Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Происхождение углей, горючих сланцев и битумов

Происхождение углей, горючих сланцев и битумов

05.09.2017

Из всех видов твердых горючих ископаемых наиболее полно исследовано происхождение углей.
При изучении генезиса углей необходимо рассматривать несколько стадий в непрерывном процессе вещественного изменения от растительного материала до формирования каменного угля: 1) накопление исходного растительного материала торфа или сапропеля; 2) изменение и превращение растительного и животного материала в торф или сапропель; 3) диагенетическое и метаморфическое превращение в бурые и каменные угли.
Накопление органического материала является начальной фазой углеобразования и определяется следующими факторами: исходным составом органического вещества, физико-географическими и тектоническими условиями осадкопакопления. Ископаемые угли формировались за счет как высших растений (гумусовых углей), так и низших — водорослей и животных организмов (сапропелевых углей).
Растения, участвующие в образовании гумусовых углей, на протяжении различных эпох углеобразования претерпели значительные изменения.
Первые угли формировались в девоне за счет псилофитовой флоры, которая содержала очень малое количество стойких тканей. Стебли этих растений были покрыты толстой кутикулой, преимущественно сохраняющейся в ископаемом состоянии. Это определило кутикуловый липтобиолитовый состав углей.
В каменноугольное время чаще отмечались разнообразные споровососудистые растения — кордаиты и папоротникообразные. Появились первые семенные. Для карбонового угленакопления типичны споровые клареновые и дюреновые угли.
В пермском периоде широко развились первые голосеменные растения, заселившие обширные области не только приморских, но и внутри-континентальных равнин. Угли представлены в основном фюзинитовыми и витринитовыми разностями.
В триасе вследствие неблагоприятных фациально-палеогеографпчес-ких обстановок угленакопление резко снижается. В течение мезозоя широко распространены новые группы голосеменных: хвойные, гинкговые, цикадовые, которые служили главными торфообразователями. В этот период формировались угли типа антраксилитов, различные разности клареновых, дюрено-клареновых углей.
В третичное время отмечалось господство покрытосеменных растений, и началась новая эра в развитии растительности. Преобладают большинство современных родов, многие из которых являются торфообразователями в настоящее время. Исходный материал углей отличается большим разнообразием, что выразилось в исключительно большом богатстве разновидностей углей.
Органическое вещество превращается в торф и сапропель при непосредственном участии воды, воздуха, кислот, щелочей, минеральных солей и микроорганизмов (бактерий, грибков и т. д.) и является биохимическим процессом. Выделяются несколько типов превращений растительного вещества, которые могут протекать вместе или накладываться один на другой. В торфе различаются три процесса, которые приводят к весьма разным конечным результатам.
Гелификация — разложение растительных тканей до состояния гелей. В этом процессе можно наметить отдельные стадии; каждой из них соответствует структура, характерная для различных микрокомпонентов группы витринита. Наиболее важное условие в процессе гелификации — динамика водной среды, степень обводненности торфяника и быстрота захоронения органического вещества.
Фюзинизация — образование окисленных компонентов угля. Фюзинизированные микрокомпоненты формируются в процессе двустадийного превращения растительных остатков, сначала в аэробных, а затем в анаэробных условиях.
Геохимические условия в период торфонакопления и биохимические превращения весьма изменчивы. Если растительные ткани попадают в среду, благоприятную для деятельности анаэробных бактерий, то образуется большое количество гелифицированных микрокомпонентов группы витринита. Преобразования, связанные с аэробными бактериями, приводят к формированию фюзинизированных компонентов углей. Нередко один процесс накладывается на другой, что приводит к образованию микрокомпонентов смешанного состава.
Элювиация — своеобразный процесс, заключающийся в вымывании частично окисленных веществ и в накоплении остаточных стойких элементов растений. Развитие элювиации характерно для проточных торфяников, в которых накапливается обилие растительного материала. В этих условиях формируются угольные пласты липтобиолитов.
Петрографический состав углей и данные по современным торфяникам свидетельствуют о различных обстановках углеобразования. Для гумусовых углей можно выделить фации низинных торфяников, сильно обводненных, в которых формируются преимущественно блестящие и полублестящие клареновые и дюрено-клареновые угли.
Различают фации слабоувлажненных («полусухих») торфяников при весьма ограниченном приносе терригенного материала. В этих условиях происходят частичное окисление органического вещества растений при активном участии аэробных бактерий и образование полуматовых фюзинитовых кларено-дюреновых углей.
С фациями «сухих» торфяников, недостаточно обводненных, связано формирование матовых сажистых малозольных углей. Матовые зольные угли накапливались в проточных торфяных болотах, в условиях резко выраженной аллохтонии как органического материала, так и минеральной части углей.
Сапропель образуется за счет процессов битуминизации — анаэробного разложения, в основном жиров и восков с образованием жирных кислот и битумов. Сапропелевые угли накапливались в озерных, озерноболотных н лагунных фациях в условиях застойного водоема и значительного развития водорослевого планктона. Однако в ископаемом состоянии сапропелевые угли чаще всего встречаются в одних и тех же пластах с гумусовыми углями. Видимо, происхождение сапропелей в большинстве случаев связано с периодами обводнения в жизни торфяников.
Все разнообразие углей по петрографическому составу невозможно объяснить только типом исходного растительного материала и наиболее типичными фациальными обстановками накопления и диагенеза, охарактеризованными выше. Конечно, в природе существуют значительно большее многообразие фаций и возможность наложения одних процессов на другие. Нельзя не учитывать и то, что одни компоненты углей могут формироваться на месте, а другие иметь аллохтонную природу.
За оторфенепием или образованием сапропеля после перекрытия залежи торфа породами кровли наступает стадия углефикации, в процессе которой органическое вещество последовательно проходит буро-, каменноугольную и антрацитовую стадии.
Горючие сланцы встречаются во всех отложениях (от кембрийских до современных включительно). По генезису эти образования связаны с более широким кругом обстановок, чем угли. В ряде случаев, присутствуя вместе с последними в составе болотно-озерных комплексов, они распространены и среди лагунных, а особенно широко — среди морских отложений.
К типично морским образованиям относятся оленекские сланцы, кукерситы Прибалтики, доманиковые, волжские горючие сланцы и др. Некоторые из них (например, кукерситы) отлагались в удалении от берега в неглубоком спокойном морском бассейне с нормальным солевым и газовым режимом вод, на что указывает наличие в этих сланцах остатков разнообразной морской фауны. Условия накопления доманиковых горючих сланцев востока Европейской части России были своеобразными. По представлениям Н.М. Страхова, эти сланцы, заключающие остатки нормальной морской фауны, являются осадками удаленной от берега зоны моря с нормальным газовым режимом. Биомасса, послужившая для накопления органического вещества сланцев, представляла собой планктон, цветение которого было периодическим.
Н.М. Страхов считает юрские сланцы Волжского бассейна (в отличие от доманиковых) бентогенными, накопившимися также в морском бассейне с нормальным газовым режимом за счет фитобентоса, а не планктона.
Горючие сланцы мезозойских депрессий Забайкалья, как и в некоторых других районах, формировались в озерно-пресноводных фациях в условиях недокомпенсированного осадконакопления. Таким образом, в угленосных отложениях возникают пласты сапропелевых углей, а при значительном поступлении минерального материала — горючие сланцы.
Можно наметить общие особенности накопления горючих сланцев. Палеогеографические и геотектонические условия сланценакопления разнообразные и не менее сложные, чем условия угленакопления. Однако наиболее крупные месторождения горючих сланцев формировались в платформенных обстановках. Моря и водоемы, в которых отлагались горючие сланцы, характеризовались значительной биологической продуктивностью планктона, фитопланктона, фитобентоса и благоприятной обстановкой для фоссилизации органического вещества. В период образования горючих сланцев скорость накопления терригенного материала была низкой, что обусловлено слаборасчлененным рельефом и значительным химическим выветриванием в областях сноса.
По генетическим условиям твердые битумы разделяются на нафтиды и нафтоиды. Характер превращения исходного материала (нефтей), приводящий к формированию нафтидов и нафтоидов, существенно различен.
Нафтиды объединяют продукты изменения нефтей в результате нескольких природных процессов. Первый тип изменений вызывается биохимическим или химическим окислением нефтей или битумов, образованных в результате других процессов. На поверхности земли или вблизи от нее под влиянием кислорода возникают киры, относительно обогащенные асфальтово-смолистыми компонентами за счет испарения легких фракций нефтей. Выветривание в более глубоких частях зоны гипергенеза,, протекающее в анаэробных условиях, существенно отличается тем, что окисляющим агентом является не свободный кислород, а кислородсодержащие соединения, что приводит к образованию мальт, асфальтов, асфальтитов. Дальнейшее течение процессов выветривания в поверхностных условиях характеризуется появлением и более постепенным возрастанием в составе нафтидов количества вторичных гуминовых кислот. Конечный продукт этого процесса — гуминокериты.
Особый вид выветривания — бактериальное выветривание нафтидов преимущественно метанового состава в поверхностных условиях. В результате жизнедеятельности бактерий, питающихся метановыми углеводородами, возникают водно-растворимые образования — альгариты.
Второй тип процессов изменения нефтей связан с дифференциацией флюидов в ходе их перемещения по поровым или трещинным пространствам пород. При этом намечается несколько линий образования битумов, которые дают широкий спектр, охватывающий практически все виды асфальтовых, а также твердых парафиновых битумов: природная асфальтизация нефтей газами или легкими парафиновыми углеводородами с образованием асфальтов, керитов, асфальтитов; дифференциация углеводородных флюидов в ходе восходящей миграции, в результате которой осаждаются высокомолекулярные компоненты, дающие начало преимущественно жильным битумам группы антраксолитов, озокеритов.
Особую группу составляют нафтоиды, представляющие собой термально-метаморфический ряд битумов. По исходному материалу последние подразделяются на две большие группы: метаморфнафтоиды и пиронафтоиды. Первая группа, отвечающая по составу альбертитам, импсонитам, гатчетитам, хризматитам, формируется за счет преобразования асфальтовых битумов или высокосмолистых нефтей в условиях метаморфизма контактового, гидротермального, регионального и динамометаморфизма. Вторая группа (антраксолиты, гатчетиты, хризматиты, элатериты, кёртизиты, карпатиты) генетически связана с пиролизом достаточно богатых органическим веществом пород и формированием в результате этого процесса битумов-возгонов с последующей их дифференциацией в фазу гидротерм.
Таким образом, для рассмотренных выше генетических типов — нафтоидов и нафтидов — характерна повторяемость некоторых групп битумов. Так, асфальты, асфальтиты, озокериты могут формироваться и в результате окислительного преобразования нефтей в гипергенной зоне и в процессе деасфальтизации нефтей в залежах па значительной глубине и другими путями; кериты и антраксолиты — за счет термального метаморфизма асфальтовых битумов и в процессе образования газоконденсатных систем.