Катагенез (геология)

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

Теоретическая реакция

Катагенез — это второй этап созревания органического углерода на пути к графиту. Этот геологический процесс приводит к очень значительным изменениям в биогенных материалах, составляющих углеродистые осадки. Во время катагенеза температура увеличивается, давление увеличивается, и как органические, так и неорганические компоненты «корректируют» свою фазу или форму, чтобы компенсировать это. На этом этапе начинается процесс «литификации». Вообще говоря, повышение температуры приводит к улетучению нестабильных частиц или элементов, слабо связанных с атомами углерода. Повышение температуры и давления также приводит к прекращению биогенных процессов. Один из способов выразить эти изменения — посмотреть на соотношение кислорода и углерода или водорода к углероду по мере созревания осадка. Почти во всех случаях по мере созревания биогенного материала в геологической среде содержание летучих элементов, таких как кислород и водород, значительно снижается, 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.

эта химическая реакция Считается, что 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:

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, так что процесс катагенеза можно представить в виде дифференциального уравнения первого порядка :

{\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, поскольку в присутствии воды существенно подавляется термическая деструкция углеводородов.
Увеличение давления жидкости сильно подавляет весь метаморфизм органического вещества.
Утечка продуктов из мест реакции, поскольку отсутствие утечки продуктов замедляет метаморфизм.
Повышение температуры как основной двигатель реакций.

Будущая работа

Для выделения параметров, которые наиболее значимы для запуска катагенетического процесса, потребуется большое количество будущих исследований. Дальнейшая работа в этой области будет включать в себя 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 выработку углеводородов. Некоторые эксперименты показали, что статическое давление жидкости может объяснить присутствие концентраций углеводородов на глубинах, где их состав в противном случае нельзя было бы ожидать.
Многие измерения содержания углеводородов в образцах горных пород проводились при атмосферном давлении. При этом игнорируются потери большого количества углеводородов при разгерметизации. Образцы горных пород при атмосферном давлении измерены в количестве 0,11–2,13 процента от образцов при пластовом давлении. Наблюдения на буровых площадках включают шипение каменной крошки и нефтяных пленок, покрывающих ямы с буровым раствором .
Виды органических веществ нельзя игнорировать. Различные типы органических веществ имеют разные химические связи, характер прочности связей и, следовательно, разную энергию активации.
Углеводороды C ₁₅₊ стабильны при гораздо более высоких температурах, чем предсказывают кинетики 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]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Прайс, Ли К. (1997). «Минимальные уровни термостабильности и контрольные параметры метана, определенные по термической стабильности C ₁₅ + углеводородов» . Геологический контроль глубоких запасов природного газа в Соединенных Штатах (Бюллетень Геологической службы США 2146) . Геологическая служба США: 139–176 . Проверено 10 октября 2006 г.

[Price1997-1] Перейти обратно: ^а ^б Прайс, Ли К. (1997). «Минимальные уровни термостабильности и контрольные параметры метана, определенные по термической стабильности C ₁₅ + углеводородов» . Геологический контроль глубоких запасов природного газа в Соединенных Штатах (Бюллетень Геологической службы США 2146) . Геологическая служба США: 139–176 . Проверено 10 октября 2006 г.

[1]