Нефть и газ
№1. Значение нефти и природного газа в мировом хозяйстве.
Все природные горючие ископаемые называют каустобиолитами (от греч. kaustós - горючий, bíos - жизнь и líthos - камень), что в буквальном переводе с греческого означает горючий камень биогенного происхождения. Горючие полезные ископаемые относятся к органическим породам, подразделяемым на каустобиолиты (торф, уголь и др.) и акаустобиолиты (известняки, мергели и др.) Каустобиолиты - представляют собой продукты преобразования остатков растительных и (или) животных, организмов под воздействием геологических факторов. основное мировое потребление энергии осуществляется за счет трех видов горючих ископаемых: нефти, природного газа и угля. При этом ведущая роль принадлежит нефти и природному газу. Помимо главного энергетического направления использования горючих ископаемых важнейшим потребителем углеводородов является химическая промышленность. И наиболее выгодным сырьем с экономической и технологической точки зрения является нефть. Переработка, которой дает тысячи продуктов (синтетические волокна, пластмассы, синтетический каучук, краски, химикаты). Попутное извлечение редких элементов: германий, ванадий, никель. Наибольшим содержанием металлов отличаются так называемые тяжелые и сверхтяжелые нефти. Те самые, при добыче которых возникают наибольшие трудности. В каждой тонне нефти, казахстанского месторождения Северные Бузачи, ванадия содержится от 150 до 280 граммов В мире есть уже и практический опыт непосредственного извлечения ванадия из нефти. Такие установки работают в Швеции, Венесуэле, Канаде... В будущем предполагается добыча из нефти рения, скандия, бериллия, серебра, галлия и других металлов. Утром люди умываются мылом, в которое входят жирные кислоты, являющиеся нефтяным продуктом. Мужчины бреются, применяя крем, частично приготовленный из нефти, и освежаются одеколоном, содержащим нефтяные ароматические масла. Ходим мы нередко по линолеуму, частично сделанному из нефтяного продукта, или по полу, покрытому лаком, в состав которого входят нефтяные масла. В одежду, белье, носки и галстуки из вискозы входят производные нефти. Самопишущая ручка, выключатели, телефонные аппараты и другие предметы изготовляются из пластической массы, составной частью которой являются нефтепродукты. Газеты печатаются красками, в которые входит нефть. На улицах по асфальтовой мостовой, приготовленной из нефтяных остатков, несутся машины, шины которых сделаны из синтетического каучука, а моторы работают на бензине. Из нефти сейчас добывают свыше 700 видов нефтепродуктов, используемых в быту и в самых разнообразных отраслях промышленности, включая и пищевую. Все большее и большее значение в народном хозяйстве РФ приобретает и природный газ, еще недавно считавшийся вредной примесью к нефти и сжигавшийся в факелах. Велика роль нефтегазового сектора и в политике. Регулирование поставок нефти в страны ближнего зарубежья является, по сути дела, важным аргументом в диалоге с новыми государствами. Таким образом, нефтегазовая отрасль - это богатство России. Энерго-добывающая промышленность РФ тесно связана со всеми отраслями народного хозяйства, имеет огромное значение для российской экономики. Спрос на нефть и газ достаточно стабилен, хотя и подвержен кризисам и снижениям цен, что в российских налоговых условиях даже может поставить экспортные операции на грань ликвидности. Поэтому в успешном развитии нашей нефтегазодобывающей промышленности заинтересованы практически все развитые государства мира и в первую очередь мы сами.
2. Стадии литогенеза. Образование осадочной породы представляет собой сложный, включающий в себя несколько стадий, процесс. Гипергенез – стадия физического и химического выветривания (например, образование песчаных зёрен за счёт разрушения магматических, метаморфических или ранее образовавшихся осадочных пород). Седиментогенез – совокупность явлений, протекающих на поверхности Земли и приводящих к образованию новых осадочных образований за счёт переработки ранее существовавших пород. Этапы седиментогенеза: 1) смыв и транспортировка материала; 2) осаждение (седиментация) материала. Диагенез – стадия преобразования осадка в осадочную горную породу. Необходимо подчеркнуть принципиальную разницу между понятиями «осадок» и «осадочная порода». Осадок – это обычно сильно обводнённая неуравновешенная физико-химическая система, со значительным количеством живого (бактерии) или мёртвого органического вещества. Чтобы представить себе типичный осадок вспомним ил – сильно обводнённый тонкозернистый осадок современных водоёмов, содержащий огромное количество микроорганизмов, разлагающих органические остатки. На стадии диагенеза процессы направлены на уравновешивание системы (разложение неустойчивых минералов, разложение органики, выделение газов – продуктов химических реакций и пр.). Диагенез протекает обычно при температуре до 250С и на глубине до 300 м. Главными процессами, протекающими на этой стадии, являются: 1) обезвоживание и уплотнение под давлением накопившихся новых слоёв; 2) цементация; 3) кристаллизация и перекристаллизация: аморфный опал превращается в халцедон и, затем, в кварц; сложенные карбонатными скелетами кораллов рифовые известняки начинают превращаться в кристаллические известняки и т.п. 4) образование конкреций. Катагенез – стадия вторичных изменений осадочной породы, следующая за стадией диагенеза. Условия катагенеза: температура до 300-3500С, глубина погружения пород – до нескольких километров. Так, на глубине 4-5 км глина превращается в аргиллит. Факторами катагенеза, определяющими преобразование пород, являются температура, давление, состав поровых вод, геологическое время. В условиях катагенеза образуется каменный уголь высоких степеней преобразования (в том числе антрацит), нефть и газ. Нужно отметить особое положение стадии гипергенеза. С одной стороны, гипергенез предшествует седиментогенезу и всем последующим стадиям формирования осадочных пород, с другой – может завершать цикл развития осадочной породы .На стадии гипергенеза может происходить не только выветривание существующих пород и формирование исходного материала для осадков, но и образование особого типа остаточных пород, не вовлекаемых в стадию седиментогенеза – пород кор выветривания. В эволюции процесса гипергенеза можно выделить три этапа. Гипергенез начинается обычно с глубинного «выветривания», связанно с воздействием на породы поверхностных агентов (кислорода, органических кислот и т.д.), проникающих в недра главным образом вместе с инфильтрационными водами. Этот этап получил название скрытого гипергенеза. По мере приближения к поверхности породы начинают подвергаться всё более активному воздействию гипергенных факторов: наступает второй этап – этап собственно гипергенеза. И, наконец, третий этап связан с выветриванием на поверхности. Весь цикл образования осадочной породы объединяется термином «литогенез». Литогенез – совокупность процессов образования осадков (седиментогенез), превращения осадков в осадочную горную породу (диагенез) и последующего изменения осадочных пород (катагенез), а также процессов гипергенеза.
Классификация каустобиолитов по генетическим условиям формирования.
11.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА Каустобиолитами (греч. «каустос» — горючий, «биос» — жизнь и «литое» — камень), или горючими, а также органическими породами, называются геологические образования, больше чем наполовину состоящие из органических «минералов», или компонентов. Это особая группа горных пород, наиболее специфичная для нашей планеты (единственной, несущей жизнь), включающая наряду с твердыми также и жидкие горные «породы» — нефти (возможно, и газ), формирующаяся восновном за счет необычного источника — тел организмов (животных и растений), которые в свою очередь строят органическое вещество своих тел из атмосферных газов и воды под влиянием энергии Солнца. По экономическому значению, т. е. по той роли, которую они играют в экономике, политике и жизни человека, каустобиолиты превосходят все другое .минеральное вещество, добываемое человечеством. Исключительно велико и их научное, в частности историко-геологическое, значение. Важность и специфичность этой группы пород объясняют, почему она рассматривается в специальных дисциплинах — углепетрографии, углегеологии, геологии и геохимии нефти и газа. Поэтому мы ограничиваемся кратким обзором, необходимым для понимания осадочного процесса, а за более глубокими и систематическими сведениями следует обращаться к соответствующим специальным руководствам.
Органические «минералы» сложны, изучены недостаточно и трудно диагностируются. Поэтому каустобиолиты классифицируются в основном по химическим особенностям, агрегатному или физическому состоянию и по более сложным, чем минералы, компонентам. С первыми классификациями, еще в рамках единой минералогии, и с самим понятием «органический минерал» можно познакомиться в книге Н. А. Орлова и В. А. Успенского (1936): «Выделение органических («горючих») минералов в самостоятельную группу восходит еще ко времени раннего средневековья, когда лишь в неясных и подчас странных формах выкристаллизовывались первые линии деления минеральных веществ на отдельные классы и группы. Уже в трудах арабского ученого Авиценны (980—1037) мы видим их обособленными в отдельный класс «серы», куда входили все горючие вещества, т. е. собственно каустобиолиты, а также алмаз, графит и сера» (с. 5). Это объединение по принципу горючести ведет начало с античности (например, Плиний говорил, что битумы весьма близко стоят к сере) и удерживается до начала XIX в. В представлениях средневековых ученых «понятие «сера» имело не только физический, но и глубоко философский смысл», в частности «как бы воплощало свойство горючести», и «ее название становилось лишь символом, выражающим это свойство» (там же, с. 5). Д а же когда в конце XVIII в. стали «очищать» группу каустобиолитов от инородных минералов, в частности исключать из нее графит (а позже и алмаз как явно не биогенный), она все еще называлас ь сернистой. Неразделенность понятий «минерал» и «горная порода» позволяла в единой классификации под именем минералов выделять и то, что отвечает понятию «минерал», и «камни, земли», а также «горючие вещества» — уже породные тела. Общая классификация каустобиолитов еще разрабатывается. Трудности связаны с разнородностью пород и веществ, с их резко различным физическим состоянием (твердые, жидкие и газовые, а также переходные между ними состояния) и разной «горючестью». Не все органические вещества обладают этим свойством, и поэтому понятие «каустобиолиты» уже понятия «органические соединения» или «органические вещества» (OB). Лучше разработаны частные классификации, раздельно рассматривающие твердые, жидкие или газовые образования либо разделяющие их прежде всего по природе органического вещества — на гумолиты и битумолиты. Например, И. И. Аммосов с соавторами (1987, с. 24) твердые горючие ископаемые подразделяет на 3 типа и это твердые вторичные органические ископаемые, образовавшиеся из флюидных фракций первых двух типов на путях их миграций, взаимодействий, застаивания, отвердения как в глубоких недрах при повышенных температуре и давлении, так и в зоне гипергенеза. Основные генетические типы твердых горючих ископаемых Типы Подразделения типов I. Гумолиты 1. Гумиты — в основном из лигнин-целлюлозных веществ 2. Липтобиолиты — из смол, восков, оболочек спор, ку- тикулы II. Сапропелиты , 3. Телосапропелиты — сохраняется форма или анатомическое строение водорослей и других богатых жирами организмов 4. Сапроколлиты — исходный сапропелевый материал на месте залегания превращен в бесструктурную массу III. Органофлюидолиты 5- Нафтолиты — из мигрировавших углеводородных флюидов разного генезиса ; 6. Антрафлюидолиты — из мигрировавших термогенных углеводородных флюидов угольного ряда 7. Некромофлюидолиты — в основном из некрокислот, мигрировавших за пределы торфяника в виде растворов, суспензий и эмульсий, ограниченно взаимодействовавших с термогенными флюидами разного исходного материала. Сорбированное OB соответствующих черносланцевых толщ Выделенные типы несомненно генетические, но вместе с тем они и гетерогенны, особенно третий тип. Поэтому правильнее их считать группами типов, или классами. В первой группе более мелкие подразделения намечены по различиям первичного органического вещества, во второй — лишь по стадиям преобразования одного и того же вещества, а в третьей — по разным признакам: то по исходному органическому веществу (антрафлюидолиты), то по типу образующегося органофлюидолита (нафтолиты), независимо от исходного вещества, следовательно, включающего и антрафлюидолиты (разделение, возможно, есть, но нечеткое — включение термогенезиса), то по частным производным (некромовым кислотам, или некрокислотам) целлюлозы и лигнина на торфяной или буроугольной стадиях, а также по совсем иному OB (сорбированному в черносланцевых толщах). Главное деление каустобиолитов на твердые (см. табл. 11.1), жидкие и газовые (см. 11.3 и 11.8), конечно, не генетическое, но удобное и объективное.