КІНЕТИЧНА МОДЕЛЬ УТВОРЕННЯ СІРКОВОДНЮ В ПРОЦЕСАХ ДІАГЕНЕЗУ ТА КАТАГЕНЕЗУ ОРГАНІЧНОЇ РЕЧОВИНИ

Анотація

У статті розглянуто проблему утворення сірководню з органічно зв’язаної сірки у викопній органічній речовині на стадіях діагенезу та катагенезу. Актуальність роботи зумовлена тим, що сірка, яка входить до складу гумінових кислот, керогену та інших геополімерних компонентів осадової органічної речовини, істотно впливає на напрями й температурні межі її перетворення, а також на генерацію газоподібних продуктів, склад бітумоїдів, нафти й асфальтенових фракцій. На підставі аналізу літературних даних показано, що в S-збагачених системах термічно нестійкі сульфідні, дисульфідні та полісульфідні фрагменти є важливим джерелом H₂S, тоді як у ході катагенетичної еволюції відбувається відносне збагачення органічної речовини термостійкішими тіофеновими структурами. З урахуванням цього запропоновано спрощену кінетичну модель гідролітичного утворення сірководню з лабільних сульфідних груп геополімерного матриксу за умов надлишку води, що відповідає наближенню псевдопершого порядку. Модель описує двостадійне перетворення органічно зв’язаної сірки через проміжне утворення тіолових груп із подальшим формуванням сірководню. Для запропонованої схеми складено систему диференційних рівнянь і наведено її аналітичний розв’язок, який дає змогу простежити часову зміну кількостей сульфідної, тіолової та газоподібної сірчаних форм. Показано, що за умови тривалого перебігу процесу в обводнених породах кількість сульфідної сірки монотонно зменшується, тоді як вміст H₂S зростає до граничного значення, визначеного початковим розподілом сірки між компонентами схеми. Встановлено, що крива зміни вмісту тіолових груп може мати максимум, а час його досягнення контролюється співвідношенням констант швидкості окремих стадій, вмістом води та початковими кількостями реагуючих сірковмісних груп. Це дає змогу використовувати модель для оцінки динаміки гідролітичної деструкції органічної речовини в інтервалі діагенезу – раннього катагенезу. Обґрунтовано, що модель є першим наближенням і не враховує мікробіологічного сульфатредукування, радикальних і термолізних шляхів утворення H₂S, зворотних реакцій, мінерального зв’язування сірководню у форми FeS/FeS₂, вторинного включення сірки в органічний матрикс і масопереносних обмежень. Попри це, вона є корисним інструментом для теоретичного опису одного з важливих механізмів геохімічної еволюції органічної сірки та може бути застосована для інтерпретації процесів осадконакопичення в закритих басейнах, а також для подальшої верифікації за даними гідропіролізу й природних рядів катагенетичної зрілості.