Каустобиолиты

В зависимости  от условий седиментационно – диагенетического преобразования кероген имеет разные свойства принято различать три типа керогена.

Кероген типа – I имеет химический состав, в котором отношение Н/С > 1,5, О/С < 0,1 и много липидного материала. При пиролизе (550-600 °С) он продуцирует широкую гамму летучих компонентов и наибольшее количество нефти по сравнению с другими и типами керогенов,

Формирование  керогена типа – I происходит в озерных обстановках, в мелких морях, болотах и лагунах, в условиях обильного накопления и слабого микробиального разложения водорослевого и планктоногенного материала в слабо – восстановительной среде. Примером керогена типа~1 является органическое вещество кукерских горючих сланцев Эстонии, тасманитов и куронгитов Австралии, богхедов Франции, торбанитов Шотландии, горючих сланцев Грин-Ривер (США).

Кероген типа – II имеет химический состав, в котором отношение Н/С относительно высоко (1,5-1,0), а значение О/С – низкое (0,1-0,2). Значительную роль в составе играют полиароматичвские ядра, сложноэфирные связи, сульфидные связи, битумоиды. При пиролизе кероген – II дает меньший выход продуктов, чем кероген-I. Однако они представлены нефтью и газом и составляют ~60% от всего органического вещества.

Образуется  кероген типа – II в морских резко – восстановительных обстановках, в осадках, обогащенных детритом зоо- и фитопланктона, разложенного бактериями. Кероген типа – II слагает нефтематеринские породы нижнетоарских горизонтов Парижского бассейна, пенсильванских горизонтов Северной Америки, доманиковых отложений Волго-Уральского, Прикаспийского и Западно-Сибирского бассейнов менилитовых сланцев Прикарпатья, хадумитовых сланцев Предкавказья, Сузакских сланцев Средней Азии, черных сланцев куонамской и малгинской свит Восточной Сибири. Наиболее ярким представителем керогена типа – II является захороненное органическое вещество баженовской свиты Западной Сибири.

Зарубежными исследователями доказано, что и  в зернистых фосфоритах рассеянное органическое вещество представлено керогеном типа – II.

Кероген типа – III имеет низкие значения Н/С (менее 1,0) и высокие значения атомного отношения О/С, достигающие 0,2-0,3. Строение его молекул напоминает строение молекул керогена – П, но он не содержит сложно эфирных группировок. При пиролизе он выделяет очень мало нефтепродуктов и, несравненно, больше газа.

Образуется  кероген типа – Ш из разложенных остатков высших наземных растений. Разложение происходит в субаэральных речных, в неморских паралических условиях. Их микробиальному разложению препятствует большая скорость накопления осадков и быстрое захоронение в мощных осадочных толщах континентальных окраин.

Примером  керогена типа – Ш может служить захороненное органическое вещество юрских отложений васюганской и тюменской свит Западной-Сибири, карбоновых отложений Кузбасса, сланцев Чаттагуга (США).

Рис 3.1

Глава 4

Преобразование каустобиолитов на стадиях катагенеза и метагенеза

В условиях эволюции земной коры, погружения и  поднимания осадочных бассейнов происходит преобразование не только пород, их минерального и газо-водной составляющих, но и захороненного в них органического вещества – керогена.

Преобразование  керогена на стадиях ката– и метагенеза происходит в результате увеличения Т и Р. Повышение температуры во время погружения осадочных отложений вызывает постепенную, перестройку структуры керогенов. Сначала в керогенах происходит разрыв слабых связей. При этом выделяется вода, углекислый газ и некоторые более сложные соединения. Позднее, в среднем катагенезе, высвобождаются углеводороды, образуется нефть, а затем и жидкий газ

В метагенезе керогены перестраиваются наиболее существенно. Слагающие их компоненты собираются в крупные агрегаты, выделяют сухой газ, преобразуются в высокоуглородистые соединения. Постепенно остается единственный выделяющийся углеводородный газ – метан. Соотношение Н/С и О/С падает.

Однако  в преобразовании разных типов керогенов и слагаемых ими пород имеются и свои характерные особенности.

Кероген типа – I и горючие сланцы, основу которых он составляет, в стадиальном эпигенезе выделяют молекулы азотистых, сернистых' и кислородных соединений. Они не имеют готовой нефти и выделяют в незначительных количествах битумоиды и газообразные углеводороды.

Из них  извлекается значительное количество сланцевой смолы – до 40% органического  вещества, Сланцевые смолы содержат 30-50% олифинов – соединений, которых практически, нет в природной нефти. Кроме того, для них характерно значительное содержание азота и серы.

Кероген типа – I и слагаемые им породы относятся к нефтаматеринским. Это связано с особенностью керогена – II, вслед за выделением воды и обильного СО2 генерировать значительное количество нефти и других углеводородов.

Состав  нефти сложен. В нем выделяются насыщенные углеводороды, ароматические  углеводороды, смолы, асфальтены, сернистые, азотистые соединения, металлоорганические компоненты.

С увеличением  глубины, температуры и времени  формирования нефти уменьшается  ее плотность и содержание серы, но увеличивается концентрация легких углеводородов (алканов).

Кероген типа – III и слагаемые им угли и углистые сланцы на стадиях катагенеза и метагенеза меняются существенно. Они проходят последовательный ряд углефикации, т.е. физико-химического и термобарического преобразования с увеличением количества углерода.

Следует подчеркнуть, что этот ряд непрерывный  и линейный. В нем последовательно  изменяются физические свойства: уменьшается  влажность, пористость, прозрачность, увеличивается плотность, показатель преломления, отражательная способность - RО. Химические изменения включают продолжающуюся конденсацию, полимеризацию и потерю функциональных групп с кислородом, азотом и серой.

Непрерывность, последовательность и закономерность изменения свойств керогена типа - III позволила использовать их для создания шкалы углефикации, а затем и шкала ката- и метагенеза. В ряду последовательного преобразования керогена типа – III углефицируется, а породы, испытывая постепенные преобразования, меняются в ряду: торф - бурый уголь - каменный уголь - углистый сланец - антрацит - аспидный сланец.

При преобразовании углистых пород и керогена типа – III происходит выделение воды, углекислоты, низкомолекулярных углеводородов, в частности, метана. Наиболее интенсивные выделения метана начинаются тогда, когда степень углефикации соответствует каменным углям.

Высокомолекулярные  углеводороды практически не генерируются. Видимо, в керогене типа – III, углях и углистых сланцах нет механизма выделения и миграции жидких углеводородов.

Итак, в  эволюции керогенов разных типов есть общие и отличительные особенности. К общим особенностям относятся: упорядочение структуры атомов углерода, удаление продуктов упорядочения, препятствующих этому процессу; выделение в начале катагенеза воды, углекислоты, гетероатомных соединений; в середине и конце катагенеза – нефти и жирного газа; в метагенезе – сухого газа.

Искусственная эволюция керогенов при нагревании (пиролизе) обнаруживает интересные их особенности. Все они разлагаются, последовательно выделяют продукты пиролиза, процесс протекает в интервале температур до 500-600° С, но есть особенности. Кероген типа – I и кероген типа – II выделяют эстеры – ферменты, содержащиеся в животных и микроорганизмах, кероген типа – II их не выделяет совсем.

Общность  некоторых свойств керогенов типа – I и типа – II подкрепляет имеющееся за ними общее название "сапропелиты" в отличие от "гумолитов", соответствующих керогену типа – III. Исследования, проводимые на кафедре минералогии и петрографии ТПУ, показали, что кероген типа – III имеет специфические ядерно – геохимические особенности. Именно они ответственны за механизм формирования и эмиграции жидких и газообразных углеводородов.

Вывод

В настоящее  время в угольной геологии закрепилось  представление о формировании большинства  месторождений на базе лесных болот, на месте произрастания растительности. Согласно этой точке зрения угли являются автохтонными образованиями. Однако это  не единственная точка зрения. Некоторые  ученные придерживаются несколько  иной точки зрения, считая органический материал во многих случаях аллохтонным, привнесенным водными потоками. Перенос  очень легких по удельному весу частиц растений может осуществляться в  водной среде с весьма слабой энергией, что характерно для водных потоков, действующих в условиях обширных аллювиально-озерных заболоченных равнин.

Ежедневно только в нашей стране добывают огромное количество полезных ископаемых, необходимое  в жизни.

 

 

Литература

1. Иванова Г.М., Столбова Н.Ф. Практикум по петрографии осадочных пород.
2. Муратов В.Н. Геология каустобилитов
3. Интернет-источники