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

Profondément sous la surface de la Terre, des couches de roche agissent comme des archives anciennes, préservant les restes de plantes et d'animaux qui vivaient il y a des millions d'années. Lorsque ces restes organiques sont enfouis assez profondément et soumis à une chaleur et une pression intenses sur de vastes périodes de temps, ils se transforment en sources d'énergie sur lesquelles nous comptons aujourd'hui : le pétrole et le gaz naturel. Les géologues étudient ces roches pour comprendre si elles contiennent suffisamment de matière organique pour générer du combustible, quel type de combustible elles pourraient produire, et jusqu'où le processus de transformation a progressé. Ce domaine d'étude, connu sous le nom de géochimie organique, permet aux scientifiques de lire les signatures chimiques piégées dans la pierre pour reconstruire l'histoire de la formation de l'énergie. Dans les régions où le charbon et le schiste sont abondants, comme la chaîne montagneuse de l'Alborz en Iran, la compréhension de ces couches souterraines est cruciale pour déterminer si elles détiennent des réserves significatives d'hydrocarbures ou si la matière organique s'est simplement transformée en roche inerte.

Dans la zone de Dehmolla, située au sud-ouest de la ville de Shahrud en Iran, les chercheurs ont concentré leur attention sur une couche géologique spécifique appelée la formation de Shemshak. Cette formation est célèbre pour contenir des sédiments charbonneux datant de la période du Jurassique, une époque où de vastes forêts couvraient la terre. Pour étudier le potentiel de ces roches à générer des hydrocarbures, une équipe de scientifiques de l'Université de Shahrood et de l'Université de technologie d'Amirkabir a collecté des échantillons du sol. Ils ont recueilli vingt morceaux de roche distincts, incluant du schiste noir, du schiste vert, du charbon et du grès, représentant les différents types de matériaux trouvés dans cette formation. L'objectif était de déterminer non seulement la quantité de carbone organique présente, mais aussi la qualité de ce carbone et si les roches avaient été chauffées suffisamment pour libérer du pétrole ou du gaz.

Pour analyser ces échantillons, l'équipe a utilisé un instrument spécialisé appelé un dispositif de pyrolyse Rock-Eval. Cette machine fonctionne en chauffant un petit échantillon de roche dans un environnement contrôlé, la « cuisant » essentiellement pour libérer les gaz et les liquides piégés à l'intérieur. À mesure que la température augmente, la machine mesure la quantité d'hydrocarbures libres déjà présents dans la roche, la quantité d'hydrocarbures qui peuvent être libérés par la chaleur, et la quantité de dioxyde de carbone produite par la combustion de la matière organique. En mesurant ces sorties spécifiques, les scientifiques pouvaient calculer la quantité totale de carbone organique dans la roche et déterminer le type de matière organique qu'elle contenait. Ce processus est une méthode standard utilisée par les compagnies pétrolières du monde entier pour évaluer si une formation rocheuse est une source d'énergie viable.

Les résultats ont révélé un large spectre de potentiel au sein de la formation de Shemshak. La quantité de carbone organique dans les échantillons variait considérablement, allant d'un très faible 0,08 % à un taux exceptionnellement élevé de 23,24 %. Cette variation signifiait que les roches appartenaient à différentes catégories de qualité. Les échantillons de schiste vert et de grès contenaient très peu de matière organique, les classant comme de faibles sources de production d'énergie. En revanche, les échantillons de schiste noir et de charbon étaient riches en carbone organique, certains atteignant des niveaux indiquant un excellent potentiel pour la génération d'hydrocarbures. Le type de matière organique trouvé dans les roches provenait principalement de plantes terrestres, ce qui est typique des environnements riches en charbon. Cette matière organique est classée comme kérogène de Type III et de Type IV, qui sont généralement connus pour produire du gaz naturel plutôt que du pétrole liquide.

L'étude a également examiné la maturité thermique des roches, qui fait référence à la quantité de chaleur et de pression qu'elles ont subies au fil du temps géologique. Les données ont montré que les roches de cette zone ont atteint un stade de maturité allant de mature à super-mature. Les échantillons les plus sombres, particulièrement les schistes noirs et les charbons, ont subi le chauffage le plus intense. Ce haut niveau de maturité suggère que ces roches ont dépassé le stade où elles généreraient du pétrole liquide pour entrer dans la zone où elles produisent du gaz sec. En fait, la plupart des échantillons indiquaient que la matière organique avait été convertie en gaz, certains échantillons montrant des signes d'entrée dans le stade de la métagenèse, où même le gaz commence à se décomposer. La présence de niveaux d'oxygène élevés et de niveaux d'hydrogène bas dans la matière organique a confirmé davantage que ces roches se sont formées dans des environnements hautement oxydés, probablement sur terre plutôt que dans des océans profonds et pauvres en oxygène.

Enfin, l'enquête a confirmé que la formation de Shemshak dans la zone de Dehmolla recèle des promesses significatives pour le gaz naturel, spécifiquement au sein de ses couches de schiste noir et de charbon. Bien que les schistes verts et les grès de la même formation offrent peu de valeur en tant que sources d'énergie, les sections riches en charbon possèdent la richesse organique et l'historique thermique nécessaires pour générer des quantités substantielles de gaz sec. Les conclusions suggèrent que ces roches ont déjà terminé le processus de transformation de l'ancienne matière végétale en gaz, ce qui en fait une cible viable pour la future exploration énergétique dans cette région des montagnes de l'Alborz.