Geochemical Characterization and 1D Basin Modelling of Afowo Shale: Implications for its Potential Hydrocarbon Source Rock in the Dahomey Basin, Southwestern Nigeria

Diep onder de aarde houden eeuwenoude gesteentelagen de geschiedenis van het klimaat van onze planeet en het potentieel voor de energie die onze moderne wereld aandrijft, vast. In de studie van de petroleumgeologie zoeken wetenschappers naar specifieke condities waar organisch materiaal—de resten van oerplanten en microscopisch leven—is begraven, verhit en samengeperst over miljoenen jaren om te transformeren in olie of aardgas. Deze transformatie is geen eenvoudige chemische schakelaar; het is een traag proces dat wordt gedreven door tijd en temperatuur. Als het gesteente te koel is, blijft het organische materiaal onrijp en kan het geen brandstof genereren. Als het te heet is, breekt de brandstof af of ontsnapt deze. Het vinden van het "sweet spot" waar de hitte precies goed is, is de centrale uitdaging van exploratie, vooral in regio's waar de oppervlaktegeologie één verhaal vertelt, maar de diepe ondergrondse realiteit een ander.

In de Dahomei-bekken in het zuidwesten van Nigeria, een regio die bekend staat om zijn enorme onshore bitumenafzettingen en recente offshore oliebevindingen, heeft een team onderzoekers van de Universiteit van Lagos hun aandacht gericht op een specifieke gesteentelaag genaamd de Afowo-formatie. Deze laag, afgezet tijdens het Krijt, is een mengsel van zand, klei en schalie. Terwijl de aanwezigheid van massieve teerzanden aan het oppervlak suggereert dat dit gebied ooit een fabriek voor koolwaterstoffen was, zijn recente beoordelingen van de ondiepe gesteenten verwarrend geweest. Sommige studies suggereerden dat het gesteente rijk was aan organisch materiaal maar chemisch inert was, terwijl andere wezen op een laag potentieel. Om dit puzzelstuk op te lossen, probeerden de onderzoekers niet alleen te bepalen waar het gesteente uit bestaat, maar ook hoe heet het is geweest en of het ooit de temperatuur heeft bereikt die nodig is om organisch materiaal te "koken" tot bruikbaar gas.

Het team begon met het onderzoeken van monsters genomen uit acht verschillende putten, waarbij ze door het geologische archief groeven om de Afowo-formatie te vinden. Ze analyseerden dertien specifieke monsters van leemsteen en schalie, waarbij ze nauwkeurig keken naar het gevangen organische koolstof in deze lagen. Hun chemische tests onthulden dat deze gesteenten inderdaad rijk zijn aan organisch materiaal, waarbij sommige monsters tot 2,50 procent koolstof per gewicht bevatten. Dit niveau van rijkdom is significant en geeft aan dat het gesteente de ruwe ingrediënten bezit die nodig zijn om een brandstofbron te worden. Echter, het type organisch materiaal is even belangrijk als de hoeveelheid. De analyse toonde aan dat het organische materiaal voornamelijk afkomstig is van landplanten, een samenstelling die de neiging heeft om natuurlijk gas te produceren in plaats van vloeibare olie. Dit komt overeen met de reputatie van de regio als een gas-georiënteerde provincie, hoewel de onderzoekers ook sporen van mariene algen vonden, wat wijst op korte perioden waarin de zee over het land avanceerde en verschillende soorten organisch materiaal afzette.

Weten waar het gesteente van gemaakt is, is slechts de helft van het verhaal; de onderzoekers moesten weten of het ooit heet genoeg is geweest om dat organische materiaal in gas te veranderen. Om dit te beantwoorden, maten ze de thermische rijping van de monsters, waarbij ze in feite de "kooktemperatuur" controleerden die de gesteenten hebben ervaren. Ze keken naar de maximale temperatuur geregistreerd tijdens verwarmingstests en berekenden de reflectantie van microscopische glasachtige deeltjes genaamd vitriene, die fungeren als een natuurlijke thermometer voor de geschiedenis van het gesteente. De resultaten waren duidelijk: in de ondiepe diepten waar zij de monsters namen, zijn de gesteenten nog onrijp. De geregistreerde temperaturen waren te laag, en de chemische veranderingen die vereist zijn om commerciële hoeveelheden gas te genereren, hadden nog niet plaatsgevonden. Het organische materiaal bevindt zich in essentie in een staat van suspensie, bewaard maar nog niet getransformeerd.

Deze bevinding leidde ertoe dat het team een computermodel van de geschiedenis van het bekken bouwde, een simulatie die bijhoudt hoe de gesteentelagen over miljoenen jaren dieper zijn gezonken en hoe de hitte vanuit het binnenste van de aarde in de loop van de tijd veranderde. Ze voerden hun laboratoriumgegevens in dit model in om te zien of het de gemeten rijping nauwkeurig kon reproduceren. Wanneer ze een standaard, standaard warmtestroommodel gebruikten dat vaak op soortgelijke bekkens wordt toegepast, slaagde de simulatie er niet in om overeen te komen met de real-world data. Het standaardmodel voorspelde een andere thermische geschiedenis dan wat de gesteenten daadwerkelijk lieten zien. Deze discrepantie was een cruciale ontdekking, die onthulde dat de warmtestroom in dit deel van het bekken zeer variabel is en niet voorspeld kan worden door algemene regels. De onderzoekers moesten een aangepaste, hoog-resolutie geschiedenis van de warmtestroom creëren om het model werkend te krijgen, wat bevestigde dat de ondiepe gesteenten simpelweg niet diep genoeg zijn begraven of lang genoeg zijn verhit om gas te genereren.

De implicaties van dit werk zijn significant voor de toekomst van de energie-exploratie in de regio. De studie bevestigt dat de Afowo-formatie een levensvatbare bronrots is met het potentieel om enorme hoeveelheden natuurlijk gas te genereren, maar dat dit potentieel momenteel opgesloten ligt in de ondiepe lagen omdat de gesteenten te koel zijn. De "onrijpheid" van deze ondiepe sequenties betekent dat het gas nog niet gekookt is, waardoor de hulpbron volledig bewaard en onontgonnen is gebleven. De onderzoekers concluderen dat de sleutel tot het ontsluiten van deze energie dieper onder de grond ligt. Door de focus van de exploratie te verschuiven naar diepere structurele doelwitten waar de hitte voldoende is om het gesteente te laten rijpen, kan de industrie de commerciële gasreserves vinden die de ondiepe putten hebben gemist. De studie biedt een gekalibreerde routekaart voor de toekomst, die suggereert dat het antwoord op het energiepotentieel van de regio niet ligt in de oppervlakteteerzanden, maar in de diepe, hete zakken van het bekken waar de geologische condities eindelijk de juiste temperatuur hebben bereikt om oud plantmateriaal in moderne brandstof te veranderen.