Соли (эвапориты)

Это породы, возникшие только хемогенным путем из ионных растворов геохимически подвижных компонентов. Они образуются при отложении солей из концентрированных растворов – рассолов, основной фактор образования таких рассолов испарение, поэтому их называют эвапориты.

Наиболее распространенные будут сульфаты – гипс, ангидрит, менее распространены – хлориды, главным образом, сравнительно редко встречаются полигалиты и др. соли калия.

В эту группу входят сульфаты и хлориды Ca, Na, Mg, K, а также нитраты. Наиболее характерные минералы эвапоритов:

гипс

ангидрит

галит

сильвин

карналлит

бишофит

кизерит

эпсолит

глауберит

сода

Условия образовании эвапоритов

Образуются в водных бассейнах с высокой концентрацией достаточной для осаждения высокоподвижных сульфатов, хлоридов кальция, натрия, магния и калия. такие бассейны называются солеродными.

Выделяются:

1. Морские бассейны, расположенные в жарком аридном климате и

имеющие затрудненные либо периодически прерывающиеся связи с Мировым океаном.

2. Осолоняющиеся лагуны в условиях жаркого аридного климата.

3. Озерно-континентальные бессточные бассейны, которые делятся на а) крупные озера (большое соленое озеро в США), б) плоские понижения в аридных пустынных районах, занятые засолоненными, пересыхающими болотами.

Для образования эвапоритов изучены определенные условия: аридный климат, затрудненная связь с океаном.

Механизм образования соляных пород отчетливо проявлены в закономерностях строения соленосных толщ.

очень часто соленосные залежи подстилаются карбонатными породами.

Как показали исследования Я.Т. Вант-Гоффа, И.С. Курнакова закономерность выпадения солей из р-ра зависит от состава р-ра концентрации и температуры воды.

Последовательность отложения минералов в соленосных толщах отвечает 4-м стадиям развития солеродного бассейна.

1. карбонатная, 2. сульфатная, 3. хлоридная – массовое осаждение галита,

4. калийно-магнезиальная стадия. Кизерит, карналлит, полигалит. Образуют пласты, толщи, в которых они переслаиваются. Обычно соли залегают в виде соленосных толщ, образуя парагенетическую ассоциацию.

Но есть еще одна форма залегания соленосных отложений – это соляные купола. Известны Соль-Илецкое м-ние связано с крупной солянокупольной структурой. Долгое время природа куполов являлась предметом дискуссий. В настоящее время считают, что соль при погружении на глубину и при возрастании давления делается пластичной и поднимается в виде куполов, приподняв вышележащие породы.

Месторождения солей встречаются в отложениях всех систем. Наиболее крупные скопления установлены в отложениях I, N, Е, Р. В Приуралье крупные месторождения гипса и ангидрита известны в отложениях перми. В восточной Сибири в отложениях кембрия.

Каустобиолиты.

Все природные горючие ископаемые органического происхождения, то есть возникли за счет органических веществ растительного и животного происхождения объединенных под названием каустобиолиты (каустос -горючий, литос - камень, биос - жизнь).

К ним относятся нефть, горючий газ, все виды углей, горючие сланцы, асфальты и т.д.

Генетически каустобиолиты состоят из двух основных ветвей: левая ветвь – горючие ископаемые угольного ряда, правая ветвь – горючие ископаемые нефтяного (битумного) ряда (рис.1).

К каустобиолитам нефтяного ряда относятся горючие углеводородные газы, нефти, асфальтовые битумы, озокериты и другие вещества. Все они образуются из рассеянного органического материала и характеризуются тем, что их залежи формируются в результате миграции и последующей аккумуляции углеводородов. Сюда относятся и битумоиды - вещества рассеянные в породах и растворимые в нейтральных органических жидкостях.

Широко известна генетическая классификация каустобиолитов, составленная В.А. Успенским и О.А. Радченко (рис. 1). Она состоит из двух генетических рядов. Отдельные типы горючих ископаемых изображены на классификационной схеме в виде блоков, на торцевой стороне которых дана характеристика геохимических условий их образования. На схеме также указаны основные типы исходного материала, из которого образуются горючие ископаемые угольного ряда. Стрелка, направленная от правого блока угольного (гумусового) ряда, соответствующего морским и пресноводным сапропелитовым образованиям показывает связь горючих ископаемых нефтяного ряда с отложениями морских и озерных водоемов. Нижний правый блок нефтяного (битумного) ряда включает минералы группы озокерита, образующиеся в результате выветривания легких парафинистых (алкановых) нефтей. Выше виден переход тяжелых смолистых нефтей нафтеново-ароматического типа к асфальтам и далее к асфальтитам, керитам и антраксолитам, отвечающим определенной степени метаморфизма битумов данного ряда.

Эта схема показывает, что в недрах происходит общий процесс карбонизации ОВ, в результате которого продукты метаморфизма горючих ископаемых угольного и нефтяного рядов сближаются, и уже керитам соответствуют по степени метаморфизма каменные угли, а антраксолитам - антрациты. Конечным продуктом метаморфизма горючих ископаемых является графит.

Процесс образования каустобиолитов нефтяного ряда является более сложным, чем каустобиолитов угольного ряда, в связи с их миграционной природой. В битумном ряду выделяется три генетические линии, которые будут рассмотрены ниже.

Твердые горючие ископаемые угольного ряда образуются из высших и низших растений. Высшие растения состоят из целлюлозы, лигнина, белков, жиров, восков и смол. Для этого ряда веществ характерно уменьшение содержания кислорода и повышение роли углерода и водорода от целлюлозы к воскам.

В результате накопления остатков низших растений - водорослей, планктона, в том числе и зоопланктона, образуется органоминеральный осадок - сапропель. Его образование происходит в водной среде в восстановительных анаэробных условиях. В дальнейшем сапропель превращается в ископаемое ОВ - сапропелит. Сапропелиты состоят из мелких водорослей и зеленоватой гелефицированной бесструктурной основной массы – альгинита. Основная масса является цементирующим веществом и содержит большое количество битумоидов - соединений близких к углеводородам (УВ).

Тела исходных водных микроорганизмов богаты липидами, которые в анаэробных условиях преобразуются в битумоиды, состоящие их масел, смол и асфальтенов. Масла состоят в основном из УВ с числом атомов углерода выше 20.

Смолы и асфальтены - это сложные высокомолекулярные соединения, производные от УВ. Они содержат до 14 % гетероатомов (кислорода, серы, азота, а также ванадия, никеля и др.). Молекулы этих веществ различаются молекулярной массой и состоят из конденсированных ароматических и нафтеновых структур с боковыми углеводородными цепями и гетероатомами, при этом отдельные конденсированные кольца соединяются между собой простыми углеводородными цепями или гетероатомами.

Наряду с концентрированной формой скоплений, сапропелевое ОВ образует и рассеянную форму. В основной массе осадочных пород содержание рассеянного ОВ находится в пределах от 0,01 % до 1-2 и более процентов. Терригенные породы, содержащие ОВ более 0,4 % и карбонатные породы - более 0,1 % могут обеспечить промышленную нефтеносность, при определенных геологических условиях и значительной мощности этих отложений.

Группа гумусовые каустобиолиты

Образуются из гомогенных скоплений, остатков высших растений. Сюда входят торф, бурый и каменные уголь, антрацит. Это единый ряд преобразований в диагенезе, катагенезе, метагенезе растительных остатков. Они образуют пласты, линзы, серии пластов. Каустобиолиты гумусового ряда образуются из остатков высших растений – корни, кора, стволы, листья. Из остатков водорослей, низшие растения, а также могут образоваться углисапропелли. Но они встречаются редко растительный материал подвергается разложению в условиях резко ограниченного доступа кислорода или без него. В результате образуютяс твердые органические вещества, богатые углеродом.

Торф образующийся в болтах, скопления малоизмененных остатков растительной ткани. Цвет серо-желтый,буроватый, серо-черный. Его образуют различные виды болотной растительности.

В составе торфа – воски, смолы, жирные кислоты, углеводы, гуминовые кислоты, целлюлоза. Много воды 65-90% в естественном состоянии. Высушенный торф на 40-60% состоит из целлюлозы. Скопления торфа имеют четвертичный возраст.

Бурый уголь. Бурый, темно-коричневый, буро-черный до черного. Но цвет черты – бурый. Содержание влаги ниже, чем в торфе до 30%. Количество целлюлозы незначительна. Это вторая катагенетическая стадия преобразования растительного материала, или как иначе говорят «обугливоживание торфрв». Начинается она после того как залежь торфа перекрыва глинистой или песчано-глинистой кровле. Идет, обезвоживание, изменение органических гумусовых веществ биохимическими процессами с участием бактерий. Идут при небольшой 60-70 температуре.

В бурых углях может быть включена смолисто-черного цвета называемые «гагат». Содержание С 60-70%. Есть гуминовая кислота. Буроугольные месторождения относительно молодые. Мощность обычно не более 1 метра.

В России можно отметить Челябинский буро-угольный бассейн, Пласты угля здесь несколько десятков до 100-200 м.

Если происходит прогибание земной коры и угленосные с бурым углем погружаются на большие глубины, увеличивая степень изменения угольного вещества и он переходит в ваменный уголь.

Каменный уголь. Для образования каменного угля из бурого требуется большое давление и температура 300 С. Поэтому должны быть глубины сотни метров и более. Имеет плотное сложение, черный цвет, хрупкость, твердость 2-2.5, диаметр 1.26-1.35. Часто это монотонный пласт, и чередование линз, прослоев черных сажистых, плотных матовых и блестящих черных. Макроскопически различные растительные остатки отсутствуют. Содержание летучих уменьшено. Резко возрасло содержание углерода. Не содержат гуминовых кислот.

В строении угольной массы принимают участие ткие разности:

фюзеи – волокнистый, матовый уголь со структурой древесины.

Дюреи – сложен частицами, сохранившими форму, спрор, фюзенизированную клеточную ткань, сцементирован бесструктурной гелеподобной массой.

Витреи – полностью гелефизированная клеточная ткань, бесструктурная коллоидная масса.

Кларен – гелефицированная масса с примесью спор, смоляных толщ

Антрациты. наиболее глубокая стадия преобразования углей – литогенез. Плотные, блестящие, черные, часто с жирным блеском. Содержание летучих минимально меньше 8-10 С.

Мощность пластов каменных углей и антрацитов 2-3 м. Часто угленосные толщи содержат несколько десятков угольных пластов.

Если обобщить данные по химсоставу углей, то можно отметить следущее. Органическая масса углей

С = 60-98%

Н= 1-12%

O₂ = 2-25%

N = 1-3

Важное качество угля теплота сгорания6 от 3500 ккал/кг у бурых до 8000 ккал/кг у антрацитов. Зональность углей колеблется от 2-3 до 40-50%. Если зональность ниже 40%, то это уголь, зональность более 40% - угольным сланцем.

Необходимо выделить коксериющиеся угли. Это угли, которые после удаления летучих имеют вид спекшегося вспученного кусочка.

Наиболее древний возраст пород, содержащих пласты угля – докембрий. Это аспидные сланцы.

Все остальные м-ния связаны с бурным развитием растительности на континентах: это каменноугольный период, пермский – в них до 41% мировых запасов. Юрская и частично меловой периоды 4%, а также меловая, палеогеновая, неогеновая – 54% запасов.

На Урале широкий стратиграфический диапазон угленакопления. Каменноугольный, пермский, триасовый, юрский периоды. Несколько крупных угольных бассейнов.

Северо-Уральский, Южно-Уральский, Орский, Тургатский угольные бассейны. Угольные районы у нас в Оренб. области, наиболее крупные Сакмаро-Бельский, Домбаровский, Орский. На севере известен Печорский бассейн.

Липтобиолиты. Это редкая разновидность углей промышленного значения не имеет. Они состоят из наиболее стойких компонентов высших растений, не подвергшихся разложений – оболочки спор, кутикулы, кора, скопления смолы.

Сапропелиты. До 90% органической массы – летучие компоненты, водород 7-12%. Ценное сырье для газовой и химической промышленности. Образуются за счет преобразования низших одноклеточных водорослей, остатков планктона.

Подразделяются:

- сапропелевые угли

- сапропелиты

Мапропелитовые угли в виде линз и прослоев в состав гумусовых углей.

Сапропель – современный гелеобразованный мягкий осадок черного цвета. Накапливается на дне озер и болот. Состоит из водорослей, живущих в анаэробной среде.

Кинель – серый матовый, с жирным блеском, легко загорается от ...

Горючие сланцы - это нормально-осадочные породы, тонкоплитчатые аргиллиты и мергели. До 50-60% содержат битуальные вещества. Серовато-желтый, светло0коричневый до бурого и черного. Горят коптящим пламенем, запах жженой резины. Происхождение: озерное, лагунное, морское. Протяженность пласта мощностью 15-20 м. Образуются на дне водоемов, благодаря одновременному осаждению глинистых и карбонатных частиц, только органического ила, состоящего из мельчайших водорослей и других организмов. Разлагалась под водой без дотупа воздуха, ил постепенно превращался в темной горючее вещество, пропитывающего породу.

Важнейшие месторождения горючих сланцев в Ср. Поволжье, близ Ульяновки, около Сызрани, а также в Заволжье, в районе Общего Сырта.

При нагревании горючих сланцев в специальных перегонных аппаратах из них добывают напоминающее нефть вещество: сланцевое масло, из него получают парафин, бензин, керосин, смазочные масла.

В настоящее время в угольной геологии закрепилось представление о формировании большинства угольных месторождений на базе лесных болот, на месте проиростания растительности. Точка зрения, что угли имеют автохтонное происхождение. Однако, это не единственная точка зрения А.А. Тимофккв и др известные ученые-угольщики придерживаются представлений об аллохтонном происхождении углей. Перенос очень легких по удельному весу частиц растений осуществляется водными потоками с очень слабой водной энергией.

Так формирование углей орской депрессии происходило в условиях заболоченной обширной озерно-аллювиальный заболоченной равнины.

Нефть - вязкая жидкость черного или темно-коричневого цвета иногда, при солнечном свете, с зеленовато-желтым оттенком, реже почти бесцветная, жирная на ощупь, способная к перемещению в недрах. Нефть образуется в зоне катагенеза в результате преобразования рассеянного ОВ. Последующая миграция нефти в природных резервуарах и аккумуляция в ловушках способствует формированию ее залежей. В химическом отношении нефть - сложная смесь алкановых (от 0 до 93 %), циклановых (от 1 до 80 %) и ареновых (от 3 до 35 %) УВ и гетероатомных (серо-, кислород- и азотсодержащих) органических соединений. Содержание углерода составляет 82-87 %, водорода 11-14 %, кислорода, серы и азота в сумме - 1-2 %, но может достигать 8 %. Эти гетероэлементы, а также некоторые металлы (ванадий, никель, железо и др.) и неметаллы (фосфор) содержатся в основном в смолисто-асфальтеновых веществах, представляющих собой высокомолекулярные конденсированные циклические структуры с боковыми УВ цепями и гетероатомами. Молекулярная масса смол колеблется в пределах от 500-2000, а асфальтенов – от 1000 до 10000 Содержание смол и асфальтенов составляет от 0 до 10 %. В гипергенно измененных нефтях содержание смолисто-асфальтеновых веществ может достигать 20-40 %. Из нефтей выделено и определено более 800 индивидуальных углеводородных и не углеводородных соединений и порядка 50 микроэлементов. В нефтях присутствуют реликтовые молекулярные структуры (хемофоссилии) - УВ и гетероатомные соединения, близкие по структуре углеводородного скелета к биологическим веществам или их фрагментам. Под действием катагенетических и гипергенных факторов, а также в результате миграционных процессов состав и свойства нефти меняется. Нефть почти всегда содержит в пластовых условиях растворённый газ, количество которого может достигать значений 600-750 м³ газа на тонну нефти. В физическом отношении нефть - это коллоидно-дисперсная система. Ее плотность колеблется в пределах от 0,72 до 1,05 г/см³ (обычно 0,82-0,90). Начало кипения 35-100 ^оС и выше, температура застывания колеблется от плюс 23 до минус 60 ^оС. По температурам кипения нефть содержит фракции, выкипающие в интервале температур от 35 до 600 ^оС. При увеличении содержания парафинов температура застывания нефти повышается, а при увеличении содержания смол - понижается. Нефть хорошо растворима в органических растворителях и практически не растворима в воде при нормальных условиях. Её растворимость в воде возрастает, начиная с температуры 100-110 ⁰С и при повышении давления.

Асфальтовые битумы - группа природных битумов, в составе которых преобладают асфальтово-смолистые вещества или их наиболее карбонизированные компоненты (карбены, карбоиды). К ним относятся классы мальт, асфальтов, асфальтитов, керитов, антраксолитов, оксикеритов и гуминокеритов.

Киры - группа природных битумов (мальт, асфальтов и асфальтитов), образующаяся в результате субаэрального выветривания метановых (алкановых) и нафтеновых (циклановых) слабосмолистых нефтей. Характеризуется обогащенностью кислородом и обедненностью азотом. Это название часто применяется по отношению не только к чистому битуму, но и к породе в целом, содержащей какую либо группу данных битумов.

Асфальтиды - группа природных битумов асфальтового ряда (мальты, асфальты, асфальтиты), образовавшихся при гипергенном окислении циклических смолистых нефтей.

Мальты - вязкожидкие, вязкие, иногда твердые легкоплавкие битумы черного цвета, иногда с запахом сероводорода, граничащие по составу и свойствам с тяжелыми высокосмолистыми нефтями (по зарубежной классификации мальта - это тяжелая нефть). Плотность 0,97-1,05 г/см³. Состав в процентах: углерод 80-87, водород 10-12, сера до 9; масла 40-65, смолы и асфальтены 35-60. Наиболее часто образуются в результате биохимического и химического окисления нефтей и испарения легких фракций УВ, в местах их неглубокого залегания или выхода на поверхность, а также при миграции нефти.

Асфальты - вязкие или твердые битумы почти черного цвета плотностью 1,0-1,1 г/см³ и температурой плавления до 100 ^оС, полностью растворимые в хлороформе, сероуглероде, скипидаре. Занимают промежуточное место между мальтами и асфальтитами. Групповой состав в процентах: масла 25-40, смолы 3-50, асфальтены 15-40. Образуются как в результате окисления нефти и испарения ее легких фракций, так и осаждения асфальтово-смолистых компонентов в пласте при поступлении в нефтяные залежи метана или легких парафинистых нефтей. В зависимости от степени окисленности (в аэробных или анаэробных условиях) и степени осерненности элементный состав изменяется в широких пределах. Сильно окисленные (обогащенные кислородом) асфальты иногда называют оксиасфальтами. В природе встречаются в виде покровов («озер»), асфальтоносных пластов с содержанием в породе от 2 до 23 % и жил. Жильные асфальты отличаются пониженным содержанием кислорода.

Асфальтиты - твердые, иногда хрупкие высокоплавкие битумы, полностью растворимые в органических растворителях. Их плотность 1,1-1,2 г/см³, температура плавления 100-300 ^оС. Содержат до 25 % масел и более 75% асфальтово-смолистых компонентов. Являются результатом более глубокой окислительной полимеризации асфальтов; дифференциации УВ при миграции или результатом разбавления тяжелых смолистых нефтей газом или легкими парафиновыми УВ. Асфальтиты подразделяются на подклассы гильсонитов и грэемитов. Гильсониты - твердые, хрупкие, блестящие вещества черного цвета плотностью 1,05-1,15 г/см³ и температурой плавления 100-200 ^оС. Грэемиты - твердые, хрупкие битумы буровато-черного цвета, полуматовые, иногда с тусклым блеском, плотностью 1,15-1,20 г/см³. Плавятся при температуре 180-300 ^оС с разложением (вспучиванием). В групповом составе преобладают асфальтены. Образуются в основном за счет цикланово-алкановых и циклановых нефтей, преимущественно в результате гипергенных процессов.

Кериты - асфальтовые битумы средней степени метаморфизма, слаборастворимые или нерастворимые в органических растворителях. Состав в процентах: углерод 80-90, водород 4-9, кислород, сера и азот в сумме 5-10; масла 1-5, смолы 5-20, асфальтены 1-75, карбоиды (асфальтово-смолистые компоненты природных битумов, нерастворимые в хлороформе) 7-95. Кериты образуются в результате превращения рассеянного ОВ в условиях контактового метаморфизма; преобразования асфальтовых битумов под воздействием контактового, регионального метаморфизма и динамометаморфизма; природной деасфальтизации смолистых нефтей газом или легкими парафиновыми УВ в зоне катагенеза. Подразделяются на альбериты и импсониты.

Альбериты – подкласс низших керитов. Это - твердые, хрупкие, блестящие вещества, ограниченно растворимые в хлороформе и сероуглероде. Их плотность 1,07-1,15 г/см³, содержание углерода составляет 83-87 %, водорода 8-9 %, кислорода, серы и азота в сумме до 10 %, выход беззольного кокса - 25-50 %. При нагревании размягчаются, вспучиваются и спекаются.

Импсониты – подкласс высших керитов. Это - твердые, углеподобные битумы черного цвета, плотностью 1,1-1,3 г/см³, неплавкие и нерастворимые в органических растворителях. Содержание углерода составляет 87-90 %, водорода 5-8 %, выход беззольного кокса - 50-85 %.

Антраксолиты - общее название классификационной группы твердых, хрупких антрацитоподобных битумов высшей степени метаморфизма, нерастворимых в органических растворителях, не плавящихся и не дающих жидких продуктов разложения при нагревании. Цвет черный, излом раковистый блестящий, плотность 1,3-2,0 г/см³, твердость 2-5. Состав в процентах: углерод 88-99, водород 0,2-5, сера, азот и кислород в сумме 0,5-5, карбоиды 95-100; выход кокса - 80-100 %. Антраксолиты подразделяются на низшие, плотностью 1,3-1,4, средние, плотностью 1,4-1,7 и высшие, плотностью 1,8-2,0. Они образуются при контактовом и региональном метаморфизме горных пород, содержащих битумы, пиролизе асфальтовых битумов и тяжелых высокосмолистых нефтей под действием интрузий и гидротерм. Антраксолиты с содержанием серы от 10 до 15 % и более называются кискеитами.

Оксибитумы - общее название классификационной группы природных битумов, частично или полностью потерявших растворимость в органических растворителях из-за интенсивного, субаэрального окисления (оксикериты, гуминокериты, альгариты).

Оксикериты – класс окисленных асфальтовых битумов, в значительной мере потерявших растворимость в органических растворителях и не окрашивающих водный раствор щелочи. Это – твердые хрупкие или рыхлые, часто землистые образования от бурого до черного цвета, плотностью 1,15-1,25 г/см³. Элементный состав в процентах: углерод 75-80, водород 6-7, кислород 5-6 и более, кислород, сера и азот в сумме 10-20. Групповой состав в процентах: масла 1-5, смолы 1-5, асфальтены 60-80, карбоиды 10-40. При плавлении вспучиваются и разлагаются. Оксикериты с содержанием серы до 10-15 % и более называются тиооксикеритами.

Гуминокериты – твердые хрупкие или рыхлые землистые образования бурого, желто-бурого и реже черного цвета, плотностью 1,25-1,50 г/см³. Элементный состав в процентах: углерод 65-75, водород 4,5-6,5, кислород, сера и азот в сумме 20-30. Групповой состав в процентах: масла 0-2, смолы 0-2, асфальтены 0-60, карбоиды 40-100. Гуминокериты практически не растворимы в органических растворителях, окрашивают водный раствор щелочи из-за наличия в них гуминовых кислот. Образуются вследствие глубокого выветривания асфальтовых битумов. При нагревании вспучиваются и обугливаются без спекания. Их устаревший синоним - «элькериты».

Озокерит - минерал, состоящий в основном из твердых алканов (от С₃₇ до С₅₃), с примесью УВ, содержащих в длинной цепи циклановое или ареновое ядро, а также - с примесью жидких масел и смол. Представляет собой твердую, хрупкую или мягкую пластичную массу. Цвет меняется, в зависимости от количества присутствующих масел и смол, от светло-желтого и коричневого до темно-зеленого и черного. Плотность 0,85-0,97 г/см³, температура плавления от 40-50 до 100 ^оС и выше. Хорошо растворяется в органических растворителях. Элементный состав: углерод 83,5-85 %, водород 12-14,5 %. Образуется при физической дифференциации высокопарафинистых нефтей и тяжелых газоконденсатов, в результате которой, высшие парафины и церезины кристаллизуются и заполняют трещины (жильные формы озокерита) или поровое пространство коллектора (поровые скопления или руды). Имеется ряд местных названий озокерита и его разновидностей: гумбед, байкерит, бориславит, киндебаль, марга, мумташ, нефтегиль, горный воск и др. Озокериты, подвергшиеся выветриванию (бактериальной переработке, окислению, промыванию водой) образуют группу оксибитумов, состоящую из озокеритов хорсанов, элатеритов и альгаритов.

34