Каустобиолиты

Характеристика каустобиолитов битумного ряда

     Нефть - вязкая жидкость черного  или темно-коричневого цвета иногда, при солнечном свете, с зеленовато-желтым оттенком, реже почти бесцветная, жирная на ощупь, способная к перемещению в недрах. Нефть образуется в зоне катагенеза в результате преобразования рассеянного ОВ. Последующая миграция нефти в природных резервуарах и аккумуляция в ловушках способствует формированию ее залежей. В химическом отношении нефть - сложная смесь алкановых (от 0 до 93 %), циклановых (от 1 до 80 %) и ареновых (от 3 до 35 %) УВ и гетероатомных (серо-, кислород- и азотсодержащих) органических соединений. Содержание углерода составляет 82-87 %, водорода 11-14 %, кислорода, серы и азота в сумме - 1-2 %, но может достигать 8 %. Эти гетероэлементы, а также некоторые металлы (ванадий, никель, железо и др.) и неметаллы (фосфор) содержатся в основном в смолисто-асфальтеновых веществах, представляющих собой высокомолекулярные конденсированные циклические структуры с боковыми УВ цепями и гетероатомами. Молекулярная масса смол колеблется в пределах от 500-2000, а асфальтенов – от 1000 до 10000 Содержание смол и асфальтенов составляет от 0 до 10 %. В гипергенно измененных нефтях содержание смолисто-асфальтеновых веществ может достигать 20-40 %. Из нефтей выделено и определено более 800 индивидуальных углеводородных и не углеводородных соединений и порядка 50 микроэлементов. В нефтях присутствуют реликтовые молекулярные структуры (хемофоссилии) - УВ и гетероатомные соединения, близкие по структуре углеводородного скелета к биологическим веществам или их фрагментам. Под действием катагенетических и гипергенных факторов, а также в результате миграционных процессов состав и свойства нефти меняется. Нефть почти всегда содержит в пластовых условиях растворённый газ, количество которого может достигать значений 600-750 м3 газа на тонну нефти. В физическом отношении нефть - это коллоидно-дисперсная система. Ее плотность колеблется в пределах от 0,72 до 1,05 г/см3 (обычно 0,82-0,90). Начало кипения 35-100 оС и выше, температура застывания колеблется от плюс 23 до минус 60 оС. По температурам кипения нефть содержит фракции, выкипающие в интервале температур от 35 до 600 оС. При увеличении содержания парафинов температура застывания нефти повышается, а при увеличении содержания смол - понижается. Нефть хорошо растворима в органических растворителях и практически не растворима в воде при нормальных условиях. Её растворимость в воде возрастает, начиная с температуры 100-1100 С и при повышении давления.

        Асфальтовые битумы - группа природных битумов, в составе которых преобладают асфальтово-смолистые вещества или их наиболее карбонизированные компоненты (карбены, карбоиды). К ним относятся классы мальт, асфальтов, асфальтитов, керитов, антраксолитов, оксикеритов и гуминокеритов.

        Киры - группа природных битумов (мальт, асфальтов и асфальтитов), образующаяся в результате субаэрального выветривания метановых (алкановых) и нафтеновых (циклановых) слабосмолистых нефтей. Характеризуется обогащенностью кислородом и обедненностью азотом. Это название часто применеется по отношению не только к чистому битуму, но и к породе в целом, содержащей какую либо группу данных битумов.

        Асфальтиды - группа природных битумов асфальтового ряда (мальты, асфальты, асфальтиты), образовавшихся при гипергенном окислении циклических смолистых нефтей.

        Мальты - вязкожидкие, вязкие, иногда твердые легкоплавкие битумы черного цвета, иногда с запахом сероводорода, граничащие по составу и свойствам с тяжелыми высокосмолистыми нефтями (по зарубежной классификации мальта - это тяжелая нефть). Плотность 0,97-1,05 г/см3. Состав в процентах: углерод 80-87, водород 10-12, сера до 9; масла 40-65, смолы и асфальтены 35-60. Наиболее часто образуются в результате биохимического и химического окисления нефтей и испарения легких фракций УВ, в местах их неглубокого залегания или выхода на поверхность, а также при миграции нефти.

     Асфальты - вязкие или твердые  битумы почти черного цвета плотностью 1,0-1,1 г/см3 и температурой плавления до 100 оС, полностью растворимые в хлороформе, сероуглероде, скипидаре. Занимают промежуточное место между мальтами и асфальтитами. Групповой состав в процентах: масла 25-40, смолы 3-50, асфальтены 15-40. Образуются как в результате окисления нефти и испарения ее легких фракций, так и осаждения асфальтово-смолистых компонентов в пласте при поступлении в нефтяные залежи метана или легких парафинистых нефтей. В зависимости от степени окисленности (в аэробных или анаэробных условиях) и степени осерненности элементный состав изменяется в широких пределах. Сильно окисленные (обогащенные кислородом) асфальты иногда называют оксиасфальтами. В природе встречаются в виде покровов («озер»), асфальтоносных пластов с содержанием в породе от 2 до 23 % и жил. Жильные асфальты отличаются пониженным содержанием кислорода.

     Асфальтиты - твердые, иногда хрупкие высокоплавкие битумы, полностью растворимые в органических растворителях. Их плотность 1,1-1,2 г/см3, температура плавления 100-300 оС. Содержат до 25 % масел и более 75% асфальтово-смолистых компонентов. Являются результатом более глубокой окислительной полимеризации асфальтов; дифференциации УВ при миграции или результатом разбавления тяжелых смолистых нефтей газом или легкими парафиновыми УВ. Асфальтиты подразделяются на подклассы гильсонитов и грэемитов. Гильсониты - твердые, хрупкие, блестящие вещества черного цвета плотностью 1,05-1,15 г/см3 и температурой плавления 100-200 оС. Грэемиты - твердые, хрупкие битумы буровато-черного цвета, полуматовые, иногда с тусклым блеском, плотностью 1,15-1,20 г/см3. Плавятся при температуре 180-300 С с разложением (вспучиванием). В групповом составе преобладают асфальтены. Образуются в основном за счет цикланово-алкановых и циклановых нефтей, преимущественно в результате гипергенных процессов.

        Кериты - асфальтовые битумы средней степени метаморфизма, слаборастворимые или нерастворимые в органических растворителях. Состав в процентах: углерод 80-90, водород 4-9, кислород, сера и азот в сумме 5-10; масла 1-5, смолы 5-20, асфальтены 1-75, карбоиды (асфальтово-смолистые компоненты природных битумов, нерастворимые в хлороформе) 7-95. Кериты образуются в результате превращения рассеянного ОВ в условиях контактового метаморфизма; преобразования асфальтовых битумов под воздействием контактового, регионального метаморфизма и динамометаморфизма; природной деасфальтизации смолистых нефтей газом или легкими парафиновыми УВ в зоне катагенеза. Подразделяются на альбериты и импсониты.

        Альбериты – подкласс низших керитов. Это - твердые, хрупкие, блестящие вещества, ограниченно растворимые в хлороформе и сероуглероде. Их плотность 1,07-1,15 г/см3, содержание углерода составляет 83-87 %, водорода 8-9 %, кислорода, серы и азота в сумме до 10 %, выход беззольного кокса - 25-50 %. При нагревании размягчаются, вспучиваются и спекаются.

        Импсониты – подкласс высших керитов. Это - твердые, углеподобные битумы черного цвета, плотностью 1,1-1,3 г/см3, неплавкие и нерастворимые в органических растворителях. Содержание углерода составляет 87-90 %, водорода 5-8 %, выход беззольного кокса - 50-85 %.

        Антраксолиты - общее название классификационной группы твердых, хрупких антрацитоподобных битумов высшей степени метаморфизма, нерастворимых в органических растворителях, не плавящихся и не дающих жидких продуктов разложения при нагревании. Цвет черный, излом раковистый блестящий, плотность 1,3-2,0 г/см3, твердость 2-5. Состав в процентах: углерод 88-99, водород 0,2-5, сера, азот и кислород в сумме 0,5-5, карбоиды 95-100; выход кокса - 80-100 %. Антраксолиты подразделяются на низшие, плотностью 1,3-1,4, средние, плотностью 1,4-1,7 и высшие, плотностью 1,8-2,0. Они образуются при контактовом и региональном метаморфизме горных пород, содержащих битумы, пиролизе асфальтовых битумов и тяжелых высокосмолистых нефтей под действием интрузий и гидротерм. Антраксолиты с содержанием серы от 10 до 15 % и более называются кискеитами.

     Оксибитумы - общее название классификационной группы природных битумов, частично или полностью потерявших растворимость в органических растворителях из-за интенсивного, субаэрального окисления (оксикериты, гуминокериты, альгариты).

     Оксикериты – класс окисленных асфальтовых битумов, в значительной мере потерявших растворимость в органических растворителях и не окрашивающих водный раствор щелочи. Это – твердые хрупкие или рыхлые, часто землистые образования от бурого до черного цвета, плотностью 1,15-1,25 г/см3. Элементный состав в процентах: углерод 75-80, водород 6-7, кислород 5-6 и более, кислород, сера и азот в сумме 10-20. Групповой состав в процентах: масла 1-5, смолы 1-5, асфальтены 60-80, карбоиды 10-40. При плавлении вспучиваются и разлагаются. Оксикериты с содержанием серы до 10-15 % и более называются тиооксикеритами.

     Гуминокериты – твердые хрупкие или рыхлые землистые образования бурого, желто-бурого и реже черного цвета, плотностью 1,25-1,50 г/см3. Элементный состав в процентах: углерод 65-75, водород 4,5-6,5, кислород, сера и азот в сумме 20-30. Групповой состав в процентах: масла 0-2, смолы 0-2, асфальтены 0-60, карбоиды 40-100. Гуминокериты практически не растворимы в органических растворителях, окрашивают водный раствор щелочи из-за нали чия в них гуминовых кислот. Образуются вследствие глубокого выветривания асфальтовых битумов. При нагревании вспучиваются и обугливаются без спекания. Их устаревший синоним - «элькериты». Озокерит - минерал, состоящий в основном из твердых алканов (от С37 до С53), с примесью УВ, содержащих в длинной цепи циклановое или ареновое ядро, а также - с примесью жидких масел и смол. Представляет собой твердую, хрупкую или мягкую пластичную массу. Цвет меняется, в зависимости от количества присутствующих масел и смол, от светло-желтого и коричневого до темно-зеленого и черного. Плотность 0,85-0,97 г/см3, температура плавления от 40-50 до 100 оС и выше. Хорошо растворяется в органических растворителях. Элементный состав: углерод 83,5-85 %, водород 12-14,5 %. Образуется при физической дифференциации высокопарафинистых нефтей и тяжелых газоконденсатов, в результате которой, высшие парафины и церезины кристаллизуются и заполняют трещины (жильные формы озокерита) или поровое пространство коллектора (поровые скопления или руды). Имеется ряд местных названий озокерита и его разновидностей: гумбед, байкерит, бориславит, киндебаль, марга, мумташ, нефтегиль, горный воск и др. Озокериты, подвергшиеся выветриванию (бактериальной переработке, окислению, промыванию водой) образуют группу  оксибитумов, состоящую из озокеритов хорсанов, элатеритов и альгаритов.

     Гатчетит - парафиновый минерал, характеризующийся химической чистотой и иногда отчетливо кристаллическим строением. Это углеводородная разность озокерита. Цвет желтовато- или зеленовато-белый, консистенция мягкая, плотность 0,90-0,98 г/см3, температура плавления 46-54 оС. Содержание углерода составляет 85,5 %, водорода - 14,5 %. Иногда встречается в парагенезисе с гидротермальными минералами. Гатчетит и озокерит образуют группу парафиновых битумов - парафинитов.

     Озокериты хорсанов - продукты выветривания озокеритов. Отличительной особенностью их состава является появление циклических УВ и смол засчет уменьшения содержания парафинов и масел. Охорсаниванию подвергаются озокеритоносные породы, залегающие от поверхности до глубины нескольких метров.

     Элатериты - представляют собой плотные каучукоподобные битумы, с низкой растворимостью в органических растворителях. Основная масса элатеритов сложена полимерными веществами, близкими по структуре к каучуку и способными лишь набухать в растворителе. Их плотность 0,95-1,15 г/см3, элементный состав в процентах: углерод 75-87, водород 10-13, сера до 3,3, азот 0-1,8, кислород 0-5. Смолисто-асфальтеновых веществ не содержат. Содержание масел составляет 3,20-9,65 %. Элатериты связаны с гидротермальными образованиями и скоплениями озокерита, и относятся к группе парафинитов.

     Альгариты (парафиновая грязь) - группа природных образований, состоящая из смеси углеводно-белковых веществ, генетически примыкающая, но не принадлежащая к битумам. Альгариты являются продуктом бактериальной переработки озокеритов и парафинистых нефтей. В условиях жаркого климата они имеют вид желтых, бурых или коричневых корочек на поверхности горных пород, которые набухают и частично растворяются в воде. В районах влажного климата альгариты представляют собой черную вязкую и практически полностью растворимую массу в воде. Элементный состав в процентах: углерод 39-48, водород 6,2-7,9, азот 2,6-7,6, сера 42-52, кислород 0; смол и асфальтенов не содержат. Возможно, разновидностью альгаритов является мумие.

Физические свойства углей

Физические свойства каустобиолитов обусловлены характером исходного материала, условиями его накопления и преобразования. Наиболее ценными свойствами являются горючесть и химический состав. Для твердых разностей значение имеют излом, структура, текстура, отдельность и другие, главным образом, технологические свойства. Изучаются также цвет, блеск, плотность, ингредиентный состав, фации и генезис. Вредные и полезные примеси определяют зольность. В углях она меняется от 3–4 % до 40–45 %. Главные её составляющие – кремнезем, глинозем и оксиды железа. Содержание извести поднимается иногда до 10–19 %. Сидерит, кальцит и минералы глин отмечены в блестящих клареновых углях. Весьма широко распространены минеральные примеси – кварц, слюды, карбонаты.

Цвет гумусовых углей изменяется от светло-коричневого до черного.   Сапропелевые угли часто имеют оливково-зеленый цвет. С повышением углефикации появляется чёрная окраска со стально-серыми оттенками, увеличивается плотность, твердость и отражательная способность. Блеск изменяется от шелковистого и смоляного до стеклянного и металлического. Излом раковистый, ступенчатый, шероховатый. Текстуры – слоистая, штриховая, массивная. Структура определяется по наиболее развитому ингредиенту (фюзеновая, дюреновая и т. д.) или форменному элементу (стеблевая, споровая, кутикуловая и др.).

Сапропелевые угли, слагающие пачки и прослои среди гумитовых, пользуются ограниченным развитием и менее изучены. Особенность их состоит в том, что они, в отличие от гумусовых, образовались преимущественно за счет низших растений. Многие из них (богхеды, кеннели) имеют смолоподобный вид, оливковые оттенки в окраске, раковистый излом, низкую плотность и зольность. Они легко загораются от спички, горят ярким коптящим пламенем, издавая запах жженой резины. Особой разновидностью углей является гагат  – вязкое блестящее органическое вещество черного цвета с раковистым изломом, обладающее признаками и гумитовых (следы древесного клеточного строения высших растений), и сапропелевых углей (вязкость, монолитность, однородность, высокий выход водорода, летучих и первичного дёгтя). Гагат образует отдельные желваки среди песчаных или угольных пластов.