Химия горючих ископаемых

ХИМИЯ ГОРЮЧИХ 
ИСКОПАЕМЫХ

О.И. СЕРЕбРЯКОв
Т.С. СМИРнОвА
в.С. МЕРЧЕвА
Е.в. СОбОлЕвА
А.О. СЕРЕбРЯКОв

2-е издание, дополненное

Рекомендовано
Федеральным учебно-методическим объединением Минобрнауки России  
для магистрантов высших учебных заведений, обучающихся  
по направлению 05.04.01 «Геология»

Москва 
ИНФРА-М 
2022

УЧЕбнИК

УДК [550.4+552.578.2](075.8)
ББК 24:26.341я73
 
C32

Серебряков О.И.
C32  
Химия горючих ископаемых : учебник / О.И. Серебряков, Т.С. Смирнова, В.С. Мерчева, Е.В. Соболева, А.О. Серебряков. — 2-е изд., доп. — 
Москва : ИНФРА-М, 2022. — 404 с. — (Высшее образование: Магистратура). — DOI 10.12737/1041945.

ISBN 978-5-16-015577-7 (print)
ISBN 978-5-16-108214-0 (online)
Настоящий учебник является изданием последнего поколения, предназначенным для оптимизации национального проекта «Образование»; развивает 
теоретические знания о генезисе природных жидких, газообразных и твердых горючих ископаемых, формировании состава и свойствах, практическом значении 
топливно-энергетических природных комплексов. Посвящен изучению состава, 
свойств и классификации нефтей, газового конденсата, природных газов и твердых горючих ископаемых, исследованных на уровне современных достижений 
инструментального аналитического и заводского оборудования в соответствии 
с существующими технологиями, теориями и гипотезами о генезисе углеводородов и наук о Земле. Издание дополнено основными направлениями переработки горючих ископаемых. Изложены цифровые и графические типы химических 
моделей синергии компонентов залежей газов и нефтей, необходимые для прогнозирования фазового состояния и состава углеводородов и оптимизации направлений переработки товарной продукции. Для облегчения процесса познания 
происхождения и формирования состава и свойств природных горючих ископаемых предлагаются глоссарий, тесты, а также вопросы к зачету и экзамену.
Для контроля знаний, полученных студентами при изучении материалов 
учебника, каждая глава сопровождается вопросами и заданиями.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
05.04.01, 05.03.01 «Геология», 21.05.02 «Прикладная геология», а также для специалистов в области геологии, геохимии, добычи и переработки нефти, газа, газового конденсата, твердых горючих ископаемых.

УДК [550.4+552.578.2](075.8) 
ББК 24:26.341я73

Р е ц е н з е н т ы:
Н.Н. Гольчикова, доктор геолого-минералогических наук, профессор Астраханского государственного технического университета;
А.В. Бочкарев, доктор геолого-минералогических наук, профессор 
Волгоградского архитектурно-строительного университета

ISBN 978-5-16-015577-7 (print)
ISBN 978-5-16-108214-0 (online)

© О.И. Серебряков, Т.С. Смирнова, 
В.С. Мерчева, Е.В. Соболева, 
А.О. Серебряков, 2014
© О.И. Серебряков, Т.С. Смирнова, 
В.С. Мерчева, Е.В. Соболева, 
А.О. Серебряков, 2021, с изменениями

Авторский коллектив

Олег Иванович Серебряков, доктор геолого-минералогических 
наук, профессор, заведующий кафедрой «Промысловая геология, 
гидрогеология и геохимия горючих ископаемых» Астраханского государственного университета (введение, гл. 2: 2.1, 2.2; гл. 6: 6.1, 6.2);
Татьяна Сергеевна Смирнова, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры «Промысловая геология, гидрогеология 
и геохимия горючих ископаемых» Астраханского государственного 
университета (гл. 2: 2.3—2.7; гл. 7: 7.1—7.3, тесты);
Валентина Сергеевна Мерчева, кандидат технических наук, доцент (гл. 3: 3.1—3.4; гл. 5: 5.3; глоссарий, тесты);
Елена Всеволодовна Соболева, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, доцент кафедры «Геология и геохимия горючих 
ископаемых» Московского государственного университета имени 
М.В. Ломоносова (гл. 4: 4.1, 4.2; гл. 5: 5.1, 5.2);
Андрей Олегович Серебряков, доцент кафедры «Промысловая гео
логия, гидрогеология и гео химия горючих ископаемых» Астраханского государственного университета (гл. 6: 6.1, 6.2; гл. 7: 7.2, 7.3).

Сокращения и условные обозначения

3М — 3-метилалканы
АК — апокатагенез
БУ — бурый уголь
°ВУ — вязкость условная
ГЖХ — газожидкостная хроматография
г.м. — горючая масса твердых горючих ископаемых
ГМК — газоконденсатное месторождение
ГНЗ — главная зона нефтеобразования
ГФУ — газофракционирующая установка
ДГ — диагенез
ЖВ — живое вещество
ЖК — жирные кислоты
ЖХ — жидкостная хроматография
КК — температура конца кипения
КОВ — концентрированное органическое вещество
КПВ — концентрационные пределы взрываемости
КУ — каменный уголь
МА — моноароматические стероиды
МК — мезокатагенез
МК2 + МК3 — вторая и третья подстадии мезокатагенеза
МК4 + АК1 — четвертая подстадия
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
ОС — отощенно-спекающийся уголь
ПА — полуантрацит
ПАУ — полициклические арены
ПДК — предельно допустимая концентрация
ПК1 + ПК2 — первая и вторая подстадии протокатагенеза
ПК3 + М1 — третья подстадия протокатагенеза плюс первая подстадия мезокатагенеза

ПК3 + МК1 — третья подстадия протокатагенеза плюс первая 
подстадия мезокатагенеза
РОВ — рассеянное органическое вещество
САВ — смолисто-асфальтеновые вещества
ТА — триароматические стероиды
ТУ — тяжелые углеводороды
УВ — углеводород(ы)
ЭЛОУ — электрообессоливающая установка
°API (American Petroleum Institute) — единицы измерения плотности (Инсти тут нефти США)
13С — изотоп углерода
Сорг — концентрация органического вещества в породе

20
4
d
 — плотность относительная (измеренная при температуре 
20°С и отнесен ная к плотности воды при 4°С)
F daf — выход летучих компонентов на массу угля, %
hv — хвалынские отложения
hz — хазарские отложения
J1 — нижняя юра
K1al — альбский ярус нижнего мела
K1ар — аптский ярус нижнего мела
K1nc — неокомский ярус нижнего мела
MZ — возраст вмещающих пород, мезозойская эра
nk — новокаспийские отложения
PZ — возраст вмещающих пород, палеозойская эра
Q — теплотворная способность, МДж/кг
Твспл — температура воспламенения
Ткип — температура кипения
Ткрит — температура критическая
Тн.к — температура начала кипения
Тпл — температура плавления
W — содержание общей влаги на рабочую массу углей, %
%масс — концентрация вещества, выраженная в процентах 
по массе
%мол — масса вещества, выраженная в молях, %
%об — концентрация вещества, выраженная в процентах 
по объему
‰ — промилле, тысячная доля млн–1 — миллионная доля

введение

Актуальность учебника состоит в том, что он является изданием 
последнего поколения, предназначенным для оптиизации национального проекта «Образование» и соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего 
образования последнего поколения. Учебник предназначен для магистрантов специальностей «Прикладная геология», «Геология», 
«Науки о Земле», а также для преподавателей, работников топливно-энергетического комплекса, производственных геолого-разведочных и нефтегазодобывающих предприятий, научных и проектных организаций.
Изучение данной дисциплины позволит сформировать следующие компетенции:
1) общекультурные (ОК): способность к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);
2) общепрофессиональные (ОПК): владение представлениями 
о современной научной картине мира на основе знаний основных 
положений философии, базовых законов и методов естественных 
наук (ОПК-2);
3) профессиональные (ПК): готовность применять на практике 
базовые общепрофессиональные знания и навыки полевых геологических, геофизических, геохимических, гидрогеологических 
нефтегазовых и эколого-геологических работ при решении производственных задач (в соответствии с направленностью (профилем) 
программы бакалавриата) (ПК-4).
В результате освоения дисциплины обучающийся будет:
знать
— свойства основных органогенных элементов — углерода, 
водорода, кислорода, азота и серы, их распространенность в различных оболочках Земли;
— состав живого вещества основных биопродуцентов органического вещества горючих ископаемых;
— состав горючих ископаемых на разных аналитических 
уровнях — элементном, групповом, групповом углеводородном 
и молекулярном;
— принцип действия и устройство газовых хроматографов, 
масс-спектрометров, прибора для определения фракционной разгонки нефти, пиролиза и элементного состава горючих ископаемых 
и органического вещества пород, а также правила отбора проб угле

водородных флюидов и образцов пород, теоретические основы интерпретации геохимических данных;
уметь
— исследовать свойства и состав нефти, газа, угля и оценивать 
их качество;
— интерпретировать геолого-геохимические данные для решения вопросов поиска и разведки горючих ископаемых;
— пользоваться научной литературой для геолого-геохимических обобщений и написания производственных отчетов;
— анализировать базы данных по свойствам и составу горючих 
ископаемых и обрабатывать их, используя компьютерные технологии;
владеть
— терминологической базой дисциплины — системой терминов 
и определений, образующих фундаментальную научную основу 
дисциплины;
— навыками работы на аналитических приборах для определения элементного, группового, молекулярного состава и свойств 
горючих ископаемых,
— приемами первичной обработки геологического полевого 
и аналитического лабораторного материала и методами его обобщения, методами интерпретации данных о составе и свойствах горючих ископаемых.
Курс «Химия горючих ископаемых» является вариативным 
и входит в перечень обязательных дисциплин при обучении геологовнефтяников по направлению подготовки 05.04.01 «Геология» (направленность «Геология и геохимия горючих ископаемых»); студенты изучают 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 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 исследовании 
этих объектов используются методы, 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, 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 образо вания 
органического вещества горючих ископаемых и его преобразования 
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 термин, используемый в геохимической области, 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 названия. 
Нередко употребляются геохимические термины, являющиеся 
по сути синонимами русских названий. Все это требует упорядочения 
геохимической терминологии, чтобы дать терминам строгое научное 
толкование и тем самым обеспечить геологам возможность использования научного языка. В связи с этим в учебнике имеется словарь, 
в котором 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 овла дению 
студентами геохимическим материалом, активизируют самостоятельность познавательной деятельности, способствуя интенсификации учебно-воспитательного процесса в науках о Земле.

Глава 1.  
РАЗвИТИЕ вЗГлЯДОв нА СОСТАв 
И СвОЙСТвА ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Уголь и нефть — самые распространенные в земной коре и поэтому самые известные горючие ископаемые. Они издавна обратили 
на себя внимание человека своей способностью легко возгораться 
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; 
их человек начал использовать раньше, чем нефть. По археологическим данным, асфальт служил еще суммерийцам, жившим в долине Евфрата до вавилонян (около 3000 лет до н.э.), которые 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 делали 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.) 
применяли природные производные нефти для приготовления 
«греческого огня», использовавшегося как боевое зажигательное 
средство. Плиний Старший 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 персов-огнепоклонников, 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 юго-западной Туркмении 
сохранились древние колодцы и горные выработки, из которых добывали асфальт и другие нафтиды.
Значительно позднее (XVIII в.) нефть стали использовать как 
топливо и осветительный материал. Сначала добыча проводилась 
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 еще со времен Петра Первого немного нефти добывалось с помощью колодцев и штолен в Ухте. 
В 1735 г. в Балаханах было 52 колодца, из которых черпали нефть. 
Бакинские ханы сдава ли колодцы на откуп. Годовая добыча составляла 3276 т нефти. В 1822—1861 гг. колодезная добыча составила 
около 860 тыс. т, из которых на долю Баку приходилось 817 тыс. т., 
Грозного — 8 тыс. т, Кубани — 36 тыс. т.
Бурение сыграло решающую роль в использовании нефти, так 
как позволило извлекать чистую, не подвергшуюся осмолению 
нефть со 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.
Первая легкая нефть из скважины с глубины 21 м была получена в Пенсильвании 28 августа 1859 г. полковником Эдвином 
Дрейком, который собрал ее в бочки из-под виски. Вместимость 
этой бочки — баррель (159 л) стала мерой объема нефти. Эту дату 
можно считать датой рождения мировой нефтяной промышленности. Уже через год керосин, полученный из нефти, начали использовать для освещения улиц и отопления домов. Но по сути 
«нефтяная цивилизация» зародилась в начале XX в., когда был изобретен автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания 
и открыто (в 1908 г.) гигантское месторождение нефти МесджедеСулейман в Иране.