ピロビチューメン
固体、非晶質有機物の種類
ピロビチューメン
アブラハムとクリアルによるビチューメンの分類システム
一般的な
カテゴリ有機物
色変数

ピロビチューメンは固体の非晶質有機物の一種です。分子架橋により二硫化炭素などの有機溶媒にほとんど溶けません。この架橋により、以前は溶解していた有機物（例えばビチューメン）が不溶性になります。[1] [2] すべての固体ビチューメンがピロビチューメンというわけではなく、一部の固体ビチューメン（例えばギルソナイト）はCSを含む一般的な有機溶媒に溶けます。
2、ジクロロメタン、ベンゼン-メタノール混合物。

ビチューメンとピロビチューメンの主な違いは溶解性ですが、分子架橋を促進する熱処理によって、水素と炭素の原子比も1より大きいものから1未満、そして最終的には約半分に減少します。また、溶解性と原子H/C比は連続体を形成し、ほとんどの固体ビチューメンには可溶性成分と不溶性成分の両方が含まれていることも理解しておく必要があります。成熟した根源岩中のピロビチューメンと残留ケロゲンの区別は、岩石組織内の流体の流れを示す微視的な証拠に基づいており、通常は明確に区別されません。

ビチューメンとパイロビチューメンという用語は、地殻と実験室で関連した定義を持っています。地質学では、ビチューメンは有機物が沈着して熟成した産物です。石油根源岩と貯留岩に含まれる抽出可能な有機物 (EOM) は、ビチューメンとして定義されています。地質学的時間の経過とともに地域の高温にさらされると、ビチューメンは熱活性化反応の結果としてパイロビチューメンに変換され、より軽い石油とガスの産物が追い出され、不溶性の炭素に富んだ残留物が残ります。パイロビチューメンは、カタジェネシスでケロジェンから形成された石油液体の最終的な運命のかなりの部分を占めています。実験室では、有機物を豊富に含む岩石 (オイルシェールと石油根源岩) の実験で、最初は不溶性であった有機物 (ケロジェンとして定義) が分解して、ガス状および液体の産物が生成されます。加熱された岩石に残る可溶性の流体はビチューメンとして定義されます。さらに熱にさらされると、ビチューメンは進化を続け、パイロビチューメンとさらに多くの石油とガスに不均化します。

ビチューメンとアスファルトという用語は、紀元前5千年紀から建設に使用されてきた高粘度から固体の石油を指す際に、しばしば互換的に使用されます。ビチューメンは、石炭または木材の 熱分解（破壊蒸留）によって生成される生成物であるタールとは異なります。石油から蒸留によって回収されるピッチも、ビチューメンまたはアスファルトと呼ばれることがあります。

語源

「ビチューメン」という表現はサンスクリット語に由来し、「ピッチ」を意味するjatuと、「ピッチを作る」、「ピッチを生産する」（針葉樹または樹脂質の木を指す）を意味するjatu-kritが存在します。ラテン語の同義語は、もともとgwitu-men（ピッチに関連する）であったとする説もあれば、pixtumens（滲出する、または泡立つピッチ）であったとする説もあり、後にこれが短縮されてビチューメンとなりました。

意味

ハント[3]はビチューメンを、主に炭素と水素からなるさまざまな色、粘度、揮発性の天然物質と定義しています。さらに、石油を、貯留層内で気体または液体であり、パイプを通じて生産できるビチューメンの一形態と定義しています。その他のビチューメンは、非常に粘性の高いもの（アサバスカやベネズエラの重質油、ラ ブレア タールピットなど）から固体（ギルソナイト、オゾケライト、グラハマイト、インプソナイトなど）まであります。パイロビチューメンは、ビチューメンの熱分解と分子架橋によって生成します。パイロビチューメンは、早期成熟のケロジェンに富む根源岩から押し出される他の固体ビチューメン（ギルソナイトなど）や、従来型石油の水洗浄と生分解によって生成される高粘度オイルサンド中の半固体ビチューメン（アサバスカビチューメン砂など）とは区別されます。

図 2. 現代の有機地球化学手法を使用して Curiale から改変した固体ビチューメンの分類システム。

分類

ビチューメンを分類するための古い分類体系は、過去50年間に蓄積された有機地球化学の広範な知識を考慮せずに構築されました。ピロビチューメンはもともと、不溶性かつ不融性の固体ビチューメンとして定義されていました。アブラハム[4]による固体ビチューメンの元の分類体系は、クリアル[5]の文献を参考に改変されており、図1に示されています。クリアルは、この歴史的な分類体系は博物館のコレクションを整理するのには有用であるものの、起源関係を確立するには役に立たないとして、図2に示す代替分類体系を提案しました。

図1と図2の分類体系には直接的な関連はないが、パイロビチューメンの一種は、ケロゲンと石油の熱分解によって生成されるポストオイル固体ビチューメンのサブセットである。Curialeが調査した27のサンプルのうち、3つのインプソナイトサンプルは、溶解度が低く（<3%）、H/C比も低く（<0.9）、高度に成熟した有機物の特徴を示した。これらのサンプルは、可溶性画分中のアスファルテン含有量が最も低く、芳香族含有量が最も高く、揮発性物質含有量が最も高かった。ウラン団塊に関連する炭素鉱床も溶解度が低く、H/C比が1.0未満であり、無機起源のパイロビチューメンに相当する。比較のために、コールタールピッチの原子H/C比は約0.8である。[6]

石油地球化学の分野では、ピロビチューメンとは、ケロジェンの熟成過程で生成された熱変質した原油の残渣であり、その多くは油層に移動・蓄積したものである。 天然の石油生成を室内でシミュレーションした優れた方法とされる水和熱分解残渣の岩石学的研究によると、ケロジェン変質の初期段階で連続したビチューメン網状組織が形成され、その一部が高温にさらされるとピロビチューメンに変化することが明らかになっている。[7]この定義は、石油技術者協会用語集におけるピロビチューメンの定義と一致しており、「[岩石の]間隙内にある硬い天然アスファルト。通常は移動したり反応に参加したりしない」とされている。[8] Hunt [9]は、この熱熟成残渣の定義を用いて、非常に熟成度の高い原油（根源岩に残留するものと油層から得られるものの両方）の運命に関する物質収支を計算している。熱熟成油層中のピロビチューメンは、Hwang によって特性評価されている。[10]最近では、根源岩に残留するピロビチューメンがシェールガス の貯蔵と生産に重要な役割を果たしていると考えられています。[11]

オイルシェール乾留において、ピロビチューメン残留物は、原子H/C比が約0.5であり、しばしばコークスと呼ばれます。[12]これは、破壊蒸留による石油および石炭コークスの製造に類似していますが、ウェンとコビリンスキー[13]などの一部の研究者は、天然ビチューメンと区別するために、ケロゲンと石油の反応中間体としてピロビチューメンという用語を不適切に使用しています。

ピロビチューメンの古風な定義には泥炭や褐炭が含まれるが、これらの物質は、ピロビチューメンはおろか、流動性ビチューメンの形成に必要な地質学的加熱に比べるとほとんど地質学的加熱を受けていない。地中の腐植質由来の固体については、石炭の熟成経路における類似の位置づけは、中揮発性ビチューメン範囲（すなわち、H/C<0.8、O/C<0.05、ビトリナイト反射率>1.0%）の最小値に位置すると推定される。[14] [15] [16] 石油システムに関して、Mukhopadhyay [17]は、ビトリナイト反射率が0.45%に達したとき、すなわちケロジェンから石油とガスへの変換の初期段階において、固体ビチューメンが形成され始めると述べている。ビチューメンも熟成とともに反射率が高くなり、ビトリナイト反射率 1.0% に対してビチューメン等価反射率は 0.6% であり、これはアスファルト/アルバタイトとエピインプソナイトの境界に該当する。ピロビチューメンの古い定義にはアルバタイトなどの熟成度の低い固体ビチューメンが含まれるが、ケロジェンからの石油の生成と分解にもっと関連した定義では、ピロビチューメンは H/C 比が 1.0 未満と定義される。実際、バイオマーカーガイド[18]ではピロビチューメンを H/C 比が 0.5 未満と定義しており、これはビトリナイト反射率が約 2.0% で、低揮発性ビチューメンから半無煙炭のランクに相当します。Hwang ら。[10] は、固体貯留層ビチューメンの溶解度は、ビトリナイト反射率が 0.7% の場合は 50% 未満に低下し、ビトリナイト反射率が 1.0% を超える場合は 20% 未満に低下することを発見しました。ビトリナイト反射率が 1.1% であれば、原子 H/C 比は 0.8 になります。Warner ら[19]も、テンギズ油田で H/C が 0.8 のパイロビチューメンを発見しました。彼らはまた、モザイク反射組織の発生など、パイロビチューメンが高い反射率を持つと述べています。熱分解により、パイロビチューメンが由来するものと類似した石油がいくつか生成しました。Bordenave [20]は、パイロビチューメンの反射率は 1.5% から 2.5% の間であり、熱分解収率は 80 mg 炭化水素/g 有機炭素未満であると説明しています。これらの説明とその他の熱分解研究から、ピーターズが示した H/C 比 0.5 は、その成熟前にビチューメンが不溶性となり、したがって熱ビチューメンになるにもかかわらず、そのような熱分解収量の終わりに対応することが明らかになります。

参考文献

  1. ^ BP TissotとDH Welte（1984）石油の形成と発生、第2版、Springer-Verlag、pp.460-463。
  2. ^ JM Hunt, 石油地球化学と地質学、第2版、フリーマン、1996年、437ページ。
  3. ^ JM Hunt, 石油地球化学と地質学、第1版、フリーマン、1979年、28、546ページ。
  4. ^ H. エイブラハム (1945)、「アスファルトと関連物質」、ヴァン ノストランド＝ラインホールド、62 ページ。
  5. ^ JA Curiale, 固体ビチューメンの起源、生物学的マーカーの結果に重点を置いた、Org. Geochem. 第10巻、pp. 559–580、1986年。
  6. ^ E. Fitzer、KH Dochling、H. P Boehm、H. Marsh、「固体としての炭素の記述のための推奨用語」、Pure Appl. Chem.、Vol. 67、pp. 473–506、1995年。
  7. ^ MD Lewan、「ウッドフォード頁岩および関連岩石ユニットにおける一次石油移動の岩石学的研究」、（B. Doligez編）『堆積盆地における炭化水素の移動』、Editions Technip、パリ、p.113-130。
  8. ^ http://www.spe.org/glossary/wiki/doku.php/terms:pyrobitumen、2014年1月2日ダウンロード。
  9. ^ JM Hunt, 石油地球化学と地質学、第2版、フリーマン、1996年、597ページ。
  10. ^ ab RJ Hwang, SC Teerman, RM Carlson, “多様な起源を持つ貯留層固体ビチューメンの地球化学的比較,” Org. Geochem. Vol. 29, pp. 505–517, 1998.
  11. ^ RG Loucks、RM Reed、SC Ruppel、DM Jarvie、「ミシシッピ紀バーネット頁岩の珪質泥岩におけるナノメートルスケールの気孔の形態、起源、分布」、J. Sed. Res.、第79巻、848～861頁（2009年）。
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  13. ^ CS WenとR Kobylinski、「低温オイルシェール変換」、Fuel、第62巻、pp. 1269-1273 (1963)
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  15. ^ W. Kalkreuth、M. Steller、I. Wieschenkamper、S. Ganz、「カナダ産およびドイツ産石炭の利用可能性に関する岩石学的および化学的特性評価。1. 原料炭の岩石学的および化学的特性評価」、Fuel、Vol. 70、683–694、1991年。
  16. ^ JT McCartneyとM. Teichmuller、「ビトリニット成分の反射率による石炭化度による石炭の分類」、Fuel、第51巻、64～68頁、1972年。
  17. ^ PK Mukhopahyay, 「顕微鏡的手法による有機物の成熟：ビトリニット反射率、連続スペクトル分光法、パルスレーザー蛍光分光法の応用と限界」『Diagenesis, III. Developments in Sedimentology』第47巻、pp. 435–510、1992年。
  18. ^ KE Peters、CC Walters、JM Moldowan、「バイオマーカーガイド」、ケンブリッジ大学出版局、2005年、1155ページ。
  19. ^ JL Warner、DK Baskin、RJ Hwang、RMK Carlson、ME Clark、「カザフスタンの巨大テンギス油田における炭化水素定置の2段階と固体ビチューメンの起源に関する地球化学的証拠」、PO Yilmaz と GH Isaksen 編、『大カスピ海地域の石油とガス: AAPG 地質学研究』55 (2007 年)、165 ～ 169 頁。
  20. ^ ML Bordenave、「応用石油地球化学」、Editions Technip、パリ、1​​993年、106、159ページ。
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