Материал: Промышленность и окружающая среда.

Главной составляющей нефтей являются углеводороды. Как следует из са­ мого слова, они состоят исключительно из углерода и водорода, связанных между собой так, что они образуют несколько основных молекулярных ти­ пов. В нефти присутствуют три основных класса углеводородов: парафино­ вые, нафтеновые и ароматические. Другие органические соединения нефти кроме этих элементов содержат гетероатомы: серу, азот и кислород; в ма­ лых количествах присутствуют также хлор, ванадий, никель, мышьяк и дру­

гие металлы.

Углеводороды нефтяных и газовых залежей образовались по большей части в мелкозернистых нефтегазоматеринских осадках: илах, глинах, мер­ гелях, карбонатах и др. Породы, способные аккумулировать значительные количества мигрирующих в них нефти и газа, получили название природных резервуаров или коллекторов. Наиболее распространенные коллекторы представлены главным образом песчаниками и карбонатами.

При уплотнении, диа- и эпигенезе горных пород происходит выжимание поровых жидкостей из тонкозернистых осадков (таких, как глины), кото­ рые при этом значительно сокращаются в объеме. Так как большинство нефтематеринских пород имеет тонкозернистую структуру, этот процесс дает начало первичной миграции углеводородов, которые перемещаются в направлении пород-коллекторов.

Почти в 60% крупных нефтяных месторождений коллекторы пред­ ставлены песчаниками. В качестве коллекторов фигурируют также из­ вестняки, в том числе рифовые и трещиноватые, и кавернозные доломи­ ты. Легкие углеводороды (всплывающие на поверхность воды) накапли­ ваются в ловушках под вышележащими непроницаемыми пластами. В ро­ ли покрышек выступают обычно аргиллиты, мергели и эвапориты (глав­ ным образом гипсы).

К началу 80-х годов XX в. за весь период нефтеразработки (начиная с 50-х годов XIX столетия) было добыто около 55 млрд т нефти. По по­ следним данным доказанные и разведанные ресурсы нефти составляют 124 млрд т, в то время как в 1950 г. они не превышали 10 млрд т. Таким об­ разом, средний прирост ресурсов составлял около 3% в год.

В настоящее время поисково-разведочное бурение на нефть и газ ве­ дется главным образом на площади шельфовых зон Мирового океана, превышающей 4 млн км2, а всего перспективными признаны не менее 15 млн км2. Сегодня на морские месторождения приходится 25% общеми­ ровой добычи нефти.

Как считают специалисты, и континенты суши, и особенно Мировой океан еще таят в своих недрах крупные, не обнаруженные до сих пор запа­ сы нефти и газа. На материках выявлено около 600 перспективных осадоч­ ных бассейнов, из них обследовано лишь 400. Слабо изучены многие районы Африки, Аляски, Южной Америки, недостаточно исследована Антарктида. Активизируются в последнее время поиски в зонах столкновения литосфер­ ных плит, где согласно последним научным гипотезам, существуют особен­ но благоприятные условия для формирования залежей углеводородов.

Увеличение запасов связывают и с более полным освоением нефтяных пластов, в том числе и на больших глубинах (до 6-10 км) и в уже отработан­ ных месторождениях. Крупные запасы нефти сформированы в нефтенос­ ных песках и горючих сланцах, в битуминозных породах, которые содержат

так называемую тяжелую нефть (мальту). Их общие запасы огромны: по подсчетам геологические ресурсы тяжелой нефти в мире оцениваются в 800 млрд т (Россия, Канада, Венесуэла). Но освоить эти запасы в промыш­ ленных масштабах пока не удается.

2.3.4.2. ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

По оценкам МИРЭК-ХШ (1986 г.) общие запасы природного газа соста­ вляют около 270 трлн м3 (или 10,5 млн ПДж). На 1998 г. разведанные запа­ сы оценивались в 109 трлн м3. За весь период добычи газа из недр его извле­ кли около 30 трлн м3. С 1987 г. кратность извлекаемых запасов газа непре­ рывно увеличивается благодаря усиленной разведке на шельфе Мирового океана и в глубинных слоях земной коры. До сих пор более половины пло­ щади шельфа в отношении газоносности еще не исследовано, а на подвод­ ные газопромыслы уже приходится более 15% общемировой добычи газа. Газ распределяется в недрах еще более неравномерно, чем нефть. В табл. 2.49 приведено распределение запасов нефти и газа по материкам.

2.3.4.3. УГОЛЬ

Общие ресурсы ископаемых углей в недрах планеты огромны. По дан­ ным МИРЭК-ХШ (1986 г.) они достигли 13 868 млрд т. Доказанные извле­ каемые ресурсы углей на 1990 г. (табл. 2.50) с учетом развития горнодо-

Разведанные запасы ископаемых углей (1990 г.)

бывающей техники и рентабельности разработки оцениваются в 1600 млрд т, из которых 1075 млрд т приходится на антрацит и каменные угли, 523 млрд т - на бурые угли. При объеме ежегодной добычи в разме­ ре 3 млрд т каменного угля и 1 млрд т бурого угля извлекаемых запасов хватит на 220 лет.

Угленосные бассейны по территории земного шара размещены нерав­ номерно. Их основная часть находится на территории б. СССР, США, Китая и ЮАР. На долю этих стран приходится более 80% общих и свыше 90% из­ влекаемых ресурсов каменных углей. Крупными запасами обладают также Польша, Германия, Австралия, Великобритания и ряд других стран.

Распространение угленосных серий во времени и в пространстве контро­ лируется эволюционными, климатическими и геологическими факторами (табл. 2.51). Так как исходное вещество углей образовалось из высших на­ земных растений, распространение залежей угля, по существу, ограничено верхнепалеозойскими и постпалеозойскими осадками, которые аккумули­ ровались после появления на Земле растительного покрова. Редкие уголь­ ные пласты, встречающиеся в более древних отложениях (например, антра­ цитоподобные шунгиты в нижепалеозойском разрезе Балтийского щита), имеют, по-видимому, водорослевое происхождение.

Благодаря не вполне еще понятному стечению обстоятельств, значи­ тельная часть мировых запасов углей сформировалась на протяжении отно­ сительно короткого временного отрезка - всего около 75 млн лет, приуро­ ченного к концу позднего палеозоя, когда обширные территории Европы, Северной Америки и бывшего суперконтинента Гондвана были покрыты густыми лесами, послужившими исходным материалом для мощных уголь­ ных скоплений.

Подавляющее большинство каменных углей, использующихся в про­ мышленности, составляют гумусовые угли, образовавшиеся из расти­ тельных остатков смешанного состава. Высокометаморфизованные гу­ мусовые угли (табл. 2.52) - блестящие и обычно хорошо расслоенные, благодаря чему они легко раскалываются. Углеводороды и другие соеди­ нения, из которых состоят гумусовые угли, редко сохраняют следы кле­ точной структуры.

Сапропелевые угли относительно больше обогащены углеводородами, и исходным их материалом могут быть как споры и пыльца высших расте­ ний, так и остатки водорослей. Кеннельские угли (кеннели), образующиеся, как правило, при отложении исходного материала в застойных водоемах, яв­ ляются второстепенными компонентами углей и присутствуют в большин­ стве угольных залежей. Богхеды - это угли, получившиеся частично из во­ дорослевых остатков; торбаниты (разновидности кеннелей) в основном сло­ жены водорослями. Сапропелевые угли обладают жирным блеском и рако­ вистым изломом, легко воспламеняются при низких температурах. В ре­ зультате перегонки из них могут быть получены нефть и газ.

До 60-х годов XX столетия ископаемые угли представляли собой глав­ ный вид топлива в мировой экономике: на их долю приходилась почти поло­ вина производства первичных энергоресурсов. Переориентация мировой энергетики на жидкое и газообразное топливо сократило эту долю до 28% (начало 80-х годов XX в.). Однако объективные причины (нестабильность нефтяного рынка и мировой энергетический кризис 1973 г. и др.) возврати­ ли интерес к твердому топливу. Уже в 1988 г. более 30% энергии было про­ изведено за счет углей.

2.3.4.4. УРАН

Благодаря большой ценности урана горные породы даже со сравнитель­ но невысокими его концентрациями считаются (табл. 2.53) потенциальными рудными телами. Главные минералы урана - уранит и урановая смолка (настуран), имеющие общую формулу 1Ю2. Из урансодержащих минералов следует назвать также коффинит (гидросиликат урана); существуют и дру­ гие, хуже диагностируемые природные соединения урана. Окисленные “желтые продукты” - карнотит и уранофан - дают характерные пятнистые образования вокруг скоплений урановых руд.

Источниками урана в осадочных породах являются скопления обломоч­ ных минералов, либо вещества, осаждающиеся из урансодержащих грунто­ вых вод. Чтобы понять генезис этих залежей, необходимо учитывать, что уранинит и другие минералы, в которых содержится четырехвалентный уран, легко разлагаются в окислительной обстановке. Поэтому в процессе выветривания горных пород уран освобождается, а затем переотлагается грунтовыми водами и гидротермальными растворами.

Все урановые месторождения, связанные с россыпями, имеют раннепро­ терозойской возраст (> 2 млрд лет). По данным некоторых специалистов, они были сформированы в тот период, когда благодаря низкому содержа­ нию кислорода в атмосфере уранинит и урановая смолка почти не разруша­ лись при выветривании и накапливались вместе с другими тяжелыми мине­ ралами (см. табл. 2.53).

Ресурсы современной топливной базы для ядерной энергетики опреде­ ляются стоимостью добычи урана при затратах, не превышающих 130 долл, за 1 кг U30 8. В настоящее время мировые геологические ресурсы урана оце­ ниваются от 5 до 20 млн т. Это ядерное сырье может быть использовано на легководных реакторах с тепловыми нейтронами. Производство энергии на строящихся АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (реакторами-размно­ жителями) мало зависит от стоимости сырья. При этом ресурсы ядерного