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