4. Продукты природного преобразования нефтей

Продукты природного преобразования нефтей издавна называют природными битумами.

Продукты природного преобразования собственно нефтей следует называть нафтидами (термин В.Н. Муратова).

В отличие от продукты природного преобразования нефтей выделяют особую ветвь природных битумов, генетически не связанных с нефтью, а представляющих собой продукты природного процесса термического распада и возгонки органического вещества пород — это пиро- и тектогенетические аналоги нафтидов называются нафтоидами. Нафтоиды представляют минералогический и генетический интерес, но ввиду очень локального распространения практического значения не имеют. Но поскольку нафтоиды — природные образования, по внешнему виду и свойствам соответствующие нафтидам, то их образование показано в общей схеме природного битумогенеза.

Нафтиды

Нефть принадлежит к многочисленной группе природных веществ, называемых битумами. Будучи жидким битумом, она является исходным продуктом для большого количества твердых битумов, а также углеводородного газа. Вместе с углями и горючими сланцами битумы входят в еще большую группу веществ — каустобиолитов — горючих ископаемых органического происхождения. Битумы объединяют группу веществ с преобладанием в их составе углерода от высокомолекулярных сложных углеродистых соединений водорода, кислорода, серы и азота (твердые и полужидкие битумы) до жидких (нефть) и газовых углеводородов. Содержание углерода в битумах меняется от 70 до 98%, водорода — от 1 до 14%, кислород содержится в количестве 0,3—10%, сера — 0,2—10%, азот — 0,1—3%

Важнейшим свойством твердых и жидких битумов является их спо­собность растворяться полностью или частично (в зависимости от степени карбонизации) в низкокипящих органических растворителях (хлороформе, бензоле, ацетоне, бензине и др.), а также гореть.

Твердые битумы встречаются в природе в свободном состоянии в виде сплошных покровных масс, натеков, жильных образований, включений, а также в виде битуминозных осадочных, реже кристаллических пород. Жидкие и газообразные битумы насыщают поры, трещины и каверны пород-коллекторов, образуя пластовые или массивные залежи, а также существуют в связанном состоянии в рассеянном органическом веществе пород.

Характеристике битумов и их классификациям по различным при­знакам посвящено значительное количество работ (К. Энглер, Г Гефер, Л. Мразек, Г Л. Стадников, Н. А. Орлов и В. А. Успенский, Э Лиллей, А. Ф. Добрянский, В А. Клубов, В. А. Успенский, О А. Радченко, А. Я. Креме, Ш. Ф. Мехтиев, Н. Б. Вассоевич и В. Н. Муратов, Д. Ван-Кревелен, В. П. Козлов и Л. В Токарев, В. Н. Муратов и др.).

Наибольшее распространение получили подразделения битумов по условиям образования. Основы таких подразделений были заложены исследованиями Н. А. Орлова, В А. Успенского, О. А. Радченко, пред­ложившими различать три основные линии образования битумов: окисли­тельную, вещественной дифференциации и термическую, в пределах которых размещается большая часть известных битумов (рис. 1) Следует заметить, что положение некоторых битумов в генетических схемах еще окончательно не установлено и трактуется по-разному.

Исходным веществом всех битумов является нефть во всем многообразии условий ее залегания и существования, в частности нефть ско­плений (залежей), нефть, изливающаяся на поверхность, заполняющая в процессе перемещения (миграции) трещины, разрывы пластов, изначальная нефть (протонефть), находящаяся в рассеянном состоянии в породах. Поэтому собственно нефть занимает особое положение в системе битумов. Это относится также к углеводородному газу, образование которого может происходить вне связи с нефтью. Строго говоря, к системе битумов следует относить лишь углеводородный газ, выделившийся из нефти, а также образовавшийся при разложении нефти под влиянием высокой температуры (пирогенетический).

Рис. 1. Схема образования природных битумов (составлена по данным В. А. Успенского и О. А. Радченко, В. П. Козлова и Л. В. Токарева, А. А. Карцева и др.)

Твердые продукты (битумы) превращения нефти объединяются под названием нафтидов или эпинафтидов.

Среди нафтидов можно выделить оксибитумы, битумы вещественной сепарации и пиробитумы. К оксибитумам относятся мальты, асфальты и асфальтиты, представляющие собой продукты окислительных превращений метаново-нафтеновых нефтей. Оксибитумы содержат от 80 до 86% углерода, 7,5—11,7% водорода, 5—65% масел, 5—40% смол, 5— 90% асфальтенов.

Мальты образуются в результате окислительного перерождения нефти в местах ее выхода на поверхность или неглубокого залегания, а также на контакте нефти с водой; они представляют собой густую черную нефть, пахнущую сероводородом, обычно с высоким содержанием серы (до 9%), плотностью до 1 г/см³. Мальты широко распространены, особенно в складчатых областях.

Асфальты являются более глубоко измененным продуктом окисления нефти. Внешне представляют собой весьма вязкое, эластичное вещество темного цвета плотностью до 1,1 г/см³ с температурой плавления до 100° С. Встречаются в виде покровов («озер»), асфальтоносных пластов и жил. Жильные асфальты отличаются пониженным содержанием кислорода.

Крупнейшим скоплением асфальта является Тринидадское «озеро», имеющее около 600 м в диаметре при мощности покрова свыше 40 м. «Озеро» располагается над разрушающимся нефтяным месторождением и непрерывно подпитывается снизу нефтью. Соответственно в «озере» можно проследить смену нефти мальтой и далее асфальтом. Запасы асфальта в нем оцениваются более чем в 25 млн. т Асфальтовые «озера» меньших размеров известны в Калифорнии, Венесуэле (Бермудес), в Азербайджане (Апшеронский полуостров), на Северном Сахалине и др. Характерно, что современное Мертвое море в древности называлось Асфальтовым озером (Ф. Клапп, 1936).

Асфальтиты отличаются от асфальтов твердостью, хрупкостью, тугоплавкостью, представляя результат более глубокой окислительной полимеризации асфальтов без существенного дополнительного внедрения кислорода. Асфальтиты хорошо растворяются в хлороформе. Для них характерны жильные формы нахождения, хотя встречаются покровные и пластовые формы. Хорошо известны Садкинская (Оренбургская обл.) вертикальная жила асфальтита, проникающая на глубину до 300 м с шириной на поверхности около 20 м и длиной 680 м. Жила заключена в песчаниках, известняках и мергелях татарского яруса верхней перми.

Более высокая степень окисления и полимеризации имеет место в оксикеритах и гуминокеритах. Первые уже не растворяются или весьма слабо растворяются в органических растворителях, а также в гуминокеритах (элькеритах), нерастворимы в органических растворителях, но достаточно заметно растворимы в щелочах вследствие появления в битуме гуминовых веществ (в водной щелочи растворяется 16%).

Первым продуктом вещественной сепарации нефти являются тяжелые, вязкие слабо окисленные разности ее, возникающие в результате ухода легких компонентов в местах поверхностных выходов нефти или неглубокого залегания ее скоплений. Такие битумы предшествуют образованию мальты. Типичным представителем сепарационного образования битумов является озокерит (горный воск, минеральный воск, минеральный гудрон, гумбед, бориславит, нефтегиль, мумташ и др.).

Внешне озокерит представляет собой воскообразное вещество от мазеобразной до плотной консистенции и от коричневого до темно-зеленого и черного цвета в зависимости от содержания всегда присутствующих в нем асфальтово-смолистых веществ.

Озокерит хорошо растворяется в органических растворителях и вос­пламеняется при температуре около 220° С.

Озокерит встречается преимущественны в фирме жил, хотя известны и поровые скопления (руды). Месторождение жильного озокерита связано с Бориславским нефтяным месторождением (Украинское Предкарпатье) Жилы озокерита мощностью до нескольких метров прослеживаются до глубины 140 м и заключены в толще песчаников неогена и сланцев верхнего палеогена. Здесь же известны и поровые (в песчаниках) скопления озокерита. Скопления озокерита известны в Шорсу (Ферганский нефтегазоносный бассейн), на о-ве Челекен (Западная Туркмения) и т п. Широко распространен жильный озокерит в Румынии (Молдова), где он связан с парафинистыми нефтями палеогеновых отложений месторождений Мойнешти, Земеш, Станешти-Солонц и др. Известен озокерит в Джунгарском нефтегазоносном бассейне в Китае, в бассейне Уинта (Скалистые горы, США) и т п.

Озокериты, подвергшиеся поверхностному выветриванию (бактериальная переработка, окисление, промывание водой), образуют группу оксибитумов, состоящую из элатеритов, альгаритов и озокеритов хорсанов .

Элатериты представляют собой плотные каучукообразные битумы, с низкой растворимостью в органических растворителях, повышенным содержанием водорода (до 12%) и значительным содержанием серы и азота.

Алъгариты (парафиновая грязь) состоят из смеси углеводно-белковых веществ, образованных телами отмерших бактерий, развивавшихся на парафиновом субстрате смол и парафинов (не переработанных бактериями). Наиболее превращенные альгариты полностью растворяются в воде (поэтому редко сохраняются) и не содержат исходных веществ. Внешне альгарит имеет вид бурых корочек от желтого до коричневого цвета.

Пиробитумы образуются из оксибитумов, а в некоторых случаях и непосредственно из нефти в условиях высоких температур в процессе погружения исходных битумов на большие глубины.

Пиробитумы имеют углеподобный вид. Они встречаются значительно реже, чем оксибитумы, причем обычно в виде небольших жил и включений в осадочные и изверженные породы. Пиробитумы содержат 80—90% углерода, 4—9% водорода, 5—10% О + S + N, 1—20% масел, 5—20% смол, 1—50% асфальтенов Среди пиробитумов выделяют кериты, антраксолиты и шунгиты. Наиболее высоко превращенные пиробитумы — шунгиты состоят на 95—98% из углерода и на 0,3—0,8% из водорода.

Кериты (жильный уголь) — это твердые, хрупкие битумы, почти совсем не растворяющиеся в органических растворителях, залегают обычно в виде жил, по степени метаморфизации соответствуют каменным углям.

Антраксолиты являются твердыми (плотность 1,3—2 г/см³, твердость по шкале Мооса — 3—4, излом раковистый) черными битумами, не растворяющимися в органических растворителях. По составу (углерода от 88 до 98,8%), некоторым свойствам и степени метаморфизации антраксолиты близки к антрацитам. Среди антраксолитов выделяют низкие, высшие и шунгиты. Последние содержат 95—98% углерода. К антраксолитам, сильно обогащенным серой (15—40%), относят кискеиты.

Кериты, антраксолиты и шунгиты известны, в частности, в палеозойских отложениях Туркестанского и Алайского хребтов Средней Азии, в Тунгусской синеклизе. В Карелии (Северное Прионежье) в протерозойских отложениях встречены пластовые тела шунгитов.