Ropa naftowa i gaz ziemny powstają ze skał macierzystych, zawierających odpowiednią ilość materii organicznej w swoim składzie. Najlepszym przykładem skał tego typu są skały łupkowe. Żeby doszło do generowania ropy naftowej, gazu biogenicznego lub gazu termogenicznego, materia organiczna w skale łupkowej musi zostać przetworzona przez określone grupy bakterii na etapie wczesnej diagenezy lub musi być odpowiednio pogrzebana i podgrzana, aby mogła osiągnąć odpowiednią dojrzałość termiczną do generowania gazu termogenicznego.
Dojrzałość termiczna to przede wszystkim diagenetyczne przemiany materii organicznej w skałach macierzystych, generujących ropę naftową i gaz ziemny – od fazy niedojrzałej do generowania węglowodorów przez główną fazę generowania ropy i gazu po fazę przejrzałą.
Czynnikami powodującymi transformację materiału organicznego są:
- temperatura,
- czas,
- ciśnienie.
W wyniku ich działania następuje wydzielenie z biomasy produktów mobilnych (gazy i ciekłe węglowodory) przy wzroście koncentracji stałych komponentów organicznych. W dalszym procesie dojrzewania (diagenezy) wyżej wymienione składniki stałe tracą grupy funkcyjne zawierające tlen, siarkę i azot, a wzbogacane są w węgiel. W wyniku tych procesów zmieniają się właściwości optyczne materii organicznej.
Stopień dojrzałości termicznej zależy głównie od maksymalnej paleotemperatury oddziałującej na skały w przeszłości geologicznej oraz od czasu jej trwania. Wzrost dojrzałości z głębokością pogrążenia jest spowodowany wzrostem temperatury skał w głębszych partiach skorupy ziemskiej i ściśle związany z wielkością gradientu geotermicznego wyrażanego zwykle w °C/km.
Wpływ ciśnienia na stopień dojrzałości materii organicznej jest niewielki, spowalnia ono bowiem reakcje chemiczne zachodzące w czasie dojrzewania, wpływa jednak w sposób oczywisty na właściwości fizyczne, takie jak zmniejszenie porowatości i układ strukturalny cząsteczek.
Rekonstrukcję procesów diagenetycznych materii organicznej starszego paleozoiku można przeprowadzić różnymi metodami, np.:
- CAI (obserwacja zmian zabarwienia konodontów),
- analiza zawartości części lotnych,
- analiza pierwiastka C (węgiel),
- analiza pirolityczna Rock Eval,
- analiza chromatograficzna,
- analiza izotopowa,
- analiza illityzacji smektytu.
Jednak jedną z najprostszych oraz najbardziej precyzyjnych metod jest analiza mikroskopowa w świetle odbitym białym i UV.
Analiza mikroskopowa w świetle odbitym UV pozwala zaobserwować spadek intensywności barw fluorescencyjnych pierwotnych macerałów z grupy liptynitu (np. alginit, bituminit) aż do całkowitego zaniku. Ten pierwotny materiał ulega transformacji w składniki wtórne niefluoryzujące (np. stałe bituminy). Te diagenetyczne zmiany materii organicznej zachodzą zwykle na głębokości około 3000 m.
W obserwacji mikroskopowej w świetle odbitym białym manifestują się one podwyższoną zdolnością refleksyjną (jaśniejsza barwa) macerałów organicznych, aż po wystąpienie birefleksyjności (anizotropii) macerałów grupy witrynitu oraz składników witrynitopodobnych (np. stałe bituminy).
Poszczególne fragmenty roślin oraz inne szczątki organiczne w różnym stopniu i z różną intensywnością poddają się zmianom spowodowanym czynnikami fizycznymi lub chemicznymi. Za najbardziej stabilne komponenty biomasy należy uznać ligninę i celulozę, które są wyjściowymi składnikami grupy witrynitu.
Mierzalnym, mikroskopowym parametrem określającym wielkość zachodzących zmian jest zdolność odbicia światła witrynitu lub w przypadku jego nieobecności (np. w osadach starszego paleozoiku) materiału witrynitopodobnego (np. stałe bituminy). Refleksyjność macerałów witrynitu wzrasta wraz ze wzrostem dojrzałości termicznej. Jej wielkość charakteryzuje różne stadia przemian diagenetycznych i faz generowania węglowodorów.
Pomiary refleksyjności są przeprowadzane w imersji na polerowanych płytkach skalnych, na autogenicznym witrynicie lub materiale witrynitopodobnym, o cechach optycznych witrynitu. Składniki te charakteryzują się liniowym wzrostem zdolności odbicia światła wraz ze wzrostem stopnia dojrzałości, a wartość pomierzonego współczynnika refleksyjności (% Ro) odpowiada określonemu zakresowi temperatur oddziaływujących w przeszłości geologicznej na badane osady.
autorzy: Izabella Grotek, Marcin Janas
