Нафта, тверді бітуми, горючі гази

Нафта – це масляниста рідина чорного або темно-бурого кольору, рідше – безбарвна. Складається з різних вуглеводнів: насичених або парафінових – C_nH_2n+2, ненасичених або нафтенових C_nH_2n-х, де х=6, 8, 10 і т.д. До складу нафти входять також сполуки кисню, сірки та азоту.

Парафінові нафти світлі та легкі, нафтенові – темні та важкі, ароматичні вміщають багато асфальтенів, до їх складу часто входять два або три типи вуглеводнів.

Вуглеводні, які входять до складу нафти, являють собою гази, рідини, тверді речовини. Таким чином, нафта являє собою складний розчин вуглеводнів, де в різній фазі розчинені тверді і газоподібні речовини.

Густина нафти змінюється від 0,75 до 1,076. вона, зазвичай, плаває на воді. Нафта люмінесцентна в ультрафіолетових променях, світиться голубим і жовто-бурим кольорами. Геологічні умови знаходження нафти досить різноманітні: вона залягає в пісках, пісковиках, алевролітах, вапняках та інших пористих та тріщинуватих породах. Як правило, ці породи мають морське походження, лагунозаплавне або дельтове. Прийнято розрізняти нафтоматеринські породи і світи, де нафта формується, і колектори нафти, що вміщають її і здатні віддавати при експлуатації. Нафтоматеринськими породами переважно можуть бути глини та аргіліти, багаті на органічну речовину, рідше вапняки, доломіти, мергелі. Нафта може знаходитись і в інших породах, навіть в магматичних вивержених, але, очевидно, там вона знаходиться у вторинних формах залягання. За сучасними літологічними спостереженнями 90-95% нафти сконцентровано в осадочних породах.

Для скупчення нафти сприятливими є соляні куполи, брахіантиклінальні складки, флексури, викопні рифові масиви, а також чергування в розрізах пористих і непористих, проникних і непроникних порід.

У родовищах нафти завжди відбувається розшарування компонентів за густиною: у верхній частині скупчується газ, в середній – нафта, в нижній – вода. Води нафтових родовищ, як правило, високомінералізовані, сульфатні або хлоридні з вмістом йоду і брому. Очевидно, це поховані морські води з більш високою, ніж в морських водах мінералізацією, можливо, завдяки застійному режиму. Нафтові родовища зустрічаються в відкладах майже всіх систем від кембрію до четвертинних. Родовища сконцентровані в перед гірських прогинах, на окраїнах геосинкліналей, на платформах, в областях морських шельфів.

Відносно способу формування нафти існує ціла низка гіпотез. Всі вони можуть бути поділені на дві категорії: гіпотези неорганічного і органічного походження нафти.

Космічна гіпотеза. Дослідження комет, метеорів і метеоритів, складу атмосфери планет показує, що в більшості космічних тіл є вуглеводні. Коли сформувалась Земля як планета, вона також вміщала значну кількість вуглеводнів. Речовина Землі з часом диференціювалась – розшарувалась, більш легкі компоненти піднялися в верхні шари, більш важкі – опустилися вниз. Вуглеводні піднялися ближче до поверхні Землі. Взаємодіючи одні з одними, вони скупчились, врешті решт, в нафтові продукти, а відтак мігрували в пористі породи і сформували нафтові родовища.

Гіпотеза Д.І. Менделєєва. Д.І. Менделєєв, базуючись на лабораторних дослідженнях, вважав, що вода, проникаючи на глибину, зустрічала розжарений карбідний шар, який давав початок вуглеводням, які, взаємодіючи між собою і мігруючи в стратисферу, дали початок нафті.

Академіки Кудрявцев і Порфір’єв вважали, що під крупними родовищами нафти є магматичні інтрузивні породи, звідки поступають вуглеводні, що перетворюються в осадочних породах в нафту [1955-1971].

Гіпотези органічного походження нафти можна поділити на три типи: зоогенну, фітогенну і дистиляційну. Зміст зоогенної гіпотези полягає в тому, що нафта формується в наслідок масового відмирання тварин, наприклад, риб або найпростіших організмів. Розклад тіл риб в морських умовах дає початок вуглеводням.

Гіпотези фітогенного походження нафти базуються на тому, що нафта формується внаслідок масового розкладання скупчення водоростей.

Згідно з дистиляційною гіпотезою спочатку сформувались вугільні поклади, потім відбулося вторгнення в них інтрузій, які взаємодіючи між собою, у водному середовищі давали початок нафтопродуктам. На місці залягання вугілля утворився коксовий залишок. В кам’яновугільних басейнах Англії відомі випадки, коли поблизу сильнометаморфізованого, перетвореного на природний кокс вугільного пласта завдяки вторгненню магматичних інтрузій знаходили скупчення бітумів, але масштаби таких явищ такі незначні, що важко передбачити формування покладів нафти таким шляхом.

Найбільш вірогідні передбачення про генезис нафти і газу більш-менш повно відображені в осадочно-міграційній теорії формування нафти і газу, розвинутій Н.Б. Вассоєвичем. Ця теорія має багато прихильників серед геологів-дослідників.

За цією теорією вихідною речовиною для утворення нафти є органічна речовина, переважно планктонного або бактеріального походження, в меншій мірі гумусова з залишків вищої рослинності. Дослідники засвідчили, що з морського планктону (також з бактерій) шляхом перегонки можна отримати більшість вуглеводнів, які входять до складу нафти, а в самій нафті виявлені сполуки, успадковані від живої речовини – порфірини-алкани та ін.

Організми, відмираючи, падають на дно і забороняються в морських осадках. Морські осадки, що містять органічну речовину, перекриваються новими порціями осадків, при цьому починається розкладання органічної речовини за участі бактерій, витрата всього кисню і формування відповідного середовища. В цей період починається формування вуглеводнів, переважно газоподібних (метан) і частково рідких у вигляді мікронафти. Поступове наростання товщі осадків і їх опускання призводить до підвищення температури і тиску. На стадії катагенезу продовжується зміна органічної речовини, що призводить до формування газоподібних і рідких вуглеводнів (мікронафти).

Стадію катагенезу, на якій найбільш енергійно відбувається формування мікронафти Н. Вассоєвич назвав головною фазою нафтоутворення. В подальшому завдяки тиску та ущільненню, віджиманню води здійснюється міграція мікронафти в колектори – утворення її концентрацій. Міграція сприяє виникненню систем, що складається з шарів води та вуглеводнів, які при підвищенні температури дуже активно переміщаються.

Нафта зустрічається в тих же відкладах, що і викопне вугілля, починаючи з кембрію і закінчуючи палеогеном.

На земній кулі можна виділити наступні нафтоносні товщі: Малоазіатський вузол, де сконцентровано 2/3 нафти земної кулі (Іран, Ірак, Кувейт, Саудівська Аравія), південно-західні штати США, Каліфорнія, Аляска, Північне море, Південна Америка (Уругвай, Парагвай, Аргентина, Венесуела), Індонезія, Австралія (морські родовища).

У країнах СНД нафтові родовища відомі на Кавказі – Апшеронський півострів, Поволжя (Друге Баку), в Україні – Передкарпатський прогин, Дніпрово-Донецька западина. Крупні родовища нафти відкриті на півострові Мангишлак і в Західному Сибіру.

Нафта цінна корисна копалина. З неї отримують бензин, гас та інші продукти, без яких неможливе життя сучасної людини. Нафта широко використовується для органічного синтезу.

Тверді бітуми – це продукти змін (окислення) нафти, які зустрічаються в нафтогазоносних районах. Продуктами окислення нафти є озокерит, асфальт і керити.

Озокерит – порода бурувато-жовтого, бурого забарвлення, яка складається із суміші твердих вуглеводнів парафінового ряду з невеликими домішками рідких і газоподібних. Озокерит плавиться при температурі 58-85°С, має плоскомушлевидний, скалкоподібний злам, влітку у відслоненнях – мастилоподібну консистенцію. Залягає у вигляді жил, рідше пластами. В Україні відомі родовища в Передкарпатському прогині (Борислав, Старуня).

Асфальт – порода майже чорного кольору, тверда і в’язка. Густина 1,0-1,2, твердість 2-3. Складається з суміші смол (40-50%), масел (до 40%) та асфальтенів. Вміст вуглецю в асфальті 80-85%, водню до 12%, сірки, кисню та азоту до 2-19%. Залягає переважно у вигляді жил.

Керити – високометаморфізована органічна речовина нафтового ряду, що зустрічається в метаморфізованих осадочних породах (глинисті сланці, аспідні сланці, філітоподібні сланці). Відрізняється від інших бітумів більш високим вмістом вуглецю та нерозчинністю в органічних розчинах.

Горючі гази. Розрізняють гази, пов’язані вугільними родовищами, які складаються цілком з метану, і гази, пов’язані з нафтовими родовищами, також метанові, але з більш високим вмістом важких вуглеводнів.

За кількістю важких вуглеводнів виділяють “сухі” гази (важкі вуглеводні складають частки процента) і “жирні” (важких вуглеводнів від декількох процентів до декількох десятків процентів).

У зв’язку з високою міграційною властивістю газів родовища їх часто зустрічаються далеко за межами нафтових родовищ (Шебелинка в Харківській області, Бухара в Туркменії).

Родовища горючих газів відомі в Передкарпатському прогині (Дашава, Більче-Волицька зона), в Дніпрово-Донецькій западині, Західному Сибіру, Поволжі та інших регіонах.

Горючі гази використовуються як паливо для отримання рідких синтетичних матеріалів: пластмаси, штучного волокна та ін.