XI. Каустобиолиты

Термин «каустобиолиты» введен в науку французским ученым Г. Потонье в 1908 г. и относится к горючим полезным ископаемым органического происхождения.

Среди каустобиолитов различают три подгруппы органических веществ: 1) каустобиолиты угольного ряда (торф, сапропель, горючие сланцы и ископаемые угли); 2) каустобиолиты нефтяного ряда (нефть, битумы и горючие газы); 3) липтобиолиты (янтарь, воск, смола). Для первой подгруппы характерно залегание преимущественно в твердом состоянии, для второй – в газообразном и жидком, для третьей – полутвердом.

Торф представляет собой скопление растительных остатков разной степени разложения и гелификации. Химическим анализом в торфах обнаруживаются многочисленные органические составные части: воск, смола, жирные кислоты, углеводы, лигнин, гуминовые кислоты, целлюлоза, остатки неразложенных растений. Содержание водорода колеблется от 5,90 до 6,30%, зольный остаток достигает 12% и более. Основу золы составляют минеральные компоненты – кварц, полевые шпаты, глинистые минералы, а также минеральные новообразования (сидерит, вивианит и др.). Содержание углерода в органической массе – около 55-60%.

Структура торфа волокнистая, землистая. Окраска бурая разной тональности. Диагностическими признаками являются небольшая плотность и твердость, запах, бурая черта, способность к возгоранию.

Образование торфа охватывает сравнительно короткий отрезок времени и поэтому его месторождения имеют четвертичный возраст. Исходным материалом является растительность болот, которая после отмирания падает на дно и здесь, в условиях затрудненного доступа кислорода, при участии бактерий разлагается и уплотняется.

Месторождения торфа широко распространены в пределах зон равнинного рельефа с умеренно-влажным и влажным тропическим климатом. В частности, это территории северной лесной зоны России, Полесье в Белоруссии, Колхида, южная часть побережья Атлантического океана США, Индонезия и др.

Используется как топливо местного значения.

Сапропель (гиттия) – это илистые осадки озер и болот, содержащие большое количество органического вещества. Основной его составной частью является детрит водорослей, различных животных (от микроорганизмов до насекомых) и растений. Содержание минеральных компонентов (кварца, полевых шпатов, глинистых минералов, хлоритов, сидерита, пирита и др.) находится в пределах 30-50%. Химический анализ показывает присутствие в составе органической части различных органических кислот, содержание углерода в ней до 60-70%.

Диагностическими признаками сапропеля являются темная окраска, особая консистенция (мягкая и жирная масса), однородное или микрослоистое строение.

Сапропель образуется в болотах и озерах при захоронении на дне водорослей, животного планктона и других организмов, которые разлагаются без доступа кислорода (процесс гниения). Он встречается во многих болотах совместно с торфом и во многих озерах северных лесных зон.

Применяется как высококачественное удобрение и в медицине в качестве лечебной грязи.

Горючие сланцы – это плотные породы тонкослоистой структуры, в состав которых входят органические (20-60%), глинистые и карбонатные вещества. Содержание углерода в составе органического вещества достигает 60-80%, водорода – до 10%. Органическое вещество представляет собой остатки водорослей и животного планктона, преобразованные в результате процессов гниения. Следующими этапами их преобразования являются превращение в сапропелитовую коллоидную массу и отвердение.

Основными петрографическими типами горючих сланцев являются глинистые и известковистые. Практическое использование горючих сланцев ограничивается разностями с зольностью до 50%, иногда до 70-80%.

Диагностические свойства: буровато-серая и зеленовато-серая окраска, малая плотность. Они легко загораются от спички, горят коптящим пламенем и издают запах жженой резины. Органическое вещество из сланцев может быть извлечено сухой перегонкой. Буроугольные сланцы сильно реагируют при нагревании с азотной кислотой и окрашивают при кипячении щелочной раствор в бурый цвет.

Особой разновидностью являются сланцы, пропитанные нефтяными битумами, которые характерны для нефтеносных зон. Битумы нефтяного ряда легко извлекаются из таких сланцев органическими растворителями.

Образование горючих сланцев происходит в пресноводных озерах, лагунах и морях. Месторождения известны в Поволжье, бассейне р. Печоры, в Прибалтике, Шотландии и т.д. Применяются как минеральное топливо.

Ископаемые угли. К ископаемым углям относятся твердые плотные породы органического происхождения, в которых органическое вещество достигло высокой степени преобразования. Классификация углей основана на их первичном генезисе, составе, степени метаморфизации и технологических свойствах.

По генезису выделяются, прежде всего, две группы ископаемых углей – гумолиты и сапропелиты. Первые образовались в результате преобразования остатков древесной растительности (гумиты, или гумусовые угли) или остатков спор, кутикулы, пробки и других смолистых частей древесных растений (липтобиолиты). Сапропелиты образовались из скоплений водорослей. Кроме того, выделяется еще переходная группа – сапрогумолиты.

Наиболее распространенной группой ископаемых углей являются гумусовые. В составе гумусовых углей выделяется четыре основных ингредиента (все - чёрного цвета).

1. Фюзен – матовый волокнистого сложения с шелковистым блеском, хрупкий и мягкий, пачкающий пальцы, имеющий клеточное строение.

2. Витрен – блестящий со стеклянным блеском и раковистым изломом, твердый и хрупкий, состоящий из бесструктурного или с оставшимися следами клеточной структуры гелифицированного вещества.

3. Кларен – блестящий компонент, состоящий из гелифицированной массы с небольшим количеством включений спор, кутикулы, смоляных телец, измененных остатков растительных тканей и т.п.

4. Дюрен – матовый, плотный, всегда вязкий ингредиент с сероватым оттенком.

Между клареном и дюреном наблюдаются переходные ингредиенты (дюрено-кларены и кларено-дюрены).

В большинстве месторождений присутствуют гумусовые угли кларенового и дюренового состава, витрен и фюзен в них также может присутствовать, но в незначительном количестве.

По составу основного углеобразующего вещества среди гумолитов выделяется четыре группы: гелитолиты, фюзенолиты, липоидолиты, микстогумолиты.

К гелитолитам относятся блестящие и полублестящие угли. Они характеризуются преобладанием гелифицированных (превращенных в гель) компонентов над липоидными (воск и др.) и фюзенизированными (сохраняющими клеточное строение). Отличаются полосчатым строением, слоистой и массивной текстурой.

Фюзенолиты включают матовые и полуматовые угли, в которых фюзенизированное вещество является основным углеобразующим и составляет в сумме более 50%, а липоидные и гелифицированные компоненты занимают второстепенное место. Обычно они однородны по строению. Характеризуются повышенным содержанием углерода, пониженным – водорода, низким выходом летучих веществ, низким содержанием гуминовых кислот.

Липоидолиты макроскопически представлены полуматовыми однородными залежами. Состоят преимущественно из липоидных компонентов (более 50%). Характерно значительное содержание минеральных примесей. Отличаются вязкостью и прочностью, некоторые виды имеют раковистый излом. В химическом составе отмечен повышенный выход летучих веществ и высокое содержание водорода.

Микстогумолиты – это класс матовых и полуматовых ископаемых углей без заметного преобладания какой-либо группы микрокомпонентов. Это вязкие, твердые и крепкие угли.

Полосчатое сложение, характерное для многих углей, обусловлено чередованием полос различного состава (дюренового или кларенового). Реже встречаются однородные угли, состоящие из одного ингредиента.

В углях всегда содержатся разнообразные примеси. Основными из них являются глинистые минералы (содержание до 50%). Такие глинистые угли занимают промежуточное положение между углисто-глинистыми породами и чистыми углями. Другими минеральными примесями являются карбонаты (особенно сидерит), сульфиды железа (пирит, марказит, мельниковит), кварц. Поэтому для углей характерна повышенная зольность. В золе углей иногда отмечаются в заметных количествах редкие и радиоактивные элементы – ванадий, германий, уран, торий и др.

Диагностическими признаками гумусовых углей являются бурая, темно-серая и черная окраска, матовый, стеклянный или полуметаллический блеск (в зависимости от степени метаморфизации), малая плотность (от 1,1 до 1,7 г/см³) и твердость (1-3 по шкале Мооса). На бисквите уголь оставляет черту (бурую или черную), часто пачкает руки.

По степени метаморфизации первичного растительного вещества и продуктов его разложения выделяют бурые, каменные угли и антрациты.

Бурые угли характеризуются содержанием углерода на органическую массу в количестве 60-75%. Они содержат гуминовые вещества, легко извлекаемые едкой щелочью или другими реактивами. Окраска бурых углей бурая, коричневая или черная. Блеск матовый или слабый стеклянный. Среди них выделяются такие разновидности, как лигнит и землистый уголь. Лигнит сохраняет в своей структуре древесное строение, представляет собой твердые стволы хвойных растений и их обломки, преобразованные после захоронения. Землистый уголь имеет землистое сложение и состоит из отдельных мелких фрагментов растительных остатков.

Каменные угли имеют темно-серую и черную окраску, стеклянный блеск, реже матовый, не содержат гуминовых кислот, извлекаемых едкой щелочью. Содержание углерода на органическую массу повышается до 75-92%.

Пример описания

Каменный уголь черного цвета, характеризуется афанитовой, колломорфной структурой, трещиноватой, тонкослоистой текстурой, обусловленной переслаиванием литотипов – кларена блестящего, очень хрупкого с раковистым изломом, который образует удлинённые линзы, и дюрена тусклого, матового, часто с грубой ступенчатой поверхностью излома. На отдельных участках, видимо, развивается фюзен (сильно пачкает руки).

Антрациты – наиболее высокометаморфизованные угли. Имеют темно-серую и черную окраску, сильный полуметаллический блеск. Содержание углерода на органическую массу – от 91 до 97%.

Более детальная классификация каменных углей и антрацитов основана на их химическом составе и технологических свойствах (спекаемость и др.) (табл. 23).

Качество углей и пригодность их к тому или иному использованию можно оценить по содержанию в них основных химических элементов (углерода, водорода, кислорода, серы, фосфора и азота), составных частей (влаги, золы, летучих веществ), физических свойств (например, плотности). Обобщающей технико-экономической характеристикой, определяющей эффективность использования углей в той или иной области, является теплотворная способность угля (табл. 24).

Таблица 23