Thermal maturity and hydrocarbons potential generation in the Tumaco and San Juan-Atrato Basins as revealed by TOC, RE-Py and petrographic analysis

Profondamente sotto la superficie della Terra, nelle zone strette e turbolente dove le enormi placche tettoniche collidono e una scivola sotto l'altra, si consuma un complesso dramma geologico. Queste zone di subduzione non sono solo confini di roccia; sono centri di riciclaggio per il pianeta, che trascinano materiale crostale, sedimenti e materia organica nelle profondità calde e ad alta pressione del mantello. Per decenni, gli scienziati si sono chiesti cosa accada ai resti antichi di piante e animali intrappolati in questi sedimenti. Si trasformano in petrolio e gas o rimangono intrappolati in uno stato dormiente? Questa domanda è particolarmente pressante nel Pacifico colombiano, una regione in cui il fondale oceanico si immerge sotto il continente sudamericano. Qui, la geologia è giovane e attiva, caratterizzata da pendii ripidi e una rapida sedimentazione. Sebbene tali aree siano note per contenere grandi quantità di idrati di metano, il potenziale per il petrolio e il gas convenzionali è rimasto un mistero, in gran parte perché la materia organica sepolta lì è stata difficile da studiare. Capire se questi sedimenti abbiano raggiunto la temperatura e la pressione giuste per generare combustibile è essenziale per sapere se questi bacini di frontiera contengano risorse energetiche o se siano semplicemente archivi geologici del passato.

Per risolvere questo enigma, un team di ricercatori ha rivolto la propria attenzione a due bacini specifici lungo questa costa: il bacino di Tumaco e il bacino di San Juan-Atrato. Hanno raccolto una vasta collezione di 763 campioni di roccia, scavando profondamente nel record geologico da vari pozzi e affioramenti superficiali. L'obiettivo era leggere la storia chimica e fisica scritta all'interno di queste rocce. Gli scienziati hanno cercato tre cose principali: quanto carbonio organico fosse presente, che tipo di materiale organico fosse e quanto calore avesse subito nel corso di milioni di anni. Hanno utilizzato un metodo chiamato pirolisi Rock-Eval, che consiste essenzialmente nel riscaldare la roccia in un ambiente controllato per vedere che tipo di idrocarburi vengono rilasciati, e hanno misurato la riflettanza di minuscoli frammenti di materiale vegetale fossilizzato, una tecnica che funge da termometro per la storia termica della roccia. Combinando queste misurazioni con osservazioni microscopiche della materia organica stessa, potevano determinare se le rocce fossero "immature" (troppo fredde per generare combustibile), nella "finestra dell'olio" (il punto ideale per la generazione di petrolio) o "sovra-cotte" (dove l'olio si decompone in gas).

I risultati dei bacini del Pacifico colombiano raccontano una storia di potenziale che non è ancora stato pienamente realizzato. Le rocce analizzate contenevano materia organica, ma la quantità era generalmente modesta, rientrando in un intervallo che i ricercatori descrivono come "accettabile" piuttosto che abbondante. Quando hanno riscaldato i campioni per vedere cosa ne uscisse, i dati hanno mostrato che il materiale organico non era ancora pronto a produrre quantità significative di petrolio o gas. La maggior parte dei campioni rientrava in una categoria nota come cherogene di Tipo III, che deriva principalmente da materia vegetale terrestre ed è tipicamente associata alla generazione di gas piuttosto che di olio. Tuttavia, il dato critico era la temperatura. Le rocce non erano state scaldate abbastanza da innescare le reazioni chimiche necessarie per trasformare quella materia vegetale in combustibile. Le misurazioni della maturità termica, che fungono da indicatore di quanto calore abbiano subito le rocce, hanno indicato che la materia organica è ancora nelle sue fasi iniziali, o quello che i geologi chiamano la fase "immatura". È come se gli ingredienti per un pasto fossero presenti in cucina, ma il fornello non fosse ancora stato acceso abbastanza alto da far iniziare il processo di cottura.

Questa conclusione è stata rinforzata osservando i dettagli microscopici della roccia. Sotto potenti microscopi, i ricercatori hanno visto le particelle organiche, inclusi frammenti di spore fossili e tessuti vegetali, e hanno misurato quanta luce riflettevano. Queste misurazioni hanno confermato i dati sul riscaldamento: le rocce non avevano raggiunto la soglia necessaria per una significativa generazione di idrocarburi. Sebbene alcuni campioni più profondi mostrassero segni di una maturità leggermente superiore, suggerendo che stiano appena entrando nella zona in cui l'olio potrebbe formarsi, la stragrande maggioranza del bacino rimane troppo fredda. Lo studio ha anche notato che la materia organica in questi bacini è un mix di fonti marine e terrestri, creando un tipo di materiale transizionale che potrebbe eventualmente produrre un mix di olio e gas, ma solo se venisse sepolto più in profondamente o sottoposto a più calore nel tempo.

I ricercatori hanno scoperto che alcune aree specifiche, in particolare nelle sezioni più profonde del bacino di Tumaco e in certi affioramenti della regione di San Juan-Atrato, mostravano temperature leggermente più elevate, suggerendo che questi punti potrebbero essere proprio al limite del diventare produttivi. Tuttavia, anche queste aree promettenti non sono ancora completamente mature. Lo studio esclude esplicitamente l'idea che questi bacini siano attualmente ricchi serbatoi di petrolio convenzionale in attesa di essere sfruttati. Invece, l'evidenza suggerisce che il potenziale di idrocarburi sia limitato dallo stato termico attuale delle rocce. La materia organica è presente, ed è di un tipo che potrebbe eventualmente generare combustibile, ma solo se fosse stata soggetta a più calore nel tempo.

In definitiva, lo studio fornisce un quadro chiaro e basato sui dati del margine del Pacifico colombiano. Conferma che, sebbene questi bacini contengano sedimenti ricchi di materia organica, sono in gran parte immaturi. Le rocce non sono state sottoposte a abbastanza calore da trasformare il loro contenuto organico nell'olio e nel gas che alimentano la società moderna. Questo non significa che i bacini siano privi di valore; essi contengono importanti registri geologici e possono contenere gas biogenico o idrati di metano. Ma per l'esplorazione di petrolio e gas convenzionali, il messaggio è di cautela. Gli ingredienti sono presenti, ma la ricetta non è ancora stata completata dalle forze della Terra. Ulteriori esplorazioni dovrebbero concentrarsi sulla ricerca di sacche più profonde e calde dove il processo di cottura potrebbe finalmente essere iniziato, o cercare diversi tipi di risorse energetiche che non richiedano una tale maturità termica.