Depositionele omgeving is de dominante factor bij het bepalen van de soorten organisch materiaal die in een gesteente worden aangetroffen. Slechts twee soorten organisch materiaal worden in rotsen aangetroffen: afkomstig van het land en afkomstig van aquatische algen. Hitte en druk zetten organisch materiaal om in een stof die humine wordt genoemd en vervolgens in kerogeen. Tijd en temperatuur zetten kerogeen om in aardolie.

Wat is kerogeen?

Geochemici definiëren kerogeen als de fractie van het sedimentair organisch bestanddeel van sedimentair gesteente dat onoplosbaar is in de gebruikelijke organische oplosmiddelen. Kerogenen zijn samengesteld uit een verscheidenheid van organische materialen, waaronder algen, pollen, hout, vitriniet, en structuurloos materiaal. De soorten kerogenen die in een gesteente aanwezig zijn, bepalen in grote mate het type koolwaterstoffen dat in dat gesteente wordt gegenereerd. Verschillende soorten kerogeen bevatten verschillende hoeveelheden waterstof in verhouding tot koolstof en zuurstof. Het waterstofgehalte van kerogeen is de bepalende factor voor de opbrengst van olie versus gas uit de primaire koolwaterstofproducerende reacties.

Gestructureerde kerogenen omvatten houtachtige, kruidachtige, vitriniet, en inertiniet. Amorfe kerogenen komen verreweg het meest voor en omvatten het grootste deel van het algenmateriaal.

Kerogenkwaliteit

Van Krevelen-diagram.

Het type kerogeen dat aanwezig is, bepaalt de kwaliteit van het brongesteente. Hoe meer olie een kerogeen bevat, hoe hoger de kwaliteit. In sedimentgesteenten komen vier basistypen kerogeen voor. Een enkel type of een mengsel van types kan in een brongesteente aanwezig zijn. In de onderstaande tabel worden deze vier basistypen kerogeen opgesomd en gedefinieerd.

Parameterverschillen

De onderstaande tabel toont voorbeelden van de relaties tussen koolwaterstofgeneratiezones, rijpheid, en omzettingsverhouding voor standaard kerogenen van type II en III, gebaseerd op een specifiek model voor begraving en thermische geschiedenis. Het belangrijkste verschil ligt in de diepte tot het begin van de olieproductie, waar 1000 m3,280.84 ft de top van de olievensters van deze twee kerogeentypes scheidt.

Transformatieverhouding

Figuur 1 . Copyright: resultaten van Genex 1-D basin modeling software, courtesy Institute Français du Petrole.

Wanneer we koolwaterstofgeneratiecurven en transformatie ratio curven uit 1-D modellen met elkaar vergelijken, kunnen we een relatie ontwikkelen op een manier die vergelijkbaar is met die voor generatie-maturity. Indien vitrinietreflectiegegevens beschikbaar zijn, kan de relatie tussen omzettingsverhouding en rijpheid worden gebruikt om (1) het percentage kerogeen te voorspellen dat op een bepaalde diepte koolwaterstoffen heeft gegenereerd en (2) de koolwaterstofopbrengst.

Voorbeeld

Op basis van figuur 1 bepalen we dat op een diepte van 2,6 km2,600 m
8.530,184 ft
102.362,26 in de gemodelleerde put zich momenteel in de olieproductiezone bevindt en dat ongeveer 25% van het kerogeen in het brongesteente op deze diepte koolwaterstoffen heeft gegenereerd. We weten uit de koolwaterstofgeneratie-rijpheidsrelatie dat op 2,6 km2,600 m
8.530,184 ft
102.362,26 in deze put een vitrinietreflectiecoëfficiënt ( Ro) van 0,7% heeft. Als een andere put in het bekken vergelijkbaar brongesteente bevat en een maturiteit heeft van 0,7% Ro op 3,7 km3,700 m
12.139.108 ft
145.669.37 in, dan kunnen we voorspellen dat de sectie op 3,7 km3,700 m
12.139.108 ft
145.669.37 in rijp is voor het genereren van vloeibare koolwaterstoffen en een vloeibare koolwaterstof heeft gegenereerd, waarbij ongeveer 25% van het kerogeen is omgezet in koolwaterstof.

Kerogeensoorten

De volgende beschrijvingen van kerogeentypes geven hun biologische input, stratigrafie, en afzettingsprocessen die hun olie-genererende eigenschappen bepalen. Kerogeentypes worden gedefinieerd op basis van H/C- en O/C-waarden (of HI en OI van Rock-Eval). In thermisch onvolgroeide monsters bevatten de chemisch extreme kerogeentypes I en IV (en dus de overeenkomstige organische facies A en D) maceralen met betrekkelijk uniforme chemische eigenschappen. Deze eindleden worden gedomineerd door de meest en minst waterstofrijke bestanddelen. Andere kerogeentypes (en dus hun equivalente organische facies) zijn vaak mengsels van maceralen. Microscopie is de methode bij uitstek om de bestanddelen van gemengde organische stof assemblages te onderscheiden.

Voordat de criteria voor het onderscheiden van kerogeentypes worden opgesomd, is het belangrijk om het “minerale matrix effect” in ogenschouw te nemen. Sommige minerale (polaire klei) bestanddelen vertragen het vrijkomen van koolwaterstoffen uit poedervormige hele gesteentemonsters tijdens de pyrolyse van Rock-Eval, waardoor de kwantiteit, kwaliteit en thermische rijpingsgegevens ondergewaardeerd worden. Hoewel deze factor, het minerale matrix effect, welbekend is bij organisch geochemici, wordt het vaak over het hoofd gezien bij de interpretatie van Rock-Eval afhankelijke waarden die gebruikt worden om het kerogeentype en de organische facies te bepalen. Het minerale matrixeffect treedt op wanneer polaire klei reageert met polaire organische moleculen tijdens de niet-watervrije Rock-Eval procedure.

Figuur 2 Gewijzigd Van Krevelen diagram voor organische facies A tot en met D. (Naar Jones.)

Pioniers op het gebied van pyrolyse ontdekten dat sommige mineralen de koolwaterstofuitstoot remmen tijdens pyrolyse van het gehele gesteente en niet tijdens kerogeen pyrolyse. Het effect van verschillende matrixbestanddelen varieert van het sterkst tot het zwakst: illiet > Ca-bentoniet > kaoliniet > Na-bentoniet > calciumcarbonaat > gips. Variaties in de minerale matrixwerking gerelateerd aan de organische rijkdom komen voor in monsters van heel gesteente met TOC-waarden van minder dan 10%.

Geologische thermische rijpingsprocessen verschillen van die van de pyrolyse van Rock-Eval. Hele gesteentemonsters van Rock-Eval worden snel verhit in een watervrije omgeving. Bij geologische begravingsprocessen ondergaan klei fysische en chemische veranderingen die gewoonlijk voorafgaan aan de langzame en systematische thermische omzetting (generatie) van kerogeen in aardolie. Deze veranderingen doen zich voor in waterrijke milieus, die waarschijnlijk het reactieve vermogen van klei verminderen, meestal voordat het ontstaan van koolwaterstoffen van betekenis heeft plaatsgevonden. Niettemin blijft er onder geologische omstandigheden waarschijnlijk een zekere mate van minerale matrixwerking bestaan.

Kerogeentype I

Kerogeentype I bestaat overwegend uit de meest waterstofrijke organische materie die in het gesteente bewaard is gebleven. Vaak is het organisch materiaal structuurloos (amorf) alginiet en fluoresceert het, wanneer het onrijp is, goudgeel in ultraviolet (UV) licht. Een groot deel van kerogeen van type I kan thermisch worden omgezet in aardolie en is daarom zelden herkenbaar in thermisch rijp of post-rijp gesteente. Soms is in thermisch onrijpe gesteenten morfologisch onderscheidend alginiet structureel of chemisch toe te wijzen aan specifieke algen- of bacteriegeslachten. Deze organisch-wandige microfossielen hebben hoge H/C waarden omdat zij op biologische wijze koolwaterstoffen hebben gevormd. Enkele voorbeelden van zuivere assemblages met kerogeeneigenschappen van type I zijn de volgende: (1) de lacustriene alg Botryococcus braunii, die soms zijn kenmerkende kop-en-stengelkoloniale morfologie en/of zijn unieke chemische verbinding, botryococcane, behoudt; (2) Tasmanites spp., die marien fyto-plankton met een laag zoutgehalte en koel water zijn, met unieke fysische kenmerken; en (3) het Ordovicium marien organisch-wandig koloniaal microfossiel Gloeocapsomorpha prisca, met zijn kenmerkende fysische verschijning en unieke chemische signatuur. Waar kerogeen type I wijdverspreid is, is het gekarteerd als organisch facies A. Het vormt zich gewoonlijk in gelaagde waterkolommen van meren, estuaria en lagunes.

Kerogeen type I is geconcentreerd in gecondenseerde secties waar detritaal sediment transport laag is en voornamelijk pelagisch. Gecondenseerde secties komen voor in offshore-facies van transgressieve systeemtrajecten in mariene en lacustriene omgevingen. Hoewel deze uitbreiding van de terminologie van mariene naar lacustriene milieus op het eerste gezicht onbekend kan zijn, worden lacustriene gesteenten gevormd door dezelfde dynamische processen die mariene gesteenten vormen (d.w.z, sedimentaanvoer, klimaat, tektoniek en bodemdaling), hoewel veranderingen in meerniveaus vaak lokale veranderingen in afvloeiing, verdamping en sedimentbekkenvulling weerspiegelen in plaats van de wereldwijde en relatieve zeespiegelveranderingen die voor mariene sedimenten worden verondersteld.

Kerogeentype II

Kerogeentype II in zijn zuivere (monomacerale) vorm wordt gekenmerkt door het relatief waterstofrijke macerale exiniet. Voorbeelden zijn sporen en pollen van landplanten, voornamelijk mariene fytoplankton cysten (acritarchen en dinoflagellaten), en sommige landplant componenten zoals blad en stengel cuticula. Net als bij kerogeen type I is het voorkomen van kerogeen type II afhankelijk van een hoge biologische productiviteit, geringe minerale verdunning en beperkte oxygenatie. Het zuivere exinitisch kerogeen type II wordt bewaard in gecondenseerde coupes en vertegenwoordigt maceralen die iets minder waterstofrijk zijn dan kerogeen type I.

Kerogeen type II kan ook gevormd worden uit gedeeltelijke afbraak van kerogeen type I of uit wisselende mengsels van kerogeen type I en types II, III, en IV. Zo kan organisch materiaal dat in verschillende herkomstgebieden is gevormd, worden gecombineerd, zoals wanneer planktonisch algenmateriaal in sedimenten valt die getransporteerde houtachtige maceralen bevatten (kerogeen type III). Kerogeen type II is vastgelegd in transgressieve systeemtrajecten, soms landwaarts van kerogeen type I afzetting.

Kerogeen type III

Kerogeen type III bevat voldoende waterstof om gasgenererend te zijn, maar niet genoeg waterstof om olie-gevoelig te zijn. In zijn zuivere vorm is het samengesteld uit vitriniet, een maceral gevormd uit hout van landplanten. Net als bij andere intermediaire kerogeentypes kunnen echter diverse mengsels van maceralen of degradatieprocessen bijdragen tot de vorming van kerogeentype III. In de omgevingen waar steenkool wordt gevormd, komen verschillende kerogeentypes voor. De meeste kolen worden gevormd in paralische moerassen en verlaten riviergeulen. Vail et al. (in press) vinden dat in regio’s waar de aanvoer van sedimenten laag is, ingesneden valleien deze sedimenten bevatten als estuariene of kustvlakte-afzettingen.

Kerogeentype IV

Kerogeentype IV is een term die niet universeel wordt gebruikt door organisch geochemici omdat het moeilijk is om type IV te onderscheiden van type III met alleen Rock-Eval pyrolyse. Het is een inert (genereert geen koolwaterstoffen) eindlid van het koolwaterstofgenererende spectrum. Kerogeen type IV is samengesteld uit waterstof-arme bestanddelen zoals inertiniet, dat detritisch organisch materiaal is dat rechtstreeks is geoxideerd door thermische rijping met inbegrip van vuur (houtskool) of door biologische of sedimentologische recycling.

Zie ook

• Analyse van gesteente Eval met behulp van waterstofindex (HI) en zuurstofindex (OI)
• Kerogeentype en -kwaliteit: visuele beoordeling
• Pyrolyse gaschromatografie
• Relaties tussen rijpheid en koolwaterstofgeneratie
• Kerogeentype en koolwaterstofgeneratie
• Kerogeentype en rijpheid
• Kerogeentype en omzettingsverhouding
• Open- versus gesloten systeem generatie modellering
• Van Krevelen diagram
• Type I kerogeen
• Type II kerogeen
• Type IIS kerogeen
• Type III kerogeen
• Type IV kerogeen

literatuur vinden over Kerogeen

• Originele inhoud in Datapages
• Vind het boek in de AAPG Store