Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах

Цель изучения – получить знание о каустобиолитах, как разнообразных (твёрдых, жидких, газообразных) горючих ископаемых, биогенного происхождения, условиях их образования и преобразования, общих и отличительных признаках и свойствах, генетической классификации и месте нефти и газа среди каустобиолитов.

Задачи – изучить:

ü состав, консистенцию, условия образования и преобразования каустобиолитов двух генетических ветвей: битумной и угольной;

ü генетическую классификацию каустобиолитов;

ü общие и отличительные признаки каустобиолитов.

Уметь:

1) делать макроскопическое описание физических свойств каустобиолитов: цвета, цвета черты, блеска, твёрдости, структуры, текстуры, поведение в растворителе, характер горения;

2) определять основные группы (типы) каустобиолитов по их физико-химическим свойствам и химическому составу.

Понятие о каустобиолитах. В зависимости от агрегатного, или фазового, состояния горючие ископаемые подразделяются на твёрдые, жидкие и газообразные. Главное их свойство – способность гореть определяется сходством элементного состава, в котором преобладают углерод и водород, а также присутствуют три основных гетероэлемента: кислород, азот и сера. Соотношение данных элементов определяет свойства и фазовое состояние полезных ископаемых, от которых в свою очередь зависят способы их добычи и использования в качестве источника энергии и сырья для химической промышленности. Начало классификации твёрдых горючих ископаемых - углей и горючих сланцев положил немецкий учёный Г. Потонье (1908), для которых он ввёл термин «каустобиолиты». В переводе с греческого этот термин означает: горючий (каустос) камень (литос) биогенного (биос) происхождения.

Позже основатель теории органического происхождения нефти и газа Иван Михайлович Губкин распространил понятие «каустобиолиты» на все горные породы и минералы богатые органическим веществом (ОВ) и обладающие способностью гореть, включая нефти и другие природные битумы производные от нефти: мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, антраксолиты и другие.

Классификации каустобиолитов. Среди различных классификаций каустобиолитов широкое распространение получила генетическая классификация каустобиолитов В.А. Успенского и О.А. Радченко (1964, 1979), в которой каустобиолиты по условиям образования разделяются на два генетических ряда: угольный или гумусовый и нефтяной или битумный (рис. 1).

Каустобиолиты угольного ряда представлены концентрированными формами горючего ископаемого вещества сингенетичного осадкам и осадочным породам – это: торфы, сапропелиты, разнообразные угли и горючие сланцы.

Каустобиолиты нефтяного ряда представлены залежами горючих углеводородных газов, нефтей и её производных – природных битумов, а также их аналогов. Залежи каустобиолитов нефтяного ряда имеют миграционную природу, то есть являются эпигенетичным по отношению к вмещающим горным породам и по генезису разделяются на три линии: окислительную, или гипергенную, термическую, или термально-метаморфическую и фазово-миграционную. В зависимости от степени метаморфизма или окисления природные битумы могут иметь вязкую, вязкопластичную и твёрдую консистенцию, быть растворимыми или не растворимыми в органических растворителях и нефтях (табл. 1).

М.К. Калинко все природные органические вещества нефтяного ряда, включая углеводородные газы и газовые гидраты, объединил термином «нафтиды», который получил широкое распространение.

Существует также особая генетическая ветвь природных битумов, которая не связана своим происхождением с нефтью и представлена продуктами локального воздействия на концентрированное ОВ высоких температур или тектонических напряжений. Природные битумы этой генетической ветви называются нафтоидами, то есть нефтеподобными.

Общие и отличительные признаки и свойства каустобиолитов. Им являются:

1) горючесть;

2) биогенное происхождение;

3) образование в процессе литогенеза в осадках и осадочных породах из ОВ высших растений или планктона, сапрофитов и бентоса;

4) эволюция или преобразование в результате изменения геохимических условий, температуры и давления;

5) преобладание в элементном составе углерода, который образует различные по сложности и молекулярной массе соединения с водородом;

6) присутствие кислород- серо- и азотсодержащих органических соединений.

При погружении горных пород растет литостатическое давление и пластовая температура. В результате происходят катагенетические преобразования горных пород и содержащихся в них каустобиолитов. Катагенез каустобиолитов заключается в карбонизации или углефикации ОВ. В результате в каустобиолитах растет содержание углерода за счёт уменьшения количества водорода и других гетероатомов. При температурах выше 300 °С, соответствующих региональному метаморфизму все каустобиолиты в результате углефикации превращаются в органический графит.

Таблица 1. Свойства природных битумов

Класс	Консистенция	Плотность, г/см3	Растворимость в хлороформе, %	Содержание масел, %	Температура плавления (размягчения), °С
Нефти	От жидкой до вязкой	0,73-1,04		65-100	От 40-24 и ниже
Мальты	От вязкой до твердой	0,96-1,05		65-40	35-40
Асфальты	То же	1,03-1,10		40-25	До 100
Асфальтиты	Твердая	1,10-1,20	100 или ~ 100	Меньше 25	100-300
Кериты	То же	1,07-1,30	20-10 и меньше	Меньше 5	Не плавятся
Антраксолиты	Очень твердая	1,3-2,0	Нерастворимы	-	То же
Озокериты	От вязкой до твердой	0,85-0,97		45-95	от 35-40 до 85-100

Отличительные признаки и свойства каустобиолитов. Главными из них являются:

1) отношение залежей к вмещающей породе: каустобиолиты угольного ряда сингенетичны, а каустобиолиты битумного ряда эпигенетичны;

2) генетический тип исходного органического вещества: для каустобиолитов угольного ряда исходным в основном является ОВ высших растений, а для каустобиолитов битумного ряда – ОВ низших организмов (планктона, бентоса, сапрофитов);

3) концентрация исходного ОВ в осадках и осадочных породах: каустобиолиты угольного ряда связаны с концентрированным ОВ, а каустобиолиты битумного или нефтяного ряда – с рассеянным ОВ.