1.2 Origine, migrazione e accumulo del petrolio - · PDF filete rilevanti di petrolio...

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  • 1.2.1 Lorigine del petrolio

    La composizione estremamente complessa del petrolio (iltermine include sia lolio sia il gas) riflette gli effetti com-binati di tutti i processi che sono allorigine degli accu-muli petroliferi e che ne determinano il destino nel corsodelle ere geologiche. Poich le condizioni geologiche egeochimiche nelle quali tali processi si svolgono posso-no variare notevolmente da un luogo allaltro, la compo-sizione del petrolio pu mutare di conseguenza. Nella suacomposizione il petrolio contiene alcuni segnali moleco-lari che consentono di ricostruirne lorigine e la storia geo-logica. Di regola, il petrolio non ha mai avuto origine nelgiacimento da cui lo si estrae, ma il risultato di una lungaserie di processi che ne precedono laccumulo. Questul-timo ha luogo nei bacini sedimentari e pu essere indivi-duato attraverso lattivit esplorativa, se si verificano leseguenti condizioni geologiche (fig. 1): formazioni di roccia madre in grado di generare petro-

    lio in presenza di adeguate condizioni termiche nelsottosuolo;

    compattazione dei sedimenti con conseguente espul-sione del petrolio dalla roccia madre e passaggio nellerocce serbatoio (migrazione primaria);

    rocce serbatoio dotate di porosit e permeabilit suf-ficienti a consentire il flusso del petrolio attraversoil reticolo dei pori (migrazione secondaria);

    configurazioni strutturali degli strati sedimentari taliche le rocce serbatoio formino delle trappole, ciodei contenitori naturali nel sottosuolo in cui il petro-lio tende ad accumularsi;

    occorre che le trappole siano sigillate in alto da unostrato di sedimenti impermeabili (roccia di copertu-ra), per impedire al petrolio di fuoriuscire;

    nella storia di un bacino sedimentario la sequenzadei processi di generazione/migrazione e di accu-mulo nelle trappole deve essersi svolta seguendo unpreciso ordine cronologico;

    condizioni favorevoli alla preservazione dellaccu-mulo petrolifero nel corso delle ere geologiche, ovve-ro assenza di fenomeni distruttivi, come la frattura-zione della roccia di copertura con conseguente disper-sione del petrolio o un forte riscaldamento, con latrasformazione dellolio in gas.La questione dellorigine del petrolio stata a lungo

    al centro di un acceso dibattito, nel corso del quale sonostate formulate innumerevoli teorie, ipotesi e specula-zioni. Alcuni decenni or sono furono avanzate diverseidee su una possibile origine inorganica, tra le quali peres. quella che il petrolio potesse essere il prodotto di unareazione tra carburo di ferro e acqua nelle viscere dellacrosta terrestre. I principali indizi a favore di queste teo-rie erano la presenza sporadica di inclusioni di idrocar-buri fluidi e di bitumi solidi allinterno di rocce ignee ealcuni casi di giacimenti di olio e gas alloggiati nelle frat-ture del basamento cristallino (per es., graniti, basalti e

    65VOLUME I / ESPLORAZIONE, PRODUZIONE E TRASPORTO

    1.2

    Origine, migrazione e accumulodel petrolio

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    accumulo

    affioramento

    migrazione

    generazione

    prof

    ondi

    t (

    km)

    fig. 1. Principali condizioni geologiche e processi geochimici richiesti per la formazione di giacimenti petroliferi nei bacini sedimentari: formazione di petrolio nella roccia madre (1), migrazione primaria (2), migrazione secondaria (3),accumulazione in una trappola (4) e manifestazione in superficie in conseguenza della fratturazione delle rocce di copertura (5).

  • rocce metamorfiche). Tuttavia, nella maggior parte deicasi stato possibile dimostrare che il petrolio si era for-mato in origine in una roccia sedimentaria ed era statotrasportato in un secondo momento nel granito, per es.da un flusso convettivo di fluidi acquosi mineralizzanti,oppure aveva compiuto una lunga migrazione a partireda lontani strati sedimentari e si era accumulato nellefratture del basamento cristallino. La formazione di gia-cimenti petroliferi nel basamento roccioso estrema-mente rara e non riveste grande importanza dal punto divista commerciale, se paragonata alle riserve di idro-carburi contenute nei bacini sedimentari, che formanola vasta maggioranza dei giacimenti (Selley, 1998). Leprove a favore di unorigine organica del petrolio appaio-no oggi schiaccianti. Tra queste, una delle pi convin-centi la costante presenza in tutti i tipi di petrolio dimolecole di marker biologici come le porfirine, gli ste-rani e gli hopani. La struttura estremamente specifica ditali molecole esclude che possano essere frutto di unasintesi inorganica, ma depone chiaramente e univoca-mente a favore dellipotesi di una loro derivazione dastrutture molecolari sintetizzate da organismi viventi.

    Le rocce madri petrolifereSono dette rocce madri petrolifere le rocce silico-

    clastiche a grana sottile, ricche di argilla (argilliti, sci-sti) o le rocce carbonatiche di colore scuro (calcari,marne) che hanno generato ed espulso idrocarburi inquantit apprezzabili. Una roccia madre petrolifera caratterizzata da tre attributi indispensabili: deve pos-sedere un contenuto sufficiente di materia organica diorigine biologica, finemente dispersa al suo interno; que-sta materia organica deve avere una composizione spe-cifica, cio deve essere ricca di idrogeno; la roccia madredeve trovarsi a una certa profondit ed essere sottopo-sta a determinate temperature sotterranee, per consen-tire lavvio del processo di formazione del petrolio attra-verso la decomposizione termica del kerogene. Sonostati stabiliti, su basi empiriche, livelli minimi di con-centrazione di carbonio organico totale (TOC) dell1,5%per le rocce madri con litologie silicoclastiche e dello0,5% per quelle carbonatiche (Hunt, 1996). La concen-trazione di carbonio di origine organica una misuraapprossimativa del contenuto di materiale organico diuna roccia, infatti la materia organica composta pre-valentemente di carbonio, ma contiene anche quantitminori di eteroelementi (azoto, zolfo e ossigeno). Laconcentrazione minima di carbonio organico nella roc-cia madre in relazione con il rapporto tra la quantitdi petrolio generata e la capacit di immagazzinamentointerno delle rocce, cio la loro porosit. Se la quantitdi materia organica troppo bassa, le scarse quantit dipetrolio generate non eccedono la capacit di imma-gazzinamento della roccia e pertanto non si ha espul-sione di petrolio. La maggior parte delle rocce madri che

    hanno generato ed espulso quantit commercialmen-te rilevanti di petrolio presentano concentrazioni diTOC comprese tra il 2 e il 10%. Un esempio di rocciamadre di litologia silicoclastica particolarmente pro-lifica la formazione argillosa del Giurassico superio-re di Kimmeridge, nel bacino del Mare del Nord, cheha generato la maggior parte dellolio accumulato neinumerosi e ricchi giacimenti della zona. I suoi contenutidi TOC oscillano prevalentemente tra il 5 e il 12% (Bor-denave et al., 1993). Un esempio di roccia madre petro-lifera di litologia carbonatica di buona qualit fornitoinvece dalle formazioni calcaree del Triassico di Meri-de, da cui proviene lolio presente nei numerosi giaci-menti della valle del Po, nellItalia settentrionale, e chepresenta contenuti di TOC compresi tra lo 0,5 e l1,5%(Leythaeuser et al., 1995). Le rocce madri petrolifere dilitologia carbonatica di solito hanno concentrazioni diTOC significativamente pi basse, in base alla qualit ealla composizione della materia organica in esse conte-nuta, che generalmente pi ricca di idrogeno.

    66 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

    GEOSCIENZE

    fig. 2. Stratificazione e laminazione sottile ben visibili presentate spesso dalla roccia madre di litologia silicoclastica: A, un affioramento (notare il temperino tascabile per la scala, foto di D. Leythaeuser); B, sottile sezione di roccia vista al microscopio (la larghezza dellimmagine di due centimetri, foto di R. Littke).

    A

    B

  • La maggior parte delle rocce madri petrolifere pre-senta colori che variano dal marrone scuro al nero. Ci dovuto alla presenza di materia organica finemente di-spersa, ma anche di cristalli di pirite (FeS2), anchessifinemente dispersi. Molte rocce madri di litologia sili-coclastica sono caratterizzate da una tipica struttura lamel-liforme (la fig. 2 mostra un esempio di stratificazionesottile, in scala millimetrica e submillimetrica). Una voltagiunti in superficie ed esposti agli agenti atmosferici,questi livelli sottilissimi tendono a separarsi, conferen-do allaffioramento laspetto di una pila di fogli di cartascompaginati (da cui il nome di scisto cartaceo). Lastruttura lamelliforme dovuta alle particolari condi-zioni prevalenti durante il processo di deposizione delfango ricco di materiali organici, che si pietrificatodurante il seppellimento e trasformato in roccia madre.Nella maggior parte delle rocce madri di litologia car-bonatica la materia organica tende a essere distribuita inmodo eterogeneo, concentrandosi spesso in sottili lami-ne galleggianti in una massa di fondo povera di materiaorganica. Questi livelli si formano nel sottosuolo attra-verso un processo chiamato soluzione da pressione, checomporta una ridistribuzione dei minerali carbonatici euna nuova cristallizzazione di questi ultimi, che risulta-no cos separati dalle particelle di materia organica.

    I processi di sedimentazione della roccia madre

    La formazione di sedimenti ricchi di materia orga-nica legata a precise condizioni dellambiente in cuiavviene la deposizione. Questi sedimenti si depositanoin ambienti acquosi che ricevono un apporto costante dimateria organica, ossia di residui di organismi morti, edi particelle sedimentarie. In ambienti subaerei la mate-ria organica viene degradata dai processi di ossidazionechimica e biologica in tempi brevi dopo la deposizione.La sedimentazione di roccia madre di buona qualit puavvenire in ambie