<<
>>

5.3. Горючие сланцы

Горючий сланец – твёрдое ископаемое, органоминеральная осадочная порода карбонатно-глинистого, глинистого, реже кремнеземного состава.

Содержит от 15% до 60% органического вещества (керогена), нерастворимого в органических растворителях.

Генетической основой керогена является органическая масса сапропелитового характера, которая может иметь сапропелевое, гумусовое или смешанное происхождение. При термическом разложении органической составляющей горючих сланцев образуется значительное количество смолы (сланцевого масла), близкой по составу к нефти.

Отличительным признаком горючих сланцев от других видов ТГИ является их высокая действительная плотность (более 2000 кг/м3), что объясняется высоким содержанием минеральных примесей. В зависимости от характера преобладающих в них минеральных веществ сланцы окрашены в различный цвет – тёмно-серый, жёлтый, коричневый и чёрный. В кусках сланцы представляют собой довольно твёрдые и плотные образования, иногда расслаивающиеся на плитки.

Типичным для горючих сланцев любого типа является чередование тонких слоев (менее 1 мм), в которых преобладает то органика, то минеральная часть. Такая слоистость свидетельствует о накоплении их в спокойной воде, где происходило химическое осаждение минералов и седиментация тонкого пелитового или алевритового материала [17, 18]. Областью пресноводной седиментации могли быть озёра, взаимосвязанные лагуны или участки внутренних морей. Одни горючие сланцы, по всей видимости, образовались в речных дельтах или мелководных эстуриях, другие – в морских условиях в мелководных прибрежных экосиситемах спокойных бухт и лагун или временных континентальных водоёмов. Существенную роль в формировании таких прибрежных осадков играл материал, приносимый реками. Большинство континентальных отложений имеет пресноводное, иногда солоноватоводное происхождение. Важное исключение представляет свита Грин-Ривер, образовавшаяся в условиях соляных водоёмов.

Такие внутренние водные бассейны обычно были окружены широкой полосой болотной растительности, служившей эффективным фильтром, пропускавшим в водоёмы лишь тончайшие алевролитовые и глинистые частицы, приносимые речными водами. В период паводков приносилось больше грубого материала и много ила.

Таким образом, можно представить себе систему водоёмов того или иного типа, в которой водоросли служили источником накопления органического вещества. Дополнительная органика приносилась реками. Вместе с глинистым и алевритовым материалом она в разных пропорциях смешивалась с автохтонным озёрным материалом. Кроме того, существенное влияние на формирование смешенного осадка оказывали условия среды, которые менялись на годовой и сезонной основе или нерегулярно. Во многих отложениях установлены несомненные свидетельства того, что эти водоёмы временами осушались и покрывались слоем химических осадков. По временам в места формирования горючих сланцев привносился более грубый материал или почти чистое неорганическое вещество.

После этапа седиментации пласт, сложенный разлагающимися растительными осадками и минеральным веществом, перекрывался последовательно осадочными толщами. По мере погружения давление перекрывающих толщ возрастало и приводило на протяжении геологического времени к уплотнению осадков. Одновременно протекали и химические изменения. По мере старения водорослевых отложений полимеризация и биохимическое разложение приводили к уменьшению степени химической ненасыщенности, поскольку и в аэробных и в анаэробных условиях преимущественно происходило разрушение протеинов и углеводов. Впоследствии в анаэробных условиях жирные кислоты в результате конденсации и микробиальной деятельности теряли карбоксильные и другие группы. Бактерии тоже могли видоизменять химические структуры, увеличивать длину цепей органических молекул и разрушать или гидрогенизировать двойные связи.

В ходе всех этих изменений за счёт менее устойчивых соединений создавались более устойчивые. Эффект созревания сводился к уменьшению количества кислорода и к формированию существенно углеводородной структуры.

Конечный продукт преобразований – горючий сланец – представляет собой плотный инертный органический полимер, связывающий неорганический «наполнитель».

Органическая составляющая горючих сланцев (кероген) – природный полимерный органический материал с высокой молекулярной массой (более 1000 г/моль). Он нерастворим в обычных органических растворителях и водном щелочном растворе, а каждая его молекула является уникальной, поскольку представляет собой случайное сочетание различных мономеров. Структуру керогена представляют в виде макромолекулы, составленной конденсированными карбоциклическими ядрами, соединёнными гетероатомными связями или алифатическими цепочками.

Кероген горючих сланцев характеризуется высоким содержанием водорода (7-11 мас.%), близким к таковому в ископаемой нефти, и высоким выходом летучих веществ (до 90 мас.%). Главное отличие горючих сланцев от ископаемых углей – более высокое атомное отношение водорода к углероду (H/C). В горючих сланцах оно в среднем равно 1,5, в ископаемых углях – 0,5-0,9.

По составу выделяют три типа керогена.

Кероген типа І имеет химический состав, в котором отношение Н/С > 1,5, О/С < 0,1 и много липидного материала. При пиролизе (550-600°С) он продуцирует широкую гамму летучих компонентов и наибольшее количество нефти по сравнению с другими и типами керогенов. Формирование керогена типа І происходит в озерных обстановках, в мелких морях, болотах и лагунах, в условиях обильного накопления и слабого микробиального разложения водорослевого и планктоногенного материала в слабо-восстановительной среде. Примером керогена типа І является органическое вещество кукерских горючих сланцев Эстонии, тасманитов и куронгитов Австралии, богхедов Франции, торбанитов Шотландии, горючих сланцев Грин-Ривер (США).

Кероген типа II имеет химический состав, в котором отношение Н/С относительно высоко (1,5-1,0), а значение О/С – низкое (0,1-0,2). Значительную роль в составе играют полиароматические ядра, сложноэфирные связи, сульфидные связи, битумоиды.

При пиролизе кероген типа II дает меньший выход продуктов, чем кероген типа I. Однако они представлены нефтью и газом и составляют около 60% от всего органического вещества. Образуется кероген типа II в морских резко восстановительных обстановках, в осадках, обогащенных детритом зоо- и фитопланктона, разложенного бактериями. Кероген типа II слагает нефтематеринские породы пенсильванских горизонтов Северной Америки, доманиковых отложений Волго-Уральского, Прикаспийского и Западно-Сибирского бассейнов, менилитовых сланцев Прикарпатья, хадумитовых сланцев Предкавказья, Сузакских сланцев Средней Азии, черных сланцев куонамской и малгинской свит Восточной Сибири. Наиболее ярким представителем керогена типа II является захороненное органическое вещество баженовской свиты Западной Сибири.

Кероген типа III имеет низкие значения Н/С (менее 1,0) и высокие значения атомного отношения О/С, достигающие 0,2-0,3. Строение его молекул напоминает строение молекул керогена типа II, но он не содержит сложно эфирных группировок. При пиролизе он выделяет очень мало нефтепродуктов и, несравненно, больше газа. Образуется кероген типа III из разложенных остатков высших наземных растений. Разложение происходит в субаэральных речных условиях. Их микробиальному разложению препятствует большая скорость накопления осадков и быстрое захоронение в мощных осадочных толщах континентальных окраин. Примером керогена типа III может служить захороненное органическое вещество юрских отложений васюганской и тюменской свит Западной Сибири, карбоновых отложений Кузбасса, сланцев Чаттагуга (США). Сланцы, в состав которых входит кероген типа III, называют углистыми сланцами.

Образование горючих сланцев началось сотни лет назад. Самые древние из них образовались в далёком докембрии, т. е. более 1 млрд. лет назад. Они гораздо старше самого древнего угля, которому «только» 300-400 млн. лет. Примерно 40% всех сланцев образовалось в палеозойскую эру, около 30% – в мезозойскую, 25% – в кайнозойскую. На постсоветском пространстве горючие сланцы известны в кембрийских, ордовикских, девонских, каменноугольных, юрских, палеоген-неогеновых отложениях.

В России крупные сланценосные пласты располагаются вблизи Гдова у границы с Эстонией и продолжаются в Эстонии, их называют кукерситами. В Поволжье, в среднем и нижнем течении Волги, горючие сланцы называются волжскими. Кукерситы и волжские сланцы отличаются по внешнему виду и соотношению органического вещества и минеральной части. Кукерситы от светло- до тёмно-коричневого цвета, количество органического вещества в них до 55%, волжские – от тёмно-серого до коричневого и чёрного, количество органического вещества не превышает 35%. Диктионемовые сланцы Прибалтики содержат 15-20% органического вещества с алюмосиликатной минеральной составляющей. К такому же типу относятся минелитовые сланцы Карпат с содержанием органического вещества 15-18%. Кукерситы и диктионемовые сланцы накапливались в нижнем палеозое. Они никогда не погружались на большую глубину, не подвергались воздействию тектонических и процессов. Сланцы Поволжья залегают в юрских отложениях.

По своей природе горючие сланцы можно отнести к нефтематеринским породам, которые не израсходовали свой генетический потенциал. Если в дальнейшей геологической истории участок литосферы, содержащий пласты горючих сланцев, опустится на значительные глубины (более 1500-2000 м), из органического вещества горючих сланцев может образоваться нефть.

<< | >>
Источник: Самойлик В.Г.. Классификация твёрдых горючих ископаемых и методы их исследований: [монография] / В.Г. Самойлик. – Харьков: Водный спектр Джи-Ем-Пи,2016. – 308 с.. 2016

Еще по теме 5.3. Горючие сланцы:

  1. 4 КАЧЕСТВО ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ И ПРОБЛЕМЫ НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ
  2. Углерод.
  3. 96. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
  4. 54. Топливно-энергетическая база Китая
  5. 33.2. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
  6. 1. Боръба партии и Советского правительства за ликвидацию последствий неурожая в Поволжье и первые итоги восстановления сельского хозяйства к концу 1921 г. 
  7. 4.2. Разработка реагентного режима для флотацииуглистых сланцев  
  8. Природопользование Рациональное и нерациональное природопользование
  9. 5.1. Научная и экономическая целесообразность
  10. 2. Ничто не даст нам избавленья — ни нефть, ни атом, ни ядро
  11. Твёрдые горючие ископаемые (ТГИ) образовались из остатков растительного или животного происхождения и называются каустобиолитами (от греческих каустос - горючий, биос - жизнь, литос - камень).
  12. Глава 1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТВЁРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
  13. Глава 5. ОБРАЗОВАНИЕ ЛИПТОБИОЛИТОВ, САПРОПЕЛИТОВ И ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
  14. 5.3. Горючие сланцы
  15. 9.2. Петрографический состав горючих сланцев
  16. 10.1.2. Определение общей влаги каменных и бурых углей, лигнитов, антрацитов и горючих сланцев
  17. Глава 27. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
  18. 27.1. Генетическая классификация горючих сланцев