Катагенез органического вещества и его факторы
Катагенез – процесс изменения осадочных пород: рассеянного ОВ, минералов, флюидов и пустотного пространства после завершения диагенеза и до начала метаморфизма. Катагенез развивается при увеличении глубины погружения пород в осадочном бассейне (ОБ) и воздействии возрастающей температуры в интервале от 15–30 до 300°С. Некоторые авторы отождествляют понятие «катагенез» с «эпигенезом». На стадии катагенеза реализуется потенциальная возможность ОВ осадочных пород производить нефть и газ и начинается их эмиграция в породы-коллекторы. Генерация УВ происходит в результате глубокой и закономерной внутримолекулярной перестройки ОВ, которая заключается в дальнейшей его конденсации, ароматизации и карбонизации при воздействии температуры и других факторов катагенеза. Эти преобразования сопровождаются потерей ОВ периферийных алкильных цепей, отдельных циклов и различных функциональных групп, содержащих гетероатомы. При этом образуются жидкие продукты в виде битумоидов и большое количество газообразных веществ: метана, углекислого газа, аммиака, азота и сероводорода. Газы образуются в различных количествах на всех стадиях преобразования ОВ. Однако доля биохимического метана составляет всего около 10 % в объеме, который образуется из рассеянного ОВ при температурах до 200°С (Дж. Хант, 1982). В катагенезе происходит постепенное упорядочение молекулярной структуры керогена вплоть до образования в конце катагенеза – начале метаморфизма гексагонально-слоистой структуры графита. В результате масса ОВ значительно уменьшается, и ОВ полностью реализует свой генерационный потенциал. Таким образом, процесс катагенеза ОВ представляет собой термическую деструкцию, при которой происходит выделение летучих веществ, то есть твердая фаза начинает выделять жидкие и газообразные продукты. При этом общий объём ОВ в породе сильно увеличивается. Главным фактором катагенеза ОВ является температура, включая его динамокатагенез, затем следуют каталитические свойства вмещающих пород, время и пластовое давление. Давление как фактор катагенеза оказывает противодействие температуре. Шкала градаций катагенеза органического вещества. Широко известна шкала градаций катагенеза осадочных образований, составленная Н.Б. Вассоевичем, А.Э. Конторовичем, Н.В. Лопатиным и другими исследователями в 1976 году (рисунок 11). Н. Б. Вассоевич для процессов преобразования РОВ рекомендует термин «катагенез». Катагенез следует за поздним диагенезом, т.е. после преобразования осадка в породу. На шкале выделяются три подстадии катагенеза: протокатагенетическая (ПК), мезокатагенетическая (МК) и апокатагенетическая (АК). Эти подстадии разделены на ряд градаций: ПК – на три, МК – на пять, АК – на четыре. Начальный или слабый катагенез (протокатагенез), соответствует начальным изменениям породы и ранне- средне- и позднебуроугольным подстадиям превращения ОВ. Продолжительность стадии n·105 – n·107 лет. Глубина захоронения - 0,1–2,5 км. В стадии катагенеза выделяются два этапа: ранний (начальный) и поздний (глубинный). Граница между подстадиями проводится в диапазоне температур 90-1200С, при горном давлении около 100 МПа и понижении общей пористости до 15 %. Такие условия в большинстве случаев наблюдаются на глубине 2,5–5км.
Рисунок . Шкала градаций катагенеза осадочных образований и её сопоставление со ступенями углефикации с упрощением (по Н.Б. Вассоевичу, А.Э. Конторовичу, Н.В. Лопатину и др., 1976) 1 – нефть; 2 – жирный газ; 3 – метан Главным фактором катагенеза ОВ является температура, включая его динамокатагенез, затем следуют каталитические свойства вмещающих пород, время и пластовое давление. Давление как фактор катагенеза оказывает противодействие температуре. К умеренному катагенезу (мезокатагенезу), по Н. Б. Вассоевичу, относятся изменения осадочных пород, соответствующие каменноугольной стадии превращения ОВ. Продолжительность – n·107 лет. Глубина захоронения осадков – 1,6–10 км. Нефтематеринские породы те же, что и на предыдущей стадии, но более уплотненные. Пористость пород снижается до первых процентов, объемный вес скелета увеличивается до 2,6–2,65 г/см3. Битумоиды становятся еще более нейтральными и более легкими, в них возрастает роль масляной фракции. Геохимическая обстановка – восстановительная. Создаются области питания пористых пород водами и области их разгрузки. Основные процессы – перераспределение водорода в ряде компонентов ОВ и потеря гетероэлементов. Битумные компоненты дифференцируются: часть сорбируется и выпадает в твердую фазу, часть становится более легкой, нейтральной, существенно углеводородной. Изосоединения переходят в нормальные. Это стадия зрелой микронефти – завершается процесс дополнительной генерации углеводородов и усиливается их преобразование в сторону возникновения менее крупных молекул. Возрастает роль метановых углеводородов, частично за счет нафтеновых, наименее устойчивых. В итоге микронефть по своим свойствам все больше приближается в капельно-жидкой нефти (т. е. к макронефти).
Таблица . Шкала углефикации ОВ и катагенеза осадочных пород
Примечание. Маркировка углей по ГОСТ 21489-76. Позднему, сильному, катагенезу (апокатагенезу) отвечают изменения осадочной породы, которые сопоставляются с антрацитовой стадией превращения ОВ. Продолжительность – n·107 – n·108 лет. Глубина захоронения осадков – от 8–10 до 12–15 км. Нефтематеринские породы - это сильно уплотненные глинистые, алеврито-глинистые сланцы, аргиллиты, с ничтожной пористостью и объемным весом, почти равным удельному. Глины преимущественно иллитовые, с примесью других глинистых минералов. Пористость пород снижается до 20–15 %, а объемный вес скелета породы возрастает до 2,2–2,3 г/см3. Сохраняются лишь следы битуминозных компонентов. Основные процессы проявляются в молекулярной перестройке глинистых минералов. Усиливаются новообразование и растворение минералов. Завершается потеря ОВ гетерогенных элементов, а также водорода, главным образом в виде СН4. Это стадия разложения остаточной микронефти. К концу стадии она исчезает полностью и образуется метан. Эти преобразования сопровождаются потерей ОВ периферийных алкильных цепей, отдельных циклов и различных функциональных групп, содержащих гетероатомы. При этом образуются жидкие продукты в виде битумоидов и большое количество газообразных веществ: метана, углекислого газа, аммиака, азота и сероводорода. Гуминовые кислоты постепенно теряют способность растворяться в щелочах. Жирные кислоты частично декарбоксилируются, частично полимеризуются. Битуминозные компоненты приобретают менее кислый характер. Геохимическая обстановка – восстановительная. Сохраняется застойный режим подземных вод. Основные процессы – реакция разукрупнения (укрупнения молекул ОВ). Сорбция наиболее высокомолекулярных и кислых компонентов. Развитие процесса декарбоксилирования кислот. Образование СО2 и в меньшем количестве СН4. К концу стадии завершаются процессы декарбоксилирования кислот. Происходит дополнительное образование углеводородов, главным образом за счет декарбоксилирования жирных кислот. Газы образуются в различных количествах на всех стадиях преобразования ОВ. Однако доля биохимического метана составляет всего около 10 % в объеме, который образуется из рассеянного ОВ при температурах до 200°С (Дж. Хант, 1982). В целом, процесс эволюции ОВ протекает как во времени, так и в пространстве неравномерно, импульсивно, с различным соотношением объемов образующихся жидких и газообразных продуктов диагенеза и катагенеза. Всё это предопределило приуроченность генерации наибольших объемов жидких и газообразных УВ к определенным глубинным зонам, существующим в разрезе осадочных пород. При этом газы в разных объемах образуются на всех стадиях литогенеза (см. рисунок 11). Рисунок . Схема эволюции органического вещества с момента его отложения до начала метаморфизма У – углеводы, АК – аминокислоты, ФК – фульвиокислоты, ГК – гуминовые кислоты, УВ – углеводороды, NSO – N-, S-, O-содержащие гетеросоединения (не углеводороды) (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г.).
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3774)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |