 |
2. Главные типы пород, слагающих литосферу
|
|
|
|
2. ГЛАВНЫЕ ТИПЫ ПОРОД, СЛАГАЮЩИХ ЛИТОСФЕРУ
В земной коре – верхней части литосферы – обнаружено 90 химических элементов, но только 8 из них широко распространены и составляют 97, 2%. По А. Е. Ферсману, они распределяются следующим образом: кислород – 49%, кремний – 26, алюминий – 7, 5, железо – 4, 2, кальций – 3, 3, натрий – 2, 4, калий – 2, 4, магний – 2, 4% (рис. 2. 1. ).
Рис. 2. 1. Сравнение химического состава земной коры и Земли в целом. (по http: //natashakolp. rusedu. net)
Литосфера Земли на 95% сложена магматическими и метаморфическими породами (5% осадочные горные породы). Эти 5% составляют основу верхней части литосферы - земную кору (около 75%), остальные - магматические и метаморфические породы.
Все минеральные массы и горные породы подразделяются на:
1. Самородные элементы; 2. Сульфиды; 3. Галоидные соединения;
4. Оксиды и гидроксиды; 5. Карбонаты; 6. Фосфаты; 7. Сульфаты;
8. Нитраты; 9. Силикаты и алюмосиликаты; 10. Углеводородные соединения.
Основная группа пород, слагающих литосферу Земли представлена магматическими породами. Их рассмотрение не входит в задачи настоящего учебного курса, что также относится и к метаморфическим породам, распространение которых также достаточно широко, ибо вместе с магматическими породами эти две составляющие литосферы составляют 95% её состава (табл. 2).
Табл. 2. Основные типы пород, слагающих литосферу.
| Происхождение пород | Наименование основных типов пород |
| Магматические (изверженные) Метаморфические Осадочные | Граниты, диориты, сиениты, габбро, липариты, трахиты, андезиты, базальты, диабазы, туфы, туфобрекчии и др. Гнейсы, кварциты, филлиты, сланцы, кристаллические сланцы, роговики, яшмы, мраморы и др. А. Сцементированные: брекчии, конгломераты, песчаники, алевролиты, глины, аргиллиты, туффиты. Б. Химические и биохимические: Опоки, трепелы, диатомиты, известняки, доломиты, мелы, мергели, гипс, ангидрит, галит и др. |
Остальные 5% очень важны для изучения курса «Геология нефти и газа». Рассмотрим их несколько более подробно.
|
|
|
2. 1. ГЛАВНЫЕ ГРУППЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
По способу образования различают несколько групп пород. Здесь мы приведем краткое их описание применительно к данному учебному курсу.
Химические (хемогенные) породы формируются из истинных и коллоидных растворов в результате осаждения. Выпадение из раствора связано с изменением концентрации солей и от температуры раствора. Химическими породами являются: гидроокислы железа и алюминия, галит, калийные соли, некоторые известняки, доломит, бокситы, кремнистые породы.
Биохимические осадки формируются при участии организмов в результате проявления определенных химических и биогенных процессов (биохимические породы).
Органогенные породы формируются в результате жизнедеятельности различных организмов, при этом образуются фитогенные (из растений: диатомит, торф, уголь) и зоогенные (из животных: известняк, мел, нефть).
Каустобиолиты – это группа органогенных углеродистых по составу пород, способных гореть (уголь, нефть, газ, твёрдые битумы).
Обломочные породы образуются механическим путем при разрушении различных пород (песок, гравий, глины, вулканический материал и пр. ).
Глинистые породы формируются в результате химического преобразования магматических и метаморфических пород и отлагаются в конечных водоемах стока в результате медленного осаждения (глины, аргиллиты, сланцы).
2. 2. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО В ПРИРОДЕ
Прежде, чем перейти к рассмотрению особой группы осадочных пород – каустобиолитов, рассмотрим как возникает и накапливается в осадках и в осадочных породах литосферы органическое вещество.
|
|
|
Важнейшим процессом, в результате которого в конечном итоге возникли месторождения нефти и газа, явился фотосинтез, при котором световая энергия преобразуется в химическую. В основе его лежит переход водорода из воды в углекислый газ и образование органического вещества в форме глюкозы и кислорода. Из глюкозы аутотрофные организмы могут синтезировать полисахариды, например целлюлозу и крахмал.
Б. Тиссо и Д. Вельте приводят уравнение фотосинтеза, при котором зеленые растения, используя солнечный свет, накапливают энергию (h*v) образуя глюкозу (формула 1).
6СО2+12Н2О=h*v=С6Н12О6+6О2+6Н2О (1)
Древнейшая жизнь на Земле началась около 3, 7-3, 3 млрд. лет назад, но скачок накопления энергии в результате фотосинтеза произошел около 2 - 1, 8 млрд. лет назад (рис. 2. 2. ) с перехода на кислородную атмосферу, что вызвало появление новых групп организмов, и их расцвет привёл к формированию каустобиолитов.
В современных условиях по данным Б. Тиссо и Д. Вельте только 18% общего количества углерода планеты в осадочных породах имеет органическую природу, тогда как 82% углерода осадочного генезиса присутствует в форме карбонатов. По мнению этих исследователей, весь атмосферный кислород, который в настоящее время входит в состав карбонатов и силикатов, образовался в процессе фотосинтеза, а соотношение кислорода и углерода в атмосфере Земли соответствует этой пропорции в составе углекислого газа.
Вслед за фитопланктоном и бактериями третьим по важности поставщиком органического вещества в осадки являются высшие растения.
С докембрия до девона естественным продуцентом первичного органического вещества оставался морской фитопланктон. Начиная с девона все более возрастающая доля стала переходить высшим наземным растениям. В настоящее время считается, что морской фитопланктон и высшие наземные растения производят примерно равное количество органического углерода. Таким образом, продуцентами органического вещества являются в основном четыре группы организмов: фитопланктон, зоопланктон, высшие растения и бактерии (рис. 2. 2. ).
|
|
|
Рис. 2. 2. События в истории Земли, которые повлияли на эволюцию жизни. До 2 млрд. лет на Земле не происходило массового образования органического вещества (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).
Учитывая, что в атмосфере содержание кислорода составляет 21%, а в воде на 1 литр приходится только несколько миллиграммов растворенного кислорода, логично предположить, что накопление органического вещества в осадках может происходить только в субаквальных осадках (морях, болотах).
Ткани отмерших организмов состоят из следующих веществ: белков-протеинов, липидов, углеводов и лигнина у высших растений (табл. 3). Вот определение этих терминов из словарей в Интернете с некоторыми упрощениями или уточнениями из других словарей.
Белки - природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи. Белки - основа кожи, шерсти, шелка и других натуральных материалов. В зависимости от формы белковой молекулы различают фибриллярные и глобулярные белки. Протеины - Простые белки, основа, на которой построены отдельные клетки животного организма и растения. [От греч. π ρ ω ̃ τ ο ς — первый, важнейший].
Липиды (от греч. lí pos — жир), жироподобные вещества, входящие в состав всех живых клеток и играющие важную роль в жизненных процессах.
Лигнин - органическое полимерное соединение, содержащееся в клеточных оболочках сосудистых растений. Пропитывая оболочки лигнин и целлюлоза вызывают одеревенение растений. Древесина лиственных пород содержит 2О-3О% лигнина, хвойных - до 5О%. В водрослях лигнин не обнаружен.
Углеводы - органические соединения, в состав которых входят углерод, кислород и водород. Углеводы - в растениях - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией, входят в состав клеточных оболочек и других структур, подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
|
|
|
Целлюлоза (франц. cellulose - от лат. cellula, букв. - комнатка, здесь - клетка) (клетчатка), полисахарид, образованный остатками глюкозы; главная составная часть клеточных стенок растений, обусловливающая механическую прочность и эластичность растительных тканей. В коробочках хлопчатника содержится 95-98% целлюлозы, в лубяных волокнах 60-85%, в стволовой древесине 40-55%. В природе разложение целлюлозы осуществляют организмы, имеющие целлюлазу.
В отличие от морских организмов, высшие наземные растения, включая большую часть древесной растительности, содержат главным образом целлюлозу (30-50%) и лигнин (15-25%).
В додевонское время всю биомассу составляли бактерии, сине-зеленые водоросли и более высокоразвитые водоросли, обитавшие в море. Представителем более древних ископаемых природных сообществ организмов являются докембрийские угли водорослевого происхождения – шунгиты.
С начала девонского периода начинается все возрастающая дифференциация животного и растительного мира, и завоевание растениями континентов. В субаквальных осадках в составе остаточного, сформированного биологическим путем органического вещества, можно встретить три основных природных комбинации (табл. 3).
Таблица 3. Основные химические компоненты морского планктона в процентах от сухого веса (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).
| Белки | Липиды | Углеводы | Зола | |
| Диатомовые | 24-48 | 2-10 | 0-31 | 30-59 |
| Дипофлагелляты | 41-48 | 2-6 | 6-36 | 12-77 |
| Копеподы | 71-77 | 5-19 | 0-4 | 4-6 |
Следует отменить, что органическое вещество преимущественно наземного происхождения с высоким содержанием лигнина и углеводов характеризуется соотношением Н/С примерно 1, 0-1, 5 и наибольшей степенью ароматичности структуры. В органическом материале, образованном главным образом остатками автохтонного морского планктона, величина соотношения Н/С достигает примерно 1, 7-1, 9. Это органическое вещество имеет алифатическую и алициклическую структуру. В силу некоторых особенностей, благоприятными условиями для накопления обогащенных органическим материалом осадков являются зоны континентальных шельфов в зонах со спокойными водами: лагуны, эстуарии и глубокие впадины с ограниченной циркуляцией вод, а также – континентальные склоны. Вследствие особенностей химического состава устойчивы для сохранения в осадке липидные (или жироподобные) вещества как водонерастворимые соединения. Они лучше сохраняются входя в состав детритового органического материала (в меньшей степени - в состав растворенного органического материала) делая содержащие их осадки потенциально нефтематеринскими породами.
|
|
|
Все остальные вещества в водной среде гидролизуются, и, как следствие, в дальнейшем участвуют в пищевой пирамиде и в осадках не сохраняются. Наиболее обогащены подобным детритовым материалом алеврито-глинистые породы (табл. 4).
Таблица 4. Изменение содержания органического вещества в осадках серии Викинг Канады в зависимости от размерности пород (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).
| Размер преобладающих частиц | Среднее содержание органического Вещества, вес. % |
| Алевролит | 1, 79 |
| Глина (2-4 мкм) | 2, 08 |
| Глина (менее 2 мкм) | 6, 50 |
Обогащённые органическим веществом осадки способны формироваться в любом районе, где сохраняется высокий уровень поставки органического материала, относительно спокойных гидродинамический режим и средние скорости накопления тонкозернистых минеральных частиц. Минеральные частицы пелитовой (глинистые минералы) размерности легко адсорбируют органический материал. Эта тонкая минеральная взвесь вместе с взвешенными частичками детритового органического вещества характеризуется низкой плотностью и поэтому выносится из районов с высоким уровнем гидродинамической активности в зоны распространения более спокойных вод.
Для накапливающихся здесь тонкоразмерных осадков характерен ограниченный доступ растворенного молекулярного кислорода, вследствие чего возрастает вероятность сохранения органического вещества. При возрастании скорости седиментации наступает разубоживание и формируются осадки с низким содержанием органического вещества.
Липиды, сохранившиеся в осадках и преобразованные в результате проявления диагенетических и катагенетических процессов, называются битумами. При повышенном их содержании формируются битуминозные породы, такие как битуминозные песчаники, известняки. Особенностью битумов является их способность растворяться в скипидаре, хлороформе и других растворителях. Выделяется также группа веществ, которых в названных жидкостях не растворимы, но при прокаливании породы они выделяют летучие компоненты. Это - пиробитумы. К ним относятся такие твердые битумы, как антраксолиты, альбертиты, шунгиты.
Форма нахождения органических веществ в осадочных породах весьма различна. Различают: растительный детрит; капли и комочки, выполненные органическим материалом (в том числе кусочки окаменевшей смолы); органическое вещество может находиться в форме сорбентов на поверхности минеральных частиц породы; кроме того, органическое вещество может находиться и в рассеянной форме, например в виде органического вещества, входящего в состав кристаллической решетки минералов породы.
При изучении петрографического состава пород при помощи поляризационного микроскопа принято подразделять фрагменты органического вещества на три группы:
1-ая группа включает тонкодисперсное ОВ, размер частиц которого менее 0, 005 мм. Оно практически не видимо и усматривается в виде серого оттенка породы, так как находится в основном в сорбированном состоянии;
2-ая группа включает мелкий спорово-пыльцевой и растительный детрит с размером частиц органического вещества более 0, 005 мм. Здесь органическое вещество уже отделяется от вмещающей породы и различимо в виде мелких фрагментов.
3-ья группа включает органическое вещество, попавшее в породе уже в процессе постседиментационного преобразования, в катагенезе или эпигенезе. Их размер и форма нахождения зависит от вторичных процессов, преобразующих вмещающую породу. Они либо развиты по микростилолитам или трещинам, либо выполняют поры или каверны в породе. Это – капли нефти, мигрирующие по трещинам и порам породы.
В морских и озёрных осадках сохраняются липиды, остальные органические вещества, попавшие в осадок гидролизуются, переходят в сахарах и уходят на питание микроорганизмов, обитающих в водоёмах.
Благоприятными условиями для накопления обогащенных ОВ морских осадков являются зоны континентальных шельфов в зонах со спокойными водами: лагуны, эстуарии и глубокие впадины с ограниченной циркуляцией вод, а также – континентальные склоны.
|
|
|
