كروژن نفت زا مي تواند به دو نوع تقسيم شود:•نوع Iنوع 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 IIكروژن 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 IIIكروژن 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 IVكروژن 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.
نمودار ون _ کرولن که مسير بلوغ انواع کروژن را نشان می دهد(با استفاده از نمودار ون-كرولن (van krevelen diagram) مي توان چهار نوع كروژن و مسير بلوغ انواع آن را نشان داد)
انواع کروژن و نوع هيدروکربن توليد شده از آن ها
روش‌هاي آزمايشگاهي: در ارزيابي يك سنگ منشأ با استفاده از روش‌هاي آزمايشگاهي، از سه روش كلي پتروگرافي آلي، آناليز شيميايي و ارزيابي حرارتي استفاده مي‌شود. با استفاده از اين روش‌ها، پارامترهايي نظير مقدار و نوع مادة آلي و نيز درجه بلوغ ماده آلي مشخص مي‌گردند. پتروگرافي آلي شامل مطالعه مواد آلي توسط ميكروسكوپ‌هاي با نور عبوري، نور انعكاسي و نور ماوراء بنفش مي‌باشد. در اين روش با استفاده از برخي ويژگي‌هاي قابل مشاهده توسط انواع ميكروسكوپ‌ها، نظير ساخت داخلي، شكل، رنگ و شدت انعكاس نور، مي‌توان اجزاي تشكيل دهنده كروژن را شناسايي نمود.
دستگاه ارزیابی ژئوشیمیایی نفت (دستگاه پايروليز راك ـ اول)
از روش‌هاي مهم شيميايي مي‌توان تجزيه عنصري كروژن، اسپكتروفتومتري مادون قرمز (infrared spectophotometry)، رزونانس چرخش الكترون (electron spin resonance) و ايزوتوپ كربن را نام برد.
پايروليز (pyrolysis) مواد آلي، يك روش حرارتي است كه براي تشخيص كيفيت و بلوغ حرارتي سنگ‌هاي منشأ استفاده مي‌شود. اين روش با حرارت دادن ماده آلي در غياب اكسيژن انجام و جهت توليد و آزاد شدن هيدروكربن از مواد آلي و تعيين پتانسيل هيدروكربن‌زايي باقي مانده مواد آلي موجود در سنگ، به كار برده مي‌شود. براي انجام اين آناليز از دستگاه پايروليز راك ـ اول (rock – Eval pyrolysis) استفاده مي‌شود. اين روش، اطلاعاتي نظير كيفيت و كميت ماده آلي، نوع ماده آلي، پتانسيل باقيمانده نمونه و تحول حرارتي ماده آلي را به دست مي‌دهد. درطي اين آناليز چندين پيك شاخص در درجه حرارت‌هاي مختلف به دست مي‌آيد كه هر كدام معنا و تفسير خاص خود را در بردارد. در دماي حدود C ° 300 پيك S1، برحسب ميليگرم هيدروكربن درهر گرم سنگ، حاصل مي‌شود. اين پيك بيانگر ميزان هيدروكربن‌هاي آزادي است كه در زمان رسوبگذاري در سنگ وجود داشته و يا از كروژن در طي تدفين رسوبات شكل گرفته‌اند. در دماي بين 300 و C ° 600 پيك S2، برحسب ميليگرم هيدروكربن درهر گرم سنگ، ظاهر مي‌شود. اين پيك ناشي از شكسته شدن كروژن و بيتومن‌هاي سنگيني است كه تا دماي C ° 300 مقاوم بوده‌اند. درجه حرارتي كه پيك S2 در آن حداكثر است، درجه حرارت حداكثر (Tmax)، برحسب درجه سانتي‌گراد، ناميده مي‌شود. در اين درجه حرارت، مقدار هيدروكربن‌هاي توليد شده از شكستن حرارتي كروژن درحد نهايي خود است. پيك S3 بيانگر ميزان CO2 است كه از شكسته شدن گروه‌هاي كربوكسيل و ديگر تركيبات اكسيژن‌دار كروژن در دماي 300 تا C ° 390 حاصل مي‌شود. پيك S4 ميزان CO2، برحسب ميليگرم CO2 در هر گرم سنگ است و از اكسيداسيون كربن آلي باقي مانده در دماي C ° 600 و تحت شرايط اتمسفر، پس از ثبت پيك S2، به دست مي‌آيد. شكل 5ـ3 نتيجه حاصل از پايروليز را به صورت منحني براي يك نمونه فرضي نشان مي‌دهد.با استفاده از آناليز دستگاه پايروليز راك ـ اول پارامترهايي نظير پتانسيل زايش (S1+S2) (genetic potential)، شاخص زايش ((potential index (S1/S1+S2)، شاخص هيدروژن (S2/TOC) و شاخص اكسيژن (S3/TOC) به دست مي‌آيد.
تخمين مقدار ماده آلي (TOC): براي اندازه‌گيري مقدار كل كربن آلي در سنگ منشأ دو روش وجود دارد. روش اول كه امروزه كمتر استفاده مي‌شود، با استفاده از سوزاندن مستقيم نمونه است. در اين روش بعد از پودر كردن و شستن نمونه با اسيدكلريدريك براي از بين رفتن كربنات، نمونه در مجاورت اكسيژن و تحت شرايط اتمسفر در درجه حرارت حدود C ° 1000 سوزانده مي‌شود و CO2 حاصل از سوختن مواد آلي مقدار كربن آلي را مشخص مي‌كند.
روش دوم اندازه‌گيري كربن آلي با استفاده از پايروليز است كه نسبت به روش قبلي دقيق‌تر است. با آناليز نمونه با دستگاه پايروليز راك ـ اول، كل كربن آلي يا TOC (Total Organic Carbon) كه برحسب درصد وزني است، براساس پيك‌هاي S4,S2,S1 تخمين زده مي‌شود. به طور كلي TOC برابر با مجموع كربن پايروليز شدن (pyrolysed carbon) و كربن باقي مانده (residual carbon) است كه از طريق زير قابل محاسبه‌اند:
10/(S1+S2) 82/0 = كربن پايروليز شده
10/S4 = كربن باقي مانده
شناسايي نوع کروژن با استفاده از پلات HI در مقابل OI
تشخيص نوع ماده آلي تشخيص نوع كروژن در ارزيابي سنگ منشأ از اهميت زيادي برخوردار است، چرا كه نوع كروژن كنترل كننده نوع هيدروكربن توليد شده است. نوع كروژن مي‌تواند تا حدي توسط روش پتروگرافي آلي مشخص شود. استفاده از نمودار ون ـ كرولن كه در آن با استفاده از تجزيه عنصري كروژن، نسبت اتمي H/C درمقابل O/C نشان داده مي‌شود، يكي از روش‌هاي مناسب براي تعيين نوع كروژن است. در اين روش با اندازه‌گيري نسبت‌هاي اتمي O/C,H/C و پلات كردن آنها در مقابل يكديگر مي‌توان نوع كروژن سنگ منشأ را مشخص نمود
روش دوم، پايروليز است كه در واقع بطريقي استفاده از نمودار ون ـ كرولن است كه در آن HI در مقابل OI پلات مي‌شود .در اين روش محتواي اكسيژن كروژن متناسب با CO2 آزاد شده (S3) و محتواي هيدروژن كروژن متناسب با هيدروكربن‌هاي آزاد شده از شكستگي حرارتي كروژن (S2) در طي پايروليز درنظر گرفته مي‌شود.
شناسايي نوع کروژن با استفاده از پلات HI در مقابل OI اندازه‌گيري درجه بلوغ حرارتي ماده آلي:
اندازه‌گيري حداكثر درجه حرارتي كه يك سنگ منشأ خاص طي آن پخته شده بسيار مهم است. براي اين منظور نياز به حرارت‌سنجي‌هاي ديرينه (paleothermometers) داريم. بعضي از حرارت‌سنج‌هاي ديرينه براساس خصوصيات فيزيكي و شيميايي كروژن استوار هستند.
روش‌هاي متعددي براي اندازه‌گيري حداكثر درجه حرارتي كه يك سنگ منشأ تحمل كرده است وجود دارد. در يكي از روش‌ها، پس از آنكه كروژن از سنگ منشأ جدا شد، محتوي C,H,O از طريق آناليز شيميايي مشخص و به صورت H/C و O/C روي دياگرام ون ـ كرولن پلات مي‌شود. به خاطر داشته باشيد كه براي انواع كروژن كاهش زياد نسبت O,H به C به علت افزايش درجه بلوغ آن است. بنابراين پس از آنكه نوع كروژن معلوم گرديد، به سرعت مي‌توانيم بگوييم كه اين كروژن چقدر مسير تكاملي بلوغ را طي كرده است.
رنگ بعضي از ماسرال‌هاي كروژن نيز مي‌تواند براي پالئوترمومتري بكار برده شود. اسپورها و پولن‌ها در ابتدا بي‌رنگ هستند. افزايش درجه حرارت سبب كاهش هيدروژن و اكسيژن مواد آلي و غني شدن آنها از كربن مي‌شود و لذا به صورت پيشرونده رنگ آنها تيره‌تر مي‌شود. رنگ اين ماسرال‌ها در داخل كروژن با دقت بسيار بالايي، حداكثر درجه حرارتي را كه سنگ منشأ به آن رسيده است مشخص مي‌كند. شاخص دگرساني حرارتي (Thermal Alteration Index) براي ارزيابي درجه بلوغ حرارتي مواد آلي بكار برده مي‌شود. شاخص دگرساني حرارتي از 1 تا 5، كه شامل 10 رنگ است. تقسيم‌بندي شده است كه با افزايش درجه بلوغ حرارتي، رنگ اوليه اجزاي گياهي كه ابتدا بي‌رنگ يا زرد كم‌رنگ هستند به زرد تيره، نارنجي، قهوه‌اي متوسط، قهوه‌اي تيره و سياه تبديل مي‌شود. رنگ زرد بيانگر مرحله نابالغ (sub – mature) مواد آلي است كه طي آن نفت سنگين ايجاد مي‌شود. وجود رنگ نارنجي و قهوه‌اي متوسط در مواد آلي، مرحله بلوغ mature) ( آنها را نشان مي‌دهد كه در طي آن نفت، گازتر و نفت ميعاني توليد مي‌شود. رنگ قهوه‌اي تيره تا سياه، بيانگر مرحله فوق بالغ (over - mature) است كه مصادف با تشكيل گاز خشك است. براي زمان‌هاي قبل از دونين كه گياهان وجود نداشته‌اند، درجه بلوغ حرارتي را مي‌توان از شاخص رنگ كنودونت (Conodont Alteration Index, CAI) مشخص نمود. در طي بلوغ حرارتي، كنودونت‌ها همانند پالينومورف‌ها با افزايش درجه حرارت تغيير رنگ مي‌دهند.روش ديگر، براساس ضريب انعكاس ويترينايت (Vitrinite reflectivity) استوار مي‌باشد. ويترينايت ماسرال چوبي مشتق شده از گياهان عالي خشكي مي‌باشد. هنگامي كه كروژن حرارت مي‌بيند، لايه‌هاي غني از آروماتيك موجود در ساختمان ويترينايت بيشتر منظم مي‌شوند. اين رويداد ضريب انعكاس يا درخشش ويترينايت را به طور تدريجي افزايش مي‌دهد. زغال‌شناسان، سال‌هاي متمادي يا درخشش ويترينايت را براي تعيين درجه زغال‌شدگي (coalification) بكار مي‌برده‌اند. چون ويترينايت به طور گسترده‌اي در سنگ‌هاي رسوبي وجود دارد، اين روش براي زمين‌شناسان نفت نيز مفيد است. افزايش خطي درجه حرارت باعث مي‌شود كه به تبع آن ضريب انعكاس ويترينايت به صورت تواني (exponentially) افزايش يابد و لذا اين افزايش به صورت خط مستقيم در روي كاغذهاي نيمه لگاريتمي ظاهر مي‌شود.در حقيقت اندازه‌گيري انعكاس يا درخشش ويترينايت به صورت ميانگين چندين اندازه‌گيري بر روي هر نمونه صورت مي‌گيرد كه با Rm نشان داده مي‌شود، چرا كه انعكاس يا درخشش ويترينايت تا حدي با نوع گياه و جهت ذرات تغيير مي‌كند. توليد نفت خام در Rm بين 6/0 تا 1.2 درصد اتفاق مي‌افتد. گاز مرطوب اغلب در Rm حدود 1.2 تا 2 درصد توليد مي‌شود. زون متاژنز كه در آن فقط گاز خشك توليد مي‌شود در Rm بين 2 تا 4 درصد قرار دارد
مقايسه مقادير سه پالئوترمومتر با يکديگرروش‌هايي نيز وجود دارد كه به وسيله كاني‌هاي تشكيل‌دهنده سنگ منشأ، نظير رس‌ها، مي‌تواند به منظور پالئوترمومتري استفاده شود. كاني‌هاي رسي در طي دفن و افزايش درجه حرارت، عموماً آب خود را از دست مي‌دهند و ساختمان آنها منظم‌تر مي‌شود. عموماً رس‌هاي لايه مختلط (mixed layers) و مونت موريلونيت به انواع ديگر رس‌ها از قبيل ايليت و كلريت تبديل مي‌شوند. اين اتفاق در درجه حرارتي حدود پنجره توليد نفت رخ مي‌دهد.
يكي از راه‌هاي اندازه‌گيري تغييرات ناشي از درجه حرارت در رس‌ها، تعيين درجه تبلور ايليت (illite crystallinity) مي‌باشد، پيك‌هاي مربوط به ايليت در گراف‌هاي XRD، هنگامي كه درجه حرارت افزايش پيدا مي‌كند، تيزتر، باريك‌تر و متقارن‌تر مي‌شوند. يكي از روش‌هاي اندازه‌گيري تيزي (sharpness)، مقايسه نسبت ارتفاع پيك 10 انگستروم ايليت به ارتفاع همشانه غيرمتقارن همان گراف در 5 ، 10 انگستروم مي‌باشد .ذكر اين نكته مهم است كه با وجو اينكه دياژنز كروژن‌ها فقط تحت تأثير درجه حرارت است، دياژنز كاني‌هاي رسي، تحت تأثير عوامل ديگري چون تركيب شيميايي آب منفذي نيز قرار مي‌گيرد. با وجود اينكه ماهيت پالئوترمومترهاي فوق خيلي با هم متفاوتند، ولي بخوبي به يكديگر و با درجه حرارت توليد نفت و گاز قابل انطباق مي‌باشند .به طور مثال، سنگ منشأيي كه در پيك توليد نفت قرار دارد، رنگ پولن و اسپورهاي آن نارنجي و نسبت تيزي پيك ايليت آن در حدود 2 و ميانگين انعكاس ويترينايتش 1 درصد است. معمولاً، بايد حداقل دو روش متفاوت براي تعيين درجه بلوغ يك سنگ منشأ خاص بكار برده شود.روش ديگر استفاده از اطلاعات پايروليز است. درجه حرارت حداكثر (Tmax) مي‌تواند به عنوان شاخص بلوغ حرارتي مواد آلي مورد استفاده قرار گيرد. اين پارامتر همراه با افزايش درجه بلوغ حرارتي كروژن، افزايش مي‌يابد. در طي پايروليز، توليد نفت كروژن نوع I در محدوده حرارتي بين 440 تا C °450، كروژن نوع II بين 435 تا C °460 و كروژن نوع III بين 435 تا C °470 است. براي كروژن نوع III، محدوده حرارتي گازتر و نفت ميعاني بين 470 تا C °540 و محدوده حرارتي گاز خشك بيش از C °540 است.
