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

Diep onder het oppervlak van de aarde, in de smalle, turbulente zones waar massieve tektonische platen botsen en de ene onder de andere schuift, ontvouwt zich een complex geologisch drama. Deze subductiezones zijn niet alleen grenzen van gesteente; het zijn recyclingcentra voor de planeet, die crustaal materiaal, sedimenten en organisch materiaal naar de hete, hoogdrukdiepten van de mantel sleuren. Decennialang hebben wetenschappers zich afgevraagd wat er gebeurt met de oude resten van planten en dieren die in deze sedimenten gevangen zitten. Worden ze verwerkt tot olie en gas, of blijven ze in een slapende staat opgesloten? Deze vraag is bijzonder urgent in de Colombiaanse Pacifische regio, een gebied waar de oceaanbodem onder het Zuid-Amerikaanse continent duikt. Hier is de geologie jong en actief, gekenmerkt door steile hellingen en snelle sedimentatie. Hoewel dergelijke gebieden bekend staan om het bevatten van enorme hoeveelheden methaanhydraten, is het potentieel voor conventionele olie en gas een mysterie gebleven, grotendeels omdat het begraven organische materiaal daar moeilijk te bestuderen is geweest. Begrijpen of deze sedimenten de juiste temperatuur en druk hebben bereikt om brandstof te genereren, is essentieel om te weten of deze frontier-bekkens energieresources bevatten of dat het simpelweg geologische archieven van het verleden zijn.

Om dit puzzelstukje op te lossen, richtte een team van onderzoekers zich op twee specifieke bekkens langs deze kust: het Tumaco-bekken en het San Juan-Atrato-bekken. Ze verzamelden een enorme collectie van 763 gesteenteprofielen, waarbij ze diep in het geologische verslag groeven uit diverse boorgaten en oppervlakte-blootstellingen. Het doel was om de chemische en fysieke geschiedenis te lezen die in deze gesteenten geschreven staat. De wetenschappers zochten naar drie hoofdzaken: hoeveel organische koolstof aanwezig was, wat voor soort organisch materiaal het was, en hoeveel hitte het gedurende miljoenen jaren had ondergaan. Ze gebruikten een methode genaamd Rock-Eval pyrolyse, wat in essentie betekent dat het gesteente in een gecontroleerde omgeving wordt verhit om te zien wat voor soort koolwaterstoffen er vrijkomen, en ze maten de reflectie van minuscule stukjes gefossiliseerd plantmateriaal, een techniek die fungeert als een thermometer voor de thermische geschiedenis van het gesteente. Door deze metingen te combineren met microscopische observaties van het organische materiaal zelf, konden zij bepalen of de gesteenten "immatuur" waren (te koud om brandstof te genereren), in het "oliewindow" zaten (het ideale punt voor de generatie van olie), of "overgekookt" waren (waar olie afbreekt tot gas).

De resultaten uit de Colombiaanse Pacifische bekens vertellen een verhaal van potentieel dat nog niet volledig is gerealiseerd. De geanalyseerde gesteenten bevatten organisch materiaal, maar de hoeveelheid was over het algemeen bescheiden en viel binnen een bereik dat de onderzoekers als "acceptabel" in plaats van overvloedig beschrijven. Wanneer ze de monsters verhitten om te zien wat er uit zou komen, toonden de gegevens aan dat het organische materiaal nog niet klaar was om significante hoeveelheden olie of gas te produceren. De meeste monsters vielen in een categorie die bekend staat als Type III kerogeen, dat grotendeels afkomstig is van landplanten en doorgaans geassocieerd wordt met gasgeneratie in plaats van olie. De cruciale bevinding was echter de temperatuur. De gesteenten waren niet genoeg verhit om de chemische reacties te triggeren die nodig zijn om dat plantmateriaal in brandstof te veranderen. De metingen van de thermische rijping, die fungeren als een graadmeter voor hoeveel "koken" de gesteenten hebben ondergaan, gaven aan dat het organische materiaal zich nog in de vroeële stadia bevindt, of wat geologen de "immatuur" fase noemen. Het is alsof de ingrediënten voor een maaltijd aanwezig zijn in de keuken, maar het fornuis nog niet hoog genoeg is gezet om het kookproces te starten.

Deze conclusie werd versterkt door naar de microscopische details van het gesteente te kijken. Onder krachtige microscopen zagen de onderzoekers de organische deeltjes, inclusen stukjes gefossiliseerde sporen en plantenweefsel, en maten hoe het licht reflecteerde. Deze metingen bevestigden de verhittinggegevens: de gesteenten hadden de drempelwaarde niet bereikt die vereist is voor significante koolwaterstofgeneratie. Hoewel sommige diepere monsters tekenen vertoonden van iets hogere rijping, wat suggereert dat ze net beginnen te komen in de zone waar olie zou kunnen vormen, blijft het grootste deel van het bekken te koel. De studie merkte ook op dat het organische materiaal in deze bekens een mengeling is van mariene en terrestrische bronnen, wat een transitie-type materiaal creëert dat uiteindelijk een mix van olie en gas zou kunnen produceren, maar dan alleen als het dieper begraven zou worden of meer hitte over tijd zou ondergaan.

De onderzoekers ontdekten wel dat sommige specifieke gebieden, met name de diepere secties van het Tumaco-bekken en bepaalde blootstellingen in de San Juan-Atrato-regio, iets hogere temperaturen vertoonden, wat erop wijst dat deze plekken zich misschien op de rand van productiviteit bevinden. Echter, zelfs deze veelbelovende gebieden zijn nog niet volledig rijp. De studie sluit expliciet de mogelijkheid uit dat deze bekens momenteel rijke, conventionele olievoorraden zijn die wachten om worden aangeslagen. In plaats daarvan suggereert het bewijs dat het koolwaterstofpotentieel beperkt wordt door de huidige thermische staat van de gesteenten. Het organische materiaal is er wel, en het is van een type dat uiteindelijk brandstof zou kunnen genereren, maar de geologische omstandigheden hebben nog niet de noodzakelijke hitte geleverd om het te ontsluiten.

Uiteindelijk biedt de studie een helder, op data gebaseerd beeld van de Colombiaanse Pacifische marge. Het bevestigt dat hoewel deze bekens organisch rijk sediment bevatten, ze grotendeels immatuur zijn. De gesteenten zijn niet genoeg aan hitte blootgesteld om hun organische inhoud te transformeren in de olie en gas die de moderne samenleving aandrijven. Dit betekent niet dat de bekens zonder waarde zijn; ze bevatten belangrijke geologische records en kunnen biogene gas of methaanhydraten bevatten. Maar voor conventionele olie- en gasexploratie is de boodschap er een van voorzichtigheid. De ingrediënten zijn aanwezig, maar het recept is nog niet voltooid door de krachten van de aarde. Verdere exploratie zou zich moeten richten op het vinden van diepere, hetere zakken waar het kookproces eindelijk is begonnen, of op het zoeken naar andere soorten energiebronnen die niet zo'n intense thermische rijping vereisen.