شرایط تشکیل و ژنز نفت:

منشأ آلي نفت

طرفداران منشأ آلي نفت معتقدند كه هيدروكربن از مواد آلي بوجود مي آيد. تا دهه 1930 نظريه آنها فقط بر اساس شباهت هايي بود كه بين هيدروكربن ها و مواد آلي وجود داشت. اين شباهت ها به قرار زير است :
 تركيب هيدروكربن بسيار شبيه تركيب پروتئين ها و چربيها و اسيدهاي چرب است،
 مهمترين قسمت چرخه كربن در طبيعت، در گياهان و جانوران قرار دارد،
 همراهي هيدروكربن ها با سنگ هاي رسوبي و تجمعات فسيلي آنها.
از سال 1930 به بعد با توسعه علوم و تكنولوژي، مدارك مستندي در حمايت از منشاء آلي نفت بدست آمد. بكارگيري ايزوتوپهاي پايدار، تأييد كننده اصلي اين تئوري است. ميزان ايزوتوپ پايدار كربن سيزده (δ13C) در نفت خام حدود 36- تا 22- است. اين مقدار بسيار نزديك به ميزان آن در گياهان و جانوران (براي موجودات دريايي به طور متوسط 23- مي باشد). ميزان δ13C در سنگ هاي كربناته بسيار زياد ااست (4+ تا 4- ) و براي كربن هاي حاصل از سنگ هاي ماگمايي حدود (20- تا 2-) مي باشد. اين موضوع ثابت مي كند كه منشأ هيدروكربن ها بايد از موجودات باشد.
حضور هيدروكربن ها در فواصل زغال سنگي ( نظير حوضه كوپر در استراليا)، حضور پورفيرين در نفت ها كه تركيبش خيلي شبيه به هموگلوبين است از مدارك ديگري اند كه منشأ آلي نفت را تأييد مي كنند. حضور هيدروكربن در بدن و بافت بعضي موجودات نيز تأييدي بر منشأ آلي نفت است.
مثال هاي زير انواعي از آنهاست:
درخت Euphorbia نوعي شيره از خود ترشح مي كند كه تركيبش بسيار شبيه هيدروكربن ها است.
در قسمت شمالي مكزيك بعضي از دانه هاي لوبيا حدود 40% مواد روغني دارند كه به منظور روغن هاي روان كننده مورد استفاده قرار مي گيرند.
 جلبكهاي آبهاي شيرين Botryococcus داراي روغن، چربي و هيدروكربن هاي مايع اند.
در داخل سلول دياتوميت و بعضي از انواع فرامينيفرها قطرات ريز نفت وجود دارد.
توليد و حفظ مواد آلي :
ماده اصلي که از آن هيدروکربن شکل مي گيرد، ماده آلي (Organic matter ) تشکيل شده در سطح زمين است. فرآيند تشکيل ماده آلي با فتوسنتز شروع مي شود. گياه در حضور نور خورشيد، طبق فرمول زير، آب و CO2 را به گلوکز، آب و اکسيژن تبديل مي کند

: گلوکز ماده آغازين جهت ساختن ترکيبات پيچيده تر مي باشد. فتوسنتز قسمتي از چرخه عظيم کربن است. معمولاً بيشتر مواد آلي توليد شده توسط فتوسنتز مجدداً به صورت CO2 به اتمسفر بازگردانده مي شود.
اين بازگشت از طريق تنفس حيوانات يا اکسيداسيون و تخريب باکتريايي موجود مرده حاصل مي شود. مقادير کمي از مواد آلي، در حدود 001/0 در صد معمولاً از اين چرخه فرار کرده و دفن مي شوند.
در طول زمان زمين شناسي، اين حجم کم، مقادير بسيار عظيمي از ماده آلي فسيل را توليد مي کند.
اغلب اين ماده به طور گسترده در داخل رسوبات پراکنده است که نهايتاً نهشته هاي زغال سنگ، نفت و گاز طبيعي را توليد مي کند.
بيشتر مواد آلي در محيط هاي آرام و کم انرژي حفظ شده و رسوب مي کنند و در محيط هاي پر انرژي و متلاطم، از داخل رسوب شسته مي شوند.
بنابراين ماده آلي مي تواند در انواع سنگ هاي دانه ريز مانند شيل ها و گل هاي آهکي يافت شود. حفظ ماده آلي به نکات ذيل بستگي دارد :
ميزان بالاي توليد مواد آلي
 ميزان پائين تخريب مواد آلي
سرعت رسوبگذاري مناسب
وجود آب هاي فقير از اکسيژن (محيط غير اکسيدان يا احيايي)
اگر سرعت رسوبگذاري خيلي کم باشد، ميزان اکسيداسيون زياد و تجزيه و تخريب مواد آلي به شدت صورت مي گيرد و اگر سرعت رسوبگذاري خيلي زياد باشد، مواد آلي با درصد کمتري در رسوب پراکنده خواهند شد.
در واقع سرعت رسوبگذاري، مقدار ماده آلي را کاهش نمي دهد بلکه باعث پراکندگي بيشتر ماده آلي در حجم رسوبات مي شود.
عمده مواد آلي موجود در اقيانوس ها، در اثر فرآيند فتوسنتز ايجاد مي شوند و توليد کنندگان اصلي مواد آلي، فيتوپلانکتون ها ( Phytoplanctons) هستند که گياهان شناور ميکروسکوپي چون :
دياتومه ها (Diatoms)، اسفنج ها، داينوفلاژله ها ( Dinoflagellates) و جلبک هاي سبز – آبي ( blue-green algae)مي باشند.
مقدار توليد ساليانه فيتوپلانکتون ها در اقيانوس هاي امروزي به طور متوسط حدود 20 تا 30 گيگا تن است. دومين عامل مهم توليد مواد آلي، ميزان ورود مواد مغذي به زون حاوي نور مي باشد که مهمترين اين مواد مغذي شامل فسفات ها و نيترات ها مي باشند که از تجزيه مواد آلي به دست مي آيند و براي رشد گياهان و جانوران حياتي هستند. مرگ و مير گياهان و جانوران نيز سبب انباشته شدن مواد آلي مي شود که اين مواد آلي مي توانند به صورت انواعي از مولکول هاي زيستي مانند ليپيد ها، پروتئين ها، کربوهيدرات ها و ليگنين مي باشند.
باکتري ها نقش مهمي در تجزيه و تخريب مواد آلي دارند. عمده فعاليت باکتري ها محدود به 30 تا 60 سانتي متري بالاي رسوب است.
 باکتري هاي هوازي با استفاده از اکسيژن محلول در آب، مواد آلي رسوب را به CO2 و آب تبديل مي کنند :

باکتري هاي بي هوازي کمي پائين تر از سطح رسوب، مواد آلي را با استفاده از اکسيژن موجود در نيترات، سولفات و خود مواد آلي تجزيه مي کنند.اين فرآيندها توليد نيتروژن، CO2، H2S و متان مي کند.

شرايط لازم براي تشكيل نفت:
شرايط احيايي؛ شرايط اكسيدان ماده آلي را متلاشي كرده و H2O + CO2 را ايجاد مي کند.
محيط بايستي براي فعاليت جانوران مرده خوار نامساعد باشد.
محيط هاي مناسب:

بستر اقيانوس خصوصاً گودالها كه آب عمقي ساكن مي باشند.
 مردابها

شورابهاي بسته
ماندابهاي شور

تشكيل نفت:
سقوط مواد آلي به بستر حوضه باعث متلاشي شدن ماده آلي توسط باكتريهاي بي هوازي يا نفتي شدن نموده و ساپروپل (زغال سياه ) ماده مادر نفت را تشکيل مي دهد.
در درياي سياه، گردش آب محدود است و رسوبات بستر 35% مواد آلي دارند و ميانگين مواد آلي رسوبات دريايي %5/2 است.

تبديل كربوهيدرات به هيدروكربن:
كربوهيدرات ها (CH2O)n تحت تأثير فرايندهاي بيوشيميايي به اسيدهاي چرب تبديل شده و سپس بر اثر فيزيون، تقطير، حلقوي شدن و آب زدايي به هيدروكربن nCO2 + y CH2 تبديل مي شود.
واكنش تبديل كربوهيدرات ها به هيدروكربن را اكسيداسيون و احياء رفت وبرگشتي مي گويند زيرا در طي آن بخشي از مواد آلي به طور كامل به CO2 اكسيده شده و بخشي نيز به طور كامل به هيدروكربن احيا مي شوند.
بالا بودن غلظت 12C نفت ناشي از منشأ آن (متلاشي شدن اسيدهاي چرب) مي باشد.
نقش رس:
رس به عنوان كاتاليزور عمل كرده و با جذب سطحي بالا (جذب مولكولهاي بيگانه) امكان واكنش را فراهم مي كند.
سه مرحله اصلي در طي دفن و تكامل مواد آلي به هيدروكربن ها وجود دارد كه عبارتند از: دياژنز(Diagenesis)، كاتاژنز(Katagenesis) و متاژنز (Metagenesis).

مرحله دياژنز (Diagenesis):
مرحله دياژنز مواد آلي از همان لحظه اي كه رسوبات دفن مي شوند، آغاز مي گردد. گل هاي تازه نهشته شده بدون استحكام بوده و ممكن است كه بيش از 70% آب و خلل و فرج داشته باشند. اين گل ها پس از دفن به سرعت فشرده مي شوند. بيشتر تخلخل ها در 500 متر اول دفن از بين مي روند. پس از آن فشردگي شيل ها خيلي آهسته تداوم مي يابد. همچنين هر ماده آلي كه داخل شيل باشد تغييرات پيچيده اي را تحمل مي كند.
بيوپلي مرها (biopolymers) كه متشكل از پروتئين ها، ليپيدها، هيدرات هاي كربن و ليگنين هستند. منشا زيستي داشته و داراي ساختمان منظمي مي باشند. در طي تجزيه بيوشيميايي بيوپلي مرها، پروتئين ها سريعتر از بقيه تجزيه مي شوند و هيدرات هاي كربن در مرحله بعدي قرار دارند. ليپيدها و ليگنين معمولاً بدون تغيير يا با تغييرات كمي باقي مي مانند.
در طي دياژنز، بيوپليمرها به مولكول هاي ساده تري به نام ژئومنومر (geomonomers) شكسته مي شوند. بعضي از اين تركيبات كه بيشتر فعال هستند با يكديگر به طور خودبخود واكنش انجام داده تا در نهايت ژئوپليمرهاي (geopolymers) پيچيده پايدارتري به وجود بيايد.
اين تغييرات در آغاز توسط فرآيندهاي باكتريايي و شيميايي انجام مي شود و سپس با شكست حرارتي (thermal cracking) دنبال مي شود. با افزايش عمق تدفين، مواد آلي عمده نيتروژن، اكسيژن و گوگرد و كمي از هيدروژن و كربن خود را از دست مي دهند. تنها هيدروكربن توليد شده در اين مرحله متان مي باشد. اين هيدروكربن گاز بيوژنيك (biogenic gas) يا گاز مرداب (marsh gas) ناميده مي شود و از تجزيه مواد آلي توسط باكتري هاي بي هوازي بوجود مي آيد. محصول نهايي در طي مرحله دياژنز مواد آلي، كروژن است. در طي دياژنز مواد آلي از منشأهاي مختلف، به يكي از انواع اصلي كروژن بلوغ پيدا مي كنند.

مرحله كاتاژنز(Katagenesis):
در طي تدفين با افزايش حرارت و فشار، ساختمان كروژن از لحاظ ترموديناميكي ناپايدار شده و شرايط جديد فيزيكوشيميايي باعث تغيير آن مي شود. به اين ترتيب در كروژن كه در اثر افزايش فشار و حرارت، در طي زمان زمين شناسي بوجود مي آيد، بلوغ (maturation) مي گويند كه شامل تجزيه حرارتي (thermal degradation) و شكستن (cracking) كروژن به مولكول هاي كوچكتر و تبديل آن به يك ماده پايدارتر غني از كربن، نظير هيدروكربن است.
در طي مرحله دوم يا كاتاژنز مولكول هاي هيدروكربن به صورت نفت و گاز مرطوب از كروژن شكسته و جدا مي شوند و در نتيجه نسبت H/C كروژن باقي مانده كاهش مي يابد.

مرحله متاژنز (Metagenesis):
در نهايت در مرحله بعدي يعني متاژنز توليد مستقيم هيدروكربن از كروژن متوقف مي شود، اما متان قابل توجهي مي تواند كماكان از نفت توليد شده قبلي توسط دگرساني حرارتي توليد شود.
در نهايت اين مرحله، تركيب كروژن به كربن خالص يا گرافيت نزديك مي شود. شكل ذيل تكامل مواد آلي و شكل گيري هيدروكربن ها از كروژن و فسيل هاي ژئوشيميايي را در طي دياژنز، كاتاژنز و متاژنز نشان مي دهد. فسيل هاي ژئوشيميايي (geochemical fossils) تركيبات هيدروكربني با وزن مولكولي بالايي هستند كه در بسياري از نفت هاي خام وجود دارند. اين هيدروكربن ها، مولكول هايي هستند كه از موجودات زنده در طي رسوبگذاري سنگ منشأ بوجود آمده و حفظ شده است و لذا مي توانند به عنوان نشان هاي زيستي (biomarkers) در شناسايي نوع ماده آلي بوجود آورنده نفت به كار برده شوند. از انواع فسيل هاي ژئوشيميايي مي توان پارافين هاي زنجيره طويل و استروئيدها يا الكل هاي حلقوي پيچيده را نام برد.

كروژن (kerogen):
كروژن به مواد آلي موجود در سنگ هاي رسوبي گفته مي شود كه در حلال هاي الي حل نمي شود. بخشي كه در حلال هاي آلي، قابل حل است، بيتومن (bitumen) ناميده مي شود.
عدم حلاليت كروژن به دليل اندازه بزرگ مولكول هاي متشكله و ساختمان پيچيده آن است. كروژن در واقع منشأ تركيبات نفتي است و نوع آن، نوع هيدروكربن توليد شده را كنترل مي كند.

انواع كروژن ها (kerogen types):
انواع كروژن را مي توان با استفاده از مطالعات ميكروسكوپي و يا استفاده از پارامترهاي حجمي، نظير نسبت اتمي H/C در مقابل O/C كه از تجزيه كروژن بدست مي آيد، تفكيك نمود.
براين اساس، با استفاده از نمودار ون-كرولن (van krevelen diagram) مي توان چهار نوع كروژن و مسير بلوغ انواع آن را نشان داد.
كروژن هاي نفترا (oil prone) معمولاً ممكن است بيش از 65% اگزينايت و قطعات آمورف داشته باشند. نمونه هايي با درصد پايين تر اغلب گاز مرطوب و نفت ميعاني (condensate) توليد مي كنند.

كروژن نفت زا مي تواند به دو نوع تقسيم شود:
نوع I
نوع I يا كروژن جلبكي (algal kerogen) از اجزاي جلبكي اگزينايتي غني است و در درياچه ها يا محيط هاي دريايي تشكيل مي شود. ليپيدها از اجزاي اصلي اين نوع كروژن مي باشند. كروژن نوع I به توليد نفت خام هاي غني از هيدروكربن هاي اشباع شده متمايل است.
كروژن نوع II
كروژن نوع II يا كروژن ليپتنيك (liptinic kerogeren) منشأ دريايي دارد و ذرات تشکيل دهنده آن غالباً آمورف هستند و از تجزيه فيتوپلانكتون ها، زئوپلانكتون ها و بعضي جانوران عالي تر حاصل شده اند. كروژن نوع II تمايل به توليد غني از آروماتيك و نفتنيك دارد. كروژن نوع II گاز بيشتري نسبت به نوع I توليد مي كند.
كروژن نوع III
كروژن نوع III يا كروژن ذغالي (coaly kerogen) از ماسرال ويترينايت غني است و ظرفيت توليد نفت بسيار كمي دارد و به طور عمده گاز خشك توليد مي كند.
كروژن نوع IV
كروژن نوع IV كروژن هاي غني از اينرتينايت است كه به شدت كمياب هستند. همان طور كه از نامش پيداست، اين نوع كروژن خنثي است و توانايي توليد نقت يا گاز را ندارد.
پراكندگي كربن آلي در انواع مختلف كروژن متفاوت است. از كروژن نوع I تا كروژن نوع III ميزان كربن آلي قابل تبديل به هيدروكربن (convertible carbon) كاهش يافته، در صورتي كه مقدار كربن باقي مانده (residual carbon) كه هرگز هيدروكربن توليد نمي كند، افزايش مي يابد.

سنگ منشأ (Source rock):
سنگ دانه ريز غني از مواد آلي كه قادر است در اثر تكامل حرارتي توليد هيدروكربن نمايد.
سنگ منشأ به 3 گروه تقسيم مي شود:
سنگ منشأ مفيد كه خود نفت را توليد و از خود خارج مي نمايد.
سنگ منشأ محتمل كه پتانسيل منشأ بودن آن هنوز ارزيابي نشده است وليكن احتمال دارد كه نفت توليد كرده باشد.
سنگ منشأ بالقوه كه به سنگ رسوبي نابالغي اطلاق مي شود كه توانايي توليد هيدروكربن را در صورت رسيدن به درجه بلوغ دارد.

مهاجرت نفت Oil Migration‌:
مواد آلي اغلب توسط عمل امواج و جريانات از بين رسوبات دانه درشت شسته شده اند و يا در طي فرآيند دياژنز اوليه تجزيه شده و از بين رفته اند.
مهاجرت هيدروكربن فرآيندي است كه باعث حركت نفت و گاز از سنگ هاي منشأ ريز دانه به سنگ هاي مخزن درشت دانه و تراوا مي شود.
مهاجرت به 2 صورت اوليه و ثانويه است.
مهاجرت اوليه به حركت نفت و گاز از سنگ منشأ به لايه تراواتر يا لايه Carrier bed و يا سنگ مخزن Reservoir Rock مي باشد.
طي مهاجرت ثانويه، نفت و گاز در لايه هاي معبر حركت مي كنند تا اينكه در يك تله نفتي Oil tap متمركز شوند.

سنگ مخزن The reservoir Rock:
يك مخزن هيدروكربني سنگي است كه هم داراي ظرفيت ذخيره سازي بوده (متخلخل باشد) و هم توانايي عبور سيال از ميان خود را داشته باشد (تراوا باشد.
خواص كاني شناسي و بافتي خرده ها و مغزهاي حفاري سنگ مخزن به روشهاي ذيل امكان پذير است:
پتروگرافي مقاطع نازك، مطالعه با ميكروسكوپي الكتروني (SEM) مجهز به گيرنده هاي BSE و EDS.
پراش اشعه ايكس (X-Ray Diffraction)
الكترون مايكروپروب (Electron Microprobe)
مطالعه ميكروسكوپي به روش كاتدولومينسانس (CL)
ميكروترمومتري ادخال هاي مايع
ايزوتوپ هاي پايدار كربن و اكسيژن
فشار موئينه تزريق جيوه
پردازش و آناليز تصاوير جهت ارزيابي فضاي منفذي
تخلخل Porosity:
نسبت حجم فضاهاي خالي به حجم كل سنگ. تخلخل با افزايش عمق، كاهش مي يابد.
تخلخل از نظر زمان تشكيل عبارتند از :

 تخلخل اوليه Primary porosity :
اين نوع تخلخل هم زمان با رسوبگذاري انجام مي شود.
انواع تخلخل اوليه عبارتند از:

 تخلخل بين ذره اي يا بين دانه اي (inter granular porosity) & (inter Particlar porosity) :
اين نوع تخلخل در حفرات بين ذرات تشكيل دهنده سنگ در هنگام رسوبگذاري تشکيل مي شود كه عمدتاً در ماسه سنك ها مي باشد.

 تخلخل درون ذره اي يا درون دانه اي (Intra granular porosity) & (Intra Particlar porosity) :
اين نوع تخلخل بيشتر در داخل دانه ها و بيشتر در سنگ هاي آهكي اسكلتي ديده مي شود عبارتست از حفرات اوليه كه داخل اسكلت موجودات بعد از مرگشان وجود دارد. به عنوان مثال بريوزوئرها، مرجان ها، نرمتنان عمدتاً اين نوع تخلخل را ايجاد مي كنند.

تخلخل پناهگاهي (Shelter):
حفره هايي هستند كه به صورت پناهگاهي در زير دانه هاي درشت باقي مي مانند به عنوان مثال وقتي صدف دو كفه اي يا براكيوپود به صورت محدب در رسوبات قرار گيرد، قسمت زير صدف به صورت حفره باقي مي ماند. اگر اين حفره توسط كلسيت ثانويه پرشود، بافت ژئوپتال را تشكيل مي دهدكه از روي آن مي توانيم به برگشته بودن يا عادي بودن لايه ها پي ببريم.

تخلخل درون شبكه اي حاصل از رشد موجودات Growth-Frame work:
بر اثر رشد موجودات زنده درون حوضه رسوبي در بين آنها بوجود مي آيد.اين نوع تخلخل بيشتر درون رسوبات ريفي در زير اسكلت موجودات سازنده نظير ريف هاي استروماتوئيدها، جلبكي و مرجاني ديده مي شود.
حفرات استروماتا كتيس نوع ديگري از حفرات mm5-1 است که داراي سقف نامنظم، فاقد تكيه گاه و يك كف مسطح است و مشخصه ريف هاي مرجاني هستند. اين حفرات در اثر تخريب بخش هاي نرم موجودات ريف ساز بوجود مي آيند.
 تخلخل ثانويه Secondary porosity :
اين نوع تخلخل بعد از رسوبگذاري و حداكثر عوامل دياژنز تشكيل مي شود.
انواع تخلخل ثانويه عبارتند از :
تخلخل بين بلوري(intercrystalline porosity) :
اين نوع تخلخل در دولوميت ها بيشتر وجود دارد، هنگامي كه كلسيت به دولوميت تبديل مي شود، حجم دولوميت 13% كمتر از حجم كلسيت است و به دليل كاهش حجم اين نوع تخلخل به وجود مي آيد.

 تخلخل روزنه اي Fenestral:
اين نوع تخلخل به شكل عدسي، كروي يا بدون شكل به دنبال يكديگر قرار گرفته اند. اين حفرات بر اثر از دست دادن آب بين ذرات، تخمير جلبك ها در هنگام خشك شدن رسوبات حاصل شده اند. اين نوع تخلخل در سنگ هاي كربناته است. تخلخل روزنه اي به صورت حفرات نامنظم و بصورت لنزي كشيده و لوله اي شكل ديده مي شوند ودسته اي كه نامنظمند از حفرات هم اندازه تشكيل مي شود. بعضي از اين حفرات به صورت چشم پرنده هستند كه به آنها تخلخل چشم پرنده اي Birds eye مي گويند. انواع چشم پرنده اي در اثر بدام افتادن حباب هاي هوا توسط امواج كف آلود ساحلي در اثر تخمير مواد آلي و فتوسنتز جلبك ها به وجود مي آيند و شاخص نواحي بين جذر و مدي و بالاي جذر و مدي است.

تخلخل حفره ايVuggy:
اين نوع تخلخل در اثر انحلال قسمتي از سنگ حاصل مي شود. امكان دارد اين نوع تخلخل فابريك سنگ را قطع نمايد كه اين وجه تمايز آن از تخلخل قالبي است. اين نوع تخلخل عمدتاً در