Нефть и газ - каустобиолиты

Нефть и газ относятся к горючим полезным ископае­мым, которые называются также каустобиолитами. Помимо не­фти и газа, к каустобиолитам относятся: торф, различные виды углей, горючие углистые сланцы, а также битумы. К горючим ископаемым относят и группу липтобиолитов, представляющих собой янтарь и его производные (древние смолы, отложившиеся в морском иле).

В химическом отношении каустобиолиты относятся к угле­водородам (УВ), так как углерод и водород являются основными элементами горючих ископаемых.

Существуют различные классификации каустобиолитов, на­пример, по физическому состоянию (жидкие, твёрдые и газооб­разные). Некоторые исследователи делили каустобиолиты на две большие группы — угли и битумы, другие подразделяли их на продукты, связанные с сапропелем (органический ил от разло­жившихся животных организмов) или гумусом (тоже ил, но из растительных остатков).

Наибольший интерес представляет классификация каустоби­олитов В. А. Успенского и О. А. Радченко по генезису, т. е. по условиям образования первичных продуктов и последующего их изменения (в физическом и химическом отношении) в течение геологической истории.

Рассмотрим упрощённый вариант упомянутой классифика­ции основных групп каустобиолитов — угольного и нефтяного рядов по стадиям преобразования различных видов УВ.

По исходным органическим остаткам, которые стали источ­ником первичных продуктов угольного и нефтяного рядов, есть существенное различие. Ещё больше различий отмечено по ус­ловиям образования торфа, с одной стороны, нефти и природ­ного газа, с другой.

Торф и угли образуются за счет отмирания высших растений и низших организмов в пресноводных (континентальных) бас­сейнах (озёра и болота), реже — в морских условиях (морском иле). При разложении растительных остатков в приповерхност­ных условиях при некотором доступе кислорода воздуха образу­ется торф — первый продукт угольного ряда, который обычно бывает рыхлым и насыщенным водой до 85—95%.

Источником образованием нефти и природного газа является преимущественно органическое вещество морей и крупных внут-риматериковых водоёмов. Эти полезные ископаемые образуют­ся в условиях погружения первоначальных осадков, богатых орга­ническим веществом (ОВ), на большую глубину, где происходит преобразование ОВ в УВ нефтяного ряда под влиянием высоких температуры и давления. Количество УВ возрастает при погру­жении на глубину более 600 м в прямом соответствии с нараста­нием пластовых температуры и давления.

Следовательно, первоначальная стадия, названная торфяной, характеризует два разных процесса, но находящихся на первой ступени образования первичных продуктов. Источники образо­вания указанных каустобиолитов и условия протекания процес­сов преобразования органических остатков в УВ существенно различаются для продуктов угольного (торф) и нефтяного ряда (нефть и газ).

В дальнейшей геологической истории указанные продукты под влиянием различных условий могли подвергаться преобра­зованиям — метаморфизму, в результате чего происходили из­менения их физического состояния и химического состава. Эти изменения приводят к возникновению двух различных по гене­зису продуктов: углей и битумов, которые, однако, в своих пре­образованиях проходят как бы одинаковые (параллельные) ста­дии. Эти стадии названы: буроугольной, каменноугольной и ан­трацитовой.

При этом в химическом отношении от стадии к стадии про­исходит постепенный процесс карбонизации продуктов, т. е.

увеличивается содержание углерода и уменьшается содержа­ние водорода.

Так, на буроугольной стадии в продуктах как угольного, так и нефтяного ряда содержание водорода (Н) колеблется в пределах 8—11%, углерода (С) 82—88%; на каменноугольной стадии эти соотношения следующие: Н — около 5—6%, С — 84—91%, а на антрацитовой соответственно: Н — около 1,5—3%, С — 95—98%.

В угольном ряду на буроугольной стадии из торфа образуются бурые угли, в том числе их разновидности: богхеды и гагаты, а также горючие сланцы. Богхеды и гагаты являются разновидно­стями ископаемого угля, причём, гагаты произошли из древеси­ны, отложенной в морском иле. К горючим сланцам относятся глинистые, песчанистые, известковистые осадочные породы, обогащенные органическим веществом как гумусового, так и сапропелевого типа.

На первой стадии метаморфизации (буроугольной) из нефти образуются вначале мальты, затем асфальты, а далее асфальтиты. В отличие от углей, где метаморфизм связан с дальнейшим уп­лотнением и углублением продуктов угольного ряда, превраще­ние нефтей в битумы, наоборот, происходит при подъёме нефтя­ных пластов под действием тектонических сил в приповерхнос­тные условия, вплоть до полного их подъёма на дневную повер­хность. В указанных условиях нефть окисляется и теряет свою лёгкую часть, становится более плотной и вязкой. Мальты явля­ются продуктами первой стадии окисления нефтей и имеют мяг­кую консистенцию. Плотность мальт составляет 0,96 г/см³.

Асфальты являются продуктом окисления мальт и в отличие от мальт характеризуются более твёрдой консистенцией.

Асфальтиты в химическом отношении имеют более высокую обогащённость асфальтово-смолистыми веществами, а по физи­ческому состоянию — это твёрдые хрупкие битумы. Перечис­ленные продукты, образованные на буроугольной стадии мета­морфизации нефтей, как и нефти, растворяются в органических растворителях и плавятся при Т = 90—100°С.

На каменноугольной стадии происходит дальнейшая метамор-физация углей и битумов. Из бурых углей образуются каменные угли, а из асфальтитов — кериты, которые внешне похожи на угли и используются наравне с каменным углём.

На следующей, антрацитовой стадии, каменные угли перехо­дят в антрациты, имеющие наиболее высокую степень метаморфизма в ряду углей. Содержание углерода в них достигает 92—97 %, а водорода всего 2,0—2,7%, кислорода 2—3%, азота — менее 1%, серы — 1—4%. Теплотворная способность — 8000-8200 ккал, поэтому антрацит является наиболее высококачествен­ным топливом.

На аналогичной стадии метаморфизма в нефтяном ряду из керитов образуются антраксолиты — продукты высшей степени карбонизации нефтяных битумов. К ним относятся: высшие и низшие антраксолиты и шунгиты — это твердые неплавкие и не­растворимые вещества. Они практически полностью состоят из углерода. Так, шунгит имеет состав: С — 96—98,7%, Н = 0,25— 1,4%, N = 0,15-1,06%, S = 0,31—0,47%, 0= 1,2-1,78%.

Конечный продукт метаморфизма углей и битумов представ­ляет собой графит, который состоит на 100% из углерода. Он как бы соединяет обе ветви каустобиолитов, хотя генезис их суще­ственно различается. Графит не является каустобиолитом, т.к. он не горит, однако он генетически связан с двумя рядами кау­стобиолитов. Следовательно, залежи графита, встречающиеся в земной коре, могут представлять собой конечный продукт пре­образования как углей, так и битумов.

Дата добавления: 2014-01-05