3.8.4. Преобразование каустобиолитов на стадиях катагенеза и метагенеза

В условиях эволюции земной коры, погружения и воздымания осадочных бассейнов происходит преобразование не только пород, их минеральной и газоводной составляющих, но и захороненного в них органического вещества – керогена.

Преобразование керогена на стадиях ката- и метагенеза происходит в результате увеличения Т и Р.

Повышение температуры во время погружения осадочных отложений вызывает постепенную перестройку структуры керогенов. Сначала в керогенах происходит разрыв слабых связей. При этом выделяется вода, углекислый газ, некоторые более сложные соединения. Позднее, высвобождаются углеводороды, образуется нефть, а затем и – жидкий газ.

В метагенезе керогены перестраиваются наиболее существенно. Слагающие их компоненты собираются в крупные агрегаты, выделяют сухой газ, идет преобразование в высокоуглеродистые соединения. Постепенно останется единственный выделяющийся углеводородный газ – метан. Соотношение Н/С и О/С падает.

Однако в преобразовании разных типов керогенов и слагаемых ими пород имеются и свои характерные особенности.

Кероген типа I и горючие сланцы, основу которых он составляет, в стадиальном эпигенезе выделяют молекулы азотистых, сернистых и кислородных соединений. Они не имеют готовой нефти и выделяют в незначительных количествах битумоиды и газообразные углеводороды.

Из них извлекается значительное количество сланцевой смолы – до 40 % органического вещества. Сланцевые смолы содержат 30-50 % олифинов – соединений, которых практически нет в природной нефти. Кроме того, для них характерно значительное содержание азота и серы.

Кероген типа II и слагаемые им породы относятся к нефтематеринским. Это связано с особенностью керогена типа II, вслед за выделением воды и обильного СО₂, генерировать значительные количества нефти и других углеводородов.

Состав нефти сложен. В нем выделяются насыщенные углеводороды, ароматические углеводороды, смолы, асфальтены, сернистые, азотистые соединения, металлоорганические компоненты.

С увеличением глубины, температуры и времени формирования нефти уменьшается ее плотность и содержание серы, но увеличивается концентрация легких углеводородов (алканов).

Кероген типа III и слагаемые им угли и углистые сланцы на стадиях ката- и метагенеза меняются существенно. Они проходят последовательный ряд углефикации, т.е. физико-химического и термобарического преобразования с увеличением количества углерода.

Следует подчеркнуть, что этот ряд непрерывный и линейный. В нем последовательно изменяются физические свойства: уменьшается влажность, пористость, прозрачность; увеличивается плотность, показатель преломления, отражательная способность – R0. Химические изменения включают продолжающуюся конденсацию, полимеризацию и потерю функциональных групп с кислородом, азотом и серой,

Непрерывность, последовательность и закономерность изменения свойств керогена типа II позволила использовать их для создания шкалы углефикации, а затем и шкалы ката- и метагенеза.

В ряду последовательного преобразования кероген типа III углефицируется, а породы, испытывая постепенные преобразования, меняются в ряду: торф —» бурый уголь —-» каменный уголь —» углистый сланец —» антрацит —-» аспидный сланец.

При преобразовании углистых пород и керогена типа III происходит выделение воды, углекислоты, низкомолекулярных углеводородов, в частности, метана. Наиболее интенсивные выделения метана начинаются тогда, когда степень углефикации соответствует каменным углям.

Высокомолекулярные углеводороды практически не генерируются. Видимо, в керогене типа III, углях и углистых сланцах нет механизма выделения и миграции жидких углеводородов.

Итак, в эволюции керогенов разных типов есть общие и отличительные особенности. К общим относятся – упорядочение структуры атомов углерода, удаление продуктов упорядочения, препятствующих этому процессу; выделение в начале катагенеза воды, углекислоты, гетеросоединений; в середине и конце катагенеза – выделение нефти и жирного газа; в метагенезе – сухого газа.

Искусственная эволюция керогенов при нагревании (пиролизе) обнаруживает интересные их особенности. Все они разлагаются, последовательно выделяют продукты пиролиза, процесс протекает в интервале температур до 500-600⁰С, но есть особенности. Кероген типа I и кероген типа-II выделяют эстеры – ферменты, содержащиеся в животных и микроорганизмах. Кероген типа III их не выделяет совсем.

Общность некоторых свойств керогенов типа I и типа II подкрепляет имеющееся за ними общее название "сапропелиты" в отличие от "гумолитов", соответствующих керогену типа III.

Исследования, проводимые на кафедре геологии и разведки полезных ископаемых НИ ТПУ, показали, что кероген типа II имеет специфические ядерно-геохимические особенности – уран-органические формы соединений. Радиоактивный распад уран-органических геополимеров ответственен за механизм формирования и эмиграции жидких и газообразных углеводородов [36,38,39,40].