15. elıadás SZERVES ÜLEDÉKES KİZETEK
A KİSZÉN A kıszén növényi eredető, szilárd, éghetı, fosszílis üledékes kızet. A kıszénképzıdés szakaszai: Biokémiai szénülési folyamatok: kis mélységben huminsavak képzıdése; ezekbıl huminanyagok kondenzálódnak. Elıször baktériumok és gombák, késıbb anaerob körülmények között. Biokémiai gélképzıdés: a tızeg és a lágy barnakıszénre jellemzı. Geokémiai gélképzıdés: a kemény barnakıszénre jellemzı állapot. A lágy barnakıszén huminjából alakul ki a kemény barnakıszén és feketekıszén vitrinitje. Geokémiai szénülési folyamatok: nagyobb mélységben történik, hatótényezı a hımérséklet és a folyamat rendelkezésére álló idı. Jellemzık: nedvességtartalom csökkenése; a szerves anyagokban az (OH), (COOH), (CO)-csoportok leszakadása; fokozódó kondenzáció, polimerizáció; csökken a N, O, S, H, illetve nı a C mennyisége.
A SZÉNÜLÉSI FOLYAMATOK SZAKASZAI Meghatározása: optikai tulajdonságok (vitrinitreflexió), illó- szén- és nedvességtartalom, víztartalom és főtıérték. Tızeg-barnakıszén átalakulás határértékei: nedvességtartalom 75%; széntartalom 60%; szabad cellulóz van benne / nincs benne; 200-400 m mélységnél. Lignit-szubbitumenes szén átalakulás határértékei: lignin, cellulóz mind huminanyagokká alakul át. Megkezdıdik a huminanyagok vitritizációja és a geokémiai gélképzıdés. Bitumenes szenek képzıdéséhez min. 1500 m (max. 2000-4000 m mélység) szükséges. Antracit stádium jellemzıi: hidrogéntartalom csökken; széntartalom nı; gyors reflexiónövekedés; optikai anizotrópia növekedés. Bituminizáció: a szénülési folyamat azon része, amikor a liptinitbıl és vitrinitbıl kıolajszerő, bitumenes anyag képzıdik.
lignin huminsav átalakulás vázlata molekuláris szerkezetváltozás feketekıszén antracit átalakulás során
NÉHÁNY KİSZÉNTÍPUS JELLEMZİ ADATAI
A KİSZENEK ALAPVETİ ELEGYRÉSZEI: MACERÁLOK A macerálok optikailag homogén, de kémiailag különbözı, nem kristályos szerkezető szerves anyagok. Kémiai összetételük, reflexióképességük, eredetük alapján a következı csoportokra oszthatók: Vitrinit: huminanyagok gélesedett terméke, növényi sejtfalak lignin- és cellulóztartalmából származik. Liptinit: spóra- és pollenszemcsék, algák, magasabb rendő növények ellenálló szöveteinek, zsír- és viaszjellegő vegyületeinek lebontása során képzıdik. Inertinit: hasonló anyagokból képzıdik, mint a vitrinit, de oxidációs úton jön létre. Elsısorban huminanyagok oxidációs terméke.
Macerál szöveti elemek vitrinit liptinit
NÉHÁNY KİSZÉNTÍPUS tızeg feketekıszén lignit
A KİSZÉNKÉPZİDÉS TÍPUSAI Síklápi kıszénképzıdés: szárazföldhöz közeli, partszegélyi helyzetben, pár méteres vízmélységben, döntıen humuszkıszénképzıdés folyik. Mélylápi kıszénképzıdés: szárazföldtıl távolabb, nagyobb vízmélységben, szél által szállított spóra és alga eredető kıszén képzıdik. Ezekbıl lesznek a szapropél-kıszenek. A kıszénképzıdés nagy mennyiségő, hosszabb idın át tartó szerves anyag behordást, az eltemetıdéssel lépést tartó nyersanyag felhalmozódást, korlátozott oxigénellátású környezetet és savas közeget igényel.
delta tengerparti képzıdés lápi képzıdés
SZÉNHIDROGÉNEK: KİOLAJ, FÖLDGÁZ ÉS SZILÁRD SZÉNHIDROGÉNEK A kıolaj a földkéregben található nyílt szénláncú vagy aromás szénhidrogének bonyolult keveréke, mely kisebb mennyiségben N-, S- és O-tartalmú vegyületeket és földgázt is tartalmazhat. Felszíni viszonyok között folyékony, vagy dermedı anyag. Lumineszkál, optikailag aktív, szaga a könnyenillók függvénye. A földgáz a földkéregben található gáznemő anyagok keveréke (nyílt szénláncú szénhidrogének paraffin-sorának elsı négy tagja, továbbá hidrogén, nitrogén és nemesgázok). A száraz gázok alapvetıen csak metánt; a nedves gázok a metán mellett nagyobb szénatomszámú szénhidrogéneket (etán, propán, bután stb.), míg a savanyú gázok ezek mellett még kén-hidrogént is tartalmaznak. A szilárd szénhidrogénekben a bitumen-, aszfalt- és gyantafrakciók komponensei a fı alkotók. Ilyen kızetek az olajpala, kátrányhomok, és a természetes aszfalt.
A SZÉNHIDROGÉNEK KELETKEZÉSE A fı olajképzıdési zóna a földkéregben 1500-4000 m közötti mélységre tehetı. Fontos, hogy a hımérséklet nem haladhatja meg a 200 C-ot. Biokémiai szakasz: a biopolimerek (proteinek, lipidek, szénhidrátok) mikrobiológiai folyamatok során lebomlanak. Geokémiai szakasz: az elızı folyamatok során lebomlott anyagok ebben a szakaszban új szerkezetekbe épülnek be: kıszenek maceráljaiba, és a kerogénbe. A kerogén az üledékes kızetnek azt a diszperz, szerves anyagát jelöli, amelybıl szénhidrogének keletkezhetnek. Alga és bituminit eredető kerogénbıl sok kıolaj és földgáz; Liptinites kerogénbıl kevés kıolaj és sok földgáz; Vitrinites kerogénbıl kevés kıolaj és kevés földgáz képzıdik.
SZÉNHIDROGÉNEK A FÖLDKÉREGBEN Azt a kızetet, amelyben a benne lévı szerves anyagokból az érési folyamatok során szénhidrogének képzıdhetnek, anyakızetnek nevezzük. Anyakızetnek bármely szervesanyag-tartalmú, finom szemcsés kızet megfelelı, ha megfelelı viszonyok (anaerob környezet, megfelelı hımérséklet nyomás) közé kerül. A szénhidrogének nagy része nem az eredeti keletkezési helyén található meg, hanem az anyakızettıl több 100, vagy akár több 1000 km távolságra, ahová vándorlás / migráció révén kerül. A tárolókızeteknek (melyek elsısorban üledékes kızetek) megfelelı pórustérfogatúnak kell lennie. A szénhidrogén-telepek létrejöttéhez az szükséges, hogy a permeábilis kızetek bizonyos részein impermeábilis zárórétegekkel körülhatárolt csapdák jöjjenek létre.