کروژن

[محمــد 4415]

دیدکلی

کروژنها مواد آلی رسوبی شکننده‌ای هستند که در حلالهای مواد آلی غیرمحلول هستند و دارای ساختمان پلیمری می‌باشند. مواد آلی شکننده‌ای که در حلالهای آلی محلول باشند، بیتومن نامیده می‌شوند. ولی کروژنها را می‌توان توسط اسیدهایی مانند hcl و hf از سنگهای رسوبی باز پس گرفت. همچنین ممکن است توسط روش دانسیته و استفاده از مایعات سنگین بتوان کروژن را جد اساخت. چون کروژن نسبت به کانیهای دیگر سبک بوده و وزن مخصوص کمتری دارد.

روشهای مطالعه کروژن

تمرکز کروژن بوجود آمده را می‌توان با میکروسکوپهای با نور عبوری یا انعکاسی مورد بررسی قرار داد و هویت بیولوژیکی و منشا و نحوه بوجود آمدن اولیه آنها را مطالعه نمود. همچنین با استفاده از میکروسکوپهای با نور ماورای بنفش و مشاهده کردن رنگهای فلورسانس ، اجزا اصلی تشکیل دهنده کروژنها را مشخص ساخت و از اسپکتروسکوپهای مادون قرمز نیز جهت بررسی ترکیب شیمیایی و ساختمانی کروژنها کمک گرفت.

 

تجزیه ک

تصویر

 

روژن

مولکولهای بزرگ و پیچیده کروژن به سختی قابل تجزیه بوده ولی در اثرحرارت دادن در اتمسفر به ذرات کوچکتری شکسته می‌شوند که بعدا آنها را می‌توان توسط دستگاههای کروماتوگرافی گازی و اسپکترومترهای جرمی تجزیه نمود.

تغییرشکل کروژنهای مدفون در اثر افزایش حرارت

تبدیل کروژنها به نفت و گاز فرایندی است که به درجه حرارت بالایی نیازمند است. برای شروع تبدیل مواد حیوانی و گیاهی آلی به هیدروکربنها درزیرفشار 1-2 کیلومتر رسوب ، حرارتی درحدود 70-50 درجه سانتیگراد لازم است. درجه حرارت نهایی برای این تبدیل که بلوغ یا مچوراسیون نامیده می‌شود. حتی به بیش از 150 درجه سانتیگراد می‌رسد. لازم به ذکر است که در نواحی با گرادیان زمین گرمایی بیشتر ، به عنوان مثال نواحی با جریان حرارتی بالا ، امکان دارد مواد آلی درعمق کمتری به درجه بلوغ (مچوریتی) برسند.

تاثیر فشار بر ساختمان کروژنها

با افزایش حرارت در اثر افزایش بار رسوبی فوقانی عاملهای باندی c- c مولکولهای آلی موجود در کروژن شکسته می‌شوند و گاز نیز در این مرحله تشکیل می‌شود. بنابراین با بالا رفتن حرارت همگام با افزایش فشار ، باندهای c- c بیشتری در کروژن و مولکولهای هیدروکربنی که قبلا تشکیل شده بودند، شکسته می‌شود. این شکستگی راهنمایی برای تشکیل هیدروکربنهای سبک تر ، از زنجیره‌های هیدروکربنی طویل و از کروژن است. جدا شدن متان و دیگر هیدروکربنها سبب می‌شود که کروژن باقیمانده نسبتا از کربن غنی شود. زیرا در آغاز ، کروژنهای تیپ 1و 2 نسبت h/c برابر 1.7 و 1.3 دارند.

دیاژنز کروژن

شروع دیاژنز با درجه حرارت 70-60 صورت می‌گیرد و ازدیاد درجه حرارت تا زمانی که نسبت h/c =0.6 و نسبت o/c =0.1 باشد تا حدود 150 درجه سانتیگراد ادامه می‌یابد. در درجه حرارتهای بیشتر تمام زنجیره‌های هیدروکربنی طویل تقریبا شکسته می‌شوند و بنابراین باقیمانده آن بطور کلی تنها از گاز متان (گازخشک) می‌باشد و ترکیب کروژن تدریجا به سمت کربن خالص میل خواهدکرد. ( h/c=0 )

محاسبه مچوریتی

محاسبه مچوریتی (به بلوغ رسیدن) سنگ مادر برای پیشگویی اینکه چه سنگهای مادری برای تولید نفت بقدر کافی رسیده هستند و همچنین جهت محاسبه کامپیوتری و طرح ریزی بکار می‌رود که اینها یک قسمت مهم از آنالیز حوضه برای اکتشافات نفت می‌باشند و مهمترین بهره از این محاسبات تعیین تاریخچه فرونشینی است که از ثبت چینه شناسی و تخمین گرادیان زمین گرمایی مشتق می‌شود. بنابراین تاریخچه فرونشینی تابعی از زمان زمین شناسی می‌باشد.

انواع کروژن

بطور کلی سه نوع کروژن قابل تشخیص است. وجه تمایز این سه نوع کروژن به نوع ماده آلی تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد.

 

 

* کروژن نوع اول :

این نوع کروژن دارای منشا جلبکی بوده و نسبت هیدروژن به کربن موجود در آن از سایر کروژنها بیشتر می‌باشد ( نسبت هیدروژن به کربن حدود 1.2 تا 1.7 است ).

 

* کروژن نوع دوم :

کروژن نوع دوم یا لیپتینیک‌ها نوع حد واسط کروژن محسوب می‌شود. نسبیت هیدروژن به کربن نوع دوم ، بیش از 1 می‌باشد. قطعات سر شده جلبکی و مواد مشتق شده از فیتو پلانکتونها و زئوپلانکتونها متشکلین اصلی (کروژن ساپروپل) کروژن نوع دوم است.

 

* کروژن نوع سوم :

کروژن نوع سوم یا هومیک دارای نسبت هیدروژن به کربن کمتر از 84 % می‌باشد. کروژن نوع سوم از لیگنیت و قطعات چوبی گیاهان که در خشکی تولید می‌شود به وجود می‌آید.

 

مراحل تشکیل کروژن

مواد آلی راسب شده در حوضه‌های رسوبی با گذشت زمان در لابه‌لای رسوبات دفن می‌شود. ازدیاد عمق دفن‌شدگی با افزایش فشار و دمای محیط ارتباط مستقیم دارد. تی‌سوت ( 1977) تحولات مواد آلی در مقابل افزایش عمق را تحت سه مرحله به شرح زیر تشریح می‌کند :

 

 

مرحله دیاژنز

تحولات مواد آلی در مرحله دیاژنز در بخشهای کم عمق‌تر زیر زمین و تحت دما و فشار متعارف انجام می‌شود. این تحولات شامل تخریب بیولوژیکی توسط باکتریها و فعل و انفعالات غیر حیاتی می‌باشد. متان ، دی‌اکسید 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 می‌شود ولی نسبت هیدروژن به کربن ماده‌ آلی کم و بیش بدون تغییر باقی می‌ماند.

تصویر

 

 

* تاثیر مرحله دیاژنز در بوجود آمدن هیدروکربنها :

در اوائل مرحله دیاژنز مقداری از مواد جامد از قبیل خرده فسیلها و یا کانیهای کوارتز و کربنات کلسیم و … ، ابتدا حل شده بعدا از آب روزنه‌ای اشباع گشته ، سپس به همراه سولفورهای آهن - سرب و روی و مس و غیره دوباره رسوب می‌کنند. در این مرحله مواد آلی نیز به سوی تعادل می‌روند. یعنی اول در اثر فعالیت باکتریها مواد آلی متلاشی شده و بعدا همزمان با سخت شدن رسوبات (سنگ شدگی) این مواد نیز پلیمریزه شده و مولکولهای بزرگتری را تشکیل داده سپس به تعادل می‌رسند که در این حالت تعادل آنها را کروژن می‌نامند.

 

مرحله کاتاژنز

تحولات مواد آلی در مرحله کاتاژنز در عمق بیشتر تحت دمای زیادتر صورت می‌گیرد. جدایش مواد نفتی از کروژن در مرحله کاتتاژنز به وقوع می‌پیوندد. در ابتدا نفت و سپس گاز طبیعی از کروژن مشتق می‌شود. نسبت هیدروژن به کربن ماده آلی کاهش یافته ولی در مقدار اکسیژن به کربن تغییر عمده‌ای صورت نمی‌گیرد.

 

* تاثیر مرحله کاتاژنز در بوجود آمدن هیدروکربنها :

در این مرحله مواد آلی تغییرات زیادی پیدا می‌کنند و حین تغییر وضع مداوم مولکولی در کروژنها در ابتدا نفتهای سنگین ، بعدا نفتهای سبک و در آخر گازهای مرطوب تولید می‌شوند. در آخر مرحله کاتاژنز تقریبا تمامی شاخه‌های زنجیری هیدروکربنها از مولکول کروژن جدا شده و مواد آلی باقیمانده در مقایسه با زغال سنگها از نظر درجه بلوغ ، شبیه به آنتراسیت بوده و ضریب انعکاسی بیش از 2% دارند.

 

مرحله متاژنز

تحولات ماده آلی در مرحله متاژنز تحت دما و فشار بالاتر نسبت به مراحل قبلی انجام می‌شود. بقایای هیدروکربن 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.

 

* تاثیر مرحله متاژنز در بوجود آمدن هیدروکربنها :

در مرحله متاژنز و متامورنیسم رسوبات در عمق بیشتر و تحت تاثیر حرارت و فشار بیش از حد قرار دارند. در این مرحله کانیهای رسی ، آب خودشان را از دست داده و در نتیجه تبلور مجدد در بافت اصلی سنگ تغییرات بوجود می‌آید. در این مرحله کروژن باقی مانده (موادآلی باقی مانده) تبدیل به متان و کربن باقیمانده می‌شود. این مواد را می‌توان قابل قیاس با تبدیل زغال سنگ به آنتراسیت دانست که ضریب انعکاسشان تا 4% می‌رسد. بالاخره در آخراین مرحله باقیمانده مواد آلی که به صورت کربن باقی مانده در آمده بود، تبدیل به گرافیت می‌شود.

 

رسیدگی کروژن

نفت و گاز در مرحله کاتاژنز از کروژن نیمه رسیده مشتق می‌شوند. اشتقاق هیدروکربور از کروژن نارس امکان پذیر نیست. به دنبال رسیدگی کروژن در ابتدا نفت و سپس گاز طبیعی از کروژن جدا می‌شود. هنگامی که کروژن کاملا برسد دیگر نفت و گازی از آن به وجود نمی‌آید. رسیدگی کروژن به دما ، زمان و احتمالا فشار بستگی دارد.

 

تولید عمده نفت از کروژن در دمای 60 تا 120 درجه سانتیگراد صورت می‌گیرد. تولید عمده گاز از کروژن در دمای 120 تا 225 درجه سانتیگراد است. کروژن در دمای بالاتر از 230 درجه سانتیگراد کلیه مواد هیدروکربوری خود را از دست می‌دهد و تنها به صورت گرافیت باقی می‌ماند.