5 Хемофоссилии

Среди различных УВ и гетероатомных соединений нефтей, ОВ осадков и пород выделено около 300 соединений, которые сохранили явную структурную связь с исходными биомолекулами живого вещества (ЖВ). Это позволяет проследить геолого-геохимическую историю значительной части молекул, из которых состоит нефть и другие горючие ископаемые.

Соединения, имеющиеся в составе современных осадков, пород и горючих ископаемых, для которых в строении молекул или их частей имеются аналоги в ЖВ: стероиды, терпеноиды, порфирины (хлорофилл, гем крови) называются биохимическими или химическими фоссилиями, реликтовыми, биологическими метками, биомаркерами, соединениями с унаследованной структурой. Наиболее широко в России используется термин Б. Тиссо и Д. Вельте (1984) «chemical fossils», который переведен на русский язык как «химические реликты», или как «хемофоссилии». Таким образом, хемофоссилии – это ископаемые биомолекулы и их опознаваемые фрагменты, которые находятся в осадках, осадочных породах и горючих ископаемых, включая нефть.

Хемофоссилии являются достаточно устойчивыми соединениями, поэтому поступая из химических остатков организмов в осадки, сохраняются при их литогенезе и переходят в состав нефтей. В ходе литогенеза в строении этих биологических веществ происходит лишь небольшая перестройка углеродной структуры молекул и потеря функциональных групп. Поэтому хемофоссилии несут информацию об условиях образования и преобразования нефтематеринского ОВ и заключающих их осадков и осадочных пород. В конечном счете, они несут информацию об условиях образования нефтей и являются основой для генетических классификаций нефтей. Хемофоссилии присутствуют как в углеводородном, так и в неуглеводородном составе нефтей.

Углеводородные структуры. Из УВ к хемофоссилиям относятся высокомолекулярные нормальные и изопреноидные алканы, например пристан С₁₉Н₄₀ и фитан С₂₀Н₄₂, стераны, тритерпаны, или гопаны, а также моноароматические стераны и гопаны.

Стераны – это тетрациклические изопреноидные нафтены С₂₇-С₃₅, являющиеся гидрированными аналогами стероидов. Тритерпаны, или гопаны являются пентациклическими УВ С₂₇-С₃₅, построенными из трёх пар остатков изопрена и, отличающиеся длиной алкильного заместителя. Моноароматические стераны и гопаны содержат среди конденсированных нафтеновых циклов одно ароматическое кольцо.

Стераны и гопаны обусловливают оптическую активность нефтей – способность вращать плоскость поляризации света. Присутствие в нефтях оптически активных веществ рассматривается как одно из доказательств их биогенного происхождения. Однако сторонники неорганического происхождения нефти считают, что хемофоссилии «загрязняют» нефть в процессе её вертикальной миграции в осадочных породах, поскольку нефть является природным растворителем органических соединений.

Неуглеводородные структуры. Из гетероатомных компонентов нефтей к хемофоссилиям относятся порфирины, некоторые кислород-, серо- и азотсодержащие соединения. Среди кислородсодержащих соединений выделяются кислоты с разветвлёнными и неразветвлёнными цепями, стероидные кислоты, кетоны (соединения, отвечающие общей формуле RR₁–C=C=O).

Азотсодержащие соединения: пиридины, хинолины, карбазолы часто входят в состав асфальтенов. Предположительно они являются структурными фрагментами алкалоидов растений.

Серосодержащие соединения: бензотиофены и дибензотиофены, хотя и не имеют близких аналогов своей структуры в составе живого вещества, но они могут образовываться на ранних стадиях диагенеза в процессе осернения непредельных соединений, входящих в состав липидов и липоидов живого вещества.

Рассмотренные гетероатомные хемофоссилии, за исключением порфиринов, изучены пока неполно (Е.В. Соболева, А.Н. Гусева; 2002).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Почему нефть является сложной флюидной системой?

2. Назовите главные и основные химические элементы нефтей и их содержание в процентах.

3. Назовите групповой состав микроэлементов нефтей, какая группа преобладает численно?

4. Какие классы органических соединений образуют групповой состав нефтей?

5. Какие классы УВ выделяются в составе нефтей?

6. Какой углеводород возглавляет гомологический ряд алканов, и какой общей формуле он отвечает?

7. Назовите три группы алканов, различающиеся структурой углеродной цепи.

8. Какая особая группа УВ выделяется среди изо-алканов?

9. Какую структурную особенность имеют молекулы изопреноидных алканов?

10. Какая группа УВ имеет регулярное чередование метильных групп СН₃?

11. УВ какого класса встречается в компонентном составе нефтей весьма редко?

12. Назовите особенности строения и происхождения изопреноидных алканов.

13. Алканы, с каким числом атомов углерода при нормальных условиях являются: а) газами, б) жидкостями и в) твердыми веществами?

14. Чем различаются парафины и церезины?

15. Какой углеводород возглавляет гомологический ряд аренов, и какой общей формуле он отвечает?

16. Какой тип УВ наиболее беден водородом?

17. Как влияет изменение значения атомного отношения Н/С на степень компактности молекулярных структур УВ и плотность нефти?

18. Какие классы неуглеводородных (гетероатомных) соединений выделяются в составе нефтей?

19. Какие соединения серы называются «агрессивными» и почему?

20. Почему элементная сера, сероводород и меркаптаны относятся к агрессивным соединениям нефти?

21. Назовите четыре группы азотистых соединений нефтей.

22. На каком основании родственные САВ разделяются на две относительно самостоятельные группы веществ?

23. Какое строение имеет углеродная структура САВ?

24. Какие соединения нефти называются хемофоссилиями, или реликтовыми структурами, и почему?

25. Как классифицируются нефти по содержанию: а) серы и б) смолисто-асфальтеновых веществ?