Каустобиолиты. 2
Глава 1
Введение
Данная работа посвящена изучению горючие полезные ископаемые органического происхождения, представляющих собой продукты преобразования остатков растительных, реже животных, организмов под воздействием геологических факторов - Каустобиолитов.
В наше время ежедневно добывают полезные ископаемые, которые нельзя заменить. И я хотела бы поподробнее рассмотреть их содержание.
Каустобиолиты
Каустобиолиты ( в переводе с греческого означает «горючий камень органического происхождения») – это горные горючие ископаемые, обогащенные органическим веществом. При этом под органическим веществом понимается вещество, сложенное органическими компонентами в форме мономеров или полимеров, которые прямо или косвенно возникли из живого вещества. Минеральные компоненты: раковины, кости, зубы не входят в его состав.
К каустобиолитам относятся торф, сапропель,
ископаемые угли, горючие сланцы. Нефть
и горючие газы геологически и генетически
связаны с каустобиолитами, но они имеют
существенные отличия от других горючих
полезных ископаемых.
Во-первых, не все придерживаются представлений
об органическом происхождении нефти.
Во-вторых, закономерности образования
и размещения нефти в значительной
мере связаны с её подвижностью,
мобильностью, существенными перемещениями
в земной коре после образования.
Наконец, к настоящему времени учение
о нефти выделилось в специальную
дисциплину: геологию нефти и газа.
Вещество
каустобиолитов образуется из органических
соединений, которые синтезируются
животными и растительными
Глава 2
Состав каустобиолитов.
Органические соединения в земной коре могут возникать из различных источников и различными путями. В настоящее время можно указать следующие достоверные и предполагаемые источники образования каустобиолитов.
- Остатки отмерших растительных и животных организмов и
органических продуктов их жизнедеятельности. - Абиогенные реакции в литосфере, дающие продукты органического состава.
- Магматический синтез.
Преобладающим является первый из указанных источников. Основная масса каустобиолитов (во всяком случае, все ископаемые угли и, по всей вероятности, основная масса нефти) имеют своим исходным материалом отмершие организмы. В настоящее время известны лишь единичные случаи нахождения органических продуктов абиогенных реакций в литосфере. Нет оснований отрицать широкое распространение таких реакций, однако возможно, что продукты их недостаточно устойчивы в земной коре.
Что касается третьего источника – синтеза органических соединений в магме, то вопрос о нем в настоящее время является предметом оживленных дискуссий. Накопленный материал не оставляет места для сомнений в том, что на определенной стадии остывания магмы в ней происходят реакции синтеза водорода и углерода с образованием простейших углеводородов. В результате различных процессов молекулы их усложняются и дают начало образованиям, па составу и свойствам вполне аналогичным нефтяным каустобиолитам. Разногласия касаются лишь масштабов магматического нефтеобразования. Существуют две крайние точки зрения. Одни исследователи, во главе с автором магматической гипотезы Н. А. Кудрявцевым, все запасы нефтяных каустобиолитов, заключенные в недрах нашей планеты, приписывают магматическому генезису; другие (большинство геологов-нефтяников), допуская (или не допуская) в незначительных масштабах магматическое нефтеобразование, приводящее лишь к минералогическим скоплениям, считают, что все запасы нефтяных каустобиолитов имеют биогенное происхождение. Ниже мы рассмотрим различные гипотезы нефтеобразования, а сейчас остановимся подробнее на главнейшем источнике подавляющего большинства каустобиолитов – остатках отмерших организмов.
Биосфера,
т. е. оболочка Земли, населенная организмами,
охватывает часть атмосферы, гидросферу
и поверхностные слои литосферы.
Верхний предел биосферы ограничен
тропосферой; в гидросфере организмы
распространены до самых больших
океанических глубин. Нижний предел обитания
организмов в литосфере оценивается
различно, но, во всяком случае, не глубже
3000 м, причем уже на небольших сравнительно
глубинах становится возможным существование
только анаэробных организмов. По Вернадскому,
общий вес биомассы достигает 1014
т. Наибольшую количественную роль в
биомассе играют простейшие, обладающие
колоссальной быстротой размножения.
Преобладающая часть живых
Но в
осадочных породах
Рис. 2.1
Средний элементарный состав живых организмов и каустобиолитов разной степени преобразования
Глава 3
Подразделения каустобиолитов.
Твердые горючие ископаемые относятся к породам биогенного происхождения и делятся на 3 группы:
- — гумусовые каустобиолиты;
- — липтобиолиты;
- — сапропелиты.
Гумусовые каустобиолиты
Образуются из гомогенезирующихся (однородных) скоплений остатков высших растений (корни, кора, листья, ветви, стволы). К ним относятся торф, бурый и каменный уголь, антрацит. Это продукты единого ряда преобразования органического вещества растительного происхождения в диагенезе, катагенезе и метагенезе. Из остатков водорослей, низших растений могут образоваться редко встречающиеся сапропелевые угли.
Растительный материал в процессе формирования каустобиолитов гумусового ряда подвергается разложению в условиях обилия влаги, резко ограниченного доступа кислорода или без него (на дне озер, в болотах), и перекрывается вышележащей толщей осадков. В результате органическая масса углефицируется, уплотняется, превращается в твердое вещество, в нем уменьшается содержание кислорода и водорода, возрастает содержание углерода. В зависимости от условий захоронения органики и углеобразования ход процесса может изменяться, что сказывается на типовых особенностях конечного продукта.
Торф состоит из образующихся в болотах скоплений малоизмененных остатков растительной ткани. Цвет серо-желтый, буроватый, серо-черный. Его слагают различные виды болотной растительности: травы, мхи, камыш, осока, хвощ и др. Содержание растительного материала в осадке при образовании торфа по Ф. Петтиджону достигает 70-90%. В состав торфа входят воски, смолы, жирные кислоты, целлюлоза. Отличительная черта торфа в естественном залегании – высокое содержание воды (65-90%). Высушенный торф на 40-60% состоит из целлюлозы. В торфе без изменений остаются наиболее устойчивые ткани растений.
Отложения
торфа способствуют быстрый рост
растений и весьма угнетенная жизнедеятельность
микроорганизмов. В стадийности породообразования
возникновение торфа соответствует диагенезу.
Наиболее интенсивно торфообразование
идет в северных широтах в обширных пресноводных
болотах, в прибрежных мангровых болотах,
затапливаемых солоноватой морской водой.
Скопления торфа имеют четвертичный возраст,
в том числе образуются в настоящее время.
В странах с гумидным умеренным и тропическим
климатом месторождения торфа многочисленны.
Физико-механические свойства торфа:
Пористость, реологические свойства, прочность и несущая способность торфяных залежей, внешнее и внутреннее трение.
Торф - упруго-пластично-вязкое тело и при деформировании подчиняется основным законам реологии. Реология торфа рассматривает процессы, связанные с текучестью, пластичностью и упругостью торфяных систем. В зависимости от влагосодержания торфяные системы могут быть жидкообразными структурированными и твердообразными условно-пластичными с преобладанием коагуляциоиных структур, или структур переплетения. Реологическое поведение торфа оценивается уравнением Шведова-Бингама. Основными реологическими характеристиками торфа являются пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига, модули деформаций, периоды релаксации напряжений и др. Реологические свойства торфа широко используются при расчетах процессов течения, формования и сушки торфа. Процессы искусственного обезвоживания торфа, прочность и деформируемость торфяных залежей как оснований инженерных сооружений, уплотнение торфа при производстве различных видов продукции обычно оценивают на основе компрессионных и прочностных свойств.
Бурый уголь. Это горючее непрозрачное некристаллическое вещество бурой, темно-коричневой, буро-черной до черной окрасок. Обычно сохраняет структуру первичной древесины. Содержание влаги ниже, чем в торфе – до 30% от общей массы, количество целлюлозы незначительно. Содержание углерода 60-75% на органическую массу. Бурый уголь обогащен лигнитом и гумусовыми соединениями. Обладает низкой теплотворной способностью и плохо высыхает. Образование бурого угля соответствует ранней катагенетической подстадии преобразования органического материала («обуглероживание» торфов), начинающейся после перекрытия залежи торфа глинистой или песчано-глинистой толщей. При этом происходит обезвоживание, биохимические процессы изменения органических гумусовых веществ с участием бактерий, грибов.
Большая
часть бурых углей имеет
Каменный уголь образуется при
погружении угленосных толщ на большие,
в сотни метров и более, глубины
в результате прогибания участков земной
коры. Для перехода бурого угля в каменный
требуются высокие давления и температура
порядка 100-300⁰С.
Физико-механические свойства угля:
а) упругость - способность восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки;
б) пластичность - способность сохранять деформацию до предела текучести после снятия нагрузки;
в )твердость - способность сопротивляться упругим и пластическим деформациям при местной силовом воздействии на поверхность тела;
г) прочность - способность сопротивляться разрушению под действием напряжений;
д) хрупкость - способность разрушаться без заметного поглощения энергии;
е) дробимости - свойство, которое определяется совокупностью твердости, вязкости и трещиноватости;
ж) прочность - условное понятие, которое символизирует совокупность механических свойств и проявляется в различных технологических процессах при добыче и переработке угля.
Наиболее крупные бассейны и месторождения бурых углей характерны для мезозойско-кайнозойских отложений. Исключение составляют нижнекаменноугольные бурые угли Восточно-Европейской платформы (Подмосковный бассейн). В Европе залежи бурых углей связаны почти исключительно с отложениями неоген-палеогенового возраста, в Азии — преимущественно юрского, в меньшей степени мелового и палеоген-неогенового, на остальных континентах — мелового и палеоген-неогенового. В России основные запасы бурых углей приурочены к юрским отложениям.
Значительная часть бурых углей залегает на небольших глубинах в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м, что позволяет отрабатывать их открытым способом. На отдельных месторождениях мощность залежей 100-200 м.
Материалом для образования бурого угля послужили различные кониферы, пяльпы, лиственные деревья и торфяные растения, постепенное разложение которых под водой, без доступа воздуха, под прикрытием и в смеси с глиной и песком, постепенно ведёт к обогащению истлевающих растительных остатков углеродом при постоянном выделении летучих веществ. Одной из первых стадий такого истлевания, после торфа, является бурый уголь, дальнейшее разложение которого завершается превращением в каменный уголь и антрацит и даже графит.
Такой переход растительных остатков от слабо истлевшего состояния торфа через лигнит, бурый, каменный уголь и антрацит, наконец в чистый углерод - графит совершается, конечно, крайне медленно и вполне понятно, что, чем разновидности ископаемых углей богаче углеродом, тем древнее и геологический их возраст. Графит и шунгит приурочены к азойской группе, антрацит и каменный уголь — к палеозойской, а бурый уголь к мезозойской и преимущественно кайнозойской. Впрочем, каменный уголь встречается также и в мезозойских отложениях и, ввиду существования постепенного перехода между бурым и каменным углем, многими принято ископаемые угли моложе меловой системы называть бурым углем, а более древние — каменным углем, хотя по своим признакам они и заслуживали бы скорее названия бурого угля.
Общие мировые
ресурсы бурых углей
Каменный уголь имеет плотное сложение, черный цвет и обладает хрупкостью при твердости 2-2,5. Удельный вес 1,26-1,35 г/см3. В естественном залегании угольные пласты обычно не являются однородными, а представляют собой чередование линз, прослоев черных сажистых, плотных матовых и блестящих углей. Макроскопически различимые растительные остатки отсутствуют. Содержание летучих компонентов уменьшается. Резко возрастает, от 75 до 92%, количество углерода. Отсутствуют гуминовые кислоты.
В строении угольной массы принимают участие несколько разновидностей, отличающихся структурой, состоянием углистого вещества:
- фюзен – волокнистый матовый уголь со структурой древесины;
- дюрен – уголь, состоящий из частиц, сохранивших форму спор, кутикул и фюзенизированной клеточной ткани, сцементированных бесструктурной гелеподобной массой. Матовый или землистый, залегает в виде слоев, не имеющих внутренней слоистости;
- витрен – полностью гелефицированная клеточная ткань, бесструктурная коллоидная масса. Блестящий, стекловидный, обычно переслаивается с более мощными слоями углей иного типа;
- кларен – гелефицированная масса с примесью спор, смоляных телец. Пласты, линзы кларена, как правило, имеют слоистость.
В углях присутствуют обломочные зерна и часто отмечается примесь глинистого материала. Углепетрографическая систематика основывается на составе исходного материала, либо на его составных частях (кларен, витрен и т.д.), или на свойствах углей (однородные, полосчатые, штриховые, полублестящие, матовые угли).
Антрациты – это продукты преобразования каменных углей в стадию метагенеза (начального метаморфизма). Плотные, блестящие, черные, отличаются наибольшим среди углистых разностей удельным весом, твердостью и однородностью. В составе органической массы преобладает углерод (93-98%), весьма незначительное содержание летучих компонентов (2-5%).
Обобщая данные по составу углей, помимо преобладания в их составе углерода (60-98%), можно отметить присутствие кислорода от 2-х до 5%, водорода 1-12%, азота 1-3%. Отмечаются небольшие количества серы и фосфора. В углях установлена примесь редких, редкоземельных элементов, а содержание германия, урана, ванадия в отдельных случаях могут достигать промышленных концентраций.
Важным параметром качества угля является теплота сгорания: от 3500 ккал/кг у бурых углей до 8000 ккал/кг у антрацита. Зольность углей, определяемая примесью неорганического материала, колеблется от 2-3% до 40-50%. Этот показатель является своего рода таксонометрической границей для углей. Строго к углям можно отнести твердое горючее полезное ископаемое, имеющее зольность ниже 40%. При зольности выше 40% порода считается горючим сланцем.
Своеобразной категорией каустобиолитов являются коксующиеся угли, т.е. угли, которые при нагревании без доступа кислорода на несколько сот градусов (выше 800⁰С), превращаются во вспученную шлакоподобную массу в результате удаления летучих компонентов.
В природных условиях угольные пласты мощностью 2-3 и более метров объединяются в угольные серии, перемежаясь с глинистыми, песчаными и песчано-глинистыми отложениями. При этом формируются толщи циклического строения. В отдельных случаях мощность пластов угля на месторождениях может достигать 35-200 м. Залегание угольных пластов в угленосных толщах различное. Некоторые угольные пласты прослеживаются на сотни километров, другие – резко расщепляются на коротком расстоянии, образуя веер самостоятельных пластов.
Гумусовые каустобиолиты образуются за счет наземных растений, остатки которых накопились непосредственно на месте произрастания (автохтонные угли) или были перемещены до их захоронения (аллохтонные угли). Чаще всего угли формирует как автохтонный, так и аллохтонный растительный материал. Превращение растительных форм в уголь составляет ряд биогенных процессов (гумификация, затем углефикация), и позже абиогенных процессов (метаморфизация).
В ходе геологической
истории углеобразование
На Урале угленакопление проявлено в широком стратиграфическом диапазоне. Оно известно в каменноугольном, пермском, триасовом, юрском периодах, а также в палеоген-неогеновый отрезок истории. В результате сформировалось несколько крупных угольных бассейнов, вместивших серию угленосных депрессий. Это Северо-Уральский, Южно-Уральский и Тургайский угольные бассейны.
Липтобиолиты
Липтобиолиты – редкая разновидность углей, не имеющая промышленного значения. Они образованы наиболее стойкими компонентами высших растений, не подверженных разложению: оболочки спор, кутикулы (тонкая пленка на эпидерме листьев, молодых стеблей), кора, скопления смолы. В зависимости от преобладающей компоненты растительной ткани липтобиолиты подразделяются на кутикуловые, споровые и другие разновидности. Липтобиолиты встречаются в виде линз и прослоев среди бурых, каменных углей. Они отличаются повышенным содержанием водорода и летучих веществ.
Сапропелиты
Сапропелиты представляют собой каустобиолиты, органический материал которых содержит очень мало остатков наземных растений. Образуются они за счет углефикации скоплений низших одноклеточных водорослей и состоят из остатков клеточной ткани, спор, кутикулы, а также из основной сапропелевой (битумной) и гумусовой массы желтоватого, бурого, зеленоватого цвета. Залегают в виде прослоев среди гумусовых углей, очень редко в виде самостоятельных пластов. Сапропелиты отличаются высоким содержанием летучих (до 90% органической массы), водорода (7-12%) и первичного дегтя. Они подразделяются на сапропелевые угли и собственно сапропель.
Сапропель это современный гелеобразный черный осадок, накапливающийся на дне болот и озер и состоящий из гниющих в анаэробной среде остатков водорослей. Сапропелевые угли подразделяются на 2 типа: кеннель и богхед. Кеннель представляет собой серый матовый сапропелит, легко загорающийся от спички. В основной массе рассеяны водоросли и споры. Богхед – массивный матовый однородной структуры светло- и темно-коричневого цвета, либо серый, зеленовато-бурый. Для богхедов характерен повышенный выход водорода и первичного дегтя. Сапропелиты являются ценным сырьем для газовой и химической промышленности.
Физико-механические свойства каменных углей похожи на свойства бурых углей.
Каменный
уголь возникает при залегании
пластов торфа на значительной глубине
обычно более 3 км. На более значительной
глубине образуется антрацит – высший
сорт каменного угля. Однако это
не означает, что все угольные месторождения
расположены на большой глубине.
Со временем под действием тектонических
процессов различной
От того, на какой глубине находятся угленосные
породы, зависит и способ добычи угля.
Если уголь залегает на глубине до 100 метров,
то добыча обычно ведётся открытым способом.
Так называется снятие верхнего слоя земли
над месторождением, при котором полезное
ископаемое оказывается на поверхности.
Для добычи с большой глубины используется
шахтовый метод, при котором доступ к полезном
ископаемым осуществляется посредством
создания специальных подземных ходов
– шахт. Самые глубокие угольные шахты
в России находятся на расстоянии около
1200 метров от поверхности.
Наиболее крупные
Эльгинское месторождение (Саха)
Это угольное месторождение, находящееся
на юго-востоке Республики Саха (Якутия)
в 415 км к востоку от города Нерюнгри,
является наиболее перспективным для
открытой разработки. Площадь месторождения
составляет 246 км². Месторождение представляет
собой пологую асимметричную
складку.
Угленосными являются отложения верхней
юры и нижнего мела. Основные угольные
пласты находятся в отложениях нерюнгринской
(6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской
(18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит.
Угли здесь в основном полублестящие
с очень высоким содержанием
наиболее ценного компонента — витринита
(78-98 %), средне- и высокозольные, малосернистые,
малофосфористые, хорошо спекающиеся,
с высокой теплотой сгорания. Эльгинский
уголь с помощью специальной технологии
можно обогатить, что позволит получить
продукт более высокого качества, отвечающего
мировым стандартам. Мощные пологие пласты
угля перекрываются отложениями небольшой
мощности, что очень важно для добычи открытым
способом.
Горючие сланцы. Это осадочные породы, тонкоплитчатые аргиллиты или мергели со значительным, до 50-60%, содержанием битуминозных веществ. По сути они являются глинистыми или известковыми углями-сапропелитами, загорающимися от спички. Горят коптящим пламенем, издавая запах жженой резины. Отличаются от углей большей зольностью и меньшей теплотворной способностью. В категорию горючих сланцев включают сланцы, содержащие гумусовое вещество, тождественное с гумусовым веществом бурых и каменных углей, кеннелевые и богхедовые сланцы, а также сланцы асфальтовые и породы, пропитанные нефтью. В горючей массе сланцев повышено содержание водорода, летучих веществ, присутствуют остатки водорослей, иногда раковины морских организмов. Из органических веществ в состав горючих сланцев входят петролены, битум, гумусовые вещества, присутствуют неорганические составляющие – алюмосиликаты, гидраты окислов железа, кальцит, гипс, пирит, сера и др. Цвет сланцев серовато-желтый, до бурого и черного. Формируются из осадков морских, озерных водоемов, лагун при одновременном осаждении глинистых и карбонатных частиц, тонкого органического ила, состоящего из мельчайших водорослей и других организмов. Разлагаясь под водой, без доступа воздуха, органические остатки постепенно превращают ил в темное горючее вещество, затвердевающее при диагенезе. Слагают протяженные пласты мощностью 15-20 м.
При нагревании горючих сланцев в специальных перегонных аппаратах из них получают напоминающее нефть вещество, при последующей переработке дающее парафин, бензин, керосин, смазочные масла и некоторые ценные химические вещества (ихтиол, фенол, битумы).
Важнейшие месторождения горючих сланцев известны в Прибалтике (диктионемовые сланцы), в Среднем Поволжье (близ Ульяновска), около Сызрани (каширские сланцы), а также в Заволжье, в районе Общего Сырта.
Отличительные признаки
Для горючего сланца характерны сланцеватое строение, черный, желтый цвет. Горючие сланцы напоминают глинистые сланцы. Отличаются горючие сланцы от глинистых тем, что обладают способностью гореть, и более легки, по сравнению с глинистыми сланцами.
Происхождение
Горючие
сланцы образовались на дне морей
благодаря одновременному отложению
органического и
Применение
Горючие сланцы – топливо и технологическое сырье. Из горючих сланцев получают масла и смолы. Первые идут в качестве топлива на электростанции, а смолы являются ценным химическим сырьем для производства почти пятидесяти различных продуктов. Эстонская и Прибалтийская ГРЭС – крупнейшие в мире электростанции, работающие на сланцах. Горючие сланцы используются для получения бензина, бытового газа, фенола, ароматических углеводородов, электродного кокса, бензола, синтетического дубителя, клея для строительной индустрии (для скрепления блоков домов), пластмасс, гербицидов, дорожных битумов. Сланцы называют топливом будущего, потому что их мировые запасы во много раз превышают запасы других горючих ископаемых (нефть, природный газ, каменный уголь), вместе взятых. Сланцевая смола является хорошим изолятором, «защитником» от коррозии, в ряде случаев заменяет пайку и сварку. Она также используется для удобрения почвы. Сланцевая зола используется в производстве вяжущих веществ и строительных деталей. Смола находит применение в производстве химических препаратов.
Месторождения
Месторождения их имеются в Белоруссии (Полесье), Эстонии (Кохтла-Ярве, Йыхви), в России (Сланцы – Ленинградская область), Среднем Поволжье (Ульяновск, Сызрань). Богатейшие залежи горючих сланцев имеются также в США, Канаде, Бирме, Бразилии, Италии, Конго и во многих других странах.
Твердые продукты поликонденсации называются керогеном. Кероген – это органическое вещество, нерастворимое в органических растворителях, щелочах и кислотах. Химически кероген представляет собою трехмерную макромолекулу, которая составлена конденсированными циклическими ядрами, соединенными гетероатомными связями. Такое строение керогена обеспечивает его свойствами молекулярного сита. В матриксе (структура) керогена, как в молекулярном сите могут находиться липиды, углеводороды и другие ОВ.
Твердость керогена, нерастворимость его в органических и минеральных кислотах, обусловливает его устойчивость и способность сохраняться в осадочных породах Земли в течение миллионов лет. Вполне заслуженно кероген приобрел второе название – геополимер
Наиболее часто кероген рассеян в минеральной массе пород в виде мелких буроватых, слабо прозрачных частиц. В связи с этим за керогеном закрепилось еще одно, менее корректное называние - рассеянное органическое вещество (РОВ). Однако нередки случаи, когда кероген образуют скопления, давая начало угольным пластам, нефтематеринским толщам, горючим сланцам,

- Каучуктен резина алу
- Каучукты резиналық бұйымдарға өңдеу
- Кафе быстрого обслуживания
- Кафе в фитнес-клубе на 30 посадочных мест
- Кафе детское на 40 посадочных мест
- Кафедра управленческого консультирования
- Кафе-кондитерская
- Католический мистицизм как философская проблема
- Католического вероучения
- Катон-Қарағай Мемлекеттік Ұлттық табиғи паркіндегі балқарағай биологиясына әсер ететін факторларды анықтау
- Катування (ст. 127 КК України)
- Катулл Гай Валерий – великий римский поэт
- Каустическая сода
- Каустобиолиты