2.2.9. Природные битумы

История использования природных битумов (bitumen) (смол) уходит к глубокой древности. Известны сооружения в междуречье Тигра и Евфрата и в Египте, которые возводились с применением битумов за 3000 лет до н.

э. Битумами покрывали водохранилища и хранилища для зерна, скрепляли плиты стен и полов во дворцах и храмах.
Их использовали для гидроизоляции тоннеля, построенного в начале 1-го тыс. до н. э. под рекой Евфратом, и в целях бальзамирования и мумификации [14; 76].
Первоначально к битумам относили только природные образования, в основном нефть и ее естественные производные (асфальт). Затем битумами стали называть искусственные асфальтоподобные продукты, получаемые переработкой природных битумов, остатков от перегонки нефти, каменноугольной и сланцевой смол (технические битумы). Кроме того, название «битумы» распространили на экстракты, извлекаемые органическими растворителями из торфа, бурого угля и др. (битумы твердых топлив). Экстракты, извлекаемые из осадков и осадочных пород, называются битумоидами [30; 57]. Все природные битумы подразделяются на нафтиды и нафтоиды. К нафтидам относят нефть и ее естественные производные: мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, озокериты т. д.
Мальта (pit asphalt, or maltha) - полужидкий природный битум, представляющий собой вязкую сгустившуюся нефть, подвергшуюся выветриванию. Мальты состоят из масел (40-65 %) и асфальтово-смолистых компонентов (не менее 35 %). Дальнейшее изменение мальт под влиянием того же фактора приводит к образованию: твердых, но легкоплавких асфальтов, содержащих 60-75 % асфальтово-смолистых веществ; асфальтитов - твердых высокоплавких и полностью растворяющихся в хлороформе и сероуглероде продуктов, содержащих более 75 % асфальтово-смолистых веществ; керитов. К битумам иногда относят также все углеводородные в своей основе природные газы (газообразные нафтиды).
Нафтоиды - нафтидоподобные продукты естественной возгонки органического вещества под влиянием магматического тепла. Они встречаются значительно реже нафтидов, еще очень слабо изучены и не имеют промышленного значения.
Технические битумы — продукты, обладающие обычно твердой или вязкой консистенцией и получаемые главным образом из тяжелых нефтяных остатков, богатых асфальтово-смолистыми веществами, для этого используют методы глубокой вакуумной перегонки тяжелых нефтяных остатков - мазутов, гудронов и др.; при 300-350 °С (остаточные битумы); окисления кислородом воздуха тяжелых остатков от перегонки нефти (гудронов и др.); при 260-280 °С (окисленные битумы); смешения окисленных битумов с неокисленными нефтепродуктами.
Основными компонентами нефтяных битумов являются асфальтены, смолы и нефтяные масла. Первые обусловливают твёрдость битумов, вторые их цементацию и эластичность, третьи служат разжижающей средой для смол и асфальтенов. Заменителями нефтяных битумов могут быть продукты термической переработки твердых топлив: высококипящие фракции смол, получаемых при коксовании и полукоксовании каменных углей, каменноугольные пеки, продукты сухой перегонки каменных углей, горючих сланцев и др.
Из общего количества битумов, потребляемых в различных отраслях промышленности, свыше 90 % падает на долю битумов искусственных, получаемых из нефти; их мировое производство составляет десятки млн т.
Битумами твердых топлив называют продукты, извлекаемые из торфа и бурых углей органическими растворителями. Главные их составные части - воски и смолы. Наиболее ценны из экстрагируемых продуктов воски; их характерные свойства - высокие температуры плавления, низкая электропроводность, высокая влагостойкость и способность при небольших добавках к другим веществам повышать температуру плавления. Содержание битумов в битуминозных торфах составляет: при извлечении бензолом 10-15 %, бензином 6-9 %. В битуминозных бурых углях (александрийские угли Украины) содержание продуктов, извлекаемых бензолом, достигает 14-16 %. Выход битумов твёрдых топлив в производственных условиях обычно составляет 80-85 % от их аналитического содержания в топливе. Минимальное содержание битумов в твердом топливе, необходимое для рентабельности процесса, 8-10 % [2; 60; 116; 125].
Асфальты природные образуется из нефти в результате испарения легких фракций, окисления под влиянием процессов гипергенеза. Сначала нефть превращается в густую, очень вязкую мальту, а затем в твердый, легко плавящийся асфальт. Дальнейшее изменение асфальтов обычно приводит к образованию асфальтитов. Иногда ас- фальты образует более или менее мощную кору на поверхности больших «нефтяных озер» (например, асфальтовое озеро на о. Тринидад).
Асфальты широко распространены в районах неглубокого залегания или выхода на поверхность Земли нефтеносных пород. Обычно заполняют трещины и каверны в известняках, доломитах и других породах. Содержание асфальтов в породах (по массе) колеблется от 2-3 до 20 %. Крупные месторождения в России расположены в Куйбышевской и Оренбургской областях, Республике Коми. За рубежом - в нефтеносных районах Венесуэлы, Франции, Иордании, Канады, Израиля.
Крупнейшим скоплением асфальта такого типа является месторождение Атабаска, находящееся в Канаде. Выходящие на поверхность песчаники раннемелового возраста содержат до 20 % асфальта, запасы которого оцениваются в 139 млрд. м3 [119].
В Канаде сосредоточены грандиозные запасы тяжелой нефти, которые приурочены к зоне нефтегазонакопления, в виде дуги длиной 960 км и площадью 77 тыс. км2, охватывающей насыщенные вязкой нефтью пески месторождений Атабаска, Пис- Ривер, Колд-Лейк, Уобаска, Ллойдминстер и Ют. Запасы этих месторождений составляют в сумме более 220 млрд м3.

Еще более мощные скопления (480 млрд м3) такой же высоковязкой и тяжелой нефти выявлены в восточной Венесуэле в полосе длиной 700 км и шириной 50-80 км по левому берегу реки Ориноко (в нижнем течении) [111].
Плотность нефти этих месторождений составляет 966-1030 кг/м3, температура застывания столь велика, что на глубинах до 600 м она либо твердая, либо напоминает по консистенции зубную пасту.
Нефть Атабаски и Оринокского пояса имеет плотность, превышающую 1000 кг/м3. Разогретая до жидкого состояния, она быстро застывает в пористой среде, пропитанной холодной пластовой водой. Эта нефть не растворяется ни в воде, ни в газе. Получить водный раствор этой нефти так же невозможно, как растворить в воде асфальт [119].
Асфальтиты, твердые природные битумы (нафтиды), представляют собой продукт существенного гипергенного изменения нефтей близ поверхности Земли. Асфальтиты плавятся при температуре выше 100 °C, целиком растворяются в сероуглероде и хлороформе, накапливаются в виде пластовых залежей у выходов нефти [116; 125].
Величайший естественный резервуар асфальта, состоящий примерно на 40 % из битума, на 30 % из глин и на 30 % из соленой воды находится в Ла-Бреа, на юго-западе Тринидада (рис. 2.10).
Самой известной достопримечательностью острова является маслянистое озеро серочерного дегтя, занимающее 45 гектаров земли и уходящее в глубину на 82 м (фототабл. 2.1).
По поверхности озера можно ходить, настолько она плотная и крепкая. Дождевая вода собирается в углублениях между складками, и битумные масла растекаются по этим лужицам, переливаясь всеми цветами радуги в изменяющемся освещении. По местной легенде, озеро дегтя образовалось на месте поселения индейцев чайма, проклятого богами после того, как его жители посмели употребить в пищу священных колибри. Свежий деготь постоянно поднимается на поверхность и разгоняется по краям медленными течениями.

Рис. 2.10. Аэрофотоснимок, геологическая карта
и схематический разрез озера асфальта на О. Тринидад (Kugler, 1959)
Промышленная добыча дегтя и смол велась на озере в течение как минимум 100 лет, но все прокопанные траншеи очень быстро заполняются новым асфальтом, стирающим все следы человеческой деятельности. Тринидад был открыт Колумбом в 1498 году. Столетием позже английский авантюрист сэр Уолтер Рэйли посетил остров и использовал деготь для своих кораблей, заявив, что он значительно превосходит по качеству деготь, поставляемый из Норвегии. Сегодня природный асфальт чаще используют для покрытия местных дорог.
Озеро смолы существует в близлежащей Венесуэле, а в центре оживленного Лос- Анджелеса расположены смоляные ямы Ла Бреа (brea - «смола» по-испански.) Они обнесены изгородью, чтобы люди не могли упасть в них и увязнуть - судьба, постигшая сотни животных задолго до того, как 200 лет назад испанцы основали здесь город.
Уже в 1875 году геологи рассуждали о том, что в смоляных ямах могли сохраниться кости животных, но прошло еще 30 лет, прежде чем археологи приступили к исследованию их содержимого. Было извлечено более полумиллиона костей животных, в том числе саблезубых тигров, мамонтов, медведей, ныне вымершего вида, огромных грифов с размахом крыльев 4 м и множество разнообразных грызунов, ящериц и насекомых. Скелеты из Ла-Бреа, составляющие величайшую в мире коллекцию останков животных, существовавших 15000 лет назад, выставлены в краевом музее Лос-Анджелеса.

Озокерит (ozokerite) (от греч. «озо» - издаю и «керос» - воск) - горный воск, минерал из группы нафтидов (битумов), жирный на ощупь и напоминающий по внешнему виду пчелиный воск (в больших массах - горная порода этого же названия). Цвет озокерита варьирует от светло-зелёного, желтого до бурого. Имеет запах керосина. Легко загорается от спички. Состоит из смеси твердых высокоплавких УВ главным образом парафинового ряда CnH2n+2 с некоторой примесью жидких УВ того же ряда. В зависимости от количества примесей имеет консистенцию от мазеобразной до твердой и хрупкой (реже). Плотность колеблется от 850 (и ниже) до 1000 кг/мъ. Элементный состав: 84-86 % углерода и 13,5-15 % водорода. Плавится при температуре 52-85 °С, иногда выше.
Озокерит растворим в бензине, керосине, нефти, сероуглероде, бензоле, хлороформе. Почти нерастворим в спирте, воде и щелочах. Генетически озокерит связан с месторождениями парафинистой нефти; встречается в жилах и в пластах. Известны пластовые озокеритовые залежи, когда горный воск пропитывает хорошо проницаемые пески, песчаники и известняки, где его содержание - от 4 до 16 %. Самое крупное ме-

<< | >>

↑

Источник: Чернова О.С.. Основы геологии нефти и газа: учебное пособие. 2008

Еще по теме 2.2.9. Природные битумы:

- Историческая геология, палеонтология - Геодезия - Геология -