ピロビチューメン

ピロビチューメン
アブラハムとクリアルから採用した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ある。ピロビチューメンは分子架橋の結果として二硫化炭素やその他の有機溶媒にほとんど溶けず、以前は溶解していた有機物（すなわちビチューメン）を不溶にする。^{[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解する。
₂、ジクロロメタン、ベンゼン-メタノール混合物。

ビチューメンとパイロビチューメンの主な違いは溶解度ですが、分子架橋を促進する熱プロセスによって、水素と炭素の原子比も 1 より大きい値から 1 未満に、そして最終的には約半分に減少します。また、溶解度と原子 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溶解成分と不溶成分の両方があることも理解しておく必要があります。成熟した根源岩におけるパイロビチューメンと残留ケロゲンの違いは、岩石組織内の流体の流れの顕微鏡的証拠に基づいており、通常は決定されません。

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の堆積と熟成の産物です。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生成物が追い出され、不溶性の炭素を多く含む残留物が残ります。パイロビチューメンは、カタジェネシス中に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、有機物を多く含む岩石 (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生成物が生成されます。加熱された岩石に残る可溶性の液体は、ビチューメンとして定義されています。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表すために互換的に使用されることがよくあります。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製品を正確に表すタールとは異なります。蒸留によって石油から回収されたピッチも、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。

「ビチューメン」という表現はサンスクリット語に由来し、そこには「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 という単語があります。ラテン語の同義語は、もともとは gwitu-men（ピッチに関連する）であったと主張する人もいれば、pixtumens（滲出または泡立つピッチ）であったと主張する人もいます。これが後にビチューメンに短縮されました。

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、揮発性を持つ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種と定義しています。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）から固体のもの（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されます。パイロビチューメンは、ケロジェンが豊富な初期成熟の根源岩から押し出された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形成された高粘度オイルサンド中の半固体ビチューメン（アサバスカのビチューメン砂など）とは区別されます。これら

ビチューメンを分類するための古い分類システムは、過去 50 年間に開発された有機地球化学の広範な知識なしに構築されました。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。図 1 は、アブラハム^{[4]の固体ビチューメンの元の分類システム (キュリアレ[5]}から改変)を示しています。キュリアレは、歴史的な分類体系は博物館のコレクションを分類するのには便利ですが、遺伝的関係を確立するには役立たないと述べ、図 2 に示すような代替分類を提案しました。

図 1 と 2 の分類システムには直接的な関係はありませんが、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す。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ました。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、揮発性含有量が最も高かったです。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、無機起源のパイロビチューメンに相当します。比較すると、コールタールピッチの原子 H/C 比は約 0.8 です。^[6]

石油地球化学の分野では、パイロビチューメンとは、以前にケロジェンの熟成中に生成された、熱によって変質した石油の残渣であり、その石油の多くは油層に移動して蓄積されたものである。 天然の石油形成の優れた実験室シミュレーションであると考えられている水和熱分解の残留物の岩石学的研究では、ケロジェン変換の初期段階で連続したビチューメンネットワークが形成され、その一部が高温にさらされるとパイロビチューメンに変換されることが示されている。 ^[7]この定義は、石油技術者協会用語集のパイロビチューメンの定義と一致している。「[岩石]の細孔内の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。」^[8] Hunt ^[9]は、熱的に成熟した残留物のこの定義を使用して、根源岩に保持されている石油と貯留層からの石油の両方の非常に高い熟成度の石油の運命に関する物質収支を計算している。熱的に成熟した油層内のパイロビチューメンは、Hwang によって特徴付けられている。^{[10]最近では、根源岩に残留するパイロビチューメンが}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]

オイルシェールの乾留において、ピロビチューメン残渣は原子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い定義には泥炭や亜炭が含まれるが、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付けは、中揮発性ビチューメン範囲（すなわち、H/C<0.8、O/C<0.05、およびビトリナイト反射率>1.0%）の最小値に位置付けられる。^{[14] [15] [16]} 石油システムについては、Mukhopadhyay ^{[17]は、ビトリナイト}反射率が0.45%に達すると、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で、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反射率は 0.6% と等価であり、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相当します。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ますが、ケロジェンからの石油の生成と破壊にもっと密接に関連した定義では、ピロビチューメンは H/C 比が 1.0 未満と定義されます。実際、バイオマーカーガイド^{[18]では、ピロビチューメンは H/C 比が 0.5 未満と定義されており、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%未満に低下し、ビトリナイト反射率が1.1%の場合は原子H/C比0.8に相当することを発見した。ワーナーら^[19]はまた、テンギス油田でH/Cが0.8のパイロビチューメンを発見した。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る。熱分解により、パイロビチューメンの由来となったものと類似した石油が得られた。ボルデナーヴ^[20]は、パイロビチューメンの反射率は1.5～2.5%で、熱分解収率は有機炭素1gあたり炭化水素80mg未満であると述べている。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になり、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。