double arrow

Положение битумов среди других горючих ископаемых

Нефть и горючий газ — природные горючие ископаемые. К этой же группе полезных ископаемых относят каменные и бурые угли, горючие и углистые сланцы, асфальт, озокерит, а иногда и серу. Горючие ископаемые называются также каустобиолитами. Слово «каустобиолит» составлено из греческих слов: «каусто» — горючий, «биос» — жизнь, «литос» — камень. Оно указывает не только на способность к горению, но и на органическое происхождение этих ископаемых. Положение каустобиолитов среди остальных горных пород изображено на схеме (рис. 20).

К каустобиолитам Г. Потонье относил горные породы, наиболее существенным признаком которых является содержание большого количества горючих органогенных материалов. Такое определение оказалось неудачным, так как способность к горению пород зависит не только от процентного содержания в них собственно горючих веществ, но и от способа сжигания пород. Г. Потонье полагал также, что общим для всех каустобиолитов является их генезис — происхо­ждение, которое для всех типов каустобиолитов связано с органиче­ским миром.

Постепенно содержание термина «каустобиолиты» расширялось. К каустобиолитам стали относить все природные образования, кото­рые генетически, т. е. по своему происхождению, образуют единый ряд с такими горючими ископаемыми, как нефть и уголь. К ним стали относить продукты глубокого преобразования угля и нефти, потерявшие способность к горению в обычных условиях, например графит. С несколько большим основанием включают в эту группу образования, представляющие собой переходную ступень в процессе превращения органического вещества в уголь или нефть. Наконец, сюда же примыкают и некоторые природные соединения явно неор­ганического происхождения, но близкие но своим физическим и химическим свойствам к типичным представителям каустобиолитов. До сих пор не существует общепринятой классификации горючих ископаемых, построенной на генетическом признаке — на общности исходных продуктов их образования и взаимном переходе из одного типа в другой. И. М. Губкин подразделял горючие ископаемые на

92 Гл. V. Природные битумы

две основные группы: угли и битумы. Под битумами, следуя Г. Геферу, И. М. Губкин понимал природный горючий газ, нефти и такие твердые битумы, как асфальт и озокерит, которые генетически свя­заны с нефтью.

Многие исследователи предполагали, что нефть и природный газ образовались из сапропеля — гнилостного ила. Слово «сапропель» образовано от греческих слов «сапрос» — гниющий и «пелос» — ил. Поэтому часто горючие ископаемые, происхождение которых связы­вали с органогенными илами (нефть, ее производные, газы), назы­вали сапропелитами; тот же ряд горючих ископаемых обычно назы­вают битумами.

Так как создать генетическую классификацию каустобиолитов трудно, широко распространены классификации, основанные на раз­личиях физических свойств горючих ископаемых, где все они разде­ляются на три основные группы: газообразные, жидкие и твердые.

Н. А. Орлов и В. А. Успенский к битумам относили нефть и генетически связанные с пей каустобиолиты, обязательным свой­ством которых является растворимость в органических раствори­телях.

Довольно часто под битумами понимают рассеянные в породах продукты превращения органических остатков, растворяющиеся в различных органических растворителях. Наконец, существует техническое значение термина «битум» в дорожном и строительном деле.

Наибольшее распространение в нашей стране благодаря трудам И. М. Губкина получила классификация битумов Г. Гефера. В ос­нову этой классификации положены физические свойства битумов. По этой классификации битумы подразделяются следующим образом.

§ 1. Положение битумов среди других горючих ископаемых 93

I. Газы: 1) природный, или натуральный; 2) нефтяной, сопрово­ждающий нефть.

II. Жидкие битумы: 1) нефть; 2) горный деготь, смолы, смолич-

ный деготь, или мальта (вязкая жид­кость).

III. Твердые битумы: 1) горный воск, или озокерит; 2) горная смола; 3) асфальт.

IV. Смеси битумов с другими веще­ствами.

В последнее время были предприняты попытки создать классификацию каусто-биолитов на основании их генетических взаимоотношений (Ю. А. Жемчужников, Ш. Ф. Мехтиев, В. А. Успенский и др.). Генетическая классификация должна вы­ражать родственные взаимосвязи и пере­ходы между различными представите­лями каустобиолитов. Естественным по­казателем происхождения каустобиолитов является их химический состав. Поэтому пытались создать генетические классифи­кации каустобиолитов по их элементар­ному составу. Примером может служить схема, разработанная А. Ф. Добрянским. Элементарный состав горючих ископаемых А. Ф. Добрянский изображает на тре­угольной диаграмме. По сторонам тре­угольника откладывается в процентах содержание углерода, водорода и сум­марное содержание кислорода, азота и серы. На рис. 21 изображена только та часть треугольника, на которой нахо­дятся точки, соответствующие элементар­ным анализам различных гумусовых и сапропелитовых минералов. Все точки располагаются на двух кривых, имеющих на значительном протяжении линейный характер. Левая кривая соответствует гумусовым ископаемым и в верхней части загибается влево, в сторону вершины треугольника, соответствующей чистому углероду. Правая кривая, сопроцелито-

вая, в верхней части загибается вправо. Различия в элементарном составе каустобиолитов более четко выявляются на классифика­ционной прямоугольной диаграмме Ван-Кревелена (рис. 22), вве­денной в геохимическую битуминологию К. Ф. Родионовой.

94 Гл. V. Природные битумы

В соответствии с неодинаковым элементарным составом органическое вещество определенного (гумусового и сапропелевого) происхождения и в определенной степени метаморфизованное располагается на диа­грамме в соответствующем поле.

Рис. 22. Диаграмма Ван-Кревелена.

1 — угли; г — хлороформенный экстракт битума А из углей гумусовых; 3 — хлороформенный экстракт битума А из углей сапропелевых; 4— илы И древние осадки в Черном море. Буквами на рисунке обозначены марки углей.

На диаграмму К. Ф. Родионова нанесла полученные ею данные об элементарном составе гумусовых и сапропелевых углей различных марок и хлороформенных экстрактов из них, а также экстрактов и из современных и древних осадков Черного моря. Последним на диаграмме выделилось новое поло — морских осадков. По мнению К. Ф. Родионовой, направленность процессов преобразования орга­нического вещества гумусового и сапропелевого происхождения в осадках неодинакова: в гумусовом органическом веществе при метаморфизме увеличение содержания углерода идет параллельно с уменьшением содержания водорода. В сапропелевом органическом веществе, наоборот, количество водорода при этом увеличивается. Генетическая классификация горючих ископаемых, особенно битум-

§ 1. Положение битумов среди других горючих ископаемых 95

ного ряда, очевидно, не может быть построена на основе одного эле­ментарного состава. Принципиальное отличие многих горючих ископаемых друг от друга заключается не только в их элементарном составе (он может быть и очень близким), а в построении молекул, в группировке атомов углерода и водорода, создающих качественное различие молекул. Пути образования таких молекул, сходных по количественному содержанию атомов углерода и водорода, по раз­личных по строению, могут существенно различаться. Например, исследованиями С. М. Обрядчикова установлено, что углеводороды парафинового ряда нормального строения возникают при температуре более высокой, чем изомерные формы этого же ряда. Одна и та же количественная перегруппировка атомов углерода, водорода и кис­лорода может привести к образованию качественно различных со­единений. В то же время в различной геологической обстановке воз­можно возникновение химически одинаковых соединений, а в гео­логически однородных условиях могут возникать соединения, резко отличающиеся как качественной, так и количественной группиров­кой атомов. Как пример генетической классификации каустобиолитов на основе наиболее широко распространенных представлений о геологических условиях их образования может быть приведена схема В. А. Успенского и О. А. Радченко (рис. 23). Схема состоит из двух ветвей: левой, отвечающей каустобиолитам угольного ряда, и правой, соответствующей горючим ископаемым нефтяного ряда.

В зависимости от характера исходного материала и фациальной обстановки, в которой он отлагался, образуются горючие ископае- мые различных типов. В связи с этим «угольная» ветвь изображена в виде трех соприкасающихся друг с другом блоков, каждый из кото­рых соответствует одному из типов угля. На параллельных блоках показаны стадии метаморфизма (в углехимическом понимании) углей: торфяная, буроугольная, каменноугольная. Нарастание ин­тенсивности метаморфизма на схеме изображено в виде вертикаль­ного подъема ветви.

Процессы выветривания горючих ископаемых и соответствующие им продукты изображены в крайней левой части «угольной» ветви (по чисто конструктивным соображениям). В действительности вы­ветриванию подвергаются в равной степени как гумусовые угли, так и сапропелита, причем характер явления принципиально оди­наков.

Правая ветвь схемы соответствует горючим ископаемым нефтя­ного ряда. Связь нефтей с определенными фациями морских отложе­ний отражена на схеме в виде перехода от блока, отвечающего мор ским сапропелитовым образованиям. Блок, выступающий вперед, иллюстрирует образование газовых (и дистиллятных) скоплений. Соседний, выступающий вперед блок, соответствует минералам груп­пы озокерита, характеризуя собой другую ветвь нефтяных дериватов, образующихся также в основном вследствие чисто физических про-

96 Гл. V. Природные битумы

§ 1. Положение битумов среди других горючих ископаемых 97

цессов фракционирования нефти. Оба эти блока связаны в схеме с группой нефтей, обладающих более метановым характером. На про­тивоположной стороне общего блока нефтей нафтено-ароматические нефти через мальты переходят к асфальтам, за которыми сле­дует длинная, связанная плавными переходами серия твердых мине­ралов, в разной степени метаморфизованных: асфальтиты, кериты

антраксолиты. По элементарному составу и некоторым свойствам кериты иногда подобны каменным углям, а антраксолиты — антра­цитам. Дальнейшая стадия мета­морфизма—стадия элементарного углерода — общая для углей и твердых битумов.

Аналогично угольной ветви на крайней наружной стороне нефтя­ной ветви располагается область продуктов выветривания битумов. Н. Б. Вассоевич и В. Н. Му­ратов в 1955 г. предложили не­сколько иную схему генетического подразделения горючих ископа­емых. В основу объединения раз­личных природных соединений в одну группу они положили два признака: 1) общую особенность хими­ческого состава, выраженную в обязательном присутствии и господ­ствующей роли углерода; 2) особые свойства вещества (вследствие которых его изучает органическая химия). Объединяя в одну группу природные вещества по указанным признакам, Н. Б. Вассоевич, и В. Н. Муратов предлагают для них новый термин — «карботены».

Карботены включают в себя все минералы, горные породы и газы, которые объединялись под термином «каустобиолиты», за ис­ключением серы, алмаза, живого вещества и его компонентов. Кар­ботены охватывают три большие группы ископаемых: угли, нефти и горючие газы (рис. 24). Для веществ угольного ряда авторы пред­лагают термин «карбониты», а для нефтяного — «нафтониты». Среди карбонитов по этой схеме выделяются липтиты (вместо термина липтобиолиты), гумиты (гумусовые угли), сапрогумиты и саприты (вместо сапропелита).

На IV Международном нефтяном конгрессе, состоявшемся в Риме в 1955 г., была предложена следующая классификация битумов.

98 Гл. V. Природные битумы

В этой схеме под битумами понимаются по существу все горючие ископаемые. Из сказанного видно, что в настоящее время еще не создана генетическая классификация каустобиолитов, которая до­статочно четко отображала бы взаимосвязь между отдельными пред­ставителями горючих ископаемых, увязывала между собой их физико-химические свойства и правильно отражала особенности их возник­новения и дальнейших превращений (выветривание, метаморфизм). Путь к созданию генетической классификации каустобиолитов во­обще и нафтоидов в частности следует искать в детальном изучении химического состава этих веществ и в выявлении комплекса геохими­ческих обстановок их возникновения и преобразования в при­родных условиях.

§ 2, МИНЕРАЛЫ БИТУМНОГО РЯДА (НАФТИДЫ)

В природе известна обширная группа минералов, тяготеющих по своим свойствам к битумам. Очень многие из этих минералов не имеют постоянного химического состава, а их физические свойства также варьируют довольно в широких пределах. Поэтому понятие «минерал» может быть распространено на такие вещества в известной мере условно. Генетическая взаимосвязь между минералами би­тумного ряда твердо не установлена. Было предложено несколько схем классификаций минералов битумного ряда. Наибольшей из­вестностью пользовалась схема, предложенная Н. А. Орловым и В. А. Успенским. К заслугам упомянутых авторов следует отнести также первое систематическое описание минералов этой группы. Все последующие классификации в той или иной степени базируются на классификационной схеме и систематическом описании, предло­женном Н. А. Орловым и В. А. Успенским.

Естественным развитием классификации Н. А. Орлова и В. А. Успенского является классификация, предложенная в 1952 г. В. А. Успенским и О. А. Радченко (рис. 25).

В 1964 г. В. А. Успенский, О. А. Радченко, Е. А. Глебовский и др. предложили новую схему генетической классификации битумов.

§ 2. Минералы битумного ряда (нафтиды) 99


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: