Дикероген: твёрдое органическое вещество¶

Дикероген — твёрдое, нерастворимое органическое вещество, рассеянное в осадочных горных породах и являющееся исходным материалом для образования нефти и природного газа. Термин происходит от греческих слов «di» (через, сквозь) и «keros» (воск) и был предложен в 1912 году немецким учёным А. Брейтшнайдером. Дикероген представляет собой сложную смесь высокомолекулярных органических соединений, не экстрагируемых обычными органическими растворителями, и составляет основную часть органического вещества осадочных пород — так называемого керогена.

¶Общая характеристика

Дикероген — это полимерное, аморфное или слабокристаллическое вещество, входящее в состав нефтематеринских пород. Его содержание в породе обычно измеряется в процентах от массы и может варьироваться от долей процента до 20–30 % в богатых сланцах. Именно дикероген определяет нефтегазогенерационный потенциал осадочного бассейна: при погружении породы на определённые глубины и нагреве до температур 60–150 °C он претерпевает термическую деструкцию, выделяя жидкие и газообразные углеводороды.

В отличие от битумоидов — растворимых в органических растворителях компонентов, дикероген нерастворим и требует для своего разложения либо высоких температур, либо химического окисления. По этой причине его изучение основано на методах пиролиза, элементного анализа и микроскопии.

¶Состав и структура

Элементный состав дикерогена включает углерод (обычно 70–85 %), водород (5–10 %), кислород (5–20 %), а также серу и азот в меньших количествах. Соотношение этих элементов зависит от исходного органического материала и степени его преобразования.

Структурно дикероген представляет собой трёхмерную сеть конденсированных ароматических и алифатических фрагментов, соединённых гетероатомными мостиками (кислородными, серными). В процессе катагенеза (преобразования под действием температуры и давления) эта сеть постепенно теряет функциональные группы, обогащается углеродом и генерирует углеводороды.

¶Классификация по типам

Наиболее распространена классификация дикерогена на четыре типа, основанная на составе исходного органического вещества и водородном индексе:

Типы I и II считаются наиболее продуктивными для образования нефти, тип III — преимущественно газоматеринским. Тип IV обычно рассматривается как инертный балласт, не участвующий в генерации углеводородов.

¶Процессы преобразования

Превращение дикерогена в углеводороды происходит в несколько стадий, выделяемых по мере роста температуры и глубины погружения:

• Диагенез — начальная стадия, при которой происходит уплотнение осадка и микробиологическое разложение. Дикероген формируется из исходного органического вещества.
• Катагенез — главная стадия нефтегазообразования. При температурах примерно 60–120 °C (так называемое «нефтяное окно») дикероген активно генерирует жидкие углеводороды; при 120–150 °C преобладает газообразование.
• Метагенез — стадия глубокого преобразования, при которой генерация углеводородов практически прекращается, а дикероген превращается в графитоподобное вещество.

Степень преобразования дикерогена оценивается по показателю отражения витринита, пиролитическому параметру Tmax и другим геохимическим индикаторам.

¶Методы изучения

Исследование дикерогена ведётся комплексом методов:

• Пиролиз (метод Rock-Eval) — нагрев образца в инертной среде с измерением выделяющихся углеводородов; позволяет определить водородный индекс, Tmax и генерационный потенциал.
• Элементный анализ — определение содержания C, H, O, N, S.
• Микроскопия в отражённом и проходящем свете — изучение мацералов и структуры.
• Пиролитическая газовая хроматография и масс-спектрометрия — детальный анализ продуктов разложения.
• Изотопный анализ — определение источников органического вещества по соотношению изотопов углерода.

¶Практическое значение

Дикероген имеет двойное практическое значение. Во-первых, он служит индикатором нефтегазоносности осадочных бассейнов: по его типу, количеству и степени зрелости геологи оценивают перспективы обнаружения залежей углеводородов. Во-вторых, дикерогенсодержащие породы — горючие сланцы — рассматриваются как потенциальный источник синтетического топлива; при термической переработке (пиролизе) из них получают сланцевую смолу.

Кроме того, дикероген используется в геохимических исследованиях для реконструкции палеоклиматических и палеогеографических условий, поскольку его состав отражает особенности древних экосистем и обстановок осадконакопления.

¶Распространение

Дикероген присутствует практически во всех осадочных породах, содержащих органическое вещество, — глинах, мергелях, известняках, сланцах. Наиболее богатые его концентрации связаны с нефтематеринскими толщами, такими как баженовская свита в Западной Сибири, формация Баккен в Северной Америке, сланцы формации Грин-Ривер в США. Эти отложения являются объектами активной добычи сланцевой нефти и газа.

¶Ограничения и дискуссионные вопросы

Несмотря на широкое применение, классификация и методы оценки дикерогена не лишены ограничений. Пиролитические параметры могут искажаться при наличии миграционных битумоидов, а микроскопические определения мацералов субъективны. Кроме того, кинетические модели преобразования дикерогена, используемые для прогноза генерации углеводородов, требуют калибровки для каждого конкретного бассейна, поскольку состав и поведение дикерогена существенно варьируются в зависимости от условий формирования.