Битумы и битумоиды. Их состав, генезис и принципиальные различия

Битумы встречаются в природе в виде газообразных, жидких и твердых веществ как в чистом виде, так и в смеси с другими минералами.

В смеси с неорганическим материалом битумы образуют биту­минозные породы (битуминозные известняки, битуми­нозные песчаники и т. д.).

Характерной особенностью твердых и жидких битумов, отли­чающей их от углей, является их способность растворяться в бен­зине, скипидаре, бензоле, хлороформе и сероуглероде. Углево­дородные вещества, не растворимые в указанных жидкостях и обнаруживающие битуминозность только при сильном прокали­вании благодаря выделению при этом летучих битуминозных веществ, называются пиробитумами (например, антраксолиты, шунгиты, альбертиты и т. д.).

Пиробитумы в смеси с минеральными неорганическими веще­ствами образуют пиробитуминозные породы, к ко­торым относятся некоторые битуминозные угли (богхеды), различ­ные горючие сланцы и тому подобные породы.

Наибольшее распространение в нашей стране благодаря трудам И. М. Губкина получила классификация битумов Г. Гефера. В ос­нову этой классификации положены физические свойства битумов. По этой классификации битумы подразделяются следующим образом.

I. Газы: 1) природный, или натуральный; 2) нефтяной, сопрово­ждающий нефть.

II. Жидкие битумы: 1) нефть; 2) горный деготь, смолы, смоличный деготь, или мальта (вязкая жид­кость).

III. Твердые битумы: 1) горный воск, или озокерит; 2) горная смола; 3) асфальт.

IV. Смеси битумов с другими веще­ствами.

В природе известна обширная группа минералов, тяготеющих по своим свойствам к битумам. Очень многие из этих минералов не имеют постоянного химического состава, а их физические свойства также варьируют довольно в широких пределах. Поэтому понятие «минерал» может быть распространено на такие вещества в известной мере условно. Генетическая взаимосвязь между минералами би­тумного ряда твердо не установлена. Было предложено несколько схем классификаций минералов битумного ряда. Наибольшей из­вестностью пользовалась схема, предложенная Н. А. Орловым и В. А. Успенским. К заслугам упомянутых авторов следует отнести также первое систематическое описание минералов этой группы. Все последующие классификации в той или иной степени базируются на классификационной схеме и систематическом описании, предло­женном Н. А. Орловым и В. А. Успенским.

Естественным развитием классификации Н. А. Орлова и В. А. Успенского является классификация, предложенная в 1952 г. В. А. Успенским и О. А. Радченко.

В 1964 г. В. А. Успенский, О. А. Радченко, Е. А. Глебовский и др. предложили новую схему генетической классификации би­тумов.

Нафтиды

I генетическая линия — битумы пластовой залежи — включает ряд от первичной газоконденсатной системы, через парафинистые нефти, смолистые нефти, асфальты, вплоть до гуминокеритовых про­
дуктов выветривания асфальта в обнаженной залежи.

II генетическая линия — битумы естественных выходов — включает ряд от газов, грязевых вулканов и изливающихся по трещинам нефтей до различных кислых продуктов закиро-
вания.

III генетическая линия — жильные битумы — включает в основном ряд от озокеритов и вязких жильных асфальтов до оксикеритов и гуминокеритов, образующихся на выходах обнажен­
ных жил.

IV генетическая линия — фильтрованные нефти — включает ряд различных типов нефтей, совмещающих черты исходного состава и специфику фильтрационных изменений.

V генетическая линия — метаморфизованные нефти — включает небольшой ряд сравнительно однотипных нефтей, связанных с породами повышенной катагенной измененности и обладающих определен­ной совокупностью свойств.

Нафтоиды

I генетическая линия — нафтоиды — ряд недифференцирован­ных, преимущественно высокосмолистых битумов, от газов и нефтеподобных жидкостей до антраксолитов, стоящих на грани свобод­ного углерода.

II генетическая линия — нафтоиды — ряд парафиновых минера­лов и их гипергенных производных, от чистых гатчетитов до элатеритов и альгаритов.

III генетическая линия — нафтоиды — ряд высокоциклических продуктов природного пиролиза, образующихся, по-видимому, в ос­новном за счет гумусового материала.

Нафтидо-нафтоиды

I генетическая линия — природные коксы, образующиеся за счет пиролиза твердых битумов в условиях контактового метаморфизма.

IIгенетическая линия — контактово-измененные нефти пластовой залежи, подвергшиеся воздействию магматических интрузий.

Предложенная схема вряд ли может быть признана совершенной. Например, в начале классификации подчеркивается не генетиче­ский признак, а признак условий залегания (битумы пластовой залежи), в дальнейшем предпочтение отдается условиям преобра­зования иногда с весьма нечеткими признаками различий (например, V генетическая линия нафтидов и II генетическая линия нафтидо-нафтоидов). Несовершенство своей классификации чувствуют и авторы. Они пишут: «При рассмотрении этих рядов нетрудно видеть многократную повторяемость некоторых классификационных групп, выделяемых в обычных химических классификациях». Объясняют они это несовершенством существующих средств диагностики. Вместе с тем повторяемость классификационных групп в различных рядах лишает возможности практически применять предложенную класси­фикацию.

Весьма близки к минералогической классификации Н. А. Ор­лова и В. А. Успенского классификации, предложенные в 1954 г. В. Н. Муратовым и в 1955 г. В. А. Клубовым.

Приведенные ниже особенности отдельных минеральных групп битумов (нафтоидов) заимствованы из работы В. А. Клубова.

А. Класс нефтяных битумов

Подкласс I. Продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием, (минералы асфальтового ряда)

Группа асфалътов. К этой группе относятся мальты и асфальты. Мальты — это густые вязкие черные нефти, пахнущие серо­водородом, богатые кислородом и серой. Плотность около 1 г/см.³-

Характерной особенностью большинства мальт является высокое содержание серы (до 7—9%). Типичный представитель мальт — тринаскол — густая вязкая масса, добываемая на Тринидадском место­рождении асфальта. Плотность тринаскола 0,96 г/см³, содержание серы 3%. Мальты встречаются совместно с асфальтом и нефтями в условиях поверхностного залегания последних и связаны друг с дру­гом постепенными переходами.

Асфальты — вязкие, слегка эластичные или твердые аморф­ные вещества высокого молекулярного веса, буро-черные или черные, с блестящим или матовым раковистым изломом. Плотность 1,07— 1,09 г/см³. Плавятся при 90—100° С (не выше 100—110° С). Пол­ностью растворяются в бензине и сероуглероде, частично или пол­ностью в петролейном эфире. Асфальты представляют собой смеси из высших полициклических углеводородов и органических соедине­ний, содержащих серу и кислород в различных количествах. Роль парафина во всех асфальтах ничтожна. Высокий молекулярный вес асфальтов и малозаметное различие физических и химических свойств отдельных представителей не позволяют выделить в ряду асфальтов вполне определенные минеральные виды. Представляется возможным различать по элементарному составу лишь две разновид­ности: бескислородные асфальты и оксиасфальты.

Группа асфальтитов. Асфальтиты — твердые хрупкие жильные битумы (гильсониты и грагамиты), плавкие (плавятся со вспучи­ванием и заметным разложением в случае грагамитов), полностью растворимы во многих органических растворителях. С одной сто­роны, они граничат с мягкими пластичными битумами — асфаль-тами, отличаясь от них большей твердостью, хрупкостью и большей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами, с другой, — с углеобразными керитами. Помимо плавкости, грагамиты отли­чаются от гильсонитов элементарным составом (более высоким отно­шением С/Н), причем содержание углерода и водорода в них не­сколько меньше, чем в гильсонитах, особенно у невыветрелых разностей.

Группа керитов. Название кериты (бытовые наименования — жильные угли, нефтяные угли) применяется как собирательное для всех продуктов метаморфизма нефтяных минералов. По внешнему виду и физическим свойствам кериты похожи на каменные угли. От типичных нефтяных битумов они отличаются почти полной нерас­творимостью в органических растворителях и неплавкостью. В группе керитов обычно выделяют альбертиты (низкие кериты) и импсониты (высшие кериты), которые по некоторым физическим и химическим свойствам совершенно идентичны, а по другим признакам обнару­живают последовательное нарастание изменений (плотность, выход бензольного кокса и др.) в ряду от самых молодых альбертитов к высшим импсонитам. Поэтому разграничение этих минералов условно. В составе низких керитов присутствуют небольшие коли­чества масел.

Подкласс II. Минералы, образующиеся в результате гипергенного изменения минералов подкласса I

Группа гуминокеритов (оксикериты и гуминокериты). Для этой группы характерны минералы, испытавшие вторичную гуми­фикацию.

Оксикериты — продукты окисления нефтей и нефтяных минералов в зоне гипергенеза. Сюда относятся нефтяные минералы, практически потерявшие способность растворяться в органических растворителях, но еще не приобретшие свойства гуминовых кислот растворяться в щелочах. Минералы группы пока не изучены.

Гуминокериты — продукты глубокого выветривания неф­тяных минералов. Изучены они мало, хотя, по-видимому, широко распространены. Впервые описаны Хэкфордом под названием эль-керита. Цвет гуминокеритов бурый, кофейно-бурый, темно-бурый; блеск матовый или отсутствует; излом (в массивных разностях) рако­вистый. Гуминокериты слегка растворимы в щелочи, они окрашивают ее раствор в кофейно-бурый цвет; по интенсивности окраски раствора можно судить о степени обогащенности гуминообразным веществом.

Подкласс III. Продукты изменения нефтей с парафиновым основанием (минералы парафинового ряда)

Н. А. Орлов и В. А. Успенский (1936) объединяют под назва­нием парафинов обширную группу минералов. Для этого подкласса может быть дана лишь самая общая характеристика. Это твердые или полужидкие вещества, сложенные в основной части высшими па­рафинами с примесью больших или меньших количеств масляных и асфальтовых компонентов, придающих им жидкую консистенцию и темную окраску. Элементарный состав минералов парафинового ряда колеблется в значительных пределах. Для озокеритов он обычно приближается к С — 85% и Н — 15%, что отвечает формуле СnН_2n+2 (углеводороды от С₂₀ до С_зо). К этому же подклассу относят мало­изученные группы хризматита, гатчетита, нэпалита, элатерита и пи-рописсита (Н. А. Орлов и В. А. Успенский, 1936).

Группа озокерита. Озокериты — воскообразные вещества, кон­систенция их от мазеобразной до твердой. По виду, запаху и конси­стенции, особенно после очистки, они напоминают пчелиный воск, поэтому часто называются горным или минеральным воском. Цвет озокеритов меняется от светло-желтого и зеленовато-желтого до недостаточно ясен. По-видимому, основная масса их является про­дуктом выветривания нефтяных производных, возникающих как побочные образования при гумификации. Во многих местах (Фер­гана, Минусинская котловина, восточные Карпаты) альгариты отме­чены как парагенетический спутник озокерита или близкие к озо­кериту образования.

Характерные диагностические признаки альгаритов — их форма (землистые корочки, студенистые желатинообразные массы) и рас­творимость в воде, которая проявляется в липкости, возникающей при смачивании образца водой, в набухании в виде желатинообраз-ной массы.

Б. Класс антраксолитов

К классу антраксолитов относятся продукты метаморфизма (выс­шей карбонизации) минералов асфальтового ряда, полностью утра­тившие в процессе превращения основные свойства нефтяных мине­ралов — растворимость в органических растворителях, плавкость, люминесцентное свечение. По внешнему виду и свойствам они почти не отличимы от ископаемых углей (тощих антрацитов), но примыкают к нефтяным битумам по генетическим признакам.

Под названием антраксолитов выделяются антрацитоподобные неплавкие и нерастворимые в органических растворителях разно­сти, занимающие крайнее положение в ряду метаморфизма би­тумов.

Содержание углерода в антраксолитах превышает обычно 90%, а водорода — менее 5%. При нагревании антраксолиты не образуют жидких продуктов дистилляции.

В свежем состоянии антраксолиты представляют собой твердую однородную массу с блестящим раковистым изломом, не изменя­ющуюся заметно при нагревании и выгорающую медленно, без пламени. Органические растворители и водные щелочи не окраши­ваются при нагревании. Условия нахождения антраксолитов резко отличны от нормальных условий нахождения нефтяных битумов. Районы распространения антраксолитов, как правило, не связаны с нефтеносными территориями и характеризуются проявлениями магматизма, а также нередко высокой метаморфизацией вмещающих пород. Масштабы проявлений антраксолитов обычно очень незна­чительны и форма включений жильная.

В классе антраксолитов выделяются низшие антраксолиты, антраксолиты средней степени метаморфизма, высшие антраксолиты (шунгиты).

Низшие антраксолиты твердые, черные, с блестящим раковистым изломом. Твердость по Моосу 2—3. Плотность 1,3—1,4 г/см³. Со­держание водорода 3—5%, углерода от 88—90 до 92—93%. Встречаются обычно в связи с изверженными породами и минеральными жилами гидротермального генезиса.

Антраксолиты средней степени метаморфизма твердые, черные, с блестящим раковистым изломом. Твердость по Моосу 3—4. Плот­ность 1,4—1,7 г/см³. Содержание водорода 1—3%, углерода в мало­сернистых разностях 93—97%. Встречаются в связи с изверженными породами или в гидротермальных жилах совместно с различными жильными минералами (кварцем, кальцитом и др.).

Высшие антраксолиты (шунгиты) твердые, черные, с блестящим раковистым изломом. Твердость по Моосу 3—4. Плотность 1,8— 2,0 г/см³. Электропроводны. Содержание водорода менее 1%, угле­рода 96—99%. Встречаются обычно в связи с изверженными поро­дами в древних отложениях, несущих следы высокого метаморфизма (регионального).