Генетические типы ОВ-керогена

Генетический тип ОВ определяется главным образом на основе химической и углепетрографической характеристики ке-рогена с использованием других, в том числе геологических, (лито-фациальных) 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 катагенетической преобразованности. В зависимости от этих фак­торов изменяется и мацеральный состав керогена, который на­равне с элементным составом определяет молекулярную структу­ру ОВ.

Автором первой классификации РОВ был Г. Потонье, кото­рый предложил выделять два основных фациально-генетических типа ОВ — сапропелевое и гумусовое, понимая под этими типа­ми 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 рас­тений, по химическому составу и составу генерированных про­дуктов более отвечает «сапропелевому» и наоборот.

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 материала как двухкомпонентное, состоящее из липидной и углеводно-бел­ковой (гумоидной) частей. Наиболее характерными параметрами каждой части является соответственно содержание Н и N. Они предложили подразделять ОВ сапропелевого типа по содержанию водорода на четыре подкласса: липидный — более 9-9,5% водо­рода; гумоидно-липидный — от 7,5-8 до 9-9,5%; липидно-гумо-идный — от 6-6,5 до 7,8-8%; гумоидный — менее 6-6,5%.

Сотрудниками кафедры геологии и геохимии горючих иско­паемых МГУ во главе с Н.Б. Вассоевичем для обозначения типов ОВ была рекомендована терминклатура, основанная на преобла­дающем типе структур, включенных в макромолекулу, без учета других структур. Согласно этой терминклатуре, ОВ «сапропелево­го» типа, содержащее в основном алициклические и алифатичес-

£ие 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. Лопати­ным (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 характе­ризуется длинными алифатическими цепями. Такое ОВ предло­жено называть алфиновым и обозначать СК_алф. В исходном ОВ этого типа большую роль играют ненасыщенные структуры, эфирные группы. Отношение Н/С в нем составляет 1,5-1,8, со­держание азота не превышает 2-3%. Такое ОВ типично для мно­гих групп горючих сланцев.

II комплекс — углеводно-белковые соединения (ядерно-цитоплазматические составляющие клеток и тканей различного
происхождения) — дает основу для ОВ, характеризующегося
присутствием алициклических структур, амидных группировок, кетонных групп и отсутствием конденсированной ароматики. Та­кое ОВ было названо алцшовым и обозначается СК_алц. Ему свойственны также повышенные концентрации азота — 5,5-6,5%, Н/С = 1,2-1,4.

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

Чистые генетические типы ОВ в природе крайне редки, обыч­но приходится сталкиваться с ОВ смешанного состава. В та­ких случаях вводятся и соответствующие обозначения CK_ал-ар, СК_ар-алц и т.д. Эта классификация, основанная на элементном составе керогена, информативна, но, к сожалению, в настоящее время мало используется из-за чрезвычайно трудоемкого процес­са получения керогена.

Принципиальная близость концентрированного и рассеянно­го ОВ по исходному ОВ и процессам его последующего преобра­зования позволяет с определенной долей условности перенести основные черты классификации углей на РОВ с учетом некото-

рых особенностей последнего. Такая классификация РОВ, так же как и классификация углей, строится на основе микрокомпонент­ного состава ОВ, причем расчленялись лишь компоненты, уста­новленные для гумусовых углей; сапропелевый материал учиты­вался как единый компонент — альгинит (табл. 2.3). Характер­ным для РОВ является присутствие в больших количествах мик-стинитовых 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 ис­пользуют углепетрографическую терминологию, выделяя лейпти-нит, витринит, инертинит (фюзенит). Мацералы лейптинита про­исходят главным образом из водорослей (альгинит) и спор (спо-ринит) с примесью кутана, смол, восков. Витринит и инертинит представляют собой ткани высших растений, структура которых различима в инертините, окисленном в диагенезе, но отсутствует в витрините, прошедшем гелификацию. В древних (допалеозой-ских и кембрийских) породах идентифицируют бесструктурные остатки, напоминающие витринит, представляющие собой остат­ки донных водорослей, выделяя их как псевдовитринит.

Сапропелевым ОВ называют кероген, в котором в проходя­щем свете можно видеть аморфные облаковидные образования. Определенный таким образом как сапропелевый, генетический тип не всегда соответствует таковому по результатам физико-хи­мических исследований. Концентраты РОВ сапропелевого ОВ незначительной степени преобразованности в УФ лучах ярко лю-минесцируют.

Гумусовое ОВ содержит большое количество форменных остатков высших растений, и его, как правило, в проходящем свете определить возможно более точно.

За рубежом, а в последнее время и в России широко исполь­зуется классификация типов ОВ (типов керогена) по структур­но-химическому признаку Б. Тиссо и Д. Вельте (1981). Авто­ры предлагают выделять три типа керогена. На диаграмме Ван-Кревелена они характеризуются соответствующими кривыми (рис. 2.5, 2.6).

87

Первый тип — кероген с высоким содержанием водорода и низким кислорода (начальное атомное отношение Н/С_ат высо­кое — более 1,5 и О/С_ат низкое — менее 0,1); кероген в значи­тельной части состоит из липидного материала, в нем преоблада­ют алифатические структуры. Содержание полиароматических ядер и гетерогенных связей невелико. Кислород находится глав­ным образом в сложноэфирных связях. Кероген формируется в основном за счет водорослевых и микробных липидов, он харак-терен для некоторых типов горючих сланцев: торбанитов, тасманитов, куронгитов, горючих сланцев «Грин Ривер». Этот тип ке-рогена распространен относительно редко.

Второй тип — содержание водорода достаточно высокое, но меньшее, чем в первом типе, содержание кислорода более высо­кое; в керогене этого типа большое значение приобретают поли­ароматические ядра, гетероатомные группы кетонов, карбоксиль­ные группы кислот и сложноэфирные связи. В нем обычно при­сутствует сера, локализуясь в гетероциклах. Кероген этого типа формируется в результате отложения и накопления морских орга­низмов (фито- и зоопланктон, бактерии с участием принесенного в бассейн ОВ высших растений). Основная масса керогена в шлифах определяется как микстинит с примесью альгинита и витринита; его петрографический тип определяется как лейпти-нит. Этот кероген является источником УВ для большого числа нефтяных месторождений, в том числе и гигантских.

Третий тип — кероген, бедный водородом (Н/С_ат<1, О/С_ат = 0,2-0,3), содержащие преимущественно конденсирован­ные полиароматические ядра и кислородсодержащие функцио­нальные группы при отсутствии сложноэфирных группировок. Характерны длинные алифатические цепочки, унаследованные от восков высших растений. Кероген этого типа образовался в основном из остатков наземной растительности. Обычен для кон­тинентальных окраин и дельтовых толщ.

Выделенные типы керогенов отличаются по характеру гене­рируемых продуктов, и прежде всего УВ. Соотношение различ­ных групп УВ дано на рис. 2.7.

Есть и другие классификации керогенов, в основу которых также положен элементный и мацеральный состав исходного ОВ,

также учитывается и состав генерируемых продуктов. Так, ОВ, значительную долю которого составляют микробиальные компо­ненты, Мак Кирдли предложил разделять на четыре типа. Пер­вый тип обогащен водородом, в продуктах генерации преоблада­ют н-алканы, ароматических соединений очень мало, мацераль-ный эквивалент — альгинит. Второй тип является смесью обога­щенного липидами сапропелевого и гумусового ОВ, отноше­ние Н/С_ат изменяется от 1,29 до 0,75, пристан преобладает над фитаном, содержание н-алканов и длина их цепей меньше, чем в керогене первого типа. Третий тип является гетерополиконден-сатом водорослевых гуминовых веществ, по элементному соста­ву сходен с витринитом (Н/С_ат = 8,3-0,54). Кероген четверто­го типа обеднен водородом, по составу близок к фюзиниту (Н/С_ат = 0,54-0,28).

Классификация керогенов, предложенная С. Партером и С. Сенфтлом (1985), основана на результатах пиролиза и газо-во-жидкостной хроматографии генерированных продуктов, угле-петрографических исследованиях с учетом элементного состава керогена. Эта классификация в настоящее время является наибо­лее детальной, учитывающей наибольшее число параметров. Ав­торы выделяют восемь групп керогена: 1) I_П — преобладание па­рафиновых углеводородов, представлен торбанитом; 2) I_ПН — пре­обладание парафино-нафтеновых структур, представлен тасмани-том; первые два типа богаты альгинитом; 3) I_Н — преобладание нафтеновых УВ, образован из ризинита; 4) II_пн — парафино-на-фтеновые УВ, кероген обогащен аморфинитом; 5) II/III_п — керо­ген богат экзинитом, в продуктах генерации доминируют парафи­новые УВ; 6) II/Ш_ф — представлен споринитом, преобладают фенолы; 7) III_п — кероген обогащен витринитом, парафиновые УВ преобладают; 8) Ш_и — в керогене преобладает инертинит.

На любых уровнях геохимических исследований первосте­пенная задача — определение фациально-генетического типа ОВ. При разных принципах построения классификаций структур­но-химический (алиновое, арконовое ОВ — Н.Б. Вассоевич), фи­зико-географической (аквагенное и терригенное ОВ — А.Э. Кон-торович) и др. Основа их сходная — фациально-генетическая. Типизация керогена, по Б. Тиссо и Д. Вельте, по существу также представляет разделение НОВ на те же основные группы — сап-ропелиты (I и II типы) и гумиты (III тип), только в I тип выделе­ны наиболее «чистые» керогены горючих сланцев, наименее окисленные в диагенезе.

На современном уровне исследования НМ отложений опре­деления генетического типа ОВ как «кероген II типа» или «сапропелиты-гумиты» являются недостаточными, поскольку сами по себе эти данные несут мало информации о генезисе ОВ. Наибо-

лее информативным в генетическом плане является веществен­но-петрографический состав ОВ. Попытка создать генетическую классификацию ОВ внутри класса сапропелитов была сделана Г.М. Парпаровой и А.В. Жуковой на примере ОВ палеозоя-допа-леозоя Сибирской платформы (1990). В исходном ОВ указанного возрастного комплекса авторы выделяют три компонента: фито­планктон (ФП), в основном Cyanophyta и Acritarhacha, фитобен-тос (ФБ), Phaeophyta и Rhodophyta, и зоосоставляющую (ЗС), граптолиты, трилобиты и др. Эти компоненты распознаются при петрографическом изучении керогена и классифицируются соответственно как альгинит (коллоальгинит), псевдовитринит и хитинит. Классификация построена на основе треугольной диаграммы, где выделяются 19 типов ОВ. При содержании ком­понента менее 25% он не входит в наименование типа. В верши­нах треугольника располагаются шесть «чистых» типов ОВ, например фитопланктонный (ФП — 90-100%) и существенно фитопланктонный (ФП — 75-90%). Далее выделяются 6 типов с бинарными наименованиями, например фитобентосно-фито-планктонный (ФБ - 50-75%, ФБ - 25-50%, ЗС - 30-25%); три типа смешанных с бинарными наименованиями и три типа сме­шанных с преобладанием одного компонента. При безусловной научной значимости указанной классификации она чересчур гро­моздка и имеет явно субъективный характер. При дальней­шей разработки генетической классификации сапропелитов в нее необходимо включить бактериальное и (или) фитопланктон-но-бактериальное ОВ, выявлению которого будут способствовать электронно-микроскопические исследования.

В последние десятилетия в результате электронно-микроско­пического анализа углеродсодержащих пород различного возраста (от архея до современных осадков) было установлено, что в их формировании принимали участие циано-бактериальные маты. Выделено два типа матов — нитчатый и кокоидный. Первый формировал куонамские сланцы кембрия Сибирской платформы, диктионемовые сланцы нижнего ордовика Прибалтики; кокоид­ный - кукерские сланцы среднего ордовика Прибалтики, дома-никовые сланцы верхнего девона западного склона Урала и др. Наблюдаемая в электронном микроскопе структура позволяет определить исходные формы цианобактерий, но установить спе­цифику химического состава ОВ матов разных типов пока не удалось. Для ОВ современных бактериальных матов характерно высокое содержание изопреноидов, резкое преобладание гопанов над стеранами. Поскольку бактериальные маты, как и вообще бактериальное ОВ, играют, видимо, большую роль в формирова­нии керогенов осадочных углеродсодержащих пород, то изучению этого типа ОВ необходимо уделять особое внимание.