Evaluating the hydrocarbon production potential of Shemshak's formation Shale in Shahrud's Dehmolla area, using Rock-Eval Device

Tief unter der Erdoberfläche fungieren Gesteinsschichten als antike Archive, die die Überreste von Pflanzen und Tieren bewahren, die vor Millionen von Jahren lebten. Wenn diese organischen Überreste tief genug begraben werden und über riesige Zeitspannen intensiver Hitze und Druck ausgesetzt sind, verwandeln sie sich in die Energieträger, auf die wir heute angewiesen sind: Öl und Erdgas. Geologen untersuchen diese Gesteine, um zu verstehen, ob sie genügend organisches Material enthalten, um Brennstoff zu erzeugen, welche Art von Brennstoff sie produzieren könnten und wie weit fortgeschritten der Transformationsprozess ist. Dieses Studienfeld, bekannt als organische Geochemie, ermöglicht es Wissenschaftlern, die in Stein eingeschlossenen chemischen Signaturen zu lesen, um die Geschichte der Energiebildung zu rekonstruieren. In Regionen, in denen Kohle und Schiefer reichlich vorhanden sind, wie etwa im Gebirge des Alborz in Iran, ist das Verständnis dieser unterirdischen Schichten entscheidend dafür, ob sie bedeutende Kohlenwasserstoffreserven bergen oder ob das organische Material lediglich zu inertem Gestein geworden ist.

Im Gebiet Dehmolla, das südwestlich der Stadt Schahrud in Iran liegt, konzentrierten Forscher ihre Aufmerksamkeit auf eine spezifische geologische Schicht namens Shemshak-Formation. Diese Formation ist berühmt dafür, kohleführende Sedimente aus dem Jura zu enthalten, einer Zeit, als riesige Wälder das Land bedeckten. Um das Potenzial dieser Gesteine zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen zu untersuchen, sammelte ein Team von Wissenschaftlern der Universität Schahrud und der Amirkabir University of Technology Bodenproben. Sie sammelten zwanzig verschiedene Gesteinsstücke, darunter schwarzer Schiefer, grüner Schiefer, Kohle und Sandstein, die die verschiedenen Arten von Material repräsentieren, die in dieser Formation vorkommen. Das Ziel war es, nicht nur festzustellen, wie viel organischer Kohlenstoff vorhanden war, sondern auch die Qualität dieses Kohlenstoffs und ob die Gesteine ausreichend erhitzt wurden, um Öl oder Gas freizusetzen.

Um diese Proben zu analysieren, verwendete das Team ein spezialisiertes Instrument, ein sogenanntes Rock-Eval-Pyrolysegerät. Diese Maschine arbeitet, indem sie eine kleine Gesteinsprobe in einer kontrollierten Umgebung erhitzt – im Grunde „kocht“ sie die Probe, um die darin eingeschlossenen Gase und Flüssigkeiten freizusetzen. Während die Temperatur steigt, misst die Maschine die Menge an bereits vorhandenen freien Kohlenwasserstoffen im Gestein, die Menge an Kohlenwasserstoffen, die durch Erhitzen freigesetzt werden können, sowie die Menge an Kohlendioxid, die durch das Verbrennen organischer Materie entsteht. Durch die Messung dieser spezifischen Ergebnisse konnten die Wissenschaftler die Gesamtmenge an organischem Kohlenstoff im Gestein berechnen und bestimmen, welche Art von organischer Substanz es enthielt. Dieser Prozess ist eine Standardmethode, die weltweit von Ölunternehmen eingesetzt wird, um zu bewerten, ob eine Gesteinsformation eine lebensfähige Energiequelle darstellt.

Die Ergebnisse zeigten ein breites Spektrum an Potenzial innerhalb der Shemshak-Formation. Die Menge an organischem Kohlenstoff in den Proben variierte drastisch und reichte von einem sehr niedrigen Wert von 0,08 Prozent bis hin zu einem außergewöhnlich hohen Wert von 23,24 Prozent. Diese Variation bedeutete, dass die Gesteine in unterschiedliche Qualitätskategorien fielen. Die Grünschiefer- und Sandsteinproben enthielten sehr wenig organisches Material, was sie als schlechte Quellen für die Energieproduktion klassifizierte. Im Gegensatz dazu waren die schwarzen Schiefer- und Kohleproben reich an organischem Kohlenstoff, wobei einige Werte erreichten, die auf ein exzellentes Potenzial für die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen hindeuten. Die Art der organischen Substanz, die in den Gesteinen gefunden wurde, stammte primär von landbasierten Pflanzen ab, was typisch für kohlereiche Umgebungen ist. Diese organische Materie wird als Typ-III- und Typ-IV-Kerogen klassifiziert, welche allgemein dafür bekannt sind, eher Erdgas als flüssiges Öl zu produzieren.

Die Studie untersuchte auch die thermische Reife der Gesteine, was beschreibt, wie viel Hitze und Druck sie über geologische Zeiträume hinweg ertragen haben. Die Daten zeigten, dass die Gesteine in diesem Gebiet ein Reifestadium erreicht haben, das von „reif“ bis „superreif“ reicht. Die dunkleren Proben, insbesondere die schwarzen Schiefer und Kohlen, hatten die intensivste Erhitzung erfahren. Dieses hohe Maß an Reife deutet darauf hin, dass diese Gesteine die Phase, in der sie flüssiges Öl erzeugen würden, bereits überschritten haben und in den Bereich gewandert sind, in dem sie trockenes Gas produzieren. Tatsächlich deuteten die meisten Proben darauf hin, dass die organische Substanz in Gas umgewandelt wurde, wobei einige Proben Anzeichen zeigten, die Metagenese-Phase einzuleiten, in der selbst Gas beginnt, sich zu zersetzen. Das Vorhandensein hoher Sauerstoffwerte und niedriger Wasserstoffwerte in der organischen Substanz bestätigte zudem, dass diese Gesteine in Umgebungen entstanden, die stark oxidiert waren, wahrscheinlich an Land und nicht in tiefen, sauerstoffarmen Ozeanen.

Letztendlich bestätigte die Untersuchung, dass die Shemshak-Formation im Dehmolla-Gebiet ein erhebliches Versprechen für Erdgas birgt, insbesondere innerhalb ihrer schwarzen Schiefer- und Kohleschichten. Während die Grünschiefer und Sandsteine in derselben Formation denselben wenig Wert als Energiequellen bieten, besitzen die kohlereichen Abschnitte die notwendige organische Reichhaltigkeit und thermische Geschichte, um beträchtliche Mengen an trockenem Gas zu erzeugen. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese Gesteine den Prozess der Umwandlung von alter Pflanzenmaterie in Gas bereits abgeschlossen haben, was sie zu einem lebensfähigen Ziel für die zukünftige Energieresuchung in dieser Region der Alborz-Berge macht.