Каустобиолиты. Эволюция и периодичность

1.

Каустобиолиты
Эволюция и периодичность

2.

2
Каустобиолиты – ископаемые горючие материалы, имеющие
большей частью органическое происхождение (т. е.
построены преимущественно из окаменевших, в разной
степени переработанных и разложенных остатков растений и
микроорганизмов).
• По составу, свойствам и условиям образования
каустобиолиты делятся на две подгруппы.
• Первая подгруппа:
1. Торф – скопление растительных остатков разной степени
разложенности и гелефикации.
2. Ископаемые угли:
2.1. Гумусовые угли, образовавшиеся из остатков древесной
растительности. Бурые угли, каменные угли, антрацит.
2.2. Липтобиолиты, образовавшиеся из спор, кутикулы, пробки и
других смолистых частей растений.
2.3. Сапропелиты, образовавшиеся из скоплений водорослей.
3. Горючие сланцы, глинистые или известковистые, часто
тонкослоистые породы, содержащие органическое вещество
от 20 до 60%.
• Вторая подгруппа:
1. Нефть
2. Твердые битумы
3. Природный газ

3.

Эволюция химического состава различных продуктов
при углеобразовании
- уголь с древесным строением (бурый уголь)
4

4.

Средний состав древесины, торфа и угля (по Clarke, F.W., 1924)
5
Углерод
Водород
Азот
Кислород
Древесина
49,64
6,23
0,92
43,20
Торф
55,44
6,28
1,72
36,56
Лигнит
72,95
5,24
1,31
20,50
Битуминозный
уголь
84,24
5,55
1,52
8,69
Антрацит
93,50
2,81
0,97
2,72
Уголь встречается в породах от раннепротерозойского до третичного возраста. Все додевонские угли,
по-видимому, сапропелевые и, вероятно, водорослевые. Первые обширные залежи угля имеют
каменноугольный возраст.
Эпохи углеобразования:
каменноугольно-пермская – 40% запасов углей земного шара,
юрская – 14% запасов углей,
меловая – 16%,
палеоген-неогеновая – 28%.

5.

Типы углеводородов, различные по химическому составу.
Нефть в основном состит из углеводородов (т. е. молекул, содержащих углерод и водород),
а также смол и асфальтенов (сокращенно называемых NSO – соединения азота, серы и
кислорода) – это многоатомные соединения с высоким молекулярным весом.
6

6.

Накопление углеводородов в антиклинальной ловушке
Среднее содержание органического вещества в осадочных породах составляет 0,5%.
При увеличении содержания ОВ (от 4 до 12%) порода уже рассматривается как
потенциально нефтематеринская, т. е. как возможный источник углеводородов.
8

7.

Геохимический круговорот органического углерода
3
Фотосинтез играет важную роль. Его взаимосвязь с атмосферой проявляется в круговороте углерода. Все горючие материалы из группы углей и значительная часть углеводородов образованы из хлорофилла наземных растений (остальные – из водорослей).

8.

Различные фракции органических веществ в породах
Термин кероген употребляется для обозначения
нерастворимого органического материала,
содержащегося в породе, т.е. доли первичного
органического материала в осадке, которая не
преобразована (или пока не преобразована)
в углеводороды. Это органический продукт,
состоящий из смеси крупных
углеводородных молекул.
10

9.

Эволюция первичного керогена с образованием
остаточных керогенов
По мере постепенного погребения нефтематеринских пород с течением геологического
времени, первичный кероген подвергается воздействию возрастающих температур и на
последующих стадиях преобразования превращается в нефть, газ и кероген, имеющий
11 остаточную природу и не претерпевающий преобразований.

10.

Температурный крекинг.
Первичный кероген распадается в ходе
нескольких стадий крекинга.
12
Образование углеводородов из первичного керогена обусловлено температурным
расщеплением вещества. Такого рода термогенез обусловливает превращение
изначально незрелого вещества в зрелую нефть и газ.

11.

Траектории эволюции керогена.
Главные типы керогенов на диаграмме ван Кревелена вначале
четко отделяются друг от друга, но впоследствии
траектории сходятся в процессе темепературного созревания
Очень ранний, начальный диагенез, в процессе которого
бактериальные эффекты могут быть крайне интенсивными,
с образованием «биогенного» метана.
Диагенез погребения, в процессе которого типы керогенов
начинают терять свои содержащие кислород компоненты
в форме воды и двуокиси углерода ( уменьшение отношения
О/С происходит быстрее, чем уменьшение отношения Н/С).
Катагенез соответствует увеличению глубины погребения –
это стадия, на которой образуется нефть и легкие
углеводороды (от газа до конденсатов). Отношение О/С
практически не уменьшается, отношение Н/С снижается быстро.
12

12.

Стадия нефтяного окна в ходе образования углеводородов
в высокой степени обогащен ароматическими веществами и
представляет собой аналог нефтяного кокса или первичного керогена.
Глубина, на которой происходит образование углеводородов, известна как нефтяное окно. Порог за
которым начинается катагенез, находится в интервале от 60 до 100°С (на глубине от 500 до 4000 м).
Метагенез является последней стадией эволюции керогена, при которой в процессе крекинга из возникших
ранее углеводородов и остаточного керогена образуется сухой газ (метан) или термогенный газ. Эта
стадия называется газовым окном и обычно протекает на глубине 3000 м и более.
12

13.

Медистые ( песчаные и глинистые) породы
Медистые (песчаные и
глинистые) породы представляют
собой смешанные образования, в
которых обломочные кварцсиликатные и глинистые частицы
сцементированы сульфидами меди:
халькозином Cu2S, ковеллином CuS,
борнитом Cu5FeS4, халькопиритом
CuFeS2 и др., иногда с самородной
медью; в зоне гипергенеза по ним
развиваются карбонаты меди малахит и азурит.
13
Диаграмма состояния сульфидов и
оксидов меди в координатах Eh-pH
(ΣCu, ΣS=10-4 Особое поле отвечает
условиям, при которых медь остается в
растворе (окислительная среда, рН<6)
(по Дж. Мейнарду)

14.

Вулканические обломочные породы
Вулканогенные обломочные породы синхронные по времени
образования процессу вулканизма, имеющие обломочную структуру и
состоящие полностью или более чем на 50% из эффузивного или
эксплозивного синхронного вулканизму материала, сцементированного
лавой или гидрохимически считаются магматическими породами (Петр.
кодекс, 2009).
Осадочные породы, содержащие вулканогенный материал до 50%.
1. Осадочные вулканомиктовые – продукты перемыва и переотложения
образовавшихся ранее вулканических пород.
2. Вулканогенно-осадочные – синхронные вулканизму.
2.1. Вулканокласто-осадочные – осадочные с примесью синхронного
пирокластического материала.
2.2. Тефроидные – продукты перемыва и переотложения синхронного
извержению вулканического материала.
14

15.

Вулканические обломочные породы
Иерархия
Наименование горных пород
подразделений
Тип
Магматические
Класс
Вулканические
Подкласс
Собственно
Вулканические обломочные
вулканические
Вулканокластические
Ряд
Группа
Подгруппа
пород
15
(без примеси осадочного материала)
-
Эффузивнообломочные
Эксплозивнообломочные
Лавобречиевые
(брекчиевые лавы)
Кластолавовые
(кластолавы)
Пирокластические
(пирокластиты)
(рыхлые – тефра,
уплотненные –
туфы)
Лавокластические
(лавокластиты)
Гидроэксплозивные
туфы
Гиалокластические
Осадочновулканокластические –
туффиты (с примесью
осадочного материала)
-

16.

Осадочные породы, содержащие
вулканогенный материал
1. Осадочные вулканомиктовые не синхронные извержению породы,
обломочный материал которых представлен переотложенными окатанными и
отсортированными обломками более древних в геологическом смысле
вулканических пород, например вулканомиктовые песчаники,
вулканомиктовые гравелиты.
2. Вулканогенно-осадочные:
2.1. Вулканокласто-осадочные породы, содержащие сингенетический
вулканогенный материал в подчиненном количестве. Присутствие этого
материала в породах фиксируется в их названии путем добавления к
названию соответствующей осадочной породы корневой части «туфо» туфоконгломерат, туфопесчаник и т.д.
2.2. Тефроидные породы, синхронные извержению породы, состоящие
преимущественно из окатанной и отсортированной в процессе переноса
рыхлой или сцементированной пирокластики – тефроиды.
16

17.

Периодичность и цикличность
• Повторяемость слоев и осадочных комплексов (пачек, толщ, формаций) в
истории Земли происходит на фоне общего поступательного развития планеты и
называется периодичностью осадконакопления.
• Цикличность – это процесс, явление, которое с чего-либо начитается и чемлибо завершается, не обязательно по кругу, а чаще по спирали.
• Периодичность – время, в течение которого совершается то или иное явление.
• Ритмичность – характеристика процесса.
Ритмичность проявляется в последовательном образовании того или иного осадка:
галопелит, галит (один ритм).
Цикл начинается с осаждения галопелита и
завершается осаждением галита.
Периодичность процесса с одним циклом
составляет один год.
17

18.

Цикличность осадочного процесса
18

19.

Временные изменения относительной доли осадков
различного типа Б. Бижу-Дюваль, 2012)
19

20.

Эволюция осадков по Вейцеру
(Ф. Дж. Петтиджон, 1981)
1) граувакки преобладают в песчаниках архея, а аркозы
получили наибольшее развитие в раннем докембрии;
2) формации содержащие железо и марганец в наибольшем
объеме (в мировом масштабе), отлагались в период между 3400
и 1800 млн. лет назад;
3) появление красноцветов относится к периоду между 2000 и
1800 млн. лет назад;
4) отложение известняков и доломитов в архее было редким
явлением;
5) осадочные фосфаты становятся обычными накоплениями
только 1000 млн. лет назад;
6) сульфаты кальция и другие эвапориты встречаются только в
породах, возраст которых не превышает 600 млн. лет;
7) угленосность приурочена к породам не древнее 350 млн. лет
19

21.

Схема эволюции осадочных пород (по А.Б. Ронову)
20