Katagenezą określa się zjawiska zachodzące w osadach przykrytych już nadkładem innych osadów. Przemiany zachodzą pod wpływem zwiększonego ciśnienia i temperatury, niższych niż podczas procesów metamorficznych. Katageneza może mieć miejsce w skale już skonsolidowanej.
Powstały w wyniku procesów diagenezy kerogen to metastabilny, wysokomolekularny polikondensat, którego cząsteczki w warunkach relatywnie niskich temperatur i ciśnień fazy diagenezy, mogą nie ulegać przemianie nawet przez miliony lat. Najczęściej jednak, w wyniku dalszych oddziaływań procesów subsydencji, dochodzi do dalszego pogrążania wzbogaconej w substancję organiczną warstwy.
W wyniku oddziaływania wzrastających wraz z głębokością temperatur oraz ciśnień, zawarty w skale kerogen traci stabilność przechodząc do stadium transformacji. Degradacja termiczna kerogenu rozpoczyna się wraz z osiągnięciem głębokości, na której temperatury przekraczają 60˚C. Reakcjom termicznym towarzyszy szereg reakcji katalitycznych, gdzie niezwykle istotną rolę odgrywa obecność i jakość substancji mineralnej (głównie minerałów ilastych).
Najważniejsze zachodzące reakcje chemiczne to:
- hydroliza estrów, której produktem są kwasy i alkohole,
- dehydratacja alkoholi,
- dekarboksylacja kwasów.
Efektem tych przemian jest mieszanina długołańcuchowych alkanów, alkenów, alkoholi i kwasów tłuszczowych, nazywana pranaftą. Ta z kolei podlega dalszym reakcjom: dekarboksylacji, dysproporcjonowania wodoru oraz przede wszystkim reakcji krakingu, podczas której dochodzi do rozerwania, powstałych wcześniej długich łańcuchów, w wyniku rozpadu wiązań międzywęglowych C–C. W wyniku wspomnianego szeregu reakcji termicznych i katalitycznych powstają główne składniki ropy naftowej.
Wraz z dalszym pogrążaniem skały macierzystej, wygenerowana w procesach fazy katagenezy ropa ulega dalszym przemianom, wywołanym przez wzrastające temperatury oraz ciśnienie. Dalsze rozrywanie łańcuchów, prowadzące do powstawania coraz lżejszych substancji, skutkuje powstaniem węglowodorów lotnych, w tym metanu, etanu czy propanu. Substancje te początkowo jedynie towarzyszą ropie naftowej, a ich zwiększony udział skutkuje generacją tak zwanej ropy lekkiej.
Wraz z osiągnięciem przez oddziaływującą temperaturę wartości około 120˚C, zaczynają przeważać frakcje lotne. Skała znajduje się na granicy strefy generacji ropy naftowej (okno ropne), oraz gazu ziemnego (okno gazowe).
Początkowo frakcjom lotnym towarzyszą węglowodory ciekłe powodując, że gaz powstający w tej strefie będzie tak zwanym gazem mokrym. Dalsze pogrążanie i wzrost oddziaływujących temperatur powyżej 150˚C (170˚C wg. Bugaj et al., 2006) kończy fazę katagenezy, a tym samym fazę powstawania węglowodorów ciekłych.
Temperatury powyżej wspomnianych wartości granicznych rozpoczynają kolejną, ostatnią fazę generacji węglowodorów: metagenezę. W fazie tej z zawartej w skale substancji organicznej generowany jest wyłącznie metan. Przemianie w gaz ulegają również pozostałe w pogrążającej się skale składniki ropy naftowej. Produktem metagenezy jest tak zwany gaz suchy.
28.07.2014 r.
autor: kdyb
Źródła:
- Bugaj Cz., Olszewska J., Pater K., Pawłowska B, Puchowicz A., Rutkowska J., Stokłosa T., Sutygała J., Śliwka E., 2006. Vademecum rafinera. Ropa naftowa: właściwości, przetwarzanie, produkty. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2006.
- McCarthy, K., Rojas, K., Niemann, M., Palmowski, D., Peters, K., Stankiewicz, A., 2011. Basic Petroleum Geochemistry for Source Rock Evaluation. Oilfield Review Summer 2011, 23, no. 2.
- Technologia chemiczna – surowce i nośniki energii, Laboratorium, Charakterystyka rop naftowych. Dostęp z lipiec, 2014 r.
