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

Profondamente sotto la superficie terrestre, gli strati di roccia agiscono come antichi archivi, preservando i resti di piante e animali che vivevano milioni di anni fa. Quando questi resti organici vengono sepolti abbastanza in profondamente e sottoposti a calore e pressione intensi per lunghi periodi di tempo, si trasformano nelle fonti di energia di cui disponiamo oggi: petrolio e gas naturale. I geologi studiano queste rocce per capire se contengono abbastanza materiale organico da generare combustibile, che tipo di combustibile potrebbero produrre e quanto sia avanzato il processo di trasformazione. Questo campo di studio, noto come geochimica organica, permette agli scienziati di leggere le firme chimiche intrappolate nella pietra per ricostruire la storia della formazione dell'energia. In regioni dove carbone e scisto sono abbondanti, come la catena montuosa dell'Alborz in Iran, comprendere questi strati sotterranei è fondamentale per determinare se contengano riserve significative di idrocarburi o se la materia organica si sia semplicemente trasformata in roccia inerte.

Nell'area di Dehmolla, situata a sud-ovest della città di Shahrud in Iran, i ricercatori hanno concentrato la loro attenzione su uno specifico strato geologico chiamato Formazione Shemshak. Questa formazione è famosa per contenere sedimenti ricchi di carbone del periodo Giurassico, un'epoca in cui vaste foreste coprivano la terra. Per investigare il potenziale di queste rocce nel generare idrocarburi, un team di scienziati dell'Università di Shahrood e dell'Università Tecnologica di Amirkabir ha raccolto campioni dal terreno. Hanno raccolto venti pezzi distinti di roccia, tra cui scisto nero, scisto verde, carbone e arenaria, che rappresentano i diversi tipi di materiale presenti in questa formazione. L'obiettivo era determinare non solo quanto carbonio organico fosse presente, ma anche la qualità di quel carbonio e se le rocce fossero state scaldate abbastanza da rilasciare olio o gas.

Per analizzare questi campioni, il team ha utilizzato uno strumento specializzato chiamato dispositivo di pirolisi Rock-Eval. Questa macchina funziona riscaldando un piccolo campione di roccia in un ambiente controllato, essenzialmente "cucinandolo" per rilasciare i gas e i liquidi intrappolati all'interno. Man mano che la temperatura sale, la macchina misura la quantità di idrocarburi liberi già presenti nella roccia, la quantità di idrocarburi che possono essere rilasciati dal riscaldamento e la quantità di anidride carbonica prodotta dalla combustione della materia organica. Misurando questi output specifici, gli scienziati potevano calcolare la quantità totale di carbonio organico nella roccia e determinare il tipo di materia organica che conteneva. Questo processo è un metodo standard utilizzato dalle compagnie petrolifere in tutto il mondo per valutare se una formazione rocciosa sia una fonte di energia valida.

I risultati hanno rivelato un ampio spettro di potenziale all'interno della Formazione Shemshak. La quantità di carbonio organico nei campioni variava drasticamente, da uno molto basso dello 0,08 percento a un eccezionalmente alto del 23,24 percento. Questa variazione significava che le rocce rientravano in diverse categorie di qualità. I campioni di scisto verde e arenaria contenevano pochissimo materiale organico, classificandoli come scarse fonti per la produzione di energia. Al contrario, gli scisti neri e i campioni di carbone erano ricchi di carbonio organico, con alcuni che raggiungevano livelli che indicano un eccellente potenziale per la generazione di idrocarburi. Il tipo di materia organica trovata nelle rocce derivava principalmente da piante terrestri, il che è tipico degli ambienti ricchi di carbone. Questa materia organica è classificata come cherogene di Tipo III e Tipo IV, che sono generalmente noti per produrre gas naturale piuttosto che olio liquido.

Lo studio ha anche esaminato la maturità termica delle rocce, che si riferisce a quanto calore e pressione abbiano subito nel corso del tempo geologico. I dati hanno mostrato che le rocce in quest'area hanno raggiunto uno stadio di maturità che va da maturo a super-maturo. I campioni più scuri, in particolare gli scisti neri e i carboni, hanno subito il riscaldamento più intenso. Questo alto livello di maturità suggerisce che queste rocce abbiano superato la fase in cui genererebbero olio liquido e siano entrate nella zona in cui producono gas secco. Infatti, la maggior parte dei campioni indicava che la materia organica era stata convertita in gas, con alcuni campioni che mostravano segni di ingresso nella fase di metagenesi, dove anche il gas inizia a decomporsi. La presenza di alti livelli di ossigeno e bassi livelli di idrogeno nella materia organica ha ulteriormente confermato che queste rocce si sono formate in ambienti altamente ossidati, probabilmente sulla terraferma piuttosto che in oceani profondi e poveri di ossigeno.

In definitiva, l'indagine ha confermato che la Formazione Shemshak nell'area di Dehmolla detiene una promessa significativa per il gas naturale, specificamente all'interno dei suoi strati di scisto nero e carbone. Mentre gli scisti verdi e le arenarie nella stessa formazione offrono poco valore come fonti di energia, le sezioni ricche di carbone possiedono la necessaria ricchezza organica e storia termica per generare una quantità sostanziale di gas secco. I risultati suggeriscono che queste rocce hanno già completato il processo di trasformazione della materia vegetale antica in gas, rendendole un obiettivo valido per la futura esplorazione energetica in questa regione delle montagne dell'Alborz.