pdf.php@id=6161.pdf

Массы Сорг, 10,3т

Рис. 2.2. Распределение рассеянного углерода в породах и осадках континентов и океанов (по А.Б. Ронову, 1980)

Форма нахождения и морфология ОВ в осадочных породах также различны. Выделяются следующие формы: 1) морфоло­ гически оформленный растительный детрит; 2) бесструктур­ ные включения гидрофобного ОВ в виде капель или комочков;

3)сорбированные на поверхности минеральных частиц породы;

4)растворенные, содержащие ОВ в форме солей; 5) ОВ, входя­ щее в состав кристаллической решетки минералов.

При наблюдении ОВ под поляризационным микроскопом в петрографических шлифах отчетливо выделяются три группы включений (Ларская, 1983). I тип — дисперсное ОВ, размер частиц не более 0,005 мм, оно практически все находится в сорбирован­ ном состоянии, в отдельных случаях выделяются колломорфные макровключения капельной формы, нечетко отграниченные от минеральной матрицы. Обычно такая форма ОВ наблюдается в доманикитах и отличается повышенной концентрацией. II тип — детритное ОВ, размер частиц более 0,005 мм, ОВ четко отделено от вмещающей породы. Этот тип объединяет углистый спорово-

81

Рис. 2.3. Схема распределения доманиковых и доманикоидных от­ ложений в фанерозое (по С.Г. Неручеву): 1— средние концентрации Сорг, 2 — интенсивность угленакопления, 3 — изменение площади морей на континентах, 4 — фазы складчатости, 5 — этапы активиза­ ции рифтогенеза, 6 — главные эпохи накопления доманикитов

пыльцевой и водорослевый детриты. Включения OB I и II типа тесно связны со структурой и петрографическим типом пород. В III тип объединяются изотропные включения ОВ, форма и раз­ мер которых определяются характеристиками межзернового про­ странства и не зависят от генезиса и структуры породы, т.е. это эпигенетичное ОВ. К выделению этого типа ОВ надо относить­ ся очень осторожно, для его определения необходимо привле­ кать химико-битуминологические показатели. Две первые груп­ пы имеют связь ОВ с матрицей вмещающих пород. Прочность и форма связи ОВ с минеральной матрицей породы зависят от генетического типа ОВ, в значительной степени определяющего его состав, гранулометрического и минерального состава матри­ цы породы, Р—Т-условий в недрах и т.д. Наиболее распростра­ ненная форма нахождения ОВ — сорбированная (РОВ), причем

82

чем больше поверхность минеральных зерен, тем больше ОВ сор­ бируется. Именно поэтому глины наиболее обогащены ОВ по сравнению с другими литотипами.

При исследовании ОВ осадочных пород и осадков в нем вы­ деляют различные аналитические группы: растворимые компо­ ненты, включающие гуминовые вещества и битумоиды, и нерас­ творимые компоненты. Гуминовые вещества — это прежде всего гуминовые кислоты — фракция ОВ, извлекаемая водным раство­ ром щелочи из осадков, почв, углей и осаждаемая минеральными кислотами. Эти вещества темно-коричневого цвета представляют собой высокомолекулярные полимерные соединения, богатые кислородом, содержащие также серу и азот. Элементный состав: С = 55-65%; Н = 3,5-5,5%; I(0+N +S) = 30-40%. Генетическая природа их может быть различна: главным образом они обра­ зуются из лигнина, но возможно их образование из углеводно­ белкового материала. Они формируются на ранних стадиях био­ логического преобразования исходного ОВ. Гуминовые кислоты свойственны ОВ осадочных пород только на ранней стадии катагенетической эволюции, на границе прото- и метакатагенеза (в углях при переходе бурых в каменные) они исчезают. Часть их переходит в нерастворимое состояние, образуя гумины — ве­ щества, углеродный скелет которых представлен ароматическими циклами с короткими боковыми цепями.

Битуминозные компоненты ОВ аналитически выделяются как битумоиды (в отличие от битумов — природных продуктов пре­ образования нефти). Битумоиды — компоненты ОВ, извлекаемые из ОВ и породы органическими растворителями — хлорофор­ мом, бензолом, петролейным эфиром, ацетоном, спиртобензолом, четыреххлористым углеродом и др. Битумоиды, извлекае­ мые различными растворителями, количественно и качественно отличаются друг от друга, поэтому необходимо указывать вид растворителя. В практике геохимических исследований и нефте­ поисковых работ обычно используется хлороформ, экстрагирую­ щий наиболее нейтральные, близкие к нефти по составу фракции ОВ, и спиртобензол, извлекающий более кислые компоненты — смолы, кислоты. В таком случае выделяют соответственно хлоро­ форменный битумоид (ХБ) и спиртобензоловый битумоид (СББ). Элементный состав битумоидов изменяется в зависимости от степени катагенетического преобразования ОВ пород и генети­ ческого типа ОВ. По сравнению с нефтью ХБ беднее углеродом и водородом и богаче гетероэлементами: С = 73—82%, Н = 8—11%, I(0+N +S) = 7-20%.

В компонентном составе битумоидов выделяются те же фрак­ ции, что и в нефтях: масла, смолы и асфальтены.

83

Масла — это наиболее легкая фракция битумоида, раствори­ мая в петролейном эфире и не адсорбирующаяся из этого рас­ твора силикагелем или другим адсорбентом. Масла состоят в основном из УВ (tKHn > 200 °С) и содержат небольшое количество легких смол; они имеют вязкую или полужидкую консистенцию, их цвет — от светло-желтого до светло-коричневого. Масла так же, как и нефти, содержат хемофоссилии — УВ, позволяющие идентифицировать исходное вещество и проводить корреляцию ОВ — нефть.

Смолы — фракция битумоидов, растворимая в петролейном эфире и адсорбируемая из этого раствора силикагелем и другими адсорбентами. Смолы отличаются от других компонентов биту­ моида повышенной концентрацией гетероэлементов, и прежде всего кислорода. Молекулярная масса смол колеблется от 500 до 1000. По способности вытесняться из адсорбента различными по полярности растворителями смолы подразделяются на анали­ тические подгруппы — бензольные и спиртобензольные смолы. Первые — более нейтральные, полужидкие и твердые, цвет из­ меняется от оранжевого до темно-коричневого; вторые — темнокоричневые до черных, твердые, иногда хрупкие, содержат боль­ ше кислорода по сравнению с первыми.

Асфальтены — наиболее высокомолекулярная фракция биту­ моидов (молекулярная масса 1000-8000), нерастворимая в петро­ лейном эфире. Это черные порошкообразные, иногда хрупкие вещества. Их структура представлена в основном конденсиро­ ванными ароматическими ядрами, по периферии которых распо­ лагаются циклические и ациклические заместители, содержащие гетероэлементы.

По степени связи битуминозных компонентов с породой выде­ ляются разные аналитические типы битумоидов: 1) битумоид «А», извлекаемый из породы методом холодной и горячей экстракции без предварительной обработки соляной кислотой, — свободный битумоид «А» — ХБА; 2) битумоид «С» более прочносвязанный, входящий в кристаллическую решетку карбонатных минералов; этот битумоид извлекается последовательно после битумоида «А» и обработки породы соляной кислотой. Выделяют также битумо­ ид «В», который извлекается обычно из углей в условиях высоко­ го давления после удаления битумоида «А».

Наиболее легкую и восстанавливаемую часть битумоида, близкую по составу к нефти, Н.Б. Вассоевич назвал микронеф­ тью (Вассоевич, 1967, 1973), («диффузионно-рассеянная», по И.М. Губкину). Этот термин для обозначения миграционноспо­ собной части битумоида использовали Б. Тиссо и Д. Вельте (1981). Аналитически микронефть включает масла и часть смолисто-

84

Содержание органического вещества в породах, %

Рис. 2.4. Связь степени битуминизации органического вещества с содержанием Сорг в породе (закономерность Успенского-Вассоевича)

но не покинувшие толщи в целом, т.е. это автохтонный битумоид + миграционная часть битумоида соседнего участка толщи. Такие битумоиды характеризуются также повышенной концен­ трацией масел, р > 20%. Остаточные битумоиды, отдавшие свою миграционную часть, характеризуются низкими значениями р — 2—3%. Микстобитумоиды, или смешанные, образующиеся при смешении син- и эпибитумоидов, обладают промежуточными характеристиками.

Определение генетических типов битумоидов в исследуемых породах и толщах — важный и необходимый этап при нефтепо­ исковых работах. Для этого помимо химико-битуминологических широко используются люминесцентно-битуминологические ме­ тоды. Битумоиды обладают способностью люминесцировать, по­ этому люминесцентная микроскопия и спектроскопия широко используются для их диагностики.

Обычный люминоскоп позволяет проводить наблюдения над битуминозными веществами без дробления породы, не нарушая их взаимоотношений с минеральной матрицей. Характер распре­ деления битуминозных веществ в породе, или так называемые

86

битуминозные текстуры, — это первый шаг на пути определе­ ния генетического типа битумоидов. Равномерная битуминозная текстура свойственна автохтонным битумоидам. Неравномерное распределение — селективно-насыщенная текстура — типична для параавтохтонных битумоидов, трещинные и поровые тексту­ ры — для аллохтонных и миграционных битумоидов. Различные типы пород характеризуются разной автохтонной битуминизаци­ ей; распределение их в литотипах приведено в табл. 2.2.

Нерастворимая в водных растворах щелочей и в органических растворителях часть ОВ, или НОВ, составляет основную часть ОВ. Эту часть зарубежные геологи и геохимики называют керогеном. Н.Б. Вассоевич рекомендовал называть керогеном все ОВ, посколь­ ку нерастворимые компоненты составляют подавляющую его часть; в отечественной литературе чаще всего используется аббревиату­ ра НОВ, термин «кероген» здесь является синонимом НОВ.

Специфика РОВ именно в том, что для изучения его подавля­ ющей части — НОВ — требуются химические методы извлече­ ния его из пород. НОВ выделяется из породы при многократной

Таблица 2.2

Ориентировочные субкларки компонентов ОВ для осадочных пород континентального сектора стратисферы (КСС) (Вассоевич, 1972)

87

обработке соляной и плавиковой кислотами до полного исчез­ новения минеральной части. Естественно, этот процесс очень трудоемкий и длительный. Полученный таким образом черный порошок представляет собой кероген, который подвергается раз­ личным аналитическим исследованиям.

За последнее десятилетие появилось немало публикаций по геохимии НОВ. Достаточно широкое развитие, особенно за ру­ бежом, получили термические, в частности пиролитические, ис­ следования керогена в сочетании с газово-хроматографическим и масс-спектрометрическим анализом. При этом не потеряли свою актуальность рентгеноструктурные и углепетрографиче­ ские методы. Исследования НОВ имеют несколько аспектов: эволюционно-генетический, включающий определение как ис­ ходных биологических предшественников ископаемого ОВ, так и степени его катагенетической преобразованности; литофаци­ альный, позволяющий установить связи типов ОВ с фациально­ литологическим типом вмещающих пород и/или толщ. Резуль­ таты исследования НОВ используются в нефтегазопоисковой геологии для прогнозной оценки объектов того или иного мас­ штаба.

Генетические типы ОВ-керогена

Генетический тип ОВ определяется главным образом на осно­ ве химической и углепетрографической характеристики керогена с использованием других, в том числе геологических (литофаци­ альных) показателей.

Согласно результатам элементного анализа, углерод и водород являются главнейшими составляющими керогена любого типа. Их соотношение изменяется довольно резко (С = 48—92%; Н = =3,2—8,9%) в зависимости от исходного ОВ и уровня диа- и ката­ генетической преобразованности. В зависимости от этих факто­ ров изменяется и мацеральный состав керогена, который наравне

сэлементным составом определяет молекулярную структуру ОВ. Автором первой классификации РОВ был Г. Потонье, кото­

рый предложил выделять два основных фациально-генетических типа ОВ — сапропелевое и гумусовое, понимая под этими типа­ ми соответственно ОВ низших и высших растений. Эти два типа долгое время считались «фациальными антиподами». В связи с совершенствованием методов исследования стало очевидным, что понятия о «гумусовом» и «сапропелевом» веществе общие и неконкретные. Зачастую «гумусовое», т.е. вещество высших рас­ тений, по химическому составу и составу генерированных про­ дуктов более отвечает «сапропелевому» и наоборот.

88

В.А. Успенский и О.А. Радченко также обратили внимание на то, что сапропелевое ОВ имеет сложный состав и его надо рассматривать даже при полном отсутствии гумусового материа­ ла как двухкомпонентное, состоящее из липидной и углеводно­ белковой (гумоидной) частей. Наиболее характерными параме­ трами каждой части является соответственно содержание Н и N. Они предложили подразделять ОВ сапропелевого типа по содер­ жанию водорода на четыре подкласса: липидный — более 9—9,5% водорода; гумоидно-липидный — от 7,5—8 до 9-9,5%; липидногумоидный — от 6—6,5 до 7,8—8%; гумоидный — менее 6—6,5%.

Сотрудниками кафедры геологии и геохимии горючих ископа­ емых МГУ во главе с Н.Б. Вассоевичем для обозначения типов ОВ была рекомендована терминклатура, основанная на преобладаю­ щем типе структур, включенных в макромолекулу, без учета дру­ гих структур. Согласно этой терминклатуре, ОВ «сапропелевого» типа, содержащее в основном алициклические и алифатические структуры, предложено называть алиновым. Для него характерно резкое преобладание коломорфных и сорбированных форм ОВ и почти полное отсутствие структур, сохранивших морфологию исходных гидробионтов. Органическое вещество с повышенным содержанием азота и гидроароматических структур выделяется как амикагиновое.

Несколько другие обозначения подтипов алинового ОВ были предложены Н.Б. Вассоевичем, А.И. Конюховым и Н.В. Лопа­ тиным (1976). Согласно их взглядам, в различных седиментационных обстановках основой для формирования ОВ служат два различных комплекса биополимеров.

I комплекс протеинполимер-липоидного состава (элементы клеточных мембран и жировые компоненты клеток) ОВ харак­ теризуется длинными алифатическими цепями. Такое ОВ пред­ ложено называть алфыновым и обозначать СК^ф. В исходном ОВ этого типа большую роль играют ненасыщенные структуры, эфирные группы. Отношение Н/С в нем составляет 1,5—1,8, со­ держание азота не превышает 2—3%. Такое ОВ типично для мно­ гих групп горючих сланцев.

II комплекс — углеводно-белковые соединения (ядерноцитоплазматические составляющие клеток и тканей различно­ го происхождения) —■дает основу для ОВ, характеризующегося присутствием алициклических структур, амидных группировок, кетонных групп и отсутствием конденсированной ароматики. Та­ кое ОВ было названо алциновым и обозначается СК^ц. Ему свой­ ственны также повышенные концентрации азота — 5,5—6,5%,

Н / С = 1 , 2 - 1 , 4 .

89

«Гумусовому» типу ОВ свойственны поликонденсированные ареновые структуры; ОВ этого типа обозначается СКар — ареновое, или арконовое. В его основе лежат лигнин-целлюлозные биополимерные комплексы — высококонденсированные структуры циклического строения и ароматические структуры. Для СКар характерно невысокое содержание водорода (С/Н < 1), высокое содержание фенольных групп, невысокое (2—3%) содержание азота.

Чистые генетические типы ОВ в природе крайне редки, обыч­ но приходится сталкиваться с ОВ смешанного состава. В та­ ких случаях вводятся и соответствующие обозначения: CKM_ap, СКар-адц и т.д. Эта классификация, основанная на элементном составе керогена, информативна, но, к сожалению, в настоящее время мало используется из-за чрезвычайно трудоемкого процес­ са получения керогена.

Принципиальная близость концентрированного и рассеянно­ го ОВ по исходному ОВ и процессам его последующего преоб­ разования позволяет с определенной долей условности перенести основные черты классификации углей на РОВ с учетом некото­ рых особенностей последнего. Такая классификация РОВ, как и классификация углей, строится на основе микрокомпонентного состава ОВ, причем расчленялись лишь компоненты, установ­ ленные для гумусовых углей; сапропелевый материал учитывался как единый компонент — альгинит (табл. 2.3). Характерным для РОВ является присутствие в больших количествах микстинитовых форм; в РОВ под микстинитами понимают сорбированные на глинистом субстрате разности гумусового, сапропелевого или смешанного характера. В соответствии с этим выделяются гумо-, сапро- и гумосапромикстиниты.

При исследовании керогена в отраженном свете обычно ис­ пользуют углепетрографическую терминологию, выделяя лейптинит, витринит, инертинит (фюзенит). Мацералы лейптинита происходят главным образом из водорослей (альгинит) и спор (споринит) с примесью кутана, смол, восков. Витринит и инер­ тинит представляют собой ткани высших растений, структура которых различима в инертините, окисленном в диагенезе, но отсутствует в витрините, прошедшем гелификацию. Вдревних (допалеозойских и кембрийских) породах идентифицируют бесструк­ турные остатки, напоминающие витринит, представляющие собой остатки донных водорослей, выделяя их как псевдовитринит.

Сапропелевым ОВ называют кероген, в котором в проходя­ щем свете можно видеть аморфные облаковидные образования. Определенный таким образом как сапропелевый, генетический тип не всегда соответствует таковому по результатам физико-

90