Catagénesis (geología)

Catagénesis es un término utilizado en geología del petróleo para describir el proceso de craqueo que resulta en la conversión de kerógenos orgánicos en hidrocarburos.

Reacción teórica

La catagénesis es la segunda etapa de maduración del carbono orgánico en el camino para convertirse en grafítico. Este proceso geológico explica cambios muy significativos en los materiales biogénicos que componen el sedimento carbonoso. Durante la catagénesis, la temperatura aumenta, la presión aumenta y tanto los constituyentes orgánicos como los inorgánicos “ajustan” su fase o forma para compensar. Durante esta etapa comienza el proceso de “litificación”. En términos generales, un aumento de la temperatura da como resultado la volatilización de especies inestables o elementos que están débilmente unidos a los átomos de carbono. El aumento de la temperatura y la presión también dan como resultado el cese de los procesos biogénicos. Una forma de expresar estos cambios es observar la proporción de oxígeno a carbono o de hidrógeno a carbono a medida que madura el sedimento. En casi todos los casos, a medida que el material biogénico madura en un ambiente geológico, los elementos volátiles como el oxígeno y el hidrógeno se reducen significativamente, lo que da como resultado una reducción en las relaciones O/C y H/C. Un valor típico de la relación O/C para un carbono en etapa de catagénesis completamente maduro podría ser inferior a 0,1. Esto significa que por cada 100 átomos de carbono hay menos de 10 átomos de oxígeno. También son evidentes reducciones similares en el nivel de hidrógeno.

Se cree que esta reacción química es un proceso dependiente del tiempo, la temperatura y la presión que crea un hidrocarburo Hc líquido o gaseoso a partir del querógeno primario X y se puede resumir mediante la fórmula:

X0→ → Hc+X()t){displaystyle ¿Qué?

donde X₀ es la concentración inicial de kerógeno y X(t) es la concentración de kerógeno en el tiempo t.

En general, se sostiene que la dependencia de la presión es insignificante, de modo que el proceso de catagénesis se puede dar como una ecuación diferencial de primer orden:

dXdt=− − κ κ X{displaystyle {frac {dX}{dt}=-kappa X.

donde X es el reactivo (kerógeno) y κ es la constante de velocidad de reacción que introduce la dependencia de la temperatura a través de la ecuación de Arrhenius.

Parámetros importantes

Se han sugerido varios parámetros de control del metamorfismo generalmente no reconocidos pero importantes.

• La ausencia o presencia de agua en el sistema, porque la destrucción hidrocarburo-termal se suprime significativamente en presencia de agua.
• Aumentar la presión del líquido suprime fuertemente todo el metamorfismo orgánico-materia.
• El escape de productos de los sitios de reacción, como la falta de escape de productos retrasa el metamorfismo.
• Aumentar la temperatura como el principal conductor de reacciones.

Trabajo futuro

Se requiere una gran cantidad de investigación futura para aislar los parámetros que son más significativos para inducir el proceso catagenético. El trabajo futuro en el campo implicará lo siguiente:

• Establecer la relación precisa entre el tiempo de enterramiento y la grieta de hidrocarburos.
• Determinando cómo el hidrógeno del agua se incorpora finalmente en el kerógeno.
• Establecer el efecto de la derrame regional.
• Determinar cómo la presión del líquido estático afecta a la generación de hidrocarburos. Algunos experimentos han demostrado que la presión estática del fluido puede explicar la presencia de concentraciones de hidrocarburos en profundidades donde su composición no se esperaría de otro modo.
• Muchas mediciones de contenido de hidrocarburos en rocas de muestra se han realizado a presión atmosférica. Esto ignora la pérdida de grandes cantidades de hidrocarburos durante la depresión. Las muestras de roca a presión atmosférica se han medido en 0.11–2.13 por ciento de las muestras a presión de formación. Las observaciones en los sitios de pozos incluyen molido de fichas de roca y películas de aceite que cubren pozos de barro de perforación.
• Los tipos de materia orgánica no pueden ser ignorados. Diferentes tipos de materia orgánica tienen diferentes vínculos químicos, patrones de fuerza de unión, y por lo tanto diferentes energías de activación.
• C₁₅+ los hidrocarburos son estables a temperaturas mucho más altas que predicho por los kinetics de reacción de primer orden.

Por ejemplo, aunque alguna vez se asumió que los procesos catagenéticos eran reacciones de primer orden, algunas investigaciones han demostrado que esto puede no ser así.