Элементарный состав каустобиолитов

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ НЕФТЕЙ И ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Элементарный состав нефтей и природных газов довольно прост. В их строении участвуют главным образом биогенные элементы — основные в структуре любого вещества органического происхожде­ния. К таким элементам относятся углерод (С), водород (Н), кисло­род (О), сера (3) и азот (М). По сравнению с элементарным составом органического вещества роль кислорода в нефях и природных га­зах незначительна. Как видно из табл. 8, нефть по своему элемен­тарному составу близка к другим горючим ископаемым, органиче­ское происхождение которых не вызывает сомнений.

Таблица 8

Средний элементарный состав каустобиолитов, % (по А. Ф. Добрянскому, 1948)

Каустобиолиты	С	Н	о
Клетчатка...............		6,5	49.5
Древесина..............	50	6,3
Торф.................
Бурый уголь.............
Каменный уголь...........
Антрацит
Шунгит...............		0-5	0,5
Сапропель..............		7,2	37,8
Горючие сланцы...........		7,5	32.5
Сапропелит
Мальты................
Нефть................
Асфальт...............

Такое совпадение элементарного состава горючих ископаемых заставляет предполагать, что все они образовались из органических веществ.

Основным элементом, входящим в наибольшем количестве в со­став нефтей и природных газов, является углерод. Его содержание

§ 1. Основныеэлементы, входящие в состав нефтейи природных газов

в нефтях колеблется в пределах 79,5—87,5% и в газах — в пределах 42—78%. Второй по значению элемент — водород — содержится в нефтях в количестве 11—14% и в газах — в количестве 14—24%. Углерод и водород в нефтях и газах связаны между собой в угле­водородные соединения, состав и свойства которых описываются в следующей главе. Очень часто для характеристики состава раз­личных горючих ископаемых, в том числе нефтей и газов, исполь­зуют отношение С/Н. В табл. 9 приведено такое отношение для нефтей, газов и некоторых других горючих ископаемых.

Таблица 9

Классы каустобиолитов	Содержание, %	С	С
С	Н	O+S +N	Н	O+S+N
Липтобиолиты.....	76-84 44—83 55-92 89-99 42-89 42—78 80—88 76—87 77—89	7-11 6-12 4,5-5 0,3-4 7—24 14—24 10-14 12-15 7-12	6—22 7-51 4-35 1-7 0.3-44 0,3—44 0.3—7 0,3—12 2-15	7-9 7-9 9-20 20—300 3-12 3—4.3 6-8 5,7—7 7,5-12	3-14 1—14 1.5-20 12-100 1-500 1-300 12-500 6—500 5-55
Сапропелиты..... Гумиты........ Карболиты......
Нефтяные битумы... Углеводородные газы.. Нефти.........
Парафиновые битумы Асфальтовые битумы..

Как видно из табл. 9, отношение С/Н в нефтях колеблется в пре­делах 6—8 и в газах — в пределах 3—4,3. В газах в некоторых случаях отмечается свободный водород (несколько процентов).

На долю других элементов (8, N и О) в нефтях приходится в сред­нем около 1—2% и в редких случаях 3% или более. Сера в нефтях присутствует в свободном и связанном состоянии. Связанная сера либо находится в виде Н₂3, либо входит в состав высокомолекуляр­ных органических соединений. Валовое содержание серы в нефтях иногда достигает 7—8%. В природных газах сера обычно содержится в виде Н₂8, количество которого в газах иногда достигает 20 и даже 45% (по А. Л. Козлову, в газах Шор-Су).

Содержание кислорода в нефтях невелико и редко достигает 1—2%. В настоящее время в нефтях установлены следующие кис­лородные соединения: нафтеновые кислоты, фенолы и смолистые вещества. По данным А. Ф. Добрянского смолистые вещества за­ключают в себе около 93% всего кислорода нефтей, на долю нафте­новых кислот приходится около 6% и на долю фенолов — не более 1%. В природных газах кислород встречается главным образом в виде С0₂. Содержание С0₂ в газах изменяется в широких пределах: от концентраций, близких к нулю, до почти чистых углекислых

Гл. III. Элементы, входящие в состав нефтей и природных газов

струй. Например, в Польше в Криницах из скв. Зубер-2 получают природный газ, в котором содержание С0₂ достигает 95%. Свободный кислород, который отмечается в некоторых анализах природных газов (глубинных), появляется, по-видимому, в результате загряз­нения проб атмосферным воздухом. В недрах земной коры трудно ожидать присутствия свободного кислорода.

Содержание азота в нефтях обычно не превышает 1 %. Судя по данным В. В. Гецеу, основная масса азота нефтей содержится в смолах. В газах азот находится в свободном виде. Содержание его колеблется в очень больших пределах: от концентраций, близких к нулю, до почти чистых азотных газов. Последние получены во многих районах, в частности в скважинах на правом берегу Камы из терригенной толщи нижнего карбона. Содержание азота в ме­сторождениях газа ГДР (Тауэр, Люббен, Дребкау), Польши (Ксенж-Сленски, Отыиь, Тархалы, Острув-Велькопольски) из нижней перми и цехштейна колеблется от 30 до 65%.

Отмечается некоторая связь между содержанием в недрах кис­лорода, серы и азота. Обычно более смолистые нефти содержат повышенное количество этих элементов. При сопоставлении нефтей с другими горючими ископаемыми часто используют соотношение

С

O+S+N

Еще В. И. Вернадский установил присутствие фосфора в золе нефтей. А. А. Карцев и А. И. Сладков установили присутствие фосфора в дистиллятах нефти (фракции до 180° С). Наличие в нефтях еще одного типично биогенного элемента — фосфора — лишний раз подчеркивает их биогенную природу,

В природных газах, помимо упомянутых элементов, довольно часто, но в очень небольших количествах, присутствуют ге­лий (Не), аргон (Аг), неон (№е) и другие инертные газы. Из этой группы элементов наиболее часто встречаются в газах гелий п аргон.

Содержание гелия в газах обычно менее 1—2%, хотя в некоторые случаях оно достигает 10%. Например, во Франции в Сантеней суммарное содержание Не + N6 в газах 10,31% (по А. Л. Козлову). Концентрация Аг в газах, как правило, не превышает 1% и лишь в некоторых случаях достигает 2%. Например, в одной из скважин Узбекистана содержание аргона составляет приблизитель­но 1,9%.

Предполагается их радиоактивное происхождение в условиях земной коры. Соотношения между этими газами часто используются для различных геохимических построений и заключений.

По подсчетам А. Л. Козлова (1950) в земной коре (при мощности в 16 км) за счет радиоактивного распада ежегодно генерируется 24,1-Ю⁶ м³ гелия. По содержанию в газах гелия можно определить время, в течение которого газы находятся в земной коре и обога-

§ 1. Основные элементы, входящие в состав нефтей и природных газов

В основу расчетов, предложенных В. П. Савченко и А. Л. Коз­ловым, положено представление о космическом происхождении аргона. В настоящее время считается доказанным радиоактивное происхождение аргона. Несмотря на это, предложенные формулы, как показала практика работ, можно использовать для примерных подсчетов и сопоставления газов.

По соотношению в газах между аргоном и азотом можно в некото­рой степени судить об их происхождении. По В. П. Савченко упру­гость инертных газов в земной коре в первом приближении может быть принята равной атмосферной:

Это соотношение должно сохраняться и для воздушных газов, цир­кулирующих в земной коре. Если последнее отношение менее еди­ницы, то, по-видимому, в газ поступило соответствующее количество биогенного азота, а если больше, то следует предполагать поглоще­ние некоторого количества азота.

В золе нефтей обнаружено очень много различных элементов в небольших концентрациях. В золах нефтей Советского Союза постоянно присутствуют обычные элементы осадочных пород 81, А1, Ре, Са, М^ и почти всегда V, N1, Си, 8г, Ва. Мп, Сг, Со, В и не­которые другие элементы. Основным элементом мезозойских и тре­тичных нефтей является Ке, содержание V, N1, Си незначительно, В золе палеозойских нефтей Волго-Уральской области содержание V и N5 достигает десятков процентов. Большинство исследователей считает, что часть микроэлементов находится в нефти с момента ее образования в осадочных породах, а другая часть накапливается в последующий период существования нефти. Некоторые элементы из группы железа, а также V и N1, по-видимому, связаны в нефтях в металлоорганические комплексы. В асфальтах, в различных биту­мах и других генетически связанных с нефтью горючих ископаемых роль О, 8, N и зольных элементов возрастает, что связано с потерей

53 Гл. III. Элементы, входящие в состав пефтей п природных газов

этими ископаемыми легких компонентов и отчасти с процессами окисления.

Содержание в органическом веществе кислорода и серы может служить показателем степени окисленности горючих полезных ископаемых.Наиболее часто для выражения степени окисленности органи­ческих веществ используется соотношение между водородом и кис­лородом.

Наряду с изучением распространения отдельных элементов в зем­ной коре все больше внимания уделяется их изотопам. Детальное изучение последних позволило подойти к разрешению многих ин­тересных вопросов. Так, по радиоактивному изотопу углерода С¹⁴ удается довольно точно устанавливать возраст соединений (не старше 30—40 тыс. лет), содержащих данный изотоп. Разработан метод определения температуры древних бассейнов (так называемый па-леотермометр) по изотопам кислорода. Изучение изотопного состава элементов помогает выяснить происхождение атмосферы, гидросферы земли п т. д.