Каустобиолиты

     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.

     Гатчетит - парафиновый минерал, характеризующийся химической чистотой и иногда отчетливо кристаллическим строением. Это углеводородная разность озокерита. Цвет желтовато- или зеленовато-белый, консистенция мягкая, плотность 0,90-0,98 г/см³, температура плавления 46-54 ^оС. Содержание углерода составляет 85,5 %, водорода - 14,5 %. Иногда встречается в парагенезисе с гидротермальными минералами. Гатчетит и озокерит образуют группу парафиновых битумов - парафинитов.

     Озокериты хорсанов - продукты выветривания озокеритов. Отличительной особенностью их состава является появление циклических УВ и смол за счет уменьшения содержания парафинов и масел. Охорсаниванию подвергаются озокеритоносные породы, залегающие от поверхности до глубины нескольких метров.

     Элатериты - представляют собой плотные каучукоподобные битумы, с низкой растворимостью в органических растворителях. Основная масса элатеритов сложена полимерными веществами, близкими по структуре к каучуку и способными лишь набухать в растворителе. Их плотность 0,95-1,15 г/см³, элементный состав в процентах: углерод 75-87, водород 10-13, сера до 3,3, азот 0-1,8, кислород 0-5. Смолисто-асфальтеновых веществ не содержат. Содержание масел составляет 3,20-9,65 %. Элатериты связаны с гидротермальными образованиями и скоплениями озокерита, и относятся к группе парафинитов.

     Альгариты (парафиновая грязь) - группа природных образований, состоящая из смеси углеводно-белковых веществ, генетически примыкающая, но не принадлежащая к битумам. Альгариты являются продуктом бактериальной переработки озокеритов и парафинистых нефтей. В условиях жаркого климата они имеют вид желтых, бурых или коричневых корочек на поверхности горных пород, которые набухают и частично растворяются в воде. В районах влажного климата альгариты представляют собой черную вязкую и практически полностью растворимую массу в воде. Элементный состав в процентах: углерод 39-48, водород 6,2-7,9, азот 2,6-7,6, сера 42-52, кислород 0; смол и асфальтенов не содержат. Возможно, разновидностью альгаритов является мумие. 

4. Экологическая значимость  жидких 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.

1. Остатки  отмерших растительных и животных  организмов и органических продуктов  их жизнедеятельности. 

2. Абиогенные  реакции в литосфере, дающие  продукты органического состава.

3. 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 организмов обитает в водной среде. Так как доля животных организмов в биомассе по сравнению с растительными ничтожна, то последние являются главнейший исходным материалом каустобиолитов. Главными компонентами, из которых состоят живые растительные организмы, являются: клетчатка (целлюлоза), легнин, белки, жнры, воски, кутин, споронины, полленины, суберин, смолы. По степени химической устойчивости их можно разбить на две группы: относительно малоустойчивые (целлюлоза, лигнин, белки, жиры) и высокоустойчивые .

³ Геология и геохимия нефти и газа: Учебник для вузов / Бакиров А.А. и др. – М.: Недра, 1993. - 288с.    

        Общую направленность этих преобразований можно уяснить, сравнивая средний элементарный состав живых организмов и остатков после их отмирания. Главными элементами, из которых состоят те и другие, являются углерод, водород, кислород, сера и азот, организмы очень богаты кислородом.

Таблица 1

Средний элементарный состав живых организмов и каустобиолитов разной степени  преобразования