Kerogen
Kerogenul (sau kerogenul ) este un amestec de compuși chimici organici care alcătuiesc o porțiune din materia organică din rocile sedimentare . [1] Este insolubil în solvenți organici normali datorită greutății moleculare enorme (mai mult de 1.000 daltoni ) a compușilor constituenți. Porțiunea solubilă este cunoscută sub numele de bitum . Când sunt încălzite la temperaturile potrivite în scoarța terestră ( fereastră de ulei de aproximativ 60-160 ° C , fereastră de gaz de aproximativ 150-200 ° C, ambele în funcție de cât de repede este încălzită roca sursă), unele tipuri de kerogen eliberează ulei sau gaze naturale , care sunt combustibili fosili . Când astfel de kerogeni sunt prezenți în concentrații mari în roci, cum ar fi șisturile, formează posibile roci părinte . Șisturile bogate în kerogen care nu au fost încălzite la temperaturi ridicate pentru a-și elibera hidrocarburile ar putea forma depozite de șist petrolier.
Numele „kerogen” a fost introdus de chimistul organic scoțian Alexander Crum Brown în 1912 . [2] [3]
Formarea kerogenului
La moartea unor specii de materie vie, cum ar fi diatomeele , planctonul , sporii și polenul , materia organică începe să fie supusă descompunerii sau degradării. În acest proces de dezintegrare (care este practic inversul fotosintezei [4] ), marii biopolimeri de proteine și carbohidrați încep un proces de demolare parțială sau totală a lanțului polimeric. Blocurile cu greutate moleculară inferioară rezultate se pot combina împreună pentru a forma noi polimeri numiți geopolimeri . Acești geopolimeri sunt precursorii kerogenului .
Formarea geopolimerilor în acest fel explică greutățile moleculare mari și diferitele compoziții asociate kerogenului. Cei mai mici geopolimeri sunt acizii fulvici , geopolimerii intermediari sunt acizii humici , iar cei mai mari geopolimeri sunt huminii . Când materia organică este depusă în același timp cu materialul geologic, sedimentarea ulterioară și înmormântarea sau supraîncărcarea progresivă asigură un gradient semnificativ de presiune și temperatură. Când geopolimerii sunt supuși unor presiuni geotermale suficient de ridicate pentru perioade geologice suficient de lungi, încep să sufere o serie de modificări deosebite care îi pot determina să devină kerogen. Astfel de modificări indică stadiul de maturitate al unui anumit kerogen.
Aceste modificări includ pierderea de hidrogen , oxigen , azot și sulf , ceea ce duce la pierderea altor grupări funcționale, care promovează izomerizarea și aromatizarea ulterioare asociate cu creșterea adâncimii sau înmormântării. Aroma permite apoi stivuirea moleculară ordonată în folii, ceea ce la rândul său mărește densitatea moleculară și proprietățile de reflectanță a sticlei , precum și modificările de colorare a sporilor, variind de obicei de la galben la portocaliu, maro și, eventual, negru. Pe măsură ce adâncimea crește. [5]
Compoziţie
Deoarece kerogenul este un amestec de material organic, mai degrabă decât o substanță chimică specifică, nu i se poate da o formulă chimică. De fapt, compoziția sa chimică poate varia distinct de la o probă la alta. Kerogenul din zăcământul bituminos de ulei al formațiunii Green River din vestul Americii de Nord conține elemente în proporții carbon 215: hidrogen 330: oxigen 12: azot 5: sulf 1. [2]
Tipuri
Kerogenul labil se degradează pentru a forma hidrocarburi grele (de exemplu, uleiuri ), kerogenul refractar se degradează pentru a forma hidrocarburi ușoare (de exemplu, gazul natural ), kerogenul inert formează grafit .
O diagramă Van Krevelen este un exemplu de clasificare a kerogenelor, în care tind să formeze grupuri prin compararea raporturilor dintre hidrogen și carbon și oxigen la carbon. [6]
Tipul I.
- Conține alginită , materie organică amorfă, cianobacterii , alge de apă dulce și rășini de plante terestre
- Raport hidrogen : carbon > 1,25
- Raport oxigen : carbon <0,15
- Prezintă o mare tendință de a produce rapid hidrocarburi lichide
- Derivează în principal din alge de lac și se formează numai în lacuri anoxice și în alte câteva medii marine neobișnuite
- Are puține structuri ciclice sau aromatice
- În principal alcătuit din proteine și lipide .
Tipul II
- Raport hidrogen: carbon <1,25
- Raport oxigen: carbon de la 0,03 la 0,18
- Tinde să producă un amestec de gaz și petrol
- Mai multe tipuri:
- Sporinitul : format din acoperirile polenului și sporilor
- Cutinita : formată din cuticulele plantelor terestre
- Rezinat : format din rășinile plantelor terestre și cele din descompunerea animalelor
- Liptinite : formată din lipidele plantelor terestre (molecule hidrofobe solubile în solvenți organici) și alge marine
Toate au tendințe mari de a produce ulei și sunt alcătuite din lipide depuse în condiții de reducere .
Tipul II - sulf
Tipul III
- Raport hidrogen: carbon <1
- Raport oxigen: carbon de la 0,03 la 0,3
- Materialul este compact și seamănă cu lemnul sau cărbunele
- Tinde să producă cărbune și gaze (cercetări recente au arătat că kerogenul de tip III poate produce de fapt petrol în condiții extreme)
- Are un conținut foarte scăzut de hidrogen datorită sistemelor extinse inelare și aromatice
Kerogenul de tip III este format din material vegetal terestru care nu are lipide sau material ceros. Este format din celuloză , polimerul carbohidrat care formează structura rigidă a plantelor terestre, din lignină , un polimer non-glucidic format din unități fenil-propan care leagă șirurile de celuloză împreună, și din terpeni și compușii fenolici ai plantei.
Tipul IV (reziduu)
- Raport hidrogen: carbon <0,5
Kerogenul de tip IV conține în principal materie organică descompusă sub formă de hidrocarburi aromatice policiclice . Nu au potențialul de a produce hidrocarburi.
Originea materialului
Materialul pământului
Tipul de material este greu de determinat, dar pot fi observate mai multe modele vizibile.
- Materialele oceanice sau de lac îndeplinesc adesea clasificările kerogenului de tip III sau IV.
- Materialele oceanice sau lacuri depuse în condiții anoxice formează adesea kerogeni de tip I sau II.
- Majoritatea plantelor terestre superioare produc kerogeni de tip III sau IV.
- Unele cărbuni conțin kerogen de tip II.
Material extraterestru
- Meteoriții condrit carbonici conțin componente asemănătoare kerogenului. [7] Se crede că un astfel de material a format planetele terestre .
- De asemenea, materialele kerogenice au fost detectate în nori și praf interstelar din jurul stelelor . [8]
Notă
- ^ Glosar petrolier , la glossary.oilfield.slb.com . Adus la 15 octombrie 2011 (arhivat din original la 3 iunie 2012) .
- ^ a b Teh Fu Yen, George V. Chilingar,Oil Shale , Amsterdam, Elsevier, 1976, p. 27, ISBN 978-0-444-41408-3 . Adus la 31 mai 2009 .
- ^ Adrian C. Hutton, Sunil Bharati și Thomas Rob, Clasificarea chimică și petrografică a Kerogen / Macerals , în Combustibili energetici , vol. 8, nr. 6, Elsevier Science, 1994, pp. 1478–1488, DOI : 10.1021 / ef00048a038 .
- ^ ME Tucker, Sedimentary Petrology, An Introduction . Blackwell, Londra, 1988, p. 197. ISBN 0-632-00074-0
- ^ R. Kudzawu-D'Pherdd, Genesis of Kerogen, a write up in Petroleum Geochemistry - (EASC 616) , Department of Earth Science, University of Ghana - Legon , 2010 (nepublicat) .
- ^ Exemplu de diagramă Van Krevelen
- ^ T. Nakamura, "Metamorfismul termic posthidratant al condritelor carbonice" Depus 13 ianuarie 2009 în Internet Archive . (PDF), Journal of Mineralogical and Petrological Sciences , 2005, volumul 100, p. 268. Accesat la 1 septembrie 2007
- ^ R. Papoular, "Utilizarea datelor kerogen în înțelegerea proprietăților și evoluției prafului carbonos interstelar" Arhivat 27 septembrie 2007 la Internet Archive . (PDF), Astronomy and Astrophysics , 2001, volumul 378, pp. 597-607. Accesat la 1 septembrie 2007
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) European Association of Organic Geochemists , pe eaog.org .
- ( RO ) Geochimie organică (jurnal)
