Изотопный состав углерода.

В природе существует 2 стабильных изотопа С₁₂, преобладает и С₁₃. С₁₂ содержится почти 99%, а С₁₃ чуть больше 1%, так же существует 1 радиоактивный С₁₄. Концентрация этого радиоизотопа постоянна в любом живом организме. Когда живое погибает, переставая быть звеном круговорота углерода, благодаря радиоактивному распаду С₁₄ (полураспад 5570+-30 лет), его содержание в этом организме уменьшится примерно вдвое. Замеряя сколько фактически содержится С в веществе взятом из любого отложения, измеряя фактическое содержание С₁₄ легко определить возраст этого артефакта животного или растительного происхождения. Соотношение изотопов С определяют используя величину приращения:

С13: δ¹³С= [ ]

Отношение ¹³С/¹²С белемнита мелового возраста, величина которого Пи-Ди.

Природные горючие ископаемые (каустобиолиты)

В 1888году Потонье, изучая отпечатки древних растений и отложений горючих сланцев дал им название каустобиолиты. Каусто – горючие. Био – биогенного происхождения. Литы – камни. Горючие камни биогенного происхождения – каустобиолиты (уголь, горючие сланцы, природные горючие газы, нефти и все продукты преобразования нефтей). Сегодня все горючие полезные ископаемые подразделяются на 2 основных ряда: каустобиолиты угольного ряда и каустобиолиты нефтяного или битумного ряда.

Горные породы

магматические метаморфические осадочные

обломочные хемогенные биогенные

акаустобиолиты каустобиолиты

Акаустобиолиты – это негорючие биогенные (органогенные) осадочные породы, рифогенные известняки, ракушечные и другие органогенные образы, состоящие из скелетов различных организмов. Каустобиолиты нефтяного ряда (нефть и продукты преобразования нефтей: мальты, азакирит, асфальтит, газы).

Каустобиолиты угольного ряда (торфы, бурые каменные угли, антроциты).

По мере роста температур начинают теряться детероэлементы (N, S, O), затем в конце исчезает Н и на вершине остается 100% углерод.

Органическое вещество (ов) и его преобразования в процессе литогенеза.

-осадконакопление

-стадия диагенеза (осадок, попадая в более высокие температуры и давления преобразуются в породу)

-катогенез (главный фактор высокие температуры)

-метаморфизм (осадочные породы превращаются в метаморфические).

15.09.11

Лекция 4.

Органическое вещество – отмершая часть живой природы, попадающая в осадок. Оно может накапливаться вместе с осадками или в рассеянном состоянии или в галогенной массе.

ОВ – органическое вещество

РОВ – рассеянное органическое вещество

ЖВ – живое вещество

Белки, жиры(липиды, липоиды), углеводы + минин

2 группы основных бактерий, которые преобразуют вещество: аэробные (живут в окислительных условиях, необходим О2) и анаэробные (в восстановительных условиях, дефицит О2). Органическое вещество может быть гумусовое и сапропелевое, а так же смешанное (в зависимости от условий осадконакопления). Гумусовое вещество накапливается преимущественно в окислительных условиях, а сапропелевое преимущественно в восстановительных условиях. Гумусовые образуются в основном из высших растений, характеризуется преобладание углерода. Сапропелевое формируется из низших растений и низших живых организмов, преобладает водород. С точки зрения химического состава или фракций рассеянное органическое вещество состоит: битумоиды, гуминовые кислоты, нерастворимое органическое вещество. Различаются по тому каким образом их можно извлечь. Битумоиды – это та часть органического вещества, которая растворяется в нейтральных органических растворителях и в составе органического вещества их от долей до 10-12%, остальные части извлекаются очень трудно, многая часть вообще практически не извлекается. Органическое вещество состоит из 2 частей: битумоиды и кероген. Битумоиды: C, H, O, S, N. В геохимической истории преобразования органического вещества можно выделить 3 важнейших этапа:

1 этап – потребление мельчайшими организмами различных химических элементов и веществ, и выработкой из них различных химических соединений, в том числе содержащих C и N.

2 этап – биохимическое преобразование органического вещества в период седиментации, которая заканчивается на стадии диагенеза.

3 этап – термокаталитическое преобразование органического вещества на стадии катогенеза при погружении осадочных пород и содержащихся в них органических веществ. На стадии катогенеза происходит усиленное разложение рассеянного органического вещества. Очень важным этапом является этап диагенеза. Именно на этом этапе выясняется какой пойдет процесс нефте или угле образования. На диагенетической стадии образования органического вещества на химические и биологические процессы преобразования органического вещества влияют окислительно-восстановительные условия среды (эти условия определяются окислительно-восстановительным потенциалом Eh и их щелочно-кислотные условия pH). Изменение физико-химических условий в осадках на стадии диагенеза отражается на образовании ряда аутигенных минералов. Их различные формы возникают последовательно, отображая напряженность окислительно-восстановительного состояния системы. Наиболее чутко на изменение этой среды реагируют аутигенные минералы железа.

Битумоиды по своим характеристикам как и нефти люминесцируют под ультро-фиолетовым цветом, их химический состав аналогичен химическому составу нефти. Важным количественным показателем возможной генерации углеводородов является несколько абсолютная концентрация битумоидов, сколько относительное содержание битумоидов в органическом веществе, то есть так называемый битумоидный коэффициент: β=(Сбит/Сорг)*100%

Это коэффициент называется степенью битумизации органического вещества. Соотношение между аутигенными минералами железа зависит от качества органического вещества к моменту редукции железа (восстановление железа). Образование различных аутигенных форм железа строго соответствует напряжению Eh осадка, а Eh в свою очередь зависит от интенсивности распада органического вещества. Таким образом баланс аутигенных форм железа в осадочных образованиях является функцией от количества органического вещества к началу восстановления железа. Следовательно, зная содержание закисных форм железа можно оценить количество С органического, затраченного на их редукцию, а следовательно и концентрацию органического вещества.

19.09.11

Лекция №5.

Биохимические процессы на стадии диагенеза сопровождаются интенсивным образованием газа (углекислого газа, водорода, сероводорода и метана). На процессы образования газа на стадии диагенеза теряется порядка 26-28% органического вещества. Расчеты показывают, что ежегодная генерация метана метанобразующими бактериями составляет 2,2*10¹⁴ тонн. Как правило снижение с глубиной микробиальной активности постепенно затухает и процесс образования метана, тем не менее количество образовавшегося метана может быть достаточным для промышленности. А в условиях низких температур образуются скопления в виде так называемых газовых гидратов. Газовые гидраты – это твердые кристаллические вещества (газовые клатраты), кристаллическая решетка построена из молекул воды во внутренних полостях которых размещаются молекулы газа, образующие гидрат (клатрат). В диагенезе в процессе преобразования органического вещества образуется и незначительное количество жидких углеводородов. Наличие жидких углеводородов, образовавшиеся на ранних стадиях доказано анализом осадконакопления. В результате к концу диагенетического периода в органическом веществе накапливаются длинноцепочечные спирты, воски, растительные масла, а также биологические структуры, унаследованные от исходного органического вещества – это алканы, изоприноидные структуры и т.д. Необходимо запомнить, что липиды и липоиды относятся к совершенно разным структурно-молекулярным типам.

О СН₃

- СН₂ – С С

СН₂

ОН СН₂ СН

Липиды липоиды

Наиболее важной отличительной особенностью строения липоидов является наличие в их строении изопреновой цепи, состоящей из 5 атомов углерода. Изопреновое звено входит в состав огромного числа соединений, являющихся составной частью веществ живых организмов. Наиболее известный из этих изопреноидов: пристан, фитан. Анализ содержания или отношения пристана к фитану позволяет надежно проводить корреляцию в системах: нефть – нефть, нефть – органическое вещество, что позволяет решать на этой базе вопросы нефтегазопоисковой газохимии. Диагенез завершает первый этап подготовки органического вещества и минеральной составляющей в горную породу. Окончательно завершится этот ответственный процесс на первой стадии катогенеза. В этот период в осадочных отложениях в составе органического вещества сформируется относительно легкая часть, так называемая битумоидная фракция, куда входит от живого существа и кероген, являющийся основным поставщиком углеводорода на следующе стадии катогенеза.