограничиваются только количеством доступного сырья.

Добыча и запасы. Распределение текущей годовой добычи нефти, общей добычи за прошлые годы и оценочных запасов по странам представлено в процентах от мирового итога в таблице [19] на противоположной странице.

Эта таблица указывает на огромное доминирование Соединенных Штатов как в текущей, так и в прошлой добыче нефти, а также на концентрацию отрасли в нескольких странах. Кроме того, Соединенные Штаты контролируют значительную часть мексиканской добычи, а также добычу в других частях мира, что доводит их общий контроль над добычей как минимум до 70 процентов от мирового итога. Несмотря на большую внутреннюю добычу, Соединенные Штаты в последнее время потребляют больше нефти, чем производят. Импорт сырой нефти примерно уравновешивается экспортом керосина, мазута, смазочных материалов и т. д. Утверждается, что потребление нефти на душу населения в Соединенных Штатах в двадцать раз выше, чем в Англии. С другой стороны, остальные основные производители потребляют гораздо меньше, чем производят, а излишки экспортируются.

Нефть из Соединенных Штатов, России, Голландской Ост-Индии, Индии, Румынии и Галиции по большей части перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах вблизи источника снабжения или у морского побережья, а экспорт состоит из продуктов переработки. Мексиканская нефть в основном экспортируется в сыром виде в Соединенные Штаты, хотя все большее количество перерабатывается внутри Мексики.

Цифры, приведенные в таблице для запасов нефти, являются, конечно, самыми грубыми приближениями, особенно для некоторых менее изученных стран. Однако они составлены на основе лучших доступных источников и могут служить по крайней мере для демонстрации видимого относительного положения различных стран в настоящее время. Дальнейшая разведка, вероятно, изменит процентные соотношения и значительно увеличит общие показатели. Существенной особенностью этих цифр является контраст, который они указывают между распределением запасов и распределением прошлой добычи. В частности, они показывают, что запасы Соединенных Штатов, которые оценены более точно, чем запасы любой другой страны, находятся в гораздо более низком соотношении к прошлой добыче, чем запасы в других странах. В 1920 году было подсчитано, что около 40 процентов запасов Соединенных Штатов исчерпаны. [20]

ТЕКУЩАЯ И ПРОШЛАЯ ДОБЫЧА И ЗАПАСЫ НЕФТИ ПО СТРАНАМ В ПРОЦЕНТАХ ОТ МИРОВОГО ИТОГА

Country Per cent of production, 1918 Per cent of total production, 1857-1918 Per cent of total oil resources

United States and Alaska 69.15 61.41 16.26

Mexico 12.40 3.80 10.51

Russia (southeastern Russia, southwestern 7.86 24.96 15.69

Siberia, region of the Caucasus, northern

Russia, and Saghalien

East Indies 2.58 2.51 7.00

Roumania, Galicia, and western Europe 2.79 4.07 2.64

India 1.55 1.41 2.31

Persia and Mesopotamia 1.40 .19 13.51

Japan and Formosa .48 .51 2.87

Egypt and Algeria .40 .07 2.15

Germany .14 .22 —

Canada .06 .33 2.31

Northern South America, including Peru, .93 .43 13.31

Trinidad and Venezuela

China — — 3.19

Italy }

Cuba } .02

Other countries }

World total 100.00 100.00 100.00

Заглядывая в будущее, становится ясно, что произойдут значительные сдвиги в центрах основной добычи нефти в направлениях, указанных цифрами запасов. В частности, заметное развитие добычи можно ожидать в ближайшем будущем в странах, граничащих с Карибским морем и Мексиканским заливом. В восточном полушарии добыча быстро растет в Персии и Месопотамии; а Россия, со стабилизацией политических условий, может в конечном итоге стать ведущим мировым производителем нефти. При нынешнем указанном уровне добычи мировые запасы, оцениваемые в настоящее время, были бы исчерпаны через восемьдесят шесть лет, а пик добычи был бы пройден раньше. При продолжающемся ускорении добычи общие запасы были бы исчерпаны за значительно меньшее время — при условии, что физические условия позволили бы выкачивать нефть из земли с необходимой скоростью, чего они, вероятно, не позволят. Эти цифры, если принимать их за чистую монету, тревожны; но Земля предлагает такие огромные возможности для дальнейших открытий, что срок службы нефтяных запасов, указанный выше, вероятно, будет значительно продлен. Много раз в истории минерально-сырьевой промышленности казалось, что конец близок для определенных продуктов; но с увеличением спроса на эти продукты приходила повышенная активность в разведке, в результате чего до сих пор не был достигнут определенный конец ни для одного из них. Более насущные проблемы нефтяной промышленности представляются автору несколько иного характера: во-первых, можно ли сделать так, чтобы открытие и добыча нефти шли в ногу с огромным ускорением спроса; и во-вторых, регулирование политического и финансового контроля над нефтяными ресурсами, владение которыми становится все более жизненно важным для национального процветания.

Что касается первого вопроса, то сегодня гораздо более сложная проблема — найти и разработать источник нефти для замены годовой мировой добычи (в последнее время полмиллиарда баррелей), чем это было двадцать лет назад, когда для этой цели необходимо было найти лишь одну пятую этого количества; и если спрос не будет сдерживаться, будет еще труднее заменить три четверти миллиарда баррелей нефти, которые, несомненно, потребуются через несколько лет. Независимо от количества нефти, фактически находящейся в земле, вполне возможно, что физические ограничения на скорость ее обнаружения и извлечения не позволят сделать ее доступной так быстро, как это необходимо для удовлетворения растущего спроса. Этот факт, вероятно, даст о себе знать через повышение цены. Другими естественными результатами должны стать разработка заменителей, таких как спирт или бензол для бензина; более полное извлечение нефти из горючих сланцев; и общее ускорение мер по консервации различного рода. Все это паллиативы, а не основные средства правовой защиты. Чтобы произвести достаточно спирта для замены бензина, получаемого сейчас из нефти, потребовалась бы очень значительная часть мировых запасов продовольствия. Чтобы произвести достаточно бензола (побочного продукта кокса) для замены бензина, потребовалось бы производство во много раз большего количества кокса, чем сейчас требуется мировой промышленности. Развитие промышленности горючих сланцев до такой степени, чтобы она могла поставлять что-то похожее на количество нефти, получаемое сейчас из нефтяных месторождений, означало бы строительство огромных заводов, включая города, железные дороги и другое оборудование, эквивалентное предприятиям угольной промышленности. Применение любой из различных мер по консервации, обсуждаемых на последующих страницах, лишь временно облегчило бы ситуацию.

Вопрос о политическом и финансовом контроле над поставками нефти можно проиллюстрировать на примере Соединенных Штатов. По текущим цифрам кажется, что в течение трех-пяти лет пик добычи в этой стране будет пройден; и при нынешнем уровне добычи срок службы запасов может составить не более семнадцати-двадцати лет. Конечно, добыча не могла бы продолжаться до конца такими темпами, и фактический срок службы будет неизбежно дольше. Опять же, сомнительным фактором является возможность дальнейших открытий. Многие благоприятные структуры были нанесены на карту, но еще не были пробурены, и существуют значительные неисследованные районы, где выходы пород настолько редки, что на поверхности нет никаких ключей к местоположению благоприятных структур. Будущее, вероятно, увидит значительное количество неглубокого бурения с единственной целью геологической разведки. На протяжении более десяти лет важные части государственных земель были недоступны для разведки, но Конгресс теперь принял законодательство, которое открывает огромные территории для этой цели.

Даже с учетом больших допущений на эти возможности, кажется маловероятным, что добыча в Соединенных Штатах может увеличиваться очень долго ускоряющимися темпами внутреннего спроса, который уже превышает внутреннюю добычу. Поставки из Мексики в значительной степени контролируются американским капиталом и, таким образом, становятся доступными для Соединенных Штатов (при условии, конечно, политических условий); но даже с учетом этого, Соединенные Штаты находятся в несколько неблагоприятном положении по сравнению с некоторыми другими странами. Эта ситуация направляет внимание на возможность сокращения экспорта нефти и на возможность приобретения дополнительных поставок нефти в зарубежных странах. В этом поиске Соединенные Штаты особенно ограничены тем, что большинство зарубежных стран, признавая жизненно важную национальную значимость нефтяного ресурса, наложили строгие ограничения на разведку посторонними лицами. Граждане Соединенных Штатов исключены из возможности приобретения нефтяных концессий или им разрешено делать это только на условиях, которые аннулируют контроль, в Британской империи, Франции, Японии, Нидерландах и других местах, и тенденция все еще сильно движется в направлении дальнейшего исключения. Поскольку месторождения Соединенных Штатов все еще открыты для всех желающих, было высказано предположение, что некоторые ограничения со стороны Соединенных Штатов могут быть необходимы для целей самозащиты или в качестве помощи в обеспечении доступа к зарубежным месторождениям. Активность Англии во время и после войны увеличила количество нефти, контролируемой этой страной, с незначительного количества до потенциально более половины мировых запасов нефти. Проблема будущих поставок нефти для Соединенных Штатов представляет собой острую фазу общего вопроса о государственном сотрудничестве или участии в минерально-сырьевых отраслях, который далее обсуждается в главе XVIII.

В следующей таблице обобщено распределение добычи нефти в Соединенных Штатах, а также основные особенности ее геологического распределения и характера.

Эта таблица в сочетании с рис. 8 ниже ясно показывает, что основная часть добычи нефти в Соединенных Штатах поступает из двух великих источников — пенсильванских песчаников месторождения Мид-Континент в Канзасе и Оклахоме, а также меловых и третичных отложений южной половины Калифорнии. Феноменальное развитие месторождения Центрального и Северного Техаса в 1919 году увеличило его добычу примерно до одной шестой от общего объема страны. Более старое Аппалачское нефтяное месторождение, простирающееся от Нью-Йорка до Западной Виргинии и Теннесси, было первым открытым районом; оно до сих пор является одним из наиболее продуктивных месторождений, хотя давно прошло свой максимум добычи. Другими основными источниками нефти являются месторождение побережья Мексиканского залива в Луизиане и Техасе, месторождение Северной Луизианы, месторождение южного Иллинойса и регион Скалистых гор. Этот последний регион, содержащий большие площади государственных земель, недавно открытых для разведки, обещает давать увеличивающиеся количества нефти в течение некоторого времени.

ПРОШЛАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ. (ЦИФРЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ США)

State Age of containing rocks Base Production for 1919 (barrels) Total production including 1918 (barrels)

Alaska East-Low. Tertiary Paraffin (a) (a)

West-Jurassic

California Cretaceous: Tertiary Ashpalt 97,531,997 1,110,226,576

Colorado Pierre-Cretaceous Paraffin 143,286 11,319,370

Illinois Mississippian-Pennsylvanian Paraffin 13,365,974 298,225,380

Indiana East-Ordovician (Trenton) Paraffin 877,558 106,105,584

West-Pennsylvanian

Kansas Pennsylvanian Par.-Asph. 45,451,017 148,450,298

Kentucky, Mississippian Paraffin 4,376,342 18,213,188

Tennessee

Louisiana Cretaceous-Quat. Paraffin 16,042,600 150,769,911

Cretaceous-Eocene

Michigan, Carboniferous Paraffin (a) (a)

Missouri

Montana — — 69,323 213,639

New Mexico Carboniferouos-Cretaceous — (a) (a)

New York, Devonian-Carboniferous Paraffin 8,216,655 788,202,717

Pennsylvania

Ohio, East Ordovician-Carboniferous Paraffin 7,285,005 463,367,386

and West

Oklahoma Pennsylvanian Paraffin 103,347,070 851,320,457

Texas Pennsylvanian, Cretaceous-Quat. Asph.-Par. 38,750,031 327,550,005

Utah — — (b) (b)

West Virginia Devonian-Carboniferous — 7,866,628 294,474,710

Wyoming Carboniferous-Cretaceous Asph.-Par. 12,596,287 40,019,573

Other — — 7,943 112,925

355,927,716 4,608,571,719

(a) Included in "Other." (b)Included in Wyoming.

Рис. 7. Диаграмма, показывающая текущую тенденцию Соединенных Штатов в отношении их невыработанных запасов нефти. Данные Геологической службы США. По Гилберту и Поугу.

Методы оценки запасов. Может быть интересно узнать, на каком основании делаются прогнозы о сроке службы нефтяного месторождения. Процесс по существу заключается в построении кривых добычи и их проецировании в будущее с приблизительными наклонами, наблюдаемыми в районах, которые уже приближаются к истощению. [21] Хотя нет двух одинаковых скважин или районов, эти кривые имеют групповые характеристики, которые используются в качестве грубой основы для интерпретации будущего.

Рис. 8. Годовая добыча основных нефтяных месторождений Соединенных Штатов за последние двадцать лет. Данные Геологической службы США.

Менее надежный метод заключается в расчете на основе геологических данных объема и пористости нефтеносных резервуаров и оценке процента извлечения на основе текущей практики и условий. Полные данные для этого метода часто недоступны; но в первые годы разработки месторождения, до того как установлены кривые добычи, этот метод может служить для грубого приближения.

Рис. 9. Кривая, показывающая обычное снижение добычи на нефтяном месторождении после достижения периода максимальной отдачи. По Ральфу Арнольду. Нефтяные ресурсы Соединенных Штатов, отчет Смитсоновского института за 1916 г., стр. 283. Сравните эту теоретическую кривую окончательного снижения с кривой добычи, показанной на рис. 8.

Классы нефтей. При перегонке сырой нефти последовательно выделяются различные вещества, и она постепенно густеет, пока не оставит твердый остаток, который может быть в основном либо парафиновым воском, либо асфальтом. Два основных класса нефтей определяются природой этого твердого остатка. Выделяемыми продуктами являются природный газ, а затем жидкие углеводороды различных видов, которые испаряются в порядке их легкости. Таким образом, нефть представляет собой смесь или взаимный раствор различных жидкостей, газов и твердых веществ. Почти одна пятая внутреннего потребления сырой нефти сжигается непосредственно в качестве топлива, а четыре пятых перерабатываются. Несколько основных первичных продуктов переработки — это бензин, керосин, мазут и смазочное масло; но они могут быть расщеплены на другие вещества, каждое из которых является отправной точкой для дальнейшей переработки, в результате чего современная коммерческая практика дает несколько сотен веществ, имеющих коммерческую ценность. С ростом химических и технических знаний эти продукты умножаются. Быстро растущий спрос на бензин привел к использованию процессов, которые извлекают большую долю этого вещества из сырья путем «крекинга» или расщепления других веществ; но хотя под давлением необходимости существует возможность незначительной модификации пропорций основных веществ, извлекаемых из сырой нефти, изменить эти пропорции существенно невозможно. Поэтому проблема заключается в приведении относительного спроса в соответствие с поставками различных продуктов. Внутренний спрос на бензин превышает предложение. С другой стороны, спрос на керосин, который должен производиться в то же время, намного меньше внутреннего предложения. Отсюда важность поддержания экспортных рынков для керосина.

Природа или качество нефти различных месторождений является важным вопросом при рассмотрении запасов на будущее. Возможно, половина запасов Соединенных Штатов состоит из нефтей на асфальтовой основе из Калифорнии и некоторых месторождений Мексиканского залива, которые дают сравнительно небольшое количество бензина и других ценных легких продуктов, хотя они очень удовлетворительны для топливных целей. Аналогичным образом, большие резервные тоннажи нефти в Мексике и странах Карибского бассейна, в Перу и, вероятно, в России, по существу являются более тяжелыми нефтями более низкого качества. Нефти месторождений Мид-Континент и восточных месторождений Соединенных Штатов, Онтарио, Голландской Ост-Индии, Бирмы, а также Персии и Месопотамии, как сообщается, в основном относятся к типу на парафиновой основе, который из-за большего выхода бензина и легких нефтей в настоящее время значительно более ценен. Эти обобщения, конечно, подлежат оговоркам, поскольку нефти данного региона могут значительно различаться, а некоторые нефти имеют промежуточный характер, содержа как асфальт, так и парафиновый воск.

Консервация нефти. Быстрый рост спроса на нефть по сравнению с открытием новых источников естественным образом ведет к более интенсивному изучению аспектов консервации в отрасли. Это сложная и трудная тема, которую мы не будем рассматривать подробно, но мы можем указать на некоторые фазы проблемы, которые получают особое внимание.

Рис. 10. Диаграмма, показывающая относительную стоимость основных нефтепродуктов, произведенных в Соединенных Штатах с 1899 по 1914 год. По Гилберту и Поугу. Обратите внимание на уменьшающееся значение керосина в поддержании стоимости переработки и необходимость экспорта для поддержания сбалансированного сбыта продуктов. Данные Стори Б. Лэдда, Нефтепереработка. Перепись обрабатывающей промышленности: 1914, Бюро переписи населения, Вашингтон, 1917, стр. 10.

Около 50 процентов нефти в пористых пластах нефтяных месторождений обычно не извлекается, потому что она прилипает к породе. Предпринимаются усилия по различным направлениям для увеличения процента извлечения — например, предотвращение просачивания воды в нефтяные пласты, использование искусственного давления и улучшенная откачка. «Газовый бензин» (casing-head gasoline) извлекается во все возрастающей степени из природного газа, который раньше позволяли рассеивать в воздухе.

Мелкое дробление собственности на месторождение с последующим умножением скважин и неограниченной конкуренцией ведет к грубому перепроизводству и крайне расточительным методам. Более быстрое истощение одной скважины по сравнению с другими может привести к затоплению нефтеносных песков солеными водами, поступающими снизу. Были предприняты различные усилия по более систематической и скоординированной разработке нефтяных месторождений.

В целом, организация и техника, связанные с разработкой нефтяного месторождения, улучшаются в направлении извлечения большего процента от общего количества доступной нефти.

Более совершенные методы переработки нефти и переработка большего процента сырой нефти делают нефть более доступной для большего разнообразия целей и, следовательно, более ценной. Большие успехи были достигнуты в этих направлениях, особенно в применении метода «крекинга» для большего извлечения более ценных легких нефтей за счет менее ценных тяжелых нефтей. Аналогичным образом, модификации двигателей внутреннего сгорания, вероятно, позволят использовать в возрастающем числе случаев продукты с меньшей летучестью, чем бензин.

Одним из достижений в области консервации в ближайшие годы, вероятно, станет ограничение количества сырой нефти, используемой непосредственно для топлива и дорожных целей без переработки. Такое использование сырой нефти сокращает выход весьма желательных продуктов при дистилляции нефти. Были предложены различные другие ограничения в использовании нефти, такие как сокращение использования бензина в прогулочных автомобилях. «Безбензиновые воскресенья» во время войны представляли собой попытку такого рода. В целом, кажется вероятным, что такие ограничения придут в основном через повышение цены на нефтепродукты.

Замена нефти из горючих сланцев и спирта для бензина, уже упомянутая, будет консервационной в отношении нефти, хотя, возможно, и не в отношении других элементов проблемы.

Геологические особенности

Органическая теория происхождения. Согласно этой теории, скопления органических материалов в осадочных пластах, обычно илах или мергелях, медленно изменялись и перегонялись в течение геологических эпох; продукты перегонки мигрировали преимущественно вверх к пористым пластам, таким как песчаники или кавернозные известняки, где при подходящих условиях они оказывались в ловушке.

Считается, что исходным органическим материалом были растения низшего порядка и животные организмы (такие как фораминиферы), которые отлагались в виде органического детрита с илом и мергелем на дне прудов, озер, эстуариев и на морском дне — как в соленых, так и в пресных водах. Предполагается, что бактерии сыграли роль на ранней стадии изменения, иногда называемой биохимической стадией. Когда органическое вещество было погребено под более поздними отложениями и подверглось давлению, физические условия были ответственны за дальнейшую волатилизацию или дистилляцию. Эта стадия называется геохимической стадией. Существует много общего в происхождении угля, горючих сланцев и нефти. Согласно Уайту, [22]

будет ли входящее органическое вещество, будь то растительное или животное, частично преобразовано в уголь обычного типа, в кеннель, в горючий сланец, в органические остатки в так называемых битуминозных сланцах и углистых сланцах, или в нефть и природный газ, зависит от состава входящего органического детрита, условий его накопления или отложения и степени микробного воздействия.

Уайт далее развил важный принцип, что на геохимической стадии развития как уголь, так и нефть реагируют на физические воздействия примерно одинаково; и что поэтому, когда оба встречаются в одной и той же геологической серии, степень концентрации угля, измеряемая его процентным содержанием углерода, может быть показателем стадии развития нефти. Более конкретно, там, где уголь содержит более 65–70 процентов фиксированного углерода, шансы на нахождение нефти поблизости невелики (хотя могут быть найдены коммерческие газовые месторождения), вероятно, по той причине, что геохимические процессы дистилляции зашли так далеко, что улетучили нефти, оставив твердые остатки в породе. Уайт также обнаруживает, что нефти низшего сорта, со значительным содержанием асфальта, встречаются в регионах и формациях, где угольные месторождения наименее изменены, а более легкие нефти высшего сорта, в целом, там, где уголь был доведен до соответственно более высоких рангов; другими словами, вплоть до точки полного устранения нефти, улучшение качества нефти сопровождается повышенной карбонизацией угля. Принцип, следовательно, становится полезным при разведке в геологических сериях, где нефть ассоциируется с углем. Там, где уголь находится в одной серии, а нефть в другой, разделенных несогласием (указывающим на разные условия развития), принцип может не соблюдаться, даже если существует тесная географическая ассоциация.

Нефтяные и газовые дистилляты мигрируют вверх под давлением газа и под давлением грунтовых вод. Если нет перекрывающих непроницаемых пластов, чтобы обеспечить подходящие условия ловушки, или условий для замедления потока, нефть может быть потеряна. Условия, благоприятные для улавливания, — это перекрывающие непроницаемые пласты, изогнутые в антиклинали, или другие структурные неровности, обусловленные либо вторичной деформацией, либо первичным отложением, которые могут задержать нефть на ее пути вверх. Куполообразная структура или антиклиналь может быть обусловлена напряжениями, которые выгнули пласты, или неравномерным оседанием отложений, различающихся по характеру или мощности; таким образом, некоторые антиклинальные структуры месторождения Мид-Континент могут быть обусловлены оседанием глинистых отложений вокруг менее сжимаемых линз песчаника, которые могут действовать как нефтяные резервуары, или вокруг островов, которые возвышались над морями, в которых отлагались нефтеносные осадки и на берегах которых отлагались пески, способные действовать как нефтяные резервуары. Благоприятные условия для улавливания нефти могут быть обеспечены непроницаемыми глинистыми «заполнителями» (gouges) вдоль плоскостей разломов или дайками изверженных пород. Благоприятные условия могут также быть просто различиями в пористости пластов в нерегулярных зонах, определяемыми различиями либо в первичном отложении, либо в более поздней цементации.

Мощность нефтеносных пластов может варьироваться от 2–3 футов до 200 футов. Пористость варьируется от 5 до 50 процентов. В песчаниках среднее значение составляет от 5 до 15 процентов. В сланцах и глинах, которые обычно являются непроницаемыми «покрывающими породами», пористость может быть такой же высокой, но поры слишком малы и прерывисты, чтобы допустить движение.

Когда непроницаемая покрышка пробивается буровой скважиной, вероятно, сначала будет встречен газ, затем нефть, а затем вода, которая обычно соленая. Давление газа часто высвобождается с почти взрывной силой, что наводит на мысль, что это важная причина подземных давлений. Предполагалось также, что давления частично являются давлениями артезианских потоков. Вертикальное расположение нефти, газа и воды под непроницаемой покрышкой является результатом того, что более легкие материалы поднимаются вверх. В некоторых месторождениях нефть и газ были найдены в вершинах антиклиналей в водонасыщенных породах, а ниже по флангам складок или в синклиналях в ненасыщенных породах.

Локализация нефтяных месторождений, очевидно, определяется частично первичным органическим отложением, часто в соответствии со старыми береговыми линиями, и частично структурными, текстурными и другими условиями, которые улавливают нефть при ее миграции из источника.

Влияние дифференциальных давлений и складчатости на генезис и миграцию нефти. Другая органическая гипотеза, предложенная несколько недавно [23], заключается в том, что нефть образуется в результате дифференциального движения или сдвига в битуминозных сланцах, которые часто находятся в тесной связи с продуктивным песком нефтяного месторождения, и что движение нефти к соседним пескам осуществляется капиллярным давлением воды, а не обычной свободной циркуляцией воды под действием силы тяжести. Было показано, что капиллярные силы достаточно сильны, чтобы удерживать нефть в более крупных порах против влияния силы тяжести и циркуляции. Предполагается, что накопление нефти в коммерческие месторождения происходит в локальных областях, где пропитанный нефтью сланец из-за трещиноватости или разломов находится в прямом контакте с водой резервуарной породы. Это предполагает отсутствие широкой миграции. Эта гипотеза основана на экспериментальной работе с битуминозными сланцами. Общая ассоциация нефтяных месторождений с антиклинальными областями объясняется предположением, что антиклинали в целом являются областями максимального дифференциального движения, приводящего к дистилляции нефти, и что они обычно сопровождаются трещинами растяжения или разломами, создающими условия для миграции нефти. Данных, однако, недостаточно, чтобы указать степень, в которой антиклинальные области действительно являются областями максимального сдвига. Что касается точной природы процесса, неясно, в какой степени дифференциальное движение может включать повышение температуры, которое может быть контролирующим фактором в дистилляции, — хотя в эксперименте Маккоя нефть образовалась, когда не генерировалось сколько-нибудь значительное количество тепла.

Образование нефти под действием одного лишь давления на неизмененный сланец, как показано этими экспериментами, было принято Уайтом [24] как имеющее значительное влияние на геохимические процессы образования нефти. Под действием дифференциальных напряжений на мелкозернистые углистые пласты при достаточной нагрузке происходит значительная молекулярная перегруппировка, а также фактическое движение зерен породы — тем самым способствуя дистилляции нефти и газа из органического вещества в породах и выжиманию нефти, газа и воды в соседние породы, такие как грубозернистые песчаники и пористые известняки, которые более устойчивы к изменению объема под давлением. Миграция, концентрация и сегрегация нефти, газа и воды, как предполагается, осуществляются частично за счет эффекта капиллярных сил — вода, в силу своего большего капиллярного натяжения, стремится захватить и удержать меньшие пустоты, тем самым вытесняя нефть и газ в более крупные — и частично за счет действия силы тяжести.

Уайт также предполагает, что процесс может зайти дальше там, где материнские углистые пласты имеют такую мощность и находятся под такой нагрузкой перекрывающих пород, что они претерпевают значительную внутреннюю перестройку и изменение объема до того, как уступят напряжению путем антиклинального изгиба, — чем там, где пласты уступают быстро. Автору неясно, что внутренняя перестройка, предполагаемая в этой гипотезе, обязательно замедляется или останавливается антиклинальным изгибом. Внутренние напряжения присущи любой осадочной формации при оседании, консолидации и перекристаллизации под действием силы тяжести, и они могут быть независимы от региональных толчков извне.

Первые нефти, выделенные давлением из органического материнского вещества, вероятно, тяжелые, более поздние нефти — более легкие, а нефти из формаций и регионов, где изменение приближается к пределу карбонизации, характерно являются высшего сорта. Это обратный порядок продуктов, получаемых при термической дистилляции. Происходит ли также естественное фракционирование и улучшение первых тяжелых нефтей по мере того, как они подвергаются повторным миграциям, неизвестно.

Неорганическая теория происхождения. Другая теория источника нефти имела некоторых сторонников, хотя они в значительном меньшинстве. Это так называемая «неорганическая» теория, что нефть происходит из магм и вулканических эксгаляций. В поддержку этой теории внимание обращается на тот факт, что изверженные породы и связанные с ними газы часто несут карбиды или углеводороды; что многие нефтяные месторождения имеют наводящую на размышления географическую связь с вулканическими породами; и что некоторые из нефтяных куполов, как, например, в Мексике, вызваны пробками изверженных пород снизу. Было высказано предположение, что глубоко внутри Земли углерод соединен с железом в форме карбида железа, и что из карбида железа генерируются углеводороды нефти, либо с помощью воды, либо без нее. Карбид железа магнитен, и значение придавалось общему соответствию между местоположениями нефти в западной части Соединенных Штатов и регионами магнитных возмущений.

Кажется вполне вероятным, что какая-то неорганическая теория такого рода необходима для объяснения конечного источника нефти или веществ, которые становятся нефтью, но доказательства того, что органические агенты были в основном ответственны за основные нефтяные месторождения, известные в настоящее время, являются подавляющими.

Нефтяная разведка. Простой географической основой для нефтяной разведки является тот факт, что основные нефтяные месторождения мира расположены между 20° и 50° северной широты, и что до сих пор нет крупных нефтяных областей в тропиках или в южном полушарии. Это широкое обобщение может иметь мало ценности, когда разведка будет продолжена. Было также высказано предположение, что географическое распределение нефти примерно соответствует средним годовым температурам, или изотермам, между 40° и 70°. [25] Считается, что это нынешнее распределение температур может примерно указывать температуры прошлого, когда нефть накапливалась; и делается вывод, что существовало некое ограничение ареального отложения в пределах этих температурных границ. Если это правда, то единственные причины, по которым южное полушарие не является продуктивным, — это относительно малый размер сухопутных площадей и отсутствие разведки на сегодняшний день.

Подходя широко к проблеме нефтяной разведки, геолог рассматривает в общем виде виды и условия пород, которые, вероятно, являются нефтеносными или нефтебесперспективными. Шухерт [26] обобщает эти условия для Северной Америки следующим образом:

1. The impossible areas for petroliferous rocks.

(a) The more extensive areas of igneous rocks and especially those of the ancient shields; exception, the smaller dikes.

(b) All pre-Cambrian strata.

(c) All decidedly folded mountainous tracts older than the Cretaceous; exceptions, domed and block-faulted mountains.

(d) All regionally metamorphosed strata.

(e) Practically all continental or fresh-water deposits; relic seas, so long as they are partly salty, and saline lakes are excluded from this classification.

(f) Practically all marine formations that are thick and uniform in rock character and that are devoid of interbedded dark shales, thin-bedded dark impure limestones, dark marls, or thin-bedded limy and fossiliferous sandstones.

(g) Practically all oceanic abyssal deposits; these, however, are but rarely present on the continents.

2. Possible petroliferous areas.

(a) Highly folded marine and brackish water strata younger than the Jurassic, but more especially those of Cenozoic time.

(b) Cambrian and Ordovician unfolded strata.

(c) Lake deposits formed under arid climates that cause the waters to become saline; it appears that only in salty waters (not over 4 per cent?) are the bituminous materials made and preserved in the form of kerogen, the source of petroleum; some of the Green River (Eocene) continental deposits (the oil shales of Utah and Colorado) may be of saline lakes.

3. Petroliferous areas.

(a) All marine and brackish water strata younger than the Ordovician and but slightly warped, faulted, or folded; here are included also the marine and brackish deposits of relic seas like the Caspian, formed during the later Cenozoic. The more certain oil-bearing strata are the porous thin-bedded sandstones, limestones, and dolomites that are interbedded with black, brown, blue, or green shales. Coal-bearing strata of fresh-water origin are excluded. Series of strata with disconformities may also be petroliferous, because beneath former erosional surfaces the top strata have induced porosity and therefore are possible reservoir rocks.

(b) All marine strata that are, roughly, within 100 miles of former lands; here are more apt to occur the alternating series of thin and thick-bedded sandstones and limestones interbedded with shale zones.

Степень, в которой морские или солоноватоводные условия осадконакопления необходимы для последующего образования нефти, как это предполагается в приведенной выше цитате, долгое время была спорным вопросом. Можно отметить, что некоторые горючие сланцы, образовавшиеся в бассейнах пресной воды, содержат обильное органическое вещество, которое, несомненно, подходит для генерации нефти и газа, и что эти сланцы при дистилляции дают нефть, по существу такую же, как та, что получена из горючих сланцев морского происхождения; что некоторые важные нефтеносные пески более молодых Аппалачских формаций были отложены в водах, которые, как считается, были лишь слегка солеными; что природный газ присутствует в бассейнах пресной воды; и что не было продемонстрировано, что соль в заметных количествах необходима для геологической, так же как и для искусственной, дистилляции нефти. Большинство великих нефтяных месторождений находились в регионах морских или других соленоводных отложений, но не было доказано, что это необходимое условие. Уайт [27] говорит: «На нынешней стадии наших знаний бассейны пресной воды, которые в остальном, по-видимому, отвечают требованиям, должны разведываться без предубеждений».

Основные нефтеносные горизонты в любой местности сравнительно немногочисленны, и обычно легко определить стратиграфическими методами наличие или отсутствие благоприятного геологического горизонта. Зная последовательность и мощности пластов в данном регионе, можно по поверхностным выходам сделать вывод о приблизительной глубине под поверхностью, на которой может быть найден желаемый горизонт. Чтобы сделать это, однако, должны быть изучены условия осадконакопления, начальные неровности пластов, структурные условия, включая несогласия, и другие факторы.

При разведке нефти определение существования и местоположения надлежащего горизонта — это лишь начальный шаг. Например, нефть месторождения Мид-Континент в Соединенных Штатах находится в пластах пенсильвания, которые, как известно, занимают огромную площадь, простирающуюся от Иллинойса и Вайоминга на юг до Мексиканского залива. Эта информация явно недостаточно специфична, чтобы ограничить местоположение буровых скважин. Иногда высачивания нефти или проявления газа вблизи поверхности являются достаточным основанием для локализации буровых скважин. [28] Обычно, однако, необходимо найти какую-либо структурную особенность в виде купола или антиклинали, которая предполагает надлежащие условия улавливания для нефтяного месторождения. Это достигается геологическим и топографическим картированием поверхности. Проводятся нивелирование и контурирование, а выходы пород наносятся на карту. Поскольку выходы обычно относятся к разным геологическим горизонтам, необходимо выбрать один или несколько идентифицируемых пластов в качестве маркирующих горизонтов и нанести на карту их отметки в разных точках как средство определения структурных контуров пластов. Когда таким образом используются несколько ключевых горизонтов, их отметки должны быть приведены к отметкам одного общего горизонта путем прибавления или вычитания интервалов между ними. Например, зная последовательность, выход определенного песчаника может указывать на то, что маркирующий горизонт находится на 200 футов ниже, и структурный контур затем проводится соответственно. Наблюдения простирания и падения на поверхности полезны; но там, где пласты лишь слегка изогнуты, небольшие неровности в отложении могут сделать наблюдения простирания и падения бесполезными при определении крупных структур. Тогда необходимо прибегнуть к отметкам маркирующих горизонтов.