Каустобиолитов

Лабораторная работа 1

Классификация и изучение различных типов

каустобиолитов

Цель и содержание. Изучить имеющиеся классификации каустобиолитов и научиться по макроскопическим признакам определять отдельные породы-каустобиолиты. В указаниях приводятся принятые классификации каустобиолитов и характеристика отдельных пород.

Теоретическое обоснование. Горючие ископаемые нефтяного ряда, к которым относятся нефти и их производные, а также горючие газы, входят в состав каустобиолитов. Слово «каустобиолит» происходит от греческих слов: «каустос» – горючий, «литос» – камень, «биос» – жизнь, т.е. горючий камень органического происхождения. Каустобиолиты относятся к органогенным горным породам – биолитам (рис. 1.1).

Автор термина «каустобиолиты» немецкий ученый Г. Потонье и, вслед за ним, И. М. Губкин рекомендуют различать: 1) каустобиолиты битумного (или нефтяного) ряда – нефтяные битумы; 2) каустобиолиты угольного (или гумусового) ряда; 3) липтобиолиты.

Рисунок 1.1 – Положение каустобиолитов среди горных пород

(по И. О. Броду и И. А. Еременко)

К каустобиолитам битумного ряда относятся все разновидности нефтей, горючие углеводородные газы, мальты, киры, асфальты, асфальтиты, озокерит, а также рассеянные в породах битумоиды. Каустобиолиты угольного ряда – это различные торфы, бурые и каменные угли, антрациты (образованные из веществ растительного происхождения). К липтобиолитам относятся некоторые органические соединения растительного происхождения – ископаемые смолы, воски, стерины, споронины и др. Представителем этой группы является янтарь.

В. А. Успенским и О. А. Радченко предложена генетическая схема классификации каустобиолитов (рис. 1.2). Схема состоит из двух ветвей – левой, отвечающей горючим ископаемым угольного ряда (гумусовым), и правой, соответствующей ископаемым нефтяного (битумного) ряда. Отдельные типы горючих ископаемых изображены на схеме в виде блоков, на торцевой стороне которых дана харак­теристика геохимической обстановки их образования. На схеме указаны также основные категории исходного материала для обра­зования горючих ископаемых угольного ряда, представленные выс­шими растительными и низшими животными организмами.

Правая ветвь схемы отвечает горючим ископаемым нефтяного (битумного) ряда. Стрелкой, направленной от правого блока угольной ветви, соответствующего морским и пресноводным сапропелитовым образованиям, показана связь горючих ископаемых нефтяного ряда с отложениями морских водоемов. Правый блок этой ветви отвечает минералам группы озокерита, образующимся в результате вывет­ривания парафинистых нефтей. На противоположной стороне этой ветви показан переход тяжелых смолистых нефтей нафтено-ароматического типа к асфальтам и далее к асфальтитам, керитам, антраксолитам, отвечающим определенной степени метаморфизма. Как видно из схемы, конечные продукты метаморфизма горючих ископаемых как угольного, так и нефтяного ряда сближаются, и конечным продуктом метаморфизма как угольного ряда, так и нефтяного является графит, т. е. происходит общий процесс кар­бонизации материи.

Рисунок 1.2 – Генетическая классификация каустобиолитов

(по В. А. Успенскому и О. А. Радченко)

Характеристика каустобиолитов

1. Каустобиолиты угольного ряда

1.1. Торф образуется в результате неполного распада растений (мха, трав, древесных форм, кустарников) и содержит в сухой массе не менее 50% органического вещества (ОВ). Если содержание ОВ менее 50%, то вещество относят к гумусовым почвам (чернозему).

Химический состав: углерод 50 – 60%, водород 5 – 6,5%, кислород 30 – 40%, азот 1 – 3%, сера 1,5 – 2,5%.

1.2. Бурый уголь имеет низкую степень углефикации, переходная форма от торфа к каменному углю. В образце цвет черты от светло-желтой до черной, плотность 1200 – 1500 кг/м³. Различают мягкие, землистые, матовые, лигнитовые и плотные разновидности. На воздухе быстро теряет влагу, растрескивается, превращаясь в мелкую крошку. По вещественному составу относятся в основном к гумитам, слагается макрокомпонентами группы витринита (80 – 98%). Характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп, наличием свободных гуминовых кислот, содержание которых снижается с повышением степени метаморфизма от 2 – 3 до 64%, и смол от 5 до 25%.

1.3. Сапропелит относится к группе ископаемых углей, образовавшихся в основном из продуктов превращения остатков низших растений и простейших животных организмов. Сложен в основном альгинитом. Макроскопически матовые и полуматовые, темно-коричневого и серовато-черного цвета, однородные и массивные, крепкие и вязкие. Выход летучих веществ 55 – 70%.

1.4. Богхед – уголь класса сапропелитов. Цвет буро-черный, иногда оливковый. Излом раковистый, поверхность излома матовая. Характеризуется повышенной плотностью, вязкостью и содержанием водорода (8 – 12%). Содержание летучих компонентов 60 – 70%. Представлен в основном скоплениями остатков водорослей, загорается от спички, горит длинным коптящим пламенем, издавая запах жженой резины.

1.5. Лигнит – ископаемая слабо углефицированная древесина (главным образом хвойных растений) бурого цвета, сохранившая анатомическое строение растительных тканей. Лигнитом называют также бурый уголь, содержащий обильные включения плохо разложившихся древесных остатков (лигнитовый уголь).

1.6. Гагат – переходный тип между гумитами и сапропелитами (исходное вещество – юрская араукаритовая древесина). По химическому составу, содержанию водорода (более 6%) и выходу первичной смолы (до 30%) является типичным сапропелитом. Образуется при попадании свежей древесины в восстановительную среду (или при битуминизации древесины).

1.7. Горючие сланцы – глинистая, известковистая или кремнистая порода с содержанием ОВ от 10 до 80%, обладающая способностью загораться от спички и издающая при этом запах горящей резины. Образовались из низших организмов, близки по этому признаку к сапропелитовым углям, но содержат много минеральных примесей. Плотная крепкая порода. Цвет – от светло-коричневого, желтоватого до темно-коричневого, зеленовато-коричневого, темно-серого. Тонкие слои горят коптящим пламенем. Элементный состав: углерод – 56–82%; водород – 5,8–11,5%; сера – 1,5–9%; кислород – 9–10%; азот – 1–3%.

1.8. Каменный уголь – твердое ископаемое растительного происхождения. Имеет черный цвет, черную, иногда темно-коричневую черту, сильный блеск. Содержит 75 – 92% углерода, 2,5 – 5,7% водорода, 1,5 – 15% кислорода. В отличие от бурых углей не имеет свободных гуминовых кислот, не окрашивает раствор едкой щелочи. Большинство каменных углей относится к гумолитам.

1.9. Антрацит – уголь наиболее высокой степени углефикации с повышенной плотностью (1400 – 1700 кг/м³), черный с металлическим оттенком, с высоким содержанием углерода (не менее 95%), низким содержанием летучих веществ (2 – 8%). Образуется из углей при повышении температуры и давления и удалении из кристаллической решетки кислорода, азота, серы и водорода.

1.10. Шунгит – высокообуглероженное аморфное ОВ, содержащее 60 –70% углерода, остальное – минеральные примеси. Имеет блестящие и полуматовые разности. В протерозойских шунгитах обнаружили растительные структуры, схожие с древесиной.

1.11. Графит представляет наиболее высокую стадию преобразования углей (ультраметаморфизм). Помимо углерода (97 – 99%) содержит небольшое количество водорода, кислорода и других элементов.

2. Каустобиолиты битумного ряда

2.1. Киры – группа природных битумов (мальты, асфальты, асфальтиты), образовавшиеся в результате выветривания в зоне выходов легких метановых и нафтеновых нефтей. В зависимости от состава и глубины выветривания нефтей имеет цвет от темно-коричневого до черного, консистенцию от полужидкой до твердой. Элементный состав: углерода – 75–86%; водорода – 8–12%; сумма азота, серы и кислорода – 2–11%. Групповой состав: масел – 25–65%; смол и асфальтенов до 80%.

2.2. Мальты – вязкое подвижное вещество, занимает промежуточное положение между нефтями и асфальтами. Элементный состав: углерода – 80–84%; водорода – 10–12%; азот, сера и кислород. Групповой состав: масла – 40–65%; смолы и асфальтены – 35–60%. Плотность – 970–1030 кг/м³.

2.3. Асфальт – твердое или вязкое природное вещество почти черного цвета. Растворяется скипидаром, хлороформом, сероуглеродом. Плотность – 1000 – 1200 кг/м³. Состоит из углерода (67 – 88%), водорода (7 – 10%), кислорода (2 – 23%). Представляет смесь окисленных УВ. Содержание асфальта в породе – 2–23%.

2.4. Асфальтит – твердый природный битум, растворим в бензоле, хлороформе, сероуглероде. Элементный состав: углерод – 76–86%; водород – 8–12%; сера – 0,25–9%; азот – 0,3–1,8%; кислород – 2–9%. Имеет высокое содержание асфальтенов (до 70%) и невысокое содержание масел (до 30%). Среди асфальтитов различают гильсониты (плотность – 1050–1150 кг/м³, температура плавления – 100–200^оС) и более высокомолекулярные грэемиты (плотность – 1150–1200 кг/м³, плавится с разложением при 200 – 300^оС).

2.5. Керит образуется при метаморфизме в зоне катагенеза. Состоит из углерода (80 – 90%), водорода (4 – 9%), сумма кислорода, серы и азота (5 –10%). Твердое, хрупкое вещество при плавлении вспучивается и разлагается. Плотность – 1100–1300 кг/м³. Групповой состав: масла – 1–20%; смолы – 5–20%; асфальтены – 1–50%; карбоиды – 10–95%.

2.6. Оксикерит – твердое, хрупкое вещество. Образуется при субаэральном выветривании. Плотность – 1150–1250 кг/м³. Элементный состав: углерод – 75–80%; водород – 6,5–7,5%; серы, азота и кислорода – 10–20%. При плавлении вспучивается и разлагается.

2.7. Гуминокерит – твердое, хрупкое вещество. Образуется при субаэральном выветривании. Элементный состав: углерод – 65–75%; водород – 4,5–6,5%; азот, сера и кислород – 20–30%. Имеет плотность 1250 – 1500 кг/м³. При нагревании вспучивается или обугливается без спекания.

2.8. Антаксолит – твердое, хрупкое вещество, образующееся при метаморфизме в зоне катагенеза. Элементный состав: углерод – 90–99%; водород – 0,2–4,0%; азот, сера и кислород – 0,5–5,0%. При нагревании не плавится. Имеет плотность 1300 – 2000 кг/м³.

3. Липтобиолиты.

3.1. Озокерит (горный воск). Природная смесь твердых УВ парафинового ряда с жидкими нефтяными маслами и смолистыми веществами. Элементный состав: углерод – 84–86%; водород – 13,5–15%. Консистенция от мягкой, пластичной до твердой, хрупкой. Имеет плотность 850 – 1000 кг/м³. Горит коптящим пламенем.

Таблица 1.1 – Описание различных типов каустобиолитов