Химия горючих ископаемых

ХИ М И Я ГО РЮ ЧИ Х И СКО ПАЕМ Ы Х

Допущено УМО по классическому 

университетскому образованию в качестве 

учебника для студентов, обучающихся 

по направлению 05.03.01 «Геология»

ХИМИЯ
Г О Р Ю Ч И Х
ИСКОПАЕМЫХ

УДК 550.4:552.578.2(075.8)
ББК 24:26.341

Х46

Р е ц е н з е н т ы:

Н.Н. Гольчикова

(Астраханский государственный технический университет);
А.В. Бочкарев (Волго

Химия горючих ископаемых : учебник / В.С. Мерчева,

А.О. Серебряков, О.И. Серебряков, Е.В. Соболева. – Москва :

ный ресурс].– (Бакалавриат)

Рассматривается поэтапное историческое развитие взглядов на состав

го газа и твердых горючих ископаемых, описанных на уровне современных

чения процесса познания происхождения, формирования, состава и свойств
природных горючих ископаемых предлагается словарь.

05.03.01 «Геологи»,

а также специалистов в области геологии, геохимии, добычи и переработки
нефти, газа, газового конденсата, твердых горючих ископаемых.

УДК 550.4:552.578.2(075.8)

ББК 24:26.341

© Астраханский государственный

университет, 2014

Х46

лы [Электрон

Материалы, отмеченные знаком 
, 

доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

С
ОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ

3М – 3метилалканы
БУ – бурый уголь
ГНЗ – главная зона нефтеобразования
ГЖХ – газожидкостная хроматография
ГМК – газоконденсатное месторождение
г.м. – горючая масса твердых горючих ископаемых
ЖВ – живое вещество
ЖК – жирные кислоты
ЖХ – жидкостная хроматография
КПВ – концентрационные пределы взрываемости
КК – температура конца кипения
КОВ – концентрированное органическое вещество
КУ – каменный уголь
МА – моноароматические стероиды
МР – метилфенантрен
МЦГ – метилциклогексан
МЭ – микроэлементы
НГБ – нефтегазовый бассейн
НГКМ – нефтегазоконденсатное месторождение
НК – температура начала кипения
НМП – нефтегазоматеринские пласты
НОВ – нерастворимое органическое вещество
ОВ – органическое вещество
ПА – полуантрацит
ПАУ – полициклические арены
ПДК – предельно допустимая концентрация
РОВ – рассеянное органическое вещество
САВ – смолистоасфальтеновые вещества
ТА – триароматические стероиды
УВ – углеводород(ы)
d4
20 – плотность относительная (измеренная при температуре 20 °С и отнесенная к плотности воды при 4 °С)
Ткип – температура кипения
Тн.к – температура начала кипения
Твспл – температура воспламенения
Тпл – температура плавления
Ткрит – температура критическая
Сорг – концентрация органического вещества в породе
Wp – содержание общей влаги на рабочую массу углей, %

Vdaf – выход летучих компонентов на массу угля, %
Q – теплотворная способность, МДж/кг
13С – изотоп углерода
°API (American Petroleum Institute) – единицы измерения плотности (Институт нефти США)
%масс – концентрация вещества, выраженная в процентах по массе
%об – концентрация вещества, выраженная в процентах по объему
‰ – промилле, тысячная доля
млн–1 – миллионная доля
Pz1 – возраст вмещающих пород, палеозойская эра
Mz – возраст вмещающих пород, мезозойская эра

6
Сокращения и условные обозначения

ПРЕДИСЛОВИЕ

В курсе «Химия горючих ископаемых», являющемся частью основного спецкурса для геологовнефтяников
«Геология и геохимия горючих ископаемых», изучаются свойства и состав вещества горючих ископаемых – природных газов, нефтей (газового конденсата), торфа, бурых и каменных
углей, антрацитов, горючих сланцев, их предшественников в
биосфере и продуктов изменения в различных обстановках
земных недр.
Информация о веществе, возможных способах его образования и оценка его значимости необходимы, с одной стороны,
для понимания фундаментальных проблем генезиса и формирования скоплений горючих ископаемых, а с другой – для использования данных о составе при решении конкретных задач
поиска, разведки и рациональной эксплуатации промышленных залежей.
Любому специалисту, занимающемуся поисками и разведкой горючих ископаемых, нужно понимать, как получают информацию о составе интересующего его объекта, и знать принципы использования этой информации для решения теоретических и практических задач.
Предметом изучения химии горючих ископаемых является
вещество, объектами – природные горючие ископаемые, их
предшественники и продукты изменения в недрах. При изучении этих объектов используются методы исследования, применяемые в органической химии для определения свойств и
состава сложных смесей и растворов на разных аналитических
уровнях. Поскольку наука «Химия горючих ископаемых» стоит
на стыке нескольких направлений геологии и химии, то существует специфика объектов и методов их изучения – возможные состояния и особенности состава горючих ископаемых в
конкретных термобарических и минеральных условиях земных недр.

Правильное понимание геохимических процессов образования органического вещества (ОВ) горючих ископаемых и
преобразования его на всех стадиях литогенеза невозможно без
знания молекулярного состава живого вещества, органического вещества современных и древних отложений, а также состава самих горючих ископаемых.
Развитие геохимической науки и ее инструментальной базы влечет за собой расширение используемых известных законов, фактов, теорий, а также введение новых методов и определений, исследующих и описывающих геологические объекты.
Кроме того, в геохимической науке, изучающей и описывающей природные процессы, сформирована устоявшаяся индивидуальная химическая терминология. Каждый из используемых в геохимической области терминов имеет несколько синонимов в соответствии с существующими классификациями,
что затрудняет восприятие материала специалистами геологических и других профессий, так как многие термины, введенные ранее и используемые длительное время, не отвечают современному состоянию геохимической науки. Наблюдаются
случаи введения в литературу новых терминов для понятий,
уже имеющих соответствующие названия. Нередко употребляются геохимические термины, являющиеся по своей сути синонимами русских названий. Все это требует упорядочения
геохимической терминологии, чтобы дать терминам строгое
научное толкование и тем самым обеспечить геологам возможность пользоваться научным языком. В связи с этим в учебнике
предлагается словарь, где собраны термины и их определения
из энциклопедических изданий и действующей нормативной
документации.
Одним из путей решения учебных и научных задач, существующих на этапе современного развития геохимии, является
использование в процессе обучения таких методов и приемов,
которые в наивысшей степени содействуют осознанному овладению студентами геохимическим материалом, активизируют
самостоятельность познавательной деятельности, способствуя
интенсификации учебновоспитательного процесса в науках о
Земле.

8
Предисловие

В
ВЕДЕНИЕ. РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ
НА СОСТАВ И СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ
ИСКОПАЕМЫХ

Уголь и нефть – самые распространенные в земной коре и поэтому самые известные горючие ископаемые –
издавна обратили на себя внимание человека своей способностью легко загораться и гореть без поддержки пламени извне,
выделяя при этом большое количество теплоты. Ископаемые
угли были известны человеку еще в каменном веке. Упоминание об углях имеется у Аристотеля и Теофраста (IV в. до н.э.).
В Китае за несколько столетий до новой эры каменные угли
применялись как топливо, в металлургии и гончарном (фарфоровом) производстве.
В Западной Европе угли стали использоваться в XI–XII вв.
В Англии каменный уголь применялся как бытовое топливо с
XII в. В России уголь стали добывать значительно позже –
только в XVII в. В 1721 г. были открыты каменные угли на
р. Донец, в 1723 г. – пласты бурого угля в Подмосковье, в
1722 г. – в Кузнецком бассейне. Разработка углей началась позже; так, угли Подмосковного бассейна стали добывать в значительных количествах с 1884 г., а эксплуатация Кузнецкого бассейна началась после 1917 г.
Мальты и асфальты – продукты природного изменения
нефти – человек использовал раньше, чем нефть. По археологическим данным, ранее всех асфальт использовали суммерийцы,
жившие в долине Евфрата до вавилонян (около 3000 лет до н.э.).
Они применяли его для цементирования украшений из раковин на глиняной посуде и статуях. В Ассирии (V в. до н.э.) асфальт использовали в качестве строительного цемента и для
осмоления судов. Древние персы (2800–2500 лет до н.э.) асфальтом укрепляли инкрустации на скульптурах и изготовляли
из него скульптуры. В Древнем Египте (2500 лет до н.э.) его
употребляли для бальзамирования мумий и пропитки деревянных предметов с целью предохранения от гниения. Вавилоняне (700–500 лет до н.э.) пользовались асфальтом как цементом

при кирпичной кладке. Карфагеняне (250 лет до н.э.) употребляли природные производные нефти для приготовления «греческого огня», применявшегося как боевое зажигательное
средство. Плинийстарший в Риме (около 100 г.) упоминает об
асфальте как о лечебном средстве.
Знаменитый венецианский путешественник Марко Поло
(конец ХIII в.) описал источник жидкого «битума» у г. Баку и
древний храм персовогнепоклонников, в котором горел газ,
подведенный по глиняным трубам из естественного выхода.
На территории бывшего СССР с древнейших времен известны
естественные выходы на Апшеронском полуострове, полуострове Челекен, в Ферганской долине, Прикаспийской низменности (район р. Эмбы), выходы по берегам рек Республики Коми, на Западной Украине и в других районах. До сих пор в Азербайджане и югозападной Туркмении сохранились древние
колодцы и горные выработки, где добывали асфальт и другие
нафтиды.
Значительно позднее (XVIII в.) нефть стали использовать
как топливо и осветительный материал. Сначала добыча производилась из естественных выходов путем снятия нефтяных
пленок с поверхности воды, позже для добычи нефти стали
рыть колодцы. Кустарная колодезная добыча нефти издавна
велась местным населением. По свидетельству арабского историка Истархие, еще в VIII в. бакинцы за отсутствием дров
использовали для отопления землю, пропитанную нефтью.
В России немного нефти добывалось колодцами и штольнями
в Ухте еще со времен Петра Первого. В 1735 г. в Балаханах было
52 колодца, из которых черпали нефть. Бакинские ханы сдавали колодцы на откуп. Годовая добыча составляла тогда 3276 т
нефти. В XIX в. колодезная добыча составила за период
1822–1861 гг. около 860 тыс. т, из которых на долю добычи в Баку приходилось 817 тыс. т., в Грозном – 8 тыс. т, на Кубани –
36 тыс. т.
Бурение сыграло решающую роль в использовании нефти,
позволив извлекать чистую, не подвергшуюся осмолению
нефть с более значительных глубин. Первую скважину, из которой была получена нефть, пробурили в 1132 г. в Китае в провинции Сычуань; нефть получили случайно, так как скважина
бурилась на соль.

10
Введение