فرهنگ و تاريخ | سرگرمي | نيازمنديها | مذهبي | اقتصادي | خانواده و اجتماع | هنر | اخبار | ورزش | کامپيوتر | گردشگري | صنعت و دانشگاه | صفحه اصلي

صفحه اول زمين شناسي
آموزش علوم زمين شناسي
نرم افزارهاي زمين شناسي
مراکز علمي و تحقيقاتي
سايتهاي زمين شناسي
گالري عکس زمين شناسي
 
 
 

عنوان: زمين شناسي نفت (قسمت اول)

نويسنده: مهدي داودي             ايميل: geologyinfo@gmail.com

منبع اطلاعاتي: gsim.blogfa.com             تاريخ نگارش: 03/03/1387

 

 

گالري تصاوير

 

قسمت دوم

 

قسمت سوم

 
 
 

فرضيه هاي ارائه شده درباره منشاء نفت را براساس آلي يا غيرآلي بودن آن به دوگروه آلي يا غيرآلي (معدني) تقسيم کرده اند. از اواخر قرن 19منشاء آلي نفت جنبه عمومي يافت ولي اين که نفت ازکدام ماده آلي مشتق شده است مورد اختلاف بود تا اين که درقرن 20باتوسعه علم ژئوشيمي وشيمي آلي به بسياري از اين مسائل پاسخ داده شد.  به طور کلي نظريات تشکيل نفت به شرح زير است:

◄   فرضيه هاي غيرآلي يامعدني:
      
+   منشاء آذرين يا آتش فشاني: خروج گاز متان ازمجاري آتش فشان فعال وهم چنين هم راهي ميادين عظيم نفتي با کمربند هاي آتش فشاني ممکن است ازاين منشاء حمايت کند. حتي تشکيل گل فشان رابه شباهت آن فوران آتش فشاني نسبت داده انددرصورتي که تجمع نفت درسنگ هاي آذرين و دگرگوني آن هم به صورت استثنائي مربوط به ايجاد شکاف ودرز وگسل درآن سنگ هاست که هيدروکربن توانسته است از سنگ مادربه آن سنگ ها مهاجرت کندودرآن جا به تله بيافتد.ويامکانيزم تشکيل گل فشان به اين صورت است که گاز از مخازن هيدروکربني عميق به سطح زمين فرار مي کند دربين راه با آب هاي زيرزميني مخلوط شده وازبين لايه هاي رسي ومارني مي گذرد وبه صورت گل به هم راه گاز به سطح زمين مي رسد.درسطح زمين گاز از گل جدا شده ومتصاعد مي گرددوگل به صورت مخروط دراطراف محل خروج درمي ايد.

      
+   منشاء ازواکنش هاي شيميايي: ازمعروف ترين اين نظريات مي توان به فرضيه برتلو به نام ترکيب فلزهاي قليايي گرم باگاز کربنيک وهم چنين فرضيه مندليف به نام ترکيب کربورياکربيدگرم باآب وتوليد هيدروکربن نام برد وبراساس فرضيه برتلو درداخل زمين ودردرجه حرارت هاي بالا فلزات قليايي آزاد وجود دارد که درتماس با آب وگاز کربنيک استيلن توليد مي کنند که يک نوع هيدروکربن است راتوليد مي کنند.

2CO2+6H2O+10Na→C2H2+10NaOH


وبنابرنظريه مندليف درداخل پوسته زمين لايه هايي ازکربورآهن (C2Fe)وجودداردکه دربرخوردبا آب هاي زيرزميني ونفوذي استيلن توليد مي کنند برطبق رابطه زير:

C2Fe+2H2O→C2H2+Fe(OH)2


اين دونظريه دربيان علت تنوع شيميايي هيدروکربن ها عاجزند.

      
+   فرضيه فضايي نفت: وجود هيدروکربن درسنگ هاي فضايي وهم چنين ترکيب بخش عظيمي از جو سياراتي مانند مشتري کيوان اورانوس که از گاز متان تشکيل شده اند اين ايده رابه وجود آورد که هيدروکربن ها بخشي از مواد تشکيل دهنده منظومه شمسي بوده وپس ازتشکيل سيارات دراعماق زمين قرارگرفته اند. وکم کم به سطح زمين گريخته اند اين فرضيه توضيحي براي تنوع نفت وهم چنين نحوه توزيع آن درپوسته زمين ندارد.

◄   فرضيه هاي منشاء آلي نفت:
نخستين فرضيه هاي ارائه شده درباره منشاءآلي نفت نيز پايه درآزمايشات شيمي داشته است. دراين تجربه هاي آزمايشگاهي موادآلي حيواني وگياهي درحد تخريب بافت تقطيرمي شوندوگاه پژوهشگران هيدروکربن هاي مايعي شبيه نفت چشمه هاي نفتي به دست مي آوردند. که اين خود باعث شد که دانشمندان دو گروه شوند:
گروهي که معتقد بودند هيدروکربن هامشتق ازمواد گياهي هستندکه خودبه منشاء از زغال سنگ منشاء ازگياهان خشکي ومنشاءازگياهان آب زي تقسيم مي شدند.ودرمنشاءجانوري نيز ازتقطير بافت هاي نرم بدن موجودات هيدروکربن به دست آوردندمثلا ازتقطير ماهي.هم چنين برخي وجود نفت درپوسته دوکفه هارا به عنوان دليل ارائه مي کردند.

◄   فرضيه هاي جديد منشاء نفت:
نخسيتين فرضيه هاي ارائه شده درخصوص منشاء آلي نفت مانند فرضيه هاي غيرآلي پايه درآزمايش هاي شيمي داشت دراين تجربه هاي آزمايشگاهي مواد آلي حيواني وگياهي ودرحدتخريب بافت تقطير مي شدند وگاه پژوهش گران هيدروکربن هاي مايعي شبيه به نفت چشمه هاي نفتي به دست مي آوردند سه تفکرمهم دراين خصوص غالب بود:

1)هيدروکربن ها مشتق از موادآلي گياهي اند.

2)هيدروکربن ها مشتق ازمواد آلي جانوري اند.

3)عامل تبديل مواد آلي به هيدروکربن تقطير است.

براين اساس گروهي زغال سنگ را منشاء نفت سفيد دانستند چون از تقطير آن هيدروکربن به دست آمد. گروهي گياهان خشکي (تقطير چوب وبرگ هاي سوزني کاج ،هم چنين وجود گازمردابي درخشکي)وگروهي گياهان آب شور (جلبک ها،خزه هاي دريايي ودياتومه ها)رامنشاء هيدروکربن دانستندودرمقابل گروهي که منشاء جانوري رامطرح مي کردنددلايل زير را ارائه مي کردند:
- وجود موادنفتي درپوسته دو کفه ها
- به دست آمدن نفت ازتقطير بسياري ازجانوران
اما امروزه ثابت شده است که با وجود آن که هيدروکربن ها منشاء آلي دارند، اما نه به اين صورت که ارائه شد.

◄   نظريه امروزي تشکيل نفت (ازماده آلي تانفت):
ماده اصلي که ازآن هيدروکربن شکل مي گيرد ماده آلي (Organic matter)تشکيل شده درسطح زمين است.فرايند تشکيل ماده آلي بافتوسنتز شروع مي شودگياه درحضورنورخورشيد طبق فرمول زير آب وCO2رابه گلوکزوآب واکسيژن تبديل مي کند:
 

CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2


گلوکز ماده آغازي جهت ساختن ترکيبات پيچيده تري مي باشد فتوسنتز قسمتي از چرخه عظيم کربن است.معمولا بيش ترمواد آلي توليد شده به وسيله فتوسنتز مجددا به صورت CO2به اتمسفربازگردانده مي شود ازطريق تنفس حيوانات يا اکسيداسيون يا تخريب باکتريايي موجود مرده مقدارکمي ازمواد آلي (001/0%)معمولا ازاين چرخه فرارکرده و دفن مي شود درطول زمان زمين شناسي اين حجم کم مقداربسيارعظيمي ازماده آلي فسيلي راتوليد مي کند.
مرگ و ميرجانوران و گياهان سبب انباشته شدن مواد آلي مي شود اين مواد آلي مي توانند به صورت انواعي از ملکول هاي زيستي باشند که خود مي تواند منشاءهيدروکربن شود عمده مواد آلي موجود دراقيانوس ها دراثر فرايند فتوسنتزتشکيل شده اند.توليد کننده هاي اصلي مواد آلي فيتوپلانکتون ها هستندکه گياهان شناورميکروسکوپي نظيردياتومه ها داينوفلاژله ها وجلبک هاي سبز آبي مي باشند.فيتوپلانکتون ها درانتهاي زنجيره غذايي وجود دارند ديگر توليد کنندگا ن مواد آلي زئوپلانکتون ها ميکروسکوپي وجانوران آلي ترندکه ازفيتوپلانکتون ها تغذيه مي کنند.
ميزان توليد فيتوپلانکتون ها وجلبک ها به متغير هاي فيزيکي وشيميايي محيط بستگي دارد نورو شفافيت آب گرماي محيط ميزان ورود موادغذايي مثل فسفات ها ونيترات ها که براي رشد گياهان وجانوران حياتي اند ازجمله اين عواملند.
مرگ وميرجانوران سبب انباشته شدن مواد آلي مي شوداين موادآلي مي توانند به صورت الواري ازملکول هاي زيستي باشند که خود منشاء هيدروکربن ها مي شود.ازملکول هاي زيستي مهم مي توان به ليپيد ها(هم درجانوران وهم درگياهان)پرتئين ها(بيش تر درجانوران کم ترگياهان)کربوهيدرات ها ياسلولز(فقط گياهان)وليگنين(ليگنين که يک ماده آلي با وزن ملکولي بالاست و داراي انواع مختلف حلقه هاي آروماتيک کربن است وفقط درگياهان آلي پيشرفته ديده مي شود.)
بيش ترمواد آلي درمحيط هاي آرام وکم انرژي رسوب مي کنند وحفظ مي شوند عموما درمحيط هاي پرانرژي ومتلاطم ماده آلي ازداخل رسوب شسته مي شوددرصورتي که درآب هاي آرام ماده آلي مي تواند ته نشين شود.بنابراين ماده آلي مي تواند درانواع سنگ هاي دانه ريز نظير شيل ها يا گل آهکي (ميکرايت)يافت شود. حفظ ماده آلي تابع دو مقداراست:

1-ميزان توليد ماده آلي که بايد بالا باشد.     2-ميزان تخريب ماده آلي که بايد پايين باشد.

ازنظر شرايط محيط رسوبي دوشرط اساسي براي حفظ مواد آلي لازمست:

1-سرعت رسوب گذاري مناسب      2-وجود آب هاي فقير از اکسيژن

اگرسرعت رسوب گذاري خيلي کم باشد ميزان اکسيداسيون زياد وتجزيه موادآلي شدت مي گيردواگرسرعت رسوب گذاري خيلي زياد باشد مواد آلي بادرصد کم تري دررسوب پراکنده خواهند شد درشکل زير سرعت رسوب گذاري متفاوت براي حفظ حداکثر کربن آلي درداخل رسوبات نشان داده شده است.

 

 

پس به اين ترتيب رسوبات داراي TOCبيش تر که درشکل گيري سنگ هاي منشاء هيدروکربن که درتشکيل سنگ مادر هيدروکربن نقش دارنددر شرايط ومحيط هاي احيايي نظير مناطق با جريان ها بالارونده (Upwelling)،محيط هاي درياچه بزرگ احيايي درمناطق استوايي ،حوضه هاي نيمه محدود،حوضه هاي نيمه عميق واقيانوسي تشکيل مي شوند.رسوبي قادربه توليد نفت وگاز است که داراي حداقلي ازمقدارکل کربن آلي (Total organic carbon)باشد.اين حداقل براي سنگ هاي کربناته وتخريبي متفاوت است جدول زير تقسيم بندي سنگ هاي منشاء هيدروکربن رابراساس محتوي TOCنشان مي دهد.

 

 

◄   توزيع کربن آلي درمکان وزمان:
توزيع کربن آلي درمکان وزمان متغيراست فراواني کربن آلي براي سنگ هاي مختلف متفاوت است احتمال توليد وحفظ کربن آلي درسنگ هاي تخريبي دانه ريز (شيل ها )بيش تر ازساير سنگ هاي رسوبي است ازنظر زماني فراواني مواد آلي وگسترش سنگ هاي منشاء دردوچرخه يا زمان اصلي رخ داده است اين چرخه هاي منطبق بربالا آمدن جهاني سطح آب دريا ها درطي پالئوزوئيک ژوراسيک وتشيري موجب به وجود آمدن بيش از85درصد ازذخاير هيدروکربني جهان شده است.درخاورميانه و به خصوص درايران سنگ هاي منشاء اصلي درطي چرخه دوم درزمان کرتاسه نهشته شده اند.

◄   توليد هيدروکربن:
پس از دفن رسوبات طي سه مرحله اصلي دياژنز کاتاژنزو متاژنزمواد آلي تکامل يافته وبه هيدروکربن تبديل مي شود.

      
+   مرحله دياژنز:
اين مرحله ازهمان لحظه که رسوبا ت دفن مي شوند آغاز مي گردد.اين رسوبات بيش از 70%آب وخلل وفرج دارندولي بيش تر تخلخل ها در500متر اول دفن واز بين مي روند پس از آن فشردگي شيل ها خيلي آهسته تداوم مي يابد هر ماده آلي که درداخل شيل باشد نيز تغييرات پيچيده را تحمل مي کند.بيو پلي مر ها که متشکل از پروتئين ها ، ليپيد ها ،هيدرات هاي کربن وليگنين هستند منشا زيستي داشته ودراين مرحله طي تجزيه بيوشيميايي اول پروتئين ها وبعد هيدرات هاي کربن تجزيه شده به ملکول هاي ساده تر به نام ژئومونومرشکسته مي شوند.بعضي از ژئومونومرها که بيش تر فعال هستند با يکديگر به طور خود به خود واکنش انجام داده تا درنهايت ژئوپلي مرهاي پيچيده پايدارتري به وجود مي ايد اين تغييرا ت درابتدا توسط فرايند هاي باکتريايي وشيميايي وسپس با شکست حرارتي دنبال مي شود.باافزايش عمق تدفين موادآلي بيش تر نيتروژن ،اکسيژن ،گوگردوکمي ازهيدروژن خود را از دست مي دهندتنها هيدروکربن توليد شده درمرحله دياژنز متان CH4است.اين هيدروکربن گاز بيوژنيک (Biogenic Gas)يا گاز مرداب(Marsh Gas) ناميده مي شودکه از تجزيه مواد آلي توسط باکتري هاي بي هوازي به وجود مي ايد محصول نهايي درطي مرحله دياژنزکروژن است که درمورد آن بيش تر توضيح خواهيم داد.
درشکل زير مراحل نمودار کلي تشکيل هيدروکربن با افزايش عمق نشان داده شده است.
 


 

      +   مرحله کاتاژنز:
درطي تدفين با افزايش حرارت وفشار ساختمان کروژن از لحاظ ترموديناميکي ناپايدار شده ودراثر فشار وحرارت درطي زمان زمين شناسي تغييراتي درآن به وجود مي ايد که به آن بلوغ (Maturation)مي گويندکه شامل تجزيه حرارتي وشکستن کروژن به ملکول هاي کوچک تر وتبديل آن به يک ماده پايدار غني از کربن نظير هيدروکربن است درطي مرحله دوم کاتاژنز که دراعماق حدود يک کيلومتري به بعد وحرارت بالاتر از 80درجه سانتي گراد به وجود مي ايد ملکول هاي هيدروکربن به صورت نفت وسپس گاز ها مرطوب از کروژن شکسته وجدا مي شود.

      
+   مرحله متاژنز:
درنهايت دراعماق زياد (حدود عمق 4کيلومتر ودردماي ˚c225)توليد مستقيم هيدروکربن از کروژن متوقف مي شود اما متان قابل توجهي مي تواند کماکان ازنفت توليد شده قبلي توسط دگرساني حرارتي توليد شود.درنهايت اين مرحله پس از تشکيل متان با منشاء حرارتي ترکيب کروژن به کربن خالص (گرافيت )نزديک مي گرددهمان گونه که درنمودار ديده مي شود فسيل هاي ژئوشيميايي نيز ممکن است درطي اين مراحل به ويژه در مرحله کاتاژنز تشکيل شود.فسيل ها ژئوشيميايي ترکيبات هيدروکربني با وزن ملکولي بالايي هستند که دربسياري ازنفت هاي خام وجود دارند اين هيدروکربن ها ملکول هايي هستند که از موجودات زنده درطي رسوب گذاري سنگ منشاء به وجود آمده وحفظ شده است ولذا مي تواند به عنوان نشانه هاي زيستي (Biomarkers)درشناسايي نوع ماده آلي به وجود آورنده نفت به کاربرده شود مثلا الکل هاي حلقوي پيچيده جزءفسيل هاي ژئوشيميايي مي باشند.

◄   کروژن Kerogen
کروژن به مواد آلي موجود درسنگ هاي رسوبي گفته مي شود که درحلال هاي آلي حل نمي شود به دليل اندازه هاي بزرگ ملکول ها و ساختمان پيچيده آن ها ،بخشي از کروژن که درحلال هاي آلي قابل حل است بيتومين(Bitumen)ناميده مي شود.کروژن درواقع منشاء ترکيبات نفتي است ونوع آن نوع هيدروژن توليد شده را کنترل مي کند.درزيرميکروسکوپ کروژن به صورت خرده هاي آلي پراکنده ديده مي شود برخي ازاين خرده ها ساختمان دارهستنديعني داراي ساختمان مشخصي هستند وبرخي فاقد ساختمان اند.خرده هاي ساختمان دارمي توانند به واحد هاي بيولوژيکي مشخصي به نام ماسرال ها (Macerals)طبقه بندي شوند. ماسرال ها درکروژن هم ارز مينرال ها در سنگ ها هستند.سه گروه اصلي ماسرال ها که ازبقيه مهم ترند شاملِ:-ويترينايتVitrinite- اگزينايتExiniteيا ليپتينايتLiptinite-اينرتينايتInertinite

ويترينايت ماسرال اصلي دربسياري از کروژن هاست ومهم ترين سازنده زغال سنگ مي باشد تقريبا به طور کامل از بافت ها چوبي گياهان مشتق مي شود از آن جايي که ويترينايت به سختي تجزيه مي شود لذا درهمه محيط هاي دريايي وغير دريايي ديده مي شود.ماسرال اگزينايت که به آن لپتينايت هم مي گويند عمدتا ازجلبک ها ،پولن ها ،اسپورهاوکوتيکول برگ به وجود مي ايد.اگزينايت معمولا درمقادير بالا وجود ندارد وبيش تر دردرياچه ها پلايايي ومحيط هاي باتلاقي کم عمق وجود دارد.ماسرال اينر تينايت مي تواند از منشاء هاي متفاوت به وجود ايد ولي قبل از نهشته شدن شديدا اکسيد شده است.لذا ازاجزاي فرعي کروژن است علاوه برماسرال هاي داراي ساختمان برخي از اجزاي سازنده کروژن ها بي شکل يا آمورف هستند که به آن ها کروژنيت يا ساپروپليک مي گويند.علت بي شکل بودن مواد کروژنيک تجزيه شيميايي شديد و خرد شدن مکانيکي شديد مي باشد.اين مواد آلي شفاف داراي رنگ قهوه مايل به زرد تاقهوه تيره هستندوعمدتا از گروه ماسرال هاي اگزينايت مي باشد چراکه اين گروه از ذرات نرم با پيچيدگي ملکولي کم تري تشکيل شده اند که نسبت به گروه ويترينايت آسان تر وسريع ترتجزيه مي شود.

◄   طبقه بندي کروژن ها:
انواع کروژن رامي توان بااستفاده ازمطالعات ميکروسکوپي يا پارامترهاي حجمي مثل نسبت اتمي H/CوO/Cکه از تجزيه کروژن به دست مي ايد تفکيک نمود.براين اساس انواع متفاوت کروژن به دست مي ايد نمودارون کرولن به خوبي مسير بلوغ انواع کروژن رانشان مي دهد. اگرنمودارنسبت اتمي H/Cدرمقابل O/C راترسيم کنيم براي چهارنوع کروژن معروف روند مشخصي به نام مسير تکاملي ديده مي شود اين مسير براي انواع کروژن هامتفاوت است ولي در کل باافزايش درجه بلوغ حرارتي وکاهش نسبت هاي H/CوO/C اين مسير ها به يکديگر ملحق مي گردند.

 

اما درارتباط با انواع کروژن و نوع هيدروکربن توليد شده از آن ها نمودار زير ارائه شده است

 


 

همان گونه که از شکل مشخص است کروژن هاي نفت زا معمولا ممکن است بيش از65%قطعات اگزينايت وآمورف داشته باشد اين کروژن هاي نفت زا خود به دودسته تقسيم مي شوند:

کروژن نوعI(جلبکي)که ليپيد ها از اجزاي اصلي اين نوع کروژن ها مي باشند وبه توليد نفت خام هاي غني از هيدروکربن هاي اشباع شده متمايل هستند.

کروژن نوع IIکه به آن کروژن ليپتنيک نيز مي گويند منشاء دريايي داشته ،ذرات تشکيل دهنده آن غالبا آمورف هستند و ازتجزيه فيتوپلانکتون ها ،زئو پلانکتون ها وبرخي جانوران آلي تر حاصل شده اند. کروژن نوعIIتمايل به توليد نفت غني از آروماتيک ونفتنيک دارد.وگاز بيش تري نسبت به کروژن نوع Iتوليد مي کنند.

کروژن نوعIIIيا کروژن هاي زغالي ازماسرال ويترينايت غني است ظرفيت توليد نفت بسيار کمي دارد وبه طور عمده گازتر وميعاني وگاز خشک توليد مي کند.

کروژن نوع IVغني از ماسرال اينرتينايت است که به شدت کمياب هستند اين نوع کروژن خنثي است وتوانايي توليد نفت وگاز راندارد.

سنگ هاي رسوبي معمولا حاوي ترکيبي ازانواعي از اين کروژن ها مي باشند بسياري از شيل هاي نفتي اغلب کروژن نوع I(جلبکي)دارند. زغال سنگ وبرخي سنگ منشاء تخريبي ساحلي مثل محيط هاي دلتايي داراي کروژن نوع III ياکروژن زغالي است.وبالا خره انواع مهم کروژن ها رابرمبناي نسبت H/CوO/Cطبق جدول زيرتقسيم بندي مي کنند.
 


◄   منابع:
      ●   زمين شناسي نفت محمد رضا رضايي (انتشارات علوي)
      
●   زمين شناسي نفت تاليف مرحوم عباس افشار حرب(انتشارات پيام نور)
      
●   زمين شناسي نفت فريدون سحابي (انتشارات دانشگاه تهران)
 

 

 

 

 

گروه علمي فدک

کليه مطالب ارسالي با نام اشخاص و ذکر منبع در اين سايت درج مي شود

راهنما  |  آمار سايت  |  درباره ما  |  تماس با ما  |  نظر خواهي  | آرشيو  |  عضويت در سايت