Газы природные

ГАЗЫ ПРИРОДНЫЕ (а. natural gases; н. naturliche Gase; ф. gaz naturels; и. gases naturales) — совокупность газовых компонентов, встречающихся в различных состояниях: свободном (воздушная атмосфера Земли, газовые залежи и струи в пористых и трещиноватых горных породах и углях), растворённом (в гидросфере, подземных водах и нефтях), сорбированном породами и твёрдом виде (в виде кристаллогидратов).

Газы природные в основном горючие (углеводородные), они образуют в литосфере крупные скопления и являются объектами добычи (см. газы природные горючие). Доля остальных газов природных незначительна. По химическому составу газы природные — смесь углеводородов от CH₄ до С₅Н₁₂, азота, углекислого газа, сероводорода, кислорода, водорода, окиси углерода, сернистого газа, аргона, ксенона, неона, гелия, криптона, паров ртути, летучих жирных кислот и др. Газовые компоненты представлены как отдельными атомами, так и сложными химическими соединениями.

Газы природные классифицируются по условиям нахождения в природе: газы атмосферы (смесь газов химического, биохимического и радиогенного происхождения: N₂, О₂ с примесями CO₂, Н₂, О₃, благородных газов и др.); газы у земной поверхности (почвенные и подпочвенные, болотные, торфяные в основном биохимического происхождения: CO₂, N₂, О₂, CH₄ с примесями CO, NH₃, Н₂ и др.); газы осадочных пород (в нефти и каменном угле, смешанные, главным образом химического происхождения: CH₄, N₂, CO₂, CH₄ с примесями Н₂ и др.); газы океанов и морей (биохимического, химического и радиогенного происхождения: CO₂, N₂ с примесями Н₂, О₂, NH₃ и др.); газы метаморфических пород (химического происхождения: CO₂, N₂, Н₂ с примесями CH₄ и др.); газы магматических пород (химического происхождения: CO₂, Н₂ с примесями N₂, Н₂S, SO₂ и др.); газы вулканические (химического происхождения: CO₂, Н₂, SO₂, HCl, HF — с примесями N₂, CO, NH₃ и др.); газы космоса (реликтовые, диссипированные из внешних слоёв атмосфер звёзд или выброшенные при взрывах новых и сверхновых: Н₂, He, ионизованный водород, примеси CO, радикалы CH, OH и др.). Количество газов природных в геосферах Земли возрастает в глубь планеты. Общая масса газов в осадочном слое 0,214•10¹⁵ т, в "гранитном" и базальтовом слое 7,8•10¹⁵ т и в верхней мантии 435•10¹⁵ т.

По происхождению газы природные различают: вулканического, биохимического, катагенетического (термокаталитического), метаморфического радиоактивного и воздушного происхождения. Второстепенное значение имеют газы ядерных реакций, газы радиохимического происхождения. Вулканические газы поступают из глубин Земли и связаны с дегазацией магмы. Биохимические газы (метан и его гомологи, сероводород, азот, двуокись углерода, кислород, водород и др.) образуются при бактериальном разложении органических веществ и реже при восстановлении минеральных солей. Эта группа газов образует скопления в самых верхних частях земной коры, значительная часть их выделяется в атмосферу.

Газы катагенетического происхождения — результат преобразования рассеянного органического вещества осадочных пород при их погружении на глубины и одновременном увеличении давления от 9,8 до 245 МПа (от 100 до 2500 атмосфер) и температуры (от 25-30 до 250-300°С). По своему составу газы преимущественно углеводородные с примесью углекислого газа, азота, сероводорода и др. При дальнейшем повышении давления и температуры породы дают начало газам метаморфизма, а при расплавлении пород — газам возрождения. Основной состав газов: двуокись углерода, пары воды; окись углерода, водород, сера, двуокись серы, азот, метан, редколетучие хлориды и инертные газы.

Радиоактивные газы возникают в процессе распада радиоактивных элементов. К ним относятся гелий (см. гелийсодержащие газы), недолговечные эманации радия, тория и др. Самостоятельных скоплений не образуют. Газы из атмосферы проникают вглубь земной коры главным образом в форме водных растворов. Они состоят из азота, кислорода и инертных газов (аргон, криптон и ксенон). По химическому составу выделяются 3 основные группы газов природных: углеводородные, углекислотные, сероводородные.

Особое свойство газов природных — большая способность мигрировать как в свободном, так и в водорастворённом состоянии — обуславливает смешивание газов природных разного происхождения и вместе с тем их широкое распространение в природе.

Газы природные из различных источников значительно отличаются по химическому составу. Основные компоненты газов в осадочных толщах, изученных главным образом в нефтегазоносных районах: CH₄; в значительно меньшем количестве — N₂, CO₂, CO, N₂S, Н2, SO₂; группа инертных газов (He, Ar, Kr и др.). В ряде районов преобладающим является углекислый газ, встречаются зоны сероводородного обогащения (редко водородного), иногда — окись углерода. Инертные газы в качестве примеси распространены повсеместно, чаще всего в незначительных количествах. Например, химический состав газов природных в газовых месторождениях (%): Медвежье (Западная Сибирь) — CH₄ 98,44, С₂Н₆ + высш. 0,15, CO₂ 0,34, Н₂ 0,004, N₂ 1,03, инертные газы 0,033; Астраханское (Нижнее Поволжье) — CH₄ 47,48, С₂Н₆ + высш. 6,49, CO₂ 21,59, Н₂S 22,5, N₂, инертные газы 1,98. Попутный газ нефтяных месторождений Западного Предкавказья содержит CH₄ 84,57, С₂Н₆ 6,54, CO₂ 7,68, N₂ 1,2, Н₂S 0,01, инертные газы до 0,52.

В районах активного современного вулканизма в составе газов природных выделяются также летучие соединения хлора, фтора, серы и др., поступающих в осадочную толщу из подкоровых глубин или образующихся в результате термических реакций. Например, химический состав газов из вулкана Этна представлен (%): CH₄ 1,0, CO₂ 28,8, CO 0,5, Н₂ 16,5, SO₂ 34,5, N₂ и инертные газы 18,7. Большая масса газов природных находится в растворённом состоянии в подземных водах.

Газы природные, выделяясь из подземных вод, создают самостоятельные скопления (см. газовая залежь). Выделение газа в свободное состояние (образование залежей) обязано гравитационным силам и свойственно, прежде всего, углеводородным, углекисло-углеводородным и азотно-углеводородным газам. Чисто углекислые и азотные скопления весьма редки. Известно свыше 10 тысяч чисто газовых месторождений (около 30 тысяч газовых залежей с объёмами от несколько тысяч м³ до трлн. м³). Запасы газа более 90% всех известных месторождений не превышают (каждое) 50 млрд. м³, и только 12 месторождений содержат запасы от 1 до 6 трлн. м³. В угленосных толщах в свободном и сорбированном состоянии находится 240-260 трлн. м³ газов природных. Количество газов, сорбированных рассеянным органическим веществом, 15•10¹⁶ м³. Газы природные в форме кристаллогидратов занимают около 20% поверхности материков и свыше 90% площади Мирового океана. В пределах ложа Мирового океана запасы кристаллогидратов 106 трлн. м³ (по В. Л. Царёву).

Из газов природных извлекают гелий, серу, ртуть, гомологи метана и др. В США и других странах извлекается CO₂ (используется для закачки в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления); из газа месторождений Гронинген получают в промышленных масштабах ртуть. С использованием газов природных производится 80% стали, 85% чугуна, около 40% проката, 20% цветных металлов, 60% цемента, 85% удобрений.