Структуры месторождений горючих ПИ. _«Структуры месторождений горючих ПИ». Структуры месторождений горючих пи

• Название: Структуры месторождений горючих пи
• Анкор: Структуры месторождений горючих ПИ
• Дата: 23.03.2022
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: _«Структуры месторождений горючих ПИ».docx
• Тип: Реферат; #412016
• страница: 6 из 6

3. Химический состав, свойства и классификация твердых горючих ископаемых

3.1 Состав и свойства торфа и углей гумусового ряда

К твердым горючим ископаемым относятся

твердые нафтиды, сапропель и сапропелиты, торф и гумусовые

угли, а также горючие сланцы.

В древних торфяных болотах начиная с позднедевонской эпохи в анаэробных условиях (в восстановительной среде без доступа кислорода) могли накапливаться концентрированные остатки (некрома) высших растений и преобразовываться в торф, из которого в процессе дальнейшего литогенеза формировались гумусовые ископаемые угли. Первичная торфяная залежь состояла из тканей растений – от полностью разложившихся (гелефицированных) до хорошо сохранивших свое клеточное строение.

В аэробных условиях при воздействии на некрому растений

вод, обогащенных кислородом, или атмосферного кислорода происходило полное окисление (тление) ОВ с выделением диоксида углерода, не сопровождавшееся торфообразованием.

Превращение торфа и сапропеля (биохимически преобразованная некрома водорослей) в ископаемый уголь, называемое углефикацией, происходило в течение многих миллионов лет и сопровождалось концентрацией углерода и уменьшением содержания кислорода, азота и водорода. Главными факторами углефикации являются температура, давление и геологическое время.

В России принято выделять следующие стадии углефикации: буроугольную (с ранней подстадией – лигнитовой), каменноугольную, антрацитовую и графитовую. При этом бурые угли последовательно преобразовывались в каменные, антра циты и графит. В США, Канаде, Германии, Великобритании и многих других странах принято считать, что в процессе углефикации из торфа образуются лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрацит и графит.

В состав ЖВ высших растений входят четыре группы компонентов – углеводы, белки, панлипоидины (липиды и липоиды) и лигнин. В водорослях лигнин отсутствует. Из концентрированной формы остатков высшей растительности в процессе литогенеза формируется ряд гумусовых углей, из концентрированной формы остатков водорослей – сапропелиты.

Целлюлозно-лигниновые остатки служат основой концентрированного ОВ гумусовых углей. Особый интерес представляет лигнин, поскольку он составляет более 25 % состава ЖВ высшей растительности, устойчивее, чем другие компоненты ЖВ, к биохимическому воздействию в восстановительных условиях и содержит ароматические структуры, которые преобладают в каменных углях.

Из концентрированного ОВ, в основном остатков высшей растительности формируется, начиная с торфа, ряд гумусовых углей.

Торф. Современное торфообразование происходит в разных

масштабах в пределах всех материков, кроме Антарктиды. Общие ресурсы торфа с условной влажностью 40 % оцениваются в 480 млрд т (Голицын, 2012). Крупные торфяники известны на территории Канады, Финляндии, России, Ирландии, Шотландии и других стран.

Ряд гумусовых углей начинается с торфа, который формируется на стадии диагенеза. Торф – осадочная порода растительного происхождения; наименее зрелый в химическом и геологическом отношении вид твердых горючих ископаемых.

Торф образуется в результате накопления в болотах остатков отмерших растений и более или менее глубокого их разложения под воздействием главным образом микроорганизмов в условиях повышенной влажности и затрудненного доступа воздуха. По определению Г.Л. Стадникова, «стадия торфа характеризуется присутствием химически неизмененных или же измененных очень мало форменных элементов растений (стебли, листья, корни) в основной аморфной, иногда пластической массе, представляющей собой продукт глубокого изменения растительного материала» (1937). Аморфная масса получила название «гумус» (от лат. humus – земля, почва) – органическое вещество почв, темноокрашенные продукты биохимического разложения в почве отмерших остатков растений. Его основные свойства определяются наличием гуминовых кислот –низшей формы гуминовых веществ. В процессе углефикации последние утрачивают растворимость в щелочах и превращаются в гумины. В бурых углях присутствуют как гуминовые кислоты, так и гумины, в каменных углях – только гумины.

По геоморфологическому положению болот выделяются типы торфов (низинный, переходный, верховой), по условиям захоронения – подтипы (лесной, топяной, лесотопяной), по составу исходной биомассы – виды (моховые, травяные, древесные). Средняя теплота сгорания торфа 24 МДж/кг.

По содержанию гумуса различают торф разной степени разложения R, % = гумус/неразложившиеся остатки растений: низкой (менее 20 %), средней (20–35 %), высокой (более 35 %).Содержание целлюлозы в торфе разной степени разложения колеблется от 0,6 до 12 %. Изучение сохранившихся в углях остатков растений позволило проследить эволюцию углеобразования – от более древних угольных пластов, образованных низшими растениями, до молодых углей и современных торфяных залежей, характеризующихся большим разнообразием высших растений торфообразователей. Возраст угольного пласта и связанных с ним пород определяют по видовому составу содержащихся в угле растений.

Уголь можно рассматривать как твердые горючие осадочные породы. Подобно тому, как магматические горные породы состоят из минералов, уголь состоит из микрокомпонентов –мацералов. Если минералы обладают однородностью химического состава и кристаллическим строением, то мацералы –это оптически однородные агрегаты органических веществ с определенными физическими и химическими свойствами.

Неоднородность угля видна невооруженным глазом, но детали строения можно видеть только под микроскопом. Мацералы изучаются углепетрографическими методами. По углепетрографическим критериям выделяют три группы мацералов, в пределах которых есть подгруппы: 1) витринита; 2) инертинита (фюзенита); 3) липтинита (экзинита). Между группами отмечаются существенные химические различия, внутри групп они

незначительны.

Группа витринита является продуктом процесса гелефикации гуминовых кислот, которые образуются из лигнино-целлюлозных комплексов стенок клеток растений. Отмершие растения, попадая в водную среду, в анаэробных условиях постепенно переходят в коллоидный раствор через стадию «студня» и превращаются в гидрозоль. В благоприятных условиях (длительное пребывание под водой, слабо насыщенной солями, в восстановительной обстановке) возможен полный переход растительных остатков в гидрозоль. В этом случае образуется однородная основная масса, почти полностью состоящая из витринита. Далее часть гидрозоля дегидратируется и превращается в твердый гель. В неблагоприятных условиях (высыхание водоема вследствие изменения береговой линии и т.п.) при изменении обводненности превращение растительных остатков в золь может прерываться на любой стадии. В шлифах в проходящем свете витриниты имеют яркую окраску – от желто-оранжевой до красной. Для определения стадии преобразования ОВ пород и углей, как упоминалось ранее, используют показатель отражения витринита, %: Rо – в масле, Rа – на воздухе. Содержание мацералов группы витринита в разных углях изменяется от 50 до 90 %.

Группа инертинита (фюзенита) образуется в процессе фюзенизации, который протекает в аэробных условиях, когда происходит обуглероживание ОВ, связанное с окислением низкомолекулярных фрагментов и дегидратацией, при этом сохраняется клеточная структура древесины. Образование фюзенитов возможно на торфяной стадии при пожарах торфяников, а также вследствие биохимической деградации. Микро-компоненты группы инертинита под микроскопом в проходящем свете черных оттенков. Их концентрация может изменяться от 5 до 40 %.

Группа липтинита представляет собой растительные остатки с повышенным содержанием водорода (липиды и липои ды), устойчивые к микробиальному воздействию. Здесь выделяются такие подгруппы, как экзинит, или собственно липтинит (энзимы спор, пыльца), кутинит (кутикула), суберенит (пробковая ткань), резинит (смоляные тельца); альгинит (остатки водорослей). Их содержание варьируется от 5 до 15 %. Угли с повышенным содержанием липтинитовых и витринитовых мацералов могут использоваться для гидрогенизации – получения жидкого топлива.

Гелефицированные (витриниты) и фюзинизированные (инертиниты) мацералы различаются по химическому составу и технологическим свойствам. Фюзениты характеризуются высоким содержанием углерода и золы, малым содержанием водорода, низким выходом летучих компонентов и неплавкостью, витриниты – высокой плавкостью, низким содержанием золы.

Важной особенностью КУ является способность к коксованию. Коксующиеся угли – ценное сырье для металлургии, поэтому во всем мире наблюдается повышенный интерес к коксующимся углям. Основное их свойство – спекаемость – способность измельченного угля давать при нагреве без доступа воздуха сплошную (вязкую) массу, которая после охлаждения образует кокс. Спекаются только угли, находящиеся на стадиях, соответствующих маркам каменных углей Ж, К, ОС, угли марки Г разделяются на две фазы, угли марок Д и Т не спекаются. Спекаемость углей зависит от соотношения мацералов, поэтому шихту подбирают по степени преобразования углей и мацеральному составу – витриниты и липтиниты переходят в пластичное состояние, фюзениты представляют собой неплавкие зерна.

Полуантрациты и антрациты. Антрациты продолжают ряд каменных углей и находятся на высшей стадии углефикации. Полуантрациты – переходная форма между тощими углями и антрацитами. Антрациты и полуантрациты имеют цвет в куске от Серовато-черного до черного, черта у полуантрацита черная, у антрацита бархатисто-черная. Те и другие имеют яркий блеск. Плотность изменяется от 1,4 до 1,75 г/см3.

Классификации углей существуют:

• 
  генетические, в основу которых положены данные о химической природе и происхождении компонентов углей;
  
• 
  промышленные, основным назначением которых является определение марок углей, могущих служить сырьем для получения металлургического кокса.
  

Первая генетическая классификация была предложена Г. Потонье, он выделил три класса углей – гумиты, сапропелиты и биолиты. Позднее Ю.А. Жемчужников предложил свою классификацию, в которой выделил две группы и каждую из них подразделил на два класса:

1) гумолиты (из высшей растительности), включая класс I – Лигнино-целлюлозные плюс кутиковые вещества и смолы, класс II – липтобиолиты;

2) сапропелиты (из фито и зоопланктона), включая класс III –

собственно сапропелиты (сохраняются водорослевые и другие

планктонные остатки), класс IV – сапроколлиты (бесструктурная масса).

Знания о происхождении и химической природе твердых горючих ископаемых наиболее полно отражает классификация

Г.Л. Стадникова (1937). Все твердые горючие ископаемые в зависимости от исходного материала делятся на четыре класса:

1) сапропелиты, образовавшиеся из жиров микрорастений (липидов водорослей);

2) чисто гумусовые угли, образовавшиеся из остатков высокоорганизованных растений;

3) смешанные сапропелито-гумусовые с преобладанием остатков водорослей;

4) смешанные гумусо-сапропелитовые с преобладанием остатков высшей растительности.
3.2 Сапропель и сапролеты

Исходным веществом для сапропелей и сапропелитов является живое вещество (в основном липиды и липоиды) моновидовых водорослей и бактерий с некоторой примесью остатков зоопланктона и высшей растительности, накапливающееся в пресноводных или солоновато-водных условиях озер или мелководья морей.

Сапропели находятся на торфяной стадии карбонизации.

Сапропелиты по степени углефикации соответствуют бурым и каменным гумусовым углям. Сапропель, или гнилостный ил, содержит до 70–90 % воды. Во многих современных озерах в настоящее время формируется сапропель, который используется как удобрение (озеро Нерль).

С погружением в сапропелевых илах содержание воды уменьшается и увеличивается относительное содержание ОВ. Сапропелевые угли в чистом виде встречаются очень редко, чаще отмечаются прослои сапропелитов среди гумусовых углей.

Сапропелиты часто называют по их местоположению: бог хеды (г. Богха, Шотландия), куронгиты (залив Куронг, Австралия), балхашиты (оз. Балхаш), будаговские сапропелиты (Иркутская область) и т.д.

По внешнему виду сапропелиты похожи на гумусовые угли – черные или темно-коричневые, матовые или полуматовые.

Среди них выделяют две разновидности:

плотные – однородные с раковистым изломом, легко обрабатываются и шлифуются с образованием блестящей поверхности;

слоистые – менее плотные и менее пластичные, легко раскалываются на тонкие пластинки; слоистая текстура возникает за счет разного соотношения минеральных и органических компонентов и характеризуется высоким содержанием золы.

По элементному составу сапропелиты очень близки:

74,8–83,2 % С; 9,7–10,8 % Н; 6,0–10,7 % О; 0,6–2,7 % S; 0,6–1,3 % N. Как видно из этих данных, в сапропелитах посравнению с гумусовыми углями выше содержание водорода, что связано с составом водорослевого исходного ОВ, богатого липидами и липоидами. Содержание кислорода распределяет ся по трем основным формам – карбоксильной, гидроксильной и карбонильной.

Выход летучих компонентов на горючую массу высокий и изменяется от 70 до 93 %, что свидетельствует о малой термической устойчивости молекул ОВ сапропелитов. Влажность может меняться от 2 до 7 %, зольность – от 10 до 40 %.

Групповой состав является основным отличием сапропелей и сапропелитов буроугольной стадии углефикации от торфов и бурых гумусовых углей и характеризуется отсутствием гуминовых кислот, поскольку большинство гуминовых кислот образуется из лигнина, которого нет в водорослях. В групповом составе выделяются следующие аналитические группы: битумоиды, нерастворимое ОВ и зола.

Битумоидов в плотных разновидностях меньше (1,5–4,0 %), чем в слоистых. В состав битумоидов входят кислые компоненты – жирные кислоты, ангидриды кислот, кетоны и нейтральные – предельные и непредельные УВ.

Нерастворимое ОВ – это в основном новообразованныетгеополимеры с высокой молекулярной массой. О составе молекул можно судить по фрагментам молекул, образовавшихся при деструкции геополимеров. Это предельные и непредельные жирные кислоты с длиной цепи С8–С22, спирты и эфиры,которые в результате реакций полимеризации и поликонденсации дают крупные молекулы геополимеров. Молекулы представляют собой связанные между собой метиленовые –СН2–СН2– цепочки и циклы. В некоторых молекулах метиленовые цепочки соединены гетероатомными связями; наибольшее значение среди них имеют простые эфирные связи.

В радикалах присутствуют карбоксильные –СООН и гидроксильные –ОН функциональные группы, которые способствуют образованию водородных связей между молекулами,придающих органической структуре жесткость.

Сапропелитовые угли можно разделить на кеннельские угли и богхеды с переходными типами между ними. Макроскопически они все очень похожи, но под микроскопом обнаруживаются их различия. Кеннели почти не содержат водорослевого вещества и настолько обогащены спорами, что их называют споровыми углями. Встречаются кеннели, которые вместо спор содержат частицы витринита и инертинита, для них характерны микрослоистость и одинаковый размер частиц. Кеннели имеют матовый черный цвет, иногда с жирным блеском. Макроскопически богхеды сходны с кеннелями, но отличаются от них буроватым цветом и коричневой чертой.

3.3. Горючие сланцы и сланцевый газ

Горючие сланцы – осадочная горная порода органического происхождения, в которой минеральная составляющая преобладает над горючей органической (керогеном).

Содержание керогена – до 35 % (после обогащения – до 75 %).

Сланцы имеют тонкую слоистую структуру и хорошо выраженную тонколистовую сланцеватость (способность раскалываться на тонкие пластинки); они способны гореть коптящим пламенем, продукты горения имеют специфический запах. Цвет горючих сланцев изменяется от желто-серого до черного. Выход летучих веществ высокий, содержание влаги – до 15 %, золы – до 60–70 %, выход серы, молекулярная масса и теплотворная способность колеблются в значительных пределах. Минеральная часть может быть представлена кремнеземом и глинистыми минералами, иногда карбонатами. Элементный состав керогена: 55–80 % С; 5,8–10 % Н; 7–35 % О; 1,2–7,3 % S; 0,9 % N. Теплота сгорания 14,6–16,7 МДж/кг.

Сланцы используются в качестве местного топлива, а также для производства пропиточных масел, дорожного битума и т.д.

При сухой перегонке горючие сланцы дают горючий газ и жидкие продукты, имеющие сходство с нефтью и называемые сланцевой смолой (Голицын, 2012).

Некоторые исследователи относят к горючим сланцы с гумусовым разделяют их на две группы–угольные инефтяные.

По содержанию ОВ подобные породы можно отнести к нефтематеринским (потенциально нефтематеринским), которые слабо преобразованы и еще не израсходовали свой нефтегенерационный потенциал. Если в дальнейшей геологической истории участок литосферы, содержащий пласты горючих сланцев, опустится на значительные глубины (более 1500–2000 м), из ОВ горючих сланцев может образоваться нефть.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Баженова О.К., Арефьев О.А. Особенности состава биомаркеров докембрийского вещества Восточно-Европейской платформы // Геохимия. 1998. № 3.

2.Белоусов В.В. Очерки геохимии природных газов. Л. : ОНТИ, 1937.

143 с.

3.Вернадский В.И. Избранные сочинения. М. : Изд-во АН СССР, 1960.

Т. 4. Кн. 2. 650 с.

4.Воды нефтяных и газовых месторождений СССР : справочник ; под

ред. Л.М. Зорькина. М. : Недра, 1989. 382 с.

5.Высоцкий И.В. Основы геологии природного газа. М. : Гостоптехиз дат, 1954. 384 с.

6.Гафаров Н.А., Глаголев А.И. Освоение нетрадиционных УВ ресурсов

в США: современное состояние и перспективы // Газовая промышленность. 2012. № 11. С. 48–53.

7. Геология и геохимия нефти и газа : учебник / О.К. Баженова, Ю.К. Бурлин, Б.А. Соколов [и др.]. 3е изд., перераб. и доп. М. : Издательство МГУ,2012. 432 с.

8.Геология и геохимия природных горючих газов : справочник /

В.И. Ермаков, Л.М. Зорькин, В.А. Скоробогатов, В.И. Старосельский ; под ред. И.В. Высоцкого. М. : Недра, 1990. 315 с.

9.Геолого-геохимические процессы в газоконденсатных месторождениях и ПХГ / В.И. Петренко, В.В. Зиновьев, В.Я. Зленко, С.Б. Остроухов. М. : Недра, 2003. 512 с.

10.Голицын М.В. Геология и геохимия горючих ископаемых : учебник ;

под ред. В.И. Вялова. М. : КДУ, 2012. 236 с. Ч. 2: Твердые горючие ископаемые.

11.Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гагарин С.Г. Классификация горючих ископаемых по структурно-химическим показателям и основные пути использования ископаемых углей. М. : НТК Трек, 2007.

12.Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. М. : Недра, 2003.

13.Зиберт Г.К., Запорожец Е.П., Зиберт А.Г. Направления научно-технического развития в газодобыче и переработке // Газовая промышленность. 2012. № 11. С. 86–87.

14.Козлов А.Л. Проблемы геохимии природных газов. М. ; Л. : Гостоп техиздат, 1950. 167 с. Кофанов К.П. Геохимическая классификация углеводородных газов // Труды Краснодарского филиала ВНИИнефтегаз. Краснодар,1959. Вып. 1. С. 279–298.

16.Кравченко Т.П. Ресурсоведение нефти и газа : учеб. пособие. М. :

ГЕОС, 2004. 196 с.

17.Ларин В., Ларин Н. Теория: сланцевый газ в свете водородной дегазации Земли. – http://okoplanet.su

18.Лондон Э.А., Бахвалов А.С. Взаимосвязь в распределении кислых и

углеводородных компонентов в природных сероводородсодержащих газах // Геология нефти и газа. 1973. № 1. С. 49–56.

19.Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа : учеб. пособие. 2е изд. М. : Химия, 2001. 568 с.

20.Мстиславская Л.П., Филиппов В.П. Геология, поиски и разведка нефти и газа : учеб. пособие . М. : ЦентрЛитНефтеГаз, 2005. 200 с.

21.Петров А.А., Абрютина Н.Н. Изопреноидные углеводороды нефти // Успехи химии. 1989. Т. LVIII, вып. 6.

22.Попков В.И., Соловьев В.А., Соловьева Л.П. Геология нефти и газа :

учеб. пособие. Краснодар : Кубанский гос. унт, 2011. 257 с.

23.Природные газы осадочной толщи ; под ред. В.П. Якуцени. Л. : Недра, 1976. 344 с.

24.Ресурсы нефти и газа и перспективы их освоения / М.С. Моделевский, Г.С. Гуревич [и др.]. М. : Недра, 1983. 223 с.

25.Рогозина Е.А. Состав, зональность и масштабы генерации газов при

катагенезе органического вещества гумусовых углей // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2008. № 3.

26.Роль микроорганизмов в преобразовании состава нефтей и нефтяных биотехнологиях / Т.Г. Корженевская, И.Б. Запольнова [и др.] // Обзорная информация. Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. М., 2002.Вып. 1.

27.Русьянова Н.Д. Углехимия. М. : Наука, 2003.

28. Сластунов С.В., Коликов К.С. Угольный метан: добыча или дегазация //Газовая промышленность. 2012. № 10. С. 60–62.

29.Соболева Е.В. Состав хемофоссилий – геолого-геохимическая история нефти // Вестник Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 1995. № 2.

30.Соболева Е.В., Гусева А.Н. Практикум по геохимии горючих ископаемых. М. : Изд-во МГУ, 2004.

31.Соболева Е.В., Гусева А.Н. Химия горючих ископаемых : учебник. М. :Изд-во МГУ, 2010. 312 с.