Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 2 )

Первичный деготь кукерсита содержит от 15 до 22% фе­нолов, а в продукте гидрогенизации имеется много аромати­ческих и гидроароматических соединений. Этим кукерсит отличается от других керогенов, что противоречит теории жирового происхождения керогенов. Выясняя этот вопрос, исследовали битум, экстрагированный из кукерсита после его нагревания до 350° С. Выход этого битума из образца гдовского сланца равен 71,3% от керогена (табл. 1). Би­тум подвергли сухой  перегонке в алюминиевой реторте.

Оказалось, что в дегте так же много фенолов (т. е. кислых веществ), как и в первичном дегте самого кукерсита. Появ­ление фенолов в дегте, по-видимому, вызвано термическим разложением во время перегонки.

Следует отметить, что фенолы первичных дегтей гуму­совых веществ содержат значительно меньше водорода, чем фенолы кукерсита. Поэтому более вероятно, что они образу­ются не из гумусовых веществ, а имеют белковое проис­хождение.

Волжские горючие сланцы залегают в отложениях волжского яруса юрской системы, широко распространены в бас­сейне р. Волги. В отличие от других керогенов, они значи­тельно больше окислены. В настоящее время не существует данных для решения вопроса о том, подверглись ли они вто­ричному окислению вследствие неглубокого залегания или образовались из более окисленного сапропеля. Малое содержание кислых веществ в их первичном дегте (2,5%) и большое содержание в них серы противоречат их вторичному окислению.

В настоящей работе под горючими сланцами понимается осадочная порода, обладающая способностью гореть или накаляться в пламени спички, издавая резкий запах жженой резины. Порода эта, в разной мере глинистая, известковистая или кремнистая, состоит обычно из минеральной части (кальцит, доломит, гидрослюда, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и на 15-40%, редко 40-70%, по весу из органического вещества - керогена. Кероген является био - и геохимически преобразованным остаточным органическим веществом, главным образом - простейших водорослей, частично сохранивших или полностью потерявших клеточное строение, и в меньшей мере – высших растений и животных. При нагревании сланца до 500 С без доступа воздуха или до 1000 °С с доступом воздуха кероген выделяется из породы в виде нефтеподобной смолы (сланцевого масла и горючего газа). В элементарном составе органической массы горючих сланцев содержится 7-10% водорода.

Природа органического вещества горючих сланцев не впол­не ясна, хотя в ряде случаев массовые скопления остатков микроскопических водорослей (часто синезеленых ) указыва­ют на близость осадка, давшего впоследствии горючие слан­цы, к сапропелевым илам и сапроколлам с той или иной примесью остатков высших растений (гумусового материала, смол и т. д.),

Среди каустобиолитов к горючим сланцам ближе всего угли группы сапропелитов (богхеды, кеннель-богхеды, касьянито-богхеды, черемхиты и др.).

Из других пород к горючим сланцам примыкают сапропе­левые глины и аргиллиты, а также глинистые и известковистые мергели, содержащие органическое (сапропелевое или гумусовосапропелевое) вещество.

Очевидно, к собственно горючим сланцам не следует относить углистые аргиллиты (сланцы) и высокозольные липтобиолиты, а также битуминозные сланцы, минеральная часть которых пропитана озокеритом, асфальтом или нефтью, извлекаемых из породы бензолом, хлороформом и другими органическими растворителями.

Различия в свойствах горючих сланцев разных возрастов обусловлены разнообразным составом минеральных и орга­нических компонентов и неодинаковым их расположением по отношению друг к другу. Накопившийся материал свидетель­ствует о необходимости более дробного подразделения слан­цев. Так, известны месторождения, в которых горючие слан­цы отличаются разным минеральным составом при однород­ном микрокомпонентном составе керогена и наоборот. Все горючие сланцы с преобладанием глинистой основы (каолинитовой или слюдистой) - коричневые и серые; известковистые - светло-коричневые, желтые; песчанистые - иногда розоватые. Большая примесь гумусового органического ве­щества (витринита и фюзенита) придает им темно-серые то­на. Чем больше органического вещества в горючих сланцах, тем отчетливее выражен их основной цвет.

Горючие сланцы имеют чаще всего слоистое строение и ленточную текстуру. Свежая порода обычно плотная, ком­пактная, крепкая, обладает упругостью, которая возрастает по мере увеличения органического материала. Выветривший­ся горючий сланец бывает расслоен до состояния бумажного глинистого сланца и может иметь окраску с бледно-коричне­выми, светло-серыми и голубовато-серыми оттенками. В естественном состоянии горючий сланец очень редко облада­ет запахом, так как его органическое вещество в основном нелетучее; тонкие слои богатого сланца горят коптящим пламенем, выделяя специфический острый запах горелой ре­зины. Плотность сланца, как правило, изменяется обратно пропорционально содержанию органического вещества. Пет­рографическими методами горючие сланцы изучены далеко недостаточно. Полностью не выяснена природа органического вещества и ее связь с минеральной составляющей, неясны причины большого различия химических показателей в горючих сланцах с одинаковым содержанием органического веще­ства.

Микроскопически органическая часть почти всех горючих сланцев характеризуется наличием гомогенной, часто хлопьевидной основной массы (коллоальгинит), светло-жел­той или коричневой с включением ярко-желтых тел, одиноч­ных или образующих скопления, представляющих более или менее сохранившиеся остатки микроводорослей (альгинит). Часто в керогене горючих сланцев присутствуют в различ­ных соотношениях микрокомпоненты группы витринита, лейптинита и реже - фюзинита.

Разнообразие по составу минеральных и органических компонентов и характеру их распределения в породе послу­жило основанием для выделения  петрографиче­ских типов горючих сланцев по аналогии с углями  [2].

Под петрографическим типом горючих сланцев поднимается порода определенного органо-минерального состава, слагаю­щая слои, пачки и целые пласты. Каждый петрографический тип горючего сланца характеризуется цветом, текстурой, структурой и другими вполне определенными внешними при­знаками, которые обусловлены процентным содержанием и вещественным составом органического и минерального ве­ществ, размером органических микрокомпонентов и минера­лов, а также характером распределения и соотношением ор­ганической и минеральной частей.

Кероген горючих сланцев, имея много общего с некоторы­ми углями, состоит преимущественно из структурных и беоструктурных микрокомпонентов группы альгинита; как пра­вило, содержит незначительную примесь микрокомпонентов группы витринита, фюзинита и липоидинита. Иногда кероген состоит из сложной сорбционной смеси бесструктурного аль­гинита с витринитом, образующей микрокомпонент сорбомикстинит (гумосапросорбомикстинит и сапрогумосорбо-микстинит).

Бесструктурный компонент группы альгинита — коллоаль­гинит — в горючих сланцах проявляется в той же форме, что в углях и рассеянном органическом веществе. Структурные микрокомпоненты группы альгинита - таллбмы водорослей (талломоальгинит) - от тех же микрокомпонентов в углях существенно не отличаются. Витринит, фюзенит. и лопоидинит имеют те же отличительные признаки, что в гумусовых и сапропелевых углях. Сорбомикстинит, как и в рассеянном органическом веществе, всегда представляет сорбированный глинистым веществом сложный компонент, состоящий из коллоальгинита и витринита.

Различные сочетания перечисленных микрокомпонентов позволили в керогене горючих сланцев выделить три генети­ческих класса: собственно сапропелиты, гумито-сапропелиты и сапропелито-гумиты. В класс собственно сапропелитов попадает кероген, содержащий более 50% микрокомпонентов группы альгинита (коллоальгинит, талломоальгинит); содержание в нем водорода 8,5-11%, выход летучих веществ 80-93%. В класс гумито-сапропелитов попадает кероген, представляющий сочетание значительного количества сапрогумооорбомикстинита с талломоальгинитом или коллоальги­нита с псевдовитринитом; он содержит 7-8,5% водорода и имеет выход летучих веществ 70-80%. В класс сапропелито-гумитов объединяются керогены, в которых много витри­нита или преобладает сапрогумосорбомикстинит; в нем 6-7% водорода и 50-70% выхода летучих веществ.

Закономерная зависимость микрокомпонентного состава керогена от геологического возраста не выявлена. Так, го­рючие сланцы с коллоальгинитовым и талломоальгинитовым органическими веществами выявлены в месторождениях раз­личного возраста, начиная с ордовика. В то же время редко встречающиеся микрокомпоненты, имеющие второстепенное значение, особенно липоидные и структурные гелифицированные и хитиновые, обычно хорошо отражают возрастную при­надлежность горючих сланцев (выявлена максимальная при­уроченность керогенов с преобладанием сорбомикстинитовых микрокомпонентов к палеогеновым горючим сланцам).

Очевидно, основным исходным материалом коллоальгинита и талломоальгинита послужил фитопланктон. Различия в хи­мических показателях в пределах одного генетического клас­са органического вещества горючих сланцев (НГ, VГ), ве­роятно, обусловлены различной родовой принадлежностью фи­топланктона, а также степенью и характером его преобразо­вания. Отсутствуют прямые доказательства участия в обра­зовании керогена сланцев зоопланктона донных водорослей и подводных зарослей морских трав.

Кероген горючих сланцев, различный по микрокомпонентному составу, встречается в разных сочетаниях с неодинаковой и одинаковой минеральными составляющими (пелито-морфный карбонат или глинистое вещество). Горючие. сланцы с содержанием органического вещества 20-50% (известковистые, глинистые и алеврито-глинистые) могут быть как коллоальгитовыми, так и талломоальгитовыми и псевдовитринито-коллоальгитовыми. Однако сорбомикстинитовый ке­роген или талломоальгито-сорбомикстинитовый всегда нахо­дятся в сочетании с глинистым веществом.

В геохимическом отношении горючие сланцы являются ти­пичными субаквальными осадками, обогащенными органиче­ским, веществом. Наиболее благоприятные условия для их образования создаются в периоды трансгрессий, в ходе ко­торых неглубокое, изобилующее застойными водоемами (ла­гуны, лиманы) море покрывает прибрежные участки плат­форм. Точно так же и в процессе регрессий моря некоторые прибрежные участки моря могут превратиться в изолирован­ные бассейны, благоприятные для накопления органического вещества при затрудненном поступлении обломочного мате­риала. По сути это — платформенный тип сланцеобразования. Примером платформенных сланцев служат прибалтийские кукерситовые и диктионемовые отложения, оленекские и доманиковые образования.