Каустобиолиты

     Сапропелит - группа ископаемых углей, образовавшаяся преимущественно из продуктов преобразования остатков зоо- и фитопланктона. Сапропелиты сложены в основном микрокомпонентами группы альгинита, характеризуются высоким выходом летучих веществ и первичного дегтя, высоким содержанием водорода. Они имеют сероватый оттенок, матовый блеск, раковистый излом и однородную структуру с отсутствием в ней полосчатости. Слагают маломощные прослои и лишь в отдельных месторождениях образуют целые пласты или пачки. Наиболее распространены собственно сапропелиты – богхеды и полу-богхеды. Сапропелиты в рассеянных формах являются основным ОВ нефтематеринских пород.

     Богхед - уголь класса собственно  сапропелитов, слагает пласты толщиной 0,5-1 м. Цвет буро-черный, иногда оливковый, излом раковистый матовый. Состоит в основном из водорослей различной степени сохранности и величины с незначительным участием зеленоватой гелефицированной основной массы. Характеризуется повышенной плотностью, вязкостью. Содержание водорода составляет 8-12 % и летучих веществ 60-70 %. Загорается от спички и горит длинным коптящим пламенем.

     Горючие сланцы - глинистая, известковистая или кремнистая, плотная тонкослоистая, при выветривании листоватая или массивная осадочная породам с содержанием сингенетичного сапропелевого ОВ от 10-20 % до 60-80 %, обладающая способностью загораться от спички и гореть коптящим пламенем. По условиям образования близки к сапропелитовым углям, но содержат большое количество минеральных примесей. Цвет от желтоватого и светло-коричневого до темно-коричневого и зеленовато-коричневого, а также от оливково-серого до черного. При значительном нагревании горючие сланцы разлагаются с выделением нефтеподобной смолы (сланцевого масла), горючих газов и воды. Выход смол составляет от 5 до 50 %. Элементный состав колеблется в пределах (в процентах): углерод 56-82, водород 5,8-11,5, сера 1,5-9, азот 1-6, кислород 9-10. каменный уголь - ископаемый уголь средней степени углефикации черного или серовато-черного цвета с сильным блеском, черной и иногда темно-коричневой чертой. Состоит из сложных и простых ингредиентов; бывает однородный, но чаще полосчатый. Свободных гуминовых кислот не имеет, поэтому не окрашивает раствор едкой щелочи. Выход летучих веществ, в зависимости от степени углефикации, изменяется от 45 до 2 %, содержание углерода составляет 75-92 %, водорода - 2,5-5,5 %, кислорода - 1,5-15 %. По мере повышения степени метаморфизма в каменных углях увеличивается количество ароматических структур и степень их конденсированности и уменьшается влажность (от 12 до 1 %). Убывание кислорода сопровождается уменьшением содержания водорода. Соответственно стадиям углефикации выделяют шесть марок каменных углей: длиннопламенные, газовые, жирные, коксовые, ото- щенно-спекающиеся и тощие. Кроме этой, существуют генетические и промышленные классификации углей.

      Антрацит - уголь наиболее высокой  степени углефикации, плотностью от 1,4 до 1,7 г/см3, серовато-черный или черно-серый с ярким металловидным блеском, черта бархатисто-черная. Структура и текстура почти не различимы. Содержание углерода составляет 95-97 %, водорода 1-3 %, летучих веществ 2-8%. Антрацит не спекается, обладает заметной электропроводимостью.

     Шунгиты встречаются в жильной и пластовой форме. Жильные шунгиты это - черные, твердые вещества с блестящим раковистым изломом, твердостью 3-4, плотностью 1,8-2,0 г/см3, содержание углерода составляет 96-99 %, водорода - 0,2-0,5 %. Обладают значительной электропроводимостью. Пластовые шунгиты это – высокометаморфизованные осадочно-вулканогенные породы протерозойского возраста, богатые ОВ. Они содержат углерода от 10 до 80 %, остальная часть приходится в основном на минеральные примеси. В пластовых шунгитах обнаружены растительные структуры, схожие с древесиной, что указывает на их принадлежность к угольному (гумусовому) ряду.

     Графит органического происхождения  это - результат наиболее высокой стадии преобразования углей (ультраметаморфизма), образуется при контактовом воздействии интрузий на каменноугольные или антрацитовые пласты. Содержит 97-99 % углерода и небольшое количество водорода, кислорода и других элементов, поэтому не имеет полностью упорядоченной кристаллической структуры; она является скрытокристаллической или «аморфной».

     Выветрелые угли - образуются в результате физического выветривания и химического окисления ископаемых углей в зоне гипергенеза. Химическое окисление происходит за счет кислорода атмосферы и кислородсодержащих вод, циркулирующих в пластах углей. Выветрелые угли представляют собой рыхлую или порошкообразную массу. Они характеризуются уменьшением спекаемости, содержания углерода, водорода и увеличением содержания гуминовых кислот, кислорода, а также - увеличением влажности, зольности и выхода летучих соединений. Сапропелевые угли более устойчивы к выветриванию, чем гумусовые угли.

Условия образования каустобиолитов угольного ряда природных битумов  

  В природе  существуют многочисленные проявления и промышленные скопления минеральных веществ, которые являются продуктами изменения непосредственно нефти или дальнейшего изменения ее производных, состоящих в основном из углерода и водорода. Это мальты, озокериты, асфальты, асфальтиты, кериты и другие вещества, получившие название природных битумов. Они могут быть растворимы и нерастворимы в органических растворителях, иметь жидкую, вязкую или твёрдую консистенцию, но обязательной чертой битумов является эпигенетичность по отношению к вмещающей породе, то есть - миграционная природа их скоплений.

     Термин «битум» имеет древнее  происхождение. В настоящее время он применяется в трех несколько различных понятиях: генетическом, аналитическом и техническом. Генетическое понятие включает каустобиолиты нефтяного ряда (нафтиды) и их аналоги – нафтоиды.

     Аналитическое понятие включает  все вещества, извлекаемые из  горных пород органическими растворителями. Эти вещества называются по Н.Б. Вассоевичу битумоидами (битумоподобными). Обязательным признаком битумоидов является растворимость, а генетическое отношение к породе может быть различным – сингенетичным или эпигенетичным.

     Различают три аналитических  типа битумоидов: 1) битумоид А - извлекаемый из горной породы органическими растворителями без предварительной её обработки соляной кислотой; 2) битумоид В - извлекаемый обычно из углей в условиях высокого давления после предварительного извлечения битумоида А; 3) битумоид С – присутствующий в горной породе в связанном с ней состоянии и извлекаемый после предварительного удаления битумоида А и последующей обработки породы соляной кислотой.

     Техническое понятие «битум»  включает природные асфальты, продукты переработки нефти, горючих сланцев, а также угля, торфа и древесины (дегти), которые используются в качестве технического сырья. Определяющими признаками здесь являются только технические свойства, позволяющие применят их с различными целями: для дорожного покрытия, гидроизоляции, приготовления лаков и др. Рекомендуемое название этих веществ - «технобитумы»

     Образование природных битумов  связано с различными процессами, которые проявляются обособленно или накладываются друг на друга. И.С. Гольдберг (1981) разделил эти процессы на три ряда: гипергенный (окислительный), фазово-миграционный и термально-метаморфический и составил генетическую классификацию природных битумов.

   Гипергенный (окислительный) ряд природных битумов. В зоне гипергенеза нефти подвергаются дегазации, воздействию инфильтрационных вод, которые содержат кислород и микроорганизмы. Изменение нефтей происходитвследствие вымывания воднорастворимых компонентов, окисления и биодеградации. Биодеградация - это преобразование нефтей микроорганизмами на границе раздела нефть - вода. Бактериальному разрушению подвергаются в первую очередь нормальные алканы средних и высших фракций нефтей. Известно более 30 родов и 100 видов бактерий, грибов и плесеней, развивающихся на нефти. Углеводородокисляющие бактерии могут существовать при температуре 80-90 оС с минерализацией пластовых вод до 200 г/л.

     Все эти процессы сопровождаются  постепенным увеличением в нефтях доли смол и асфальтенов, сернистых, кислородных и азотистых соединений, повышением плотности, вязкости, а также - уменьшением содержания алканов. В результате нефть меняет свои свойства и превращается в мальту и другие асфальтовые битумы (асфальты, асфальтиты), которые заполняют трещины и поровое пространство пород-коллекторов или образует кировые покровы на земной поверхности.

     Другая линия, дающая начало группе  киров (мальтам, асфальтам, асфальтитам) связана с легкими малосмолистыми метановыми, нафтеновыми и нафтеново-метановыми нефтями, которые после излияния на поверхность, подверглись выветриванию и окислению под действием кислорода воздуха и образовали залежи битумов вокруг выходов нефтеносных пластов.

     При дальнейшем интенсивном химическом и бактериальном окислении асфальтовых битумов (мальт, асфальтов, асфальтитов), а также парафиновых битумов (озокеритов, гатчетитов), которые образуются при физической дифференциации нефтей, формируется группа оксибитумов - глубоковыветрелых разностей битумов (оксикеритов, гуминокеритов, озокеритов хорсанов, элатеритов). Полная биодеградация озокеритов завершается образованием альгаритов, которые теряют характерные признаки исходного вещества.

     В результате окислительных процессов во многих регионах мира сформировалось огромное количество поверхностных нефтепроявлений, а также промышленных скоплений природных битумов. Эти нефтепроявления дали в свое время основание для проведения нефтепоисковых работ.

     Фазово-миграционный ряд природных  битумов. Битумы этого ряда образуются при дифференциации УВ в процессе их перемещения по порам и трещинам в связи с изменением термобарических условий и нарушением равновесного состояния в коллоидной системе нефти.

     Если из нефти происходит выделение  лёгких фракций и газа, которые обладают меньшей вязкостью и лучшей миграционной способностью, то высокомолекулярные смолисто-асфальтеновые компоненты, находящиеся в ней в виде коллоидного раствора, теряют подвижность, осаждаются в пустотном пространстве коллектора и образуют залежи высоковязких битумов – мальт. Мальты далее могут трансформироваться в асфальты и асфальтиты.

     При миграции и аналогичной  фазовой дифференциации тяжелых газоконденсатов и высокопарафинистых нефтей образуется группа парафиновых битумов или парафинитов, которые разделяются на озокериты и гатчетиты.

     В процессе восходящей миграции, вследствие адсорбции породами смолисто-асфальтеновых веществ и ароматических УВ, происходит фильтрация нефтей. С понижением температуры до 40 оС адсорбция возрастает. Данные А.Г. Милешиной показывают, что нефти в результате миграции и адсорбции могут терять до 48-53 % тяжелых компонентов от их исходного количества.

     Асфальтены не растворимы в алканах, поэтому если в залежь смолистой нефти поступает газ или легкие алкановые УВ, то в этом случае происходит на рушение равновесное состояние в коллоидной системе нефти и осаждение асфальтовых веществ. Этот процесс называется деасфальтизацией нефти. Выпавшие в осадок асфальтовые вещества образуют скопления мальты, асфальта, асфальтита или керита, в зависимости от степени смолистости нефти и термобарических условий.

     Термально-метаморфический ряд природных битумов. Этот ряд формируется в результате различных процессов: при пиролизе твердых битумов в условиях контактового метаморфизма с образованием природных нефтяных коксов и высших антраксолитов; при метаморфической деструкции нефтяных УВ в гидротермальных системах с образованием керитов и низших антраксолитов; при деструкции ОВ в условиях контактового метаморфизма, когда образуются пиронафтоиды, а также - при динамометаморфизме с образованием нафтоидов - продуктов выжимания битуминозных веществ из пород при интенсивных тектонических напряжениях.

     В процессах контактового метаморфизма и динамометаморфизма участвуют в качестве исходного материала горючие сланцы, угли и доманикоидные породы. (Доманикиты - это породы с большим содержанием ОВ, от 8 до 20 %). При этом образуется сложный спектр битумов, среди которых В.А. Успенский и другие, а также И.С. Гольдберг выделяют альфа-, бета- и гамма-нафтоиды.

     Альфа-нафтоиды подобны дегтю и образуются из сапропелевых горючих сланцев. Они, при эволюции в зонах гипергенеза и катагенеза, могут дать битумы, аналогичные нефтяному ряду от мальт до антраксолитов.

     Бета-нафтоиды возникают в результате сепарации продуктов возгона парафиновых и олефиновых веществ в процессе гидротермального воздействия на исходное ОВ. При этом образуются озокеритоподобные рафинированные продукты – парафиниты (хризматиты, гатчетиты) и олефиниты. Олефиниты являются полимеризатами непредельных УВ. Для бета-нафтоидов характерна температура плавления, не превышающая 100 0С.

     Гамма-нафтоиды или кёртизиты - это органические минералы, состоящие преимущественно из поликонденсированных аренов. Они встречаются в сульфидно-ртутных месторождениях в виде кристаллов или кристаллических агрегатов желтого, оранжевого и синевато-зеленого цвета. Их плотность 1,2-1,3 г/см3, элементный состав: углерод 93,1-93,9 %, водород 5,5-6,1 %, температура плавления 300оС. Кёртизиты относятся к продуктам пиролиза ОВ под воздействием интрузий и гидротерм. Они не имеют аналогов среди нафтидов.

     Для всех нафтоидов характерны жильные формы залегания, а также небольшие включения.

     Таким образом, жидкие и газоконденсатные УВ системы образуют при воздействии разных факторов в различных условиях широкий спектр природных битумов, которые различаются по своим свойствам, составу и условиям залегания. Для природных битумов также характерно то, что одинаковые их классы образуются в разных геолого-геохимических условиях. Например, мальты, асфальты и асфальтиты образуются при гипергенных и фазово-миграционных процессах, а кериты при фазово-миграционных и термально-метаморфических процессах.