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

पृथ्वी की सतह के बहुत नीचे, चट्टानों की परतें प्राचीन अभिलेखागार के रूप में कार्य करती हैं, जो लाखों साल पहले जीवित रहे पौधों और जानवरों के अवशेषों को संरक्षित करती हैं। जब ये जैविक अवशेष पर्याप्त गहराई में दबे जाते हैं और विशाल कालखंडों में तीव्र ऊष्मा और दबाव के अधीन होते हैं, तो वे उन ऊर्जा स्रोतों में बदल जाते हैं जिन पर हम आज निर्भर हैं: तेल और प्राकृतिक गैस। भूवैज्ञानिक इन चट्टानों का अध्ययन यह समझने के लिए करते हैं कि क्या उनमें ईंधन उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त जैविक सामग्री है, वे किस प्रकार का ईंधन बना सकती हैं, और वे परिवर्तन की प्रक्रिया में कितनी आगे बढ़ चुकी हैं। 'ऑर्गेनिक जियोकेमिस्ट्री' (organic geochemistry) के रूप में ज्ञात यह अध्ययन क्षेत्र, वैज्ञानिकों को पत्थर के भीतर कैद रासायनिक संकेतों को पढ़ने और ऊर्जा निर्माण के इतिहास को पुनर्गठित करने की अनुमति देता है। ईरान के पर्वतीय अलबोर्ज़ क्षेत्र जैसे क्षेत्रों में, जहाँ कोयला और शेल (shale) प्रचुर मात्रा में हैं, इन भूमिगत परतों को समझना यह निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि क्या वे हाइड्रोकार्बन के महत्वपूर्ण भंडार रखते हैं या यदि जैविक पदार्थ केवल एक निष्क्रिय चट्टान में बदल गया है।

डेमोहला क्षेत्र में, जो ईरान के शहर शाहरुद के दक्षिण-पश्चिम में स्थित है, शोधकर्ताओं ने शेमशाक फॉर्मेशन (Shemshak Formation) नामक एक विशिष्ट भूवैज्ञानिक परत पर अपना ध्यान केंद्रित किया। यह फॉर्मेशन जुरासिक काल के कोयला-युक्त अवसादों को धारण करने के लिए प्रसिद्ध है, वह समय जब विशाल जंगलों ने इस भूमि को ढका हुआ था। इन चट्टानों की हाइड्रोकार्बन उत्पन्न करने की क्षमता की जांच करने के लिए, यूनिवर्सिटी ऑफ शाहरुड और अमिरकाबिर यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी की वैज्ञानिकों की एक टीम ने जमीन से नमूने एकत्र किए। उन्होंने जमीन से बीस अलग-अलग चट्टानों के टुकड़े एकत्र किए, जिनमें ब्लैक शेल, ग्रीन शेल, कोयला और सैंडस्टोन शामिल थे, जो इस फॉर्मेशन में पाए जाने वाले विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का प्रतिनिधित्व करते हैं। लक्ष्य न केवल यह निर्धारित करना था कि कितना कार्बन मौजूद है, बल्कि उस कार्बन की गुणवत्ता क्या है और क्या चट्टानों को तेल या गैस छोड़ने के लिए पर्याप्त रूप से गर्म किया गया था।

इन नमूनों का विश्लेषण करने के लिए, टीम ने 'रॉक-इवल पायरोलिसिस' (Rock-Eval pyrolysis) नामक एक विशेष उपकरण का उपयोग किया। यह मशीन एक नियंत्रित वातावरण में चट्टान के एक छोटे से नमूने को गर्म करके काम करती है, जो अनिवार्य रूप से इसे अंदर फंसी गैसों और तरल पदार्थों को छोड़ने के लिए 'पकाती' है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, मशीन चट्टान में पहले से मौजूद मुक्त हाइड्रोकार्बन की मात्रा, उन हाइड्रोकार्बन की मात्रा जिन्हें गर्म करने से छोड़ा जा सकता है, और जैविक पदार्थ के जलने से उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा को मापती है। इन विशिष्ट आउटपुट को मापकर, वैज्ञानिक चट्टान में कुल कार्बनिक कार्बन की मात्रा की गणना कर सके और इसमें मौजूद जैविक पदार्थ के प्रकार का निर्धारण कर सके। यह प्रक्रिया एक मानक विधि है जिसका उपयोग दुनिया भर में तेल कंपनियाँ यह मूल्यांकन करने के लिए करती हैं कि क्या कोई चट्टान संरचना ऊर्जा का एक व्यवहार्य स्रोत है।

परिणामों ने शेमशाक फॉर्मेशन के भीतर एक विस्तृत स्पेक्ट्रम का खुलासा किया। नमूनों में कार्बनिक कार्बन की मात्रा नाटकीय रूप से भिन्न थी, जो बहुत कम 0.08 प्रतिशत से लेकर असाधारण रूप से उच्च 23.24 प्रतिशत तक रही। इस भिन्नता का अर्थ था कि चट्टानें गुणवत्ता की विभिन्न श्रेणियों में आती थीं। ग्रीन शेल और सैंडस्टोन के नमूनों में बहुत कम जैविक सामग्री थी, जिससे वे ऊर्जा उत्पादन के लिए खराब स्रोत के रूप में वर्गीकृत किए गए। इसके विपरीत, ब्लैक शेल और कोयले के नमूनों में कार्बनिक कार्बन प्रचुर मात्रा में था, जिनमें से कुछ ऐसे स्तर तक पहुँचे जो हाइड्रोकार्बन उत्पन्न करने की उत्कृष्ट क्षमता दर्शाते हैं। चट्टानों में पाया जाने वाला जैविक पदार्थ मुख्य रूप से स्थलीय पौधों से प्राप्त हुआ था, जो कोयला-समृद्ध वातावरण के लिए विशिष्ट है। इस जैविक पदार्थ को टाइप III और टाइप IV केरोजेन (kerogen) के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो आम तौर पर तरल तेल के बजाय प्राकृतिक गैस उत्पन्न करने के लिए जाने जाते हैं।

अध्ययन ने चट्टानों की 'थर्मल मैच्युरिटी' (thermal maturity) की भी जांच की, जो यह बताती है कि उन्होंने भूवैज्ञानिक समय के दौरान कितनी ऊष्मा और दबाव झेला है। डेटा ने दिखाया कि इस क्षेत्र की चट्टानें परिपक्व (mature) से लेकर अति-परिपक्व (super-mature) की अवस्था तक पहुँच गई हैं। गहरे रंग के नमूनों, विशेष रूप से ब्लैक शेल और कोयले ने सबसे तीव्र ऊष्मा का अनुभव किया था। परिपक्वता का यह उच्च स्तर यह सुझाव देता है कि ये चट्टानें उस चरण को पार कर चुकी हैं जहाँ वे तरल तेल उत्पन्न करती हैं और उस क्षेत्र में प्रवेश कर चुकी हैं जहाँ वे शुष्क गैस (dry gas) बनाती हैं। वास्तव में, अधिकांश नमूनों ने संकेत दिया कि जैविक पदार्थ गैस में परिवर्तित हो गया है, और कुछ नमूनों ने मेटाजेनेसिस (metagenesis) चरण में प्रवेश करने के संकेत दिए, जहाँ गैस भी टूटने लगती है। जैविक पदार्थ में उच्च ऑक्सीजन स्तर और निम्न हाइड्रोजन स्तर की उपस्थिति ने इस बात की पुष्टि की कि ये चट्टानें अत्यधिक ऑक्सीकृत वातावरण में बनी थीं, जो संभवतः गहरे, ऑक्सीजन-रहित महासागरों के बजाय भूमि पर आधारित वातावरण का परिणाम था।

अंततः, इस जांच ने पुष्टि की कि डेमोहला क्षेत्र में शेमशाक फॉर्मेशन, विशेष रूप से इसके ब्लैक शेल और कोयला परतों के भीतर, प्राकृतिक गैस के लिए महत्वपूर्ण संभावना रखता है। जबकि उसी फॉर्मेशन के ग्रीन शेल और सैंडस्टोन ऊर्जा स्रोतों के रूप में बहुत कम मूल्य प्रदान करते हैं, कोयला-समृद्ध खंडों के पास पर्याप्त मात्रा में शुष्क गैस उत्पन्न करने के लिए आवश्यक जैविक समृद्धि और तापीय इतिहास है। निष्कर्ष बताते हैं कि इन चट्टानों ने प्राचीन वनस्पति को गैस में बदलने की प्रक्रिया को पहले ही पूरा कर लिया है, जिससे वे अलबोर्ज़ पहाड़ों के इस क्षेत्र में भविष्य के ऊर्जा अन्वेषण के लिए एक व्यवहार्य लक्ष्य बन गए हैं।