курсовая методы изучения керогена и битомоидов. 173329_Б1-НФГДипу33_2020_9_1. Методы изучения керогена и битумоидов
 Скачать 151.81 Kb.
|
|
Спектроскопия ЭПР Явление электронного парамагнитного резонанса, открытое Е.К. Завойским (1944 г.), основано на поглощении электромагнитных волн парамагнитными веществами в постоянном магнитном поле. Поглощение энергии регистрируется радиоспектрометром в виде спектра ЭПР. Метод позволяет получить информацию о магнитных свойствах вещества, которые находятся в прямой зависимости от его молекулярной структуры. Он также перспективен для изучения строения веществ и позволяет исследовать тонкую структуру ОВ, свидетельствующую о наличии свободных радикалов ароматического типа. Он стал одним из основных в физике, химии, биологии. Метод ЭПР широко применяется при исследовании структуры углей. Большинство ученых отмечают возрастание количества парамагнитных центров в ОВ углей с ростом катагенетической преобразованности. Так, по данным Н.Б. Вассоевича с сотрудниками, исследовавшими коллекцию малозольных углей различной степени углефикации, наблюдается зависимость сигналов ЭПР от степени катагенетической преобразованности и петрографического состава углей. Спектры ЭПР изучались О.В. Барташевич и С.Е. Чуткерашвили на спектрометре РЭ-1 301 в воздухе с использованием эталона дифенил-пикрилгидразина. Количество парамагнитных центров увеличивается с ростом степени преобразованности ОВ. Отмечена прямая связь количества парамагнитных центров с содержанием фюзинита. Изучение НОВ осадочных пород методом ЭПР впервые было предпринято коллективом исследователей под руководством К.Ф. Родионовой (1965-1969, 1971, 1976 гг.). Результаты показали, что концентрация парамагнитных центров (КПЦ) в НОВ изменяется в зависимости от его типа и степени катагенетической преобразованности. Авторы пришли к выводу, что метод ЭПР может быть применен наряду с химическими методами для диагностики типов РОВ и степени его катагенеза. Масс-спектрометрия изотопов углерода Геохимия изотопов углерода как научное направление возникла благодаря теоретическим работам Г.К. Юри, обосновавшего способность изотопов к фракционированию при химических превращениях. Литература по геохимии стабильных изотопов углерода в РОВ и углях насчитывает несколько тысяч наименований. Фундаментальные работы принадлежат Э. Дегенсу, Э.М. Галимову, Г. Крейгу, Р. Парку, С. Эпштейну. Крупные исследования в этой области выполнены Р. Абельсоном, Ф.А. Алексеевым, Д. Бейкером, Т.А Ботневой, Л.И. Богородской, В.С. Вышемирским, С.И. Голышевым, АЭ. Канторовичем, В.С. Лебедевым, В.Н. Меленевским, Э.М. Прасоловым, С.Р. Сильвермэном, В. И. Смитом, ИД. Тимашиной и др. Однако относительно наблюдаемых в природе закономерностей дифференциации стабильных изотопов углерода (СИУ) существуют противоречивые точки зрения. Сюда же относится и вопрос о соотношении СИУ в нерастворимом в органических растворителях ОВ разной генетической природы, а также вопросы фракционирования изотопов углерода в процессе диа- и катагенетического преобразования ОВ. В значительной степени это связано с тем, что фракционирование СИУ изучено наиболее систематично в живом веществе и современных осадках, в то время как для ископаемых осадков долгое время имелись лишь редкие и разрозненные данные, полученные на слабо изученных и бессистемно подобранных коллекциях. Широко распространена в литературе точка зрения, что аквагенное фоссилизированное ОВ богаче тяжелым изотопом, чем террагенное. АЭ. Канторович, Л.И. Богородская, С.И. Голышев, Н.Л. Падалко, И.Д. Тимашина исследовали изотопный состав углерода (ИСУ) в НОВ на примере коллекций образцов, хорошо изученных углехимическими, углепетрографическими и литофациальными методами. Тщательный подбор коллекций и направленное планирование эксперимента позволили им впервые показать, что вопреки широко распространенной в литературе точке зрения аквагенное ОВ богаче изотопом 12С по сравнению с террагенным. Изотопный состав углерода в НОВ может быть использован для определения типа органического вещества. Определение ИСУ включает химическую подготовку аналитических проб и определение его методом масс-спектрометрии. Химическая подготовка заключается в переводе углерода ОВ в газообразную форму (С02), удовлетворяющую требованиям масс-спектрометрического определения. Двуокись углерода из горючих ископаемых получают сжиганием их в кислородной среде при температуре 900 0С над окисью меди на специальной вакуум-циркуляционной установке, позволяющей выполнять очистку и запаивание конденсированной двуокиси углерода в стеклянные ампулы. Главная часть этой установки - кварцевый реактор-петля с включенным в него циркуляционным насосом, обеспечивающим однонаправленный поток газа в замкнутом контуре. Другие методы и общие замечания В процессе процедур обогащения и анализов наблюдения за окраской при обработке концентратов НОВ растворами щелочей и кислот или хлороформом (при дополнительной экстракции с целью десульфуризации) могут дать некоторую дополнительную инфорацию. Растворение в органических растворителях, а также в растворах кислот и щелочей как один из методов исследования применяется в углехимии. Извлечение хлороформеиных и спиртабензольных битумоидав с последующим всесторонним их изучением рассматривается как "групповой" анализ РОВ. Небольшую информацию о генетическом типе и степени преобразованности НОВ может дать наблюдение за окраской растворов при обработке разбавленными кислотами и щелочами, а именно при определении пиритного железа (серы) в растворе азотной кислоты и функционального кислорода (кислых гидроксилов) в растворе гидрата окиси калия. И в том и в другом случае окраска растворов свидетельствует о низкой преобразованности ОВ. Окраска кислотного раствора появляется с постепенным ослаблением вплоть до среднего мезокатагенеза; щелочного - лишь при недостижении ОВ стадии мезокатагенеза за счет наличия гуминовых кислот. Последнее является качественной диагностикой буроугольной стадии (протокатагенеза). Для уточнения информации по растворимости керагена следует иметь шкалу оттенков интенсивности окраски для каждого из применяемых реактивов. При обработке концентрата органическими растворителями, даже при количественном неопределении дополнительного выхода битумоидав (С + D), следует обращать внимание и фиксировать интенсивность окраски, а также величину массы выпадения кристаллов свободной серы, которую можно заметить после отгонки растворителя. Нужно упомянуть также о ряде методов, используемых в практике изучения НОВ в некоторых исследовательских организациях. Это различные варианты термического анализа ископаемого ОВ, основанного на термодеструкции, а именно дифференциального - ДТА, термагравиметрического - ТГА, термаграфического, ступенчатого термолиза, метод полукоксования. Эти методы позволяют приближенно оценить степень катагенетической преобразованности керогена, а также могут дать и некоторые сведения о его структуре, динамике разложения ОВ в катагенезе, эволюции нефтегенерационного потенциала в катагенезе. Известно использование с целью изучения структуры керагена и ряда других методов, а именно рентгенаструктурного анализа; гидролитического расщепления. Применение их также может внести некоторый вклад в решение геохимических задач. В практике зарубежных и отечественных геохимических лабораторий в последние годы широко распространен пиролитический метод изучения осадочных пород, позволяющий экспрессно и на малом количестве вещества одновременно определять такие характеристики ОВ, как тип (HI), степень зрелости ( Tmax), а также его генетический потенциал. Этот метод не заменяет традиционных методов органической геохимии, но в комплексе с ними ввиду высокой чувствительности и экспрессности расширяет возможности изучения ОВ. В последние десятилетия неотъемлемой частью комплекса геохимических исследований РОВ и керагена являются углепетрографические методы. Современные микроскопические методы позволяют различать в осадочных породах тип исходного ОВ и формы его нахождения, давать качественные и количественные характеристики отдельных органических включений, рассеянных в осадочных породах. Этими методами также определяется степень катагенетической преобразованности ОВ. Микрокомпонентный состав ОВ определяется в тонких углепетрографических шлифах из пород, углей и концентратов нерастворимого ОВ в проходящем, отраженном и ультрафиолетовом свете, а степень катагенетической преобразованности устанавливается по отражательной способности или по показателю преломления микрокомпонентов. Этап развития петрографических исследований концентрированного ОВ (углей) связан с именами многих известных российских и зарубежных ученых (Ю.А. Жемчужников, А.И. Гинзбург, И .Э. Вальц, Л.И. Сарбеева, Н.М. Крьшова, Л.И. Боголюбова, А.С. Чистякова, И.И. Аммосов, М. Тайхмюллер, Б. Альпери и др.). Эти специалисты усовершенствовали методы углепетрографии. Для углепетрографических исследований В.А. Шестаковым были разработаны основы методики изготовления препаратов. Существующие петрографические исследования концентрированного ОВ послужили основой для разработки методик изучения вещественно-петрографического состава ОВ, рассеянного в осадочных породах (в концентратах), и катагенеза. С помощью углепетрографических методов в составе РОВ установлены не только те же, что и в углях, детритные формы микрокомпонентов (группы витринита, фюзинита, лейптинита, талломоальгинит), принципиально ничем не отличающиеся от таковых микрокомпонентов углей, но и бесструктурные их формы как сапропелевой (коллоальгинит, коллохитинит), так и смешанной гумусаво-сапропелевой и сапропелево-гумусовой (микстинит или сорбомикстинит) природы. На помощь углепетрографической диагностике нередко приходится применять дополнительные методы, в том числе ИК-спектрометрию, использование которой для этих целей оказывается весьма полезным. Заключение Содержание органического вещества (ОВ) в породах определяется именно по содержанию в них органического углерода (Cорг). Существуют различные аналитические методы выделения органического вещества из пород и определения его состава. Отличаются они друг от друга в основном применением разных органических растворителей. Важнейшими компонентами, извлекаемыми из органического вещества, являются его две составляющие. Это - компоненты, растворимые в органических растворителях - битумоиды и кероген - остаток органического вещества после экстракции из него битумоидов. Кероген не растворяется в органических растворителях, поэтому его достаточно часто называют -«нерастворимое органическое вещество» — НОВ. В основе органической теории происхождения нефти лежат представления о генерации углеводородов при температурном воздействии на биогенное органическое вещество и об аккумуляции углеводородов, унаследованных от живых организмов. Подавляющее количество геологических и геохимических данных, собранных в последние несколько десятилетий при изучении осадочных образований и нефти, свидетельствует о том, что большая часть последней образовалась из органического вещества, захороненного в осадочном чехле седиментационных бассейнов. Некоторое количество углеводородов в земной коре, видимо, могло образоваться за счёт неорганических источников, но оно ничтожно мало в сравнении с тем их количеством, которое связано с преобразованием органического вещества. На поисковом и разведочном этапах геологоразведочных работ первичная характеристика керна и шлама осуществляется непосредственно при бурении на скважине, а в лабораторных условиях керн исследуется в основном для установления петрофизических характеристик. В современных условиях, когда разведка ведётся в сложных геологических условиях, зачастую на больших глубинах, где вскрываются залежи, содержащие флюиды переходного типа, а также в новых, плохо изученных нефтегазоперспективных районах требуется получение более детальной геохимической информации с целью повышения достоверности получаемых результатов и увеличения эффективности поисковых работ. Задача детального изучения горных пород может быть решена за счёт комплексирования геохимических методов, позволяющих получить достаточно обширную геохимическую информацию о составе и свойствах органической части образцов керна и шлама. В данной работе рассмотрены методы изучения керогена и битумоидов. Существуют различные аналитические методы выделения органического вещества из пород и определения его состава. Отличаются они друг от друга в основном применением разных органических растворителей. Важнейшими компонентами, извлекаемыми из органического вещества, являются его две составляющие. Это - компоненты, растворимые в органических растворителях - битумоиды и кероген - остаток органического вещества после экстракции из него битумоидов. Список использованной литературы Геология и геохимия нефти и газа. О.К. Баженова, Ю.К. Бурлин, Б.А. Соколов, В.Е. Хаин. Москва. МГУ. 2000г. Кероген. Методы изучения, геохимическая интерпретация. Л.И. Богородская, А.Э. Конторович, А.И. Ларичев. Новосибирск. Издательство СО РАН филиал «Гео». 2005г. Геология и геохимия нефти и газа. Бакиров А.А., Табасаранский З.А., Бордовская М.В. Москва. 1982г. Методы оценки качества нефтегазоматеринских пород. В.В. Васильев. Ухтинский государственный технический университет. Ухта. 2012г. Методы изучения вещественного состава пород и органического вещества в осадочных бассейнах. Е.Е. Карнюшина, Г.Л. Чочия, Н.В. Пронина, Н.П. Фадеева. Москва. Издательство Московского университета. 1990г. Основы нефтегазовой геоэкологии. Пиковский Ю.И. Москва. ИНФРА-М. 2015г. Твердое органическое вещество недр и нефтегазоносность. Аммосов И. И. Москва. Недра. 1987г. Нефтегазоносные и угленосные бассейны России. Б.А. Соколов. Москва. МГУ. 1996г. Петрология органического вещества в геологии горючих ископаемых. Аммосов И.И., Горшков В. И., Гречишников Н.П. и др. Москва. Наука. 1987г. Химический состав рассеянного в осадочных породах органического вещества и пути его классификации. Богародекая Л. И., Канторович А.Э. Москва. Наука. 1982г. Химия горючих ископаемых. Соболева Е.В. Гусева А.Н. Москва. 1998г. Кераген тогурской свиты - представитель органического вещества нефтематеринских пород озерных формаций. Геология и геофизика. Богародекая Л И., Меленевский В.Н., ФомичевА. С. Новосибирск. Изд. СНИИГГиМС. 1981г. Гидрогеология нефтегазоносных бассейнов. В.В. Семенович. Москва. Издательство Московского университета. 2000г. Генерация и деструкция микронефти на больших глубинах. Геология и геофизика. Борукаев Г. Ч., Полякова И.Д. 1998г. Т. 39. Геология и геохимия горючих ископаемых. Голицын М.В., Голицын А.М., Пронина Н.В., Макарова Е.Ю., Богомолов А.Х. Москва. 2013г. Основные закономерности, характеризующие органическое вещество современных и ископаемых осадков. Вассоевич Н. Б. Москва. Наука. 1973г. Происхождение нефти. Вассоевич Н.Б. МГУ. Сер. 4. Геология. 1975г. Геологические условия метаморфизма углей и нефтей. Вышемирекий В. С. Саратов. Изд-во Саратов. 1973г. Определение изотопного состава углерода керагена без предварительного вьщеления его из породы. Методы исследования природных органических веществ. Вышемирекий В. С., Доильницын Е. Ф., Шугуров В. Ф. Новосибирск. Наука. 1985г. Геология нефти и газа Западной Сибири. А.Э. Канторович, И.И. Нестеров, Ф.К. Салманов и др. Москва. Недра. 1975г. Геология нефти и газа Сибирской платформы. А.А. Анциферов, В.Е. Бакин, И.Л. Варламов и др. Москва. Недра. 1981г. 1 Основы нефтегазовой геоэкологии. Пиковский Ю.И. Москва. ИНФРА-М. 2015г. стр. 89 2 Методы оценки качества нефтегазоматеринских пород. В.В. Васильев. Ухтинский государственный технический университет. Ухта. 2012г. стр. 48. 3 Кероген. Методы изучения, геохимическая интерпретация. Л.И. Богородская, А.Э. Конторович, А.И. Ларичев. Новосибирск. Издательство СО РАН филиал «Гео». 2005г. стр. 35 4 Кероген. Методы изучения, геохимическая интерпретация. Л.И. Богородская, А.Э. Конторович, А.И. Ларичев. Новосибирск. Издательство СО РАН филиал «Гео». 2005г. стр.55 |