Катагенез (геология)

Катагенез — термин, используемый в нефтяной геологии для описания процесса крекинга , который приводит к превращению органических керогенов в углеводороды .

Теоретическая реакция

Катагенез — это вторая стадия созревания органического углерода на пути к графитизации. Этот геологический процесс объясняет очень значительные изменения в биогенных материалах, из которых состоит углеродистый осадок. Во время катагенеза температура повышается, давление повышается, и как органические, так и неорганические компоненты «подстраивают» свою фазу или форму для компенсации. Процесс «литификации» начинается на этой стадии. Вообще говоря, повышение температуры приводит к улетучиванию нестабильных видов или элементов, которые слабо связаны с атомами углерода. Повышение температуры и давления также приводит к прекращению биогенных процессов. Один из способов выразить эти изменения — посмотреть на соотношение кислорода к углероду или водорода к углероду по мере созревания осадка. Почти во всех случаях, по мере созревания биогенного материала в геологической среде, летучие элементы, такие как кислород и водород, значительно уменьшаются, что приводит к снижению соотношений O/C и H/C. Типичное значение соотношения O/C для полностью созревшего углерода на стадии катагенеза может быть меньше 0,1. Это означает, что на каждые 100 атомов углерода приходится менее 10 атомов кислорода. Аналогичное снижение уровня водорода также очевидно.

Предполагается, что эта химическая реакция представляет собой процесс, зависящий от времени , температуры и давления , в результате которого из первичного керогена X образуется жидкий и/или газообразный углеводород Hc, и ее можно обобщить с помощью формулы:

${\displaystyle X_{0}\rightarrow Hc+X(t)}$

где X ₀ — начальная концентрация керогена , а X(t) — концентрация керогена в момент времени t.

Обычно считается, что зависимость от давления незначительна, поэтому процесс катагенеза можно описать дифференциальным уравнением первого порядка :

${\displaystyle {\frac {dX}{dt}}=-\kappa X}$

где X — реагент (кероген), а κ — константа скорости реакции , которая вводит температурную зависимость через уравнение Аррениуса .

Важные параметры

Было предложено несколько обычно непризнанных, но важных контролирующих параметров метаморфизма. ^[1]

• Отсутствие или наличие воды в системе, так как в присутствии воды значительно подавляется термическая деструкция углеводородов.
• Увеличение давления флюида существенно подавляет метаморфизм всех органических веществ.
• Выход продуктов из мест реакции, так как отсутствие выхода продуктов замедляет метаморфизм.
• Повышение температуры как основной фактор реакций.

Будущая работа

Необходимы многочисленные будущие исследования для выделения параметров, которые наиболее значимы для индукции катагенетического процесса. Будущая работа в этой области будет включать следующее:

• Установление точной связи между временем захоронения и крекингом углеводородов.
• Определение того, как водород из воды в конечном итоге включается в кероген.
• Установление эффекта регионального сдвига.
• Определение того, как статическое давление жидкости влияет на генерацию углеводородов. Некоторые эксперименты продемонстрировали, что статическое давление жидкости может объяснить наличие концентраций углеводородов на глубинах, где их состав иначе не ожидался бы.
• Многие измерения содержания углеводородов в образцах горных пород были сделаны при атмосферном давлении. Это игнорирует потерю большого количества углеводородов при сбросе давления. Образцы горных пород при атмосферном давлении были измерены на уровне 0,11–2,13 процента образцов при давлении пласта. Наблюдения на скважинах включают шипение обломков горных пород и масляных пленок, покрывающих ямы с буровым раствором .
• Типы органического вещества нельзя игнорировать. Различные типы органического вещества имеют различные химические связи, модели прочности связей и, следовательно, различные энергии активации.
• Углеводороды C15 + стабильны при гораздо более высоких температурах, чем предсказывает кинетика реакции первого порядка _.

Например, хотя когда-то предполагалось, что катагенетические процессы являются реакциями первого порядка , некоторые исследования показали, что это может быть не так. ^[1]

Смотрите также

• Диагенез
• Ископаемое топливо
• Метаморфическая реакция

Ссылки

1. Price, Leigh C. (1997). "Минимальные уровни термической стабильности и контрольные параметры метана, определяемые термической стабильностью углеводородов C15+". Геологический контроль глубоких запасов природного газа в Соединенных Штатах (Бюллетень USGS 2146) . USGS: 139–176 . Получено 10 октября 2006 г.