بخشی از مقاله
چکیده
هیدروکربنها به صورت چشمه های نفت و گاز و رگه های قیری در طول زمانهای زمین شناسی در سطح زمین وجود داشته و امروزه نیز وجود دارند.
شیل های نفتی از مهمترین منابع کسب انرژی محسوب می شوند که انواع سوختهای فسیلی اعم از نفت، گاز حتی زغال سنگ از آنها بدست می آید.نفتی که در شیل های نفتی موجود است، نفت به بلوغ رسیده ومتکامل نیست بلکه در مرحله ای قبل از تشکیل نفت بالغ قرار دارد و به آن کروژن می گویند. به همین دلیل به شیل های نفتی، شیل های کروژن دار نیز اطلاق می گردد. از این رو بحث اصلی در این قسمت بررسی کروژن می باشد.
مقدمه
با توجه به رو به پایان بودن ذخایر نفت و گاز، انسان به دنبال منابع جدید و قابل استفاده انرژی است. با توجه به مقدار زیاد انرژی تولیدی منابع هیدروکربوری و آمادگی صنعت دنیا در استفاده از آنها نسبت به انرژیهای سبز، شیلهای نفتی پس از نفت و گاز، به عنوان کارتهای برنده هیدروکربوری به شمار می آیند.
-1 مواد نفتی منجمد
مواد نفتی منجمد در سطح زمین به صورت مایع و یا کاملا غلیظ مانند آسفالت، قیر، موم و پیروبیتومین گسترش دارند. انواع مواد نفتی در سطح زمین عبارتند از:
الف - مواد منجمد انتشار یافته : مواد نفتی منجمد غالبا خلل آهکها و ماسه سنگها را پر کرده و درجه خلوص آن تا 25 درصد کل سنگ می رسد. از این مواد در جاده سازی استفاده می گردد. علت انتشار این گونه مواد در سطح زمین به دو صورت بیان شده است :
-1در ابتدا یک مخزن نفتی در زیر زمین تشکیل شده و سپس مخزن در اثر پدیده های زمین شناسی در سطح زمین ظاهر شده و در نتیجه مواد فرار سبک خود را از دست داده و مواد سنگین تر به صورت گسترده در سطح زمین باقی می ماند .
-2مواد هیدروکربنی و نفتی ضمن ته نشست دیگر رسوبات در خلال سنگ های تازه تشکیل شده قرار می گیرند. هر گاه این رسوبات بر اثر فرسایش و یا دیگر پدیده ها به سطح زمین راه یابد امکان تجمع آن در سطح زمین به مقیاس وسیع میسر میشود .
ب - مواد منجمدی به صورت پرکردگی رگه ها و شکا فها در بسیاری مواقع حالت زغال سنگ رگه ای را به خود می گیرد. این مواد منجمد تحت عناوین : گیل سونیت، منجک، گراهامیت، الاتریت، آسفالت، ایمپوسونیت نامیده می شود.
1-2 کروژن
واژه کروژن در اوائل دهه 1920 به مواد آلی شیل های نفتی گفته می شد که در حلالهای نفتی نامحلول بوده و در اثر حرارت، هیدروکربن تولید می کردند .
هم زمان با فرآیندهای رسوبگذاری و استقرار رسوبات تازه نهشته شده و جدید، مرحله خاصی از چرخه کربن آلی در ارتباط با دیاژنز مواد آلی شروع می شود و طی آن، نهشته های جدید، درست چند متر زیر حد فاصل آب و رسوبات کربن آلی از فضای بیوسفر به محیطهای ژئوسفری منتقل می گردد. با افزایش فشار و متراکم تر شدن رسوبات، مواد آلی مدفون نیز فشرده و سخت شده، به صورت غیر محلول در می آیند. این گونه مواد آلی غیر محلول در رسوبات جدید، توسط برخی از محققین خاک شناسی، هوموس نامیده شده است. در حالی که مواد آلی غیر محلول در رسوبات قدیم، کروژن نامیده می شود. بنابراین می توان کروژن را نوع تکامل یافته تری از هوموس و سایر مواد آلی غیر مواد محلول نظیر دانه های پولن و اسپور و غیره در نظر گرفت. به همین نظر نباید آنها را مشابه و هم ارز یکدیگر تلقی نمود.
امروزه کروژن را چنین تعریف می کنند: کروژن ماده آلی جامد موجود در سنگهای رسوبی است که در آب و حلال های آلی مانند کلروفرم، بنزین، تتراکلرورکربن و استن حل نمی شود .
کروژن ها انواع مختلف بوده و دارای فرمول ملکولی واحدی نیستند و غشاء آنها از مواد آلی متفاوت است. کروژن ها بیشتر آمورفند. تجزیه عنصری نشان می دهد که کروژن بیشتر از اتم های کربن و هیدروژن تشکیل شده است. در برابر هر هزار اتم کربن در انواع مختلف کروژن بین 500 تا 1800 اتم هیدروژن وجود دارد. سومین اتم فراوان در ملکول کروژن اکسیژن است که بین 25 تا 300 اتم در برابر هر هزار کربن است. اتم های ازت و گوگرد به ترتیب 1-35 و 5-30 اتم در مقابل هر هزار اتم کربنند.
تیسوت - 1977 - تحولات ماده آلی در مقابل افزایش عمق را تحت سه مرحله و به شرح زیر تشریح می کند :
1 -مرحله دیاژنز : تحولات ماده آلی در مرحله دیاژنز در بخشهای کم عمقتر زیر زمین و تحت دما و فشار متعارف انجام می شود. این تحولات شامل تخریب بیولوژیکی توسط باکتریها و فعل و انفعالات غیر حیاتی می باشد. متان، دی اکسید کربن و آب از ماده آلی جدا شده و مابقی به صورت ترکیب پیچیده هیدروکربوری تحت عنوان کروژن باقی میماند. در مرحله دیاژنز محتویات اکسیژن ماده آلی کاسته می شود ولی نسبت هیدروژن به کربن ماده آلی کم و بیش بدون تغییر باقی می ماند .
2 -مرحله کاتاژنز : تحولات ماده آلی در مرحله کاتاژنز در عمق بیشتر تحت دمای زیادتر صورت می گیرد. جدایش مواد نفتی از کروژن در مرحله کاتاژنز به وقوع میپیوندد. در ابتدا نفت و سپس گاز از کروژن مشتق می شود. نسبت هیدروژن به کربن ماده آلی کاهش یافته ولی در مقدار اکسیژن به کربن تغییر عمده ای صورت نمی گیرد .
3 -مرحله متاژنز : تحولات ماده آلی در این مرحله تحت دما و فشار بالاتری نسبت به مراحل قبلی انجام می شود. بقایای هیدرو کربنها بخصوص متان از ماده آلی جدا میشود، نسبت هیدروژن به کربن کاهش یافته، به نحوی که در نهایت کربن به صورت گرافیت باقی خواهد ماند. تخلخل و تراوایی سنگ در این مرحله به حد قابل چشم پوشی میرسد .
2-2 روند تشکیل کروژن
تجزیه مواد آلی اولیه تولید محلول های پیچیده محتوی اسیدهای آمینه و ئیدراتهای کربن در آب تشکیل اسید فولوریک تشکیل اسید هومیک تشکیل کروژن.
3-2 کمیت کروژن یا عیار آن در سنگ مادر
عیار کروژن در سنگهای مختلف تغییر می کند و بستگی به جنس سنگ و شرایط محیط رسوبی دارد. برای سهولت و تسریع در کار آزمایشگاهی معمولا به جای محاسبه وزن کل کروژن فقط وزن کربن آلی موجود در آن را تعیین نموده و به عنوان نمودار مقدار کروژن و یا عیار مواد آلی در سنگ به کار می برند. باید توجه داشت که 70 تا 80 درصد وزن ملکول کروژن را وزن اتم های کربن آن تشکیل می دهد. بنابراین عیار کربن آلی در سنگ بسیار نزدیک به عیار کروژن خواهد بود .
تغییر رنگ شیلها از سبز به خاکستری و سیاه در بیشتر موارد ولی نه همیشه به علت ازدیاد مقدار مواد آلی در آنها می باشد. برای اینکه سنگی در گروه سنگ مادر نفت قرار گیرد باید از حداقل معینی بیشتر کروژن و یا کربن آلی داشته باشد. این حداقل را پژوهشگر شوروی A.B.Ronov در مناطق نفت خیز و مناطق خشک - بدون نفت - شوروی به دست آورده است. او به این نتیجه رسید که در نواحی غنی از نفت و گاز مقدار کربن آلی بین %0/5-5 و به طور متوسط %1/67 وزنی سنگ مادر بوده است. در نواحی خشک مقدار کربن آلی به طور متوسط از %0/5 وزن سنگ مادر تجاوز نمی کند .
امروز حد %0/5 کربن آلی را اکثر زمین شناسان نفت و ژئوشیمیست ها به عنوان حداقل عیار کربن آلی در سنگ مادر پذیرفته اند و سنگی را کمتر از آن کربن آلی داشته باشد نفتزا نمی دانند .
M.L.Bordenoveژئوشیمیست فرانسوی که در اواخر دهه 1960کار ژئوشیمی وسیعی را در حوضه رسوبی زاگرس انجام داده سنگهایی با بیش از %0/5وزنی کربن آلی را سنگ مادر محسوب نموده است.
به نوشته گیل شیل هایی با %1-1/5 وزنی کربن آلی معمولا مخازن نفتی کوچک و متوسط را تشکیل می دهند. برای بوجود آمدن معادن نفتی و گازی عظیم سنگ مادر باید عیاری در حدود %5-10 وزنی کربن آلی داشته باشد .
4-2 کیفیت کروژن
برای ارزیابی کروژنها و بررسی آنها از نظر توان تولید نفت و گاز تا کنون دو گروه بندی در کروژن ها صورت گرفته است. گروه بندی قدیمی و جدید .
این کروژن بیشتر از بقایای آمورف پلانکتونها ، چربیهای آلی و گرده ها تولید شده و دارای هسته مولکولی کوچکی از هیدروکربن های حلقوی آروماتیک و اشباع شده بوده و دارای شاخه های جانبی طویل هیدروکربن های پارافینی می باشد. نسبت وزنی هیدروژن در این نوع کروژن %7-11 است. کروژن نفتی در اثر حرارت نفت تولید می کند.
