ارزیابی بلوغ و محیط رسوبگذاری بیتومین شیل پوش سنگ مخزن آسماری در میدان نفتی پازنان با استفاده از آنالیزهای GC-MS و ایزوتوپی ((δ۱۳C و δ۳۴S))

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری ۱۴ اسفند ۱۳۸۶

چکیده :
امروزه می­توان با استفاده از روش­هاى ژئوشیمیایى به مطالعه دقیق سیستم هاى نفتى پرداخت. استفاده از دستگاه GC-MS و نتایج حاصل از آن و نیز مطالعات ایزوتوپى از روش‌هاى متداول و مهمى هستند که در این راستا مورد استفاده قرار مى گیرند. هدف از انجام این مطالعه بررسی محیط رسوبی و ارزیابی بلوغ سنگ منشاء احتمالی شیلهای بیتومینه بخش یک سازند گچساران در میدان نفتی پازنان با استفاده از پارامترهای ژئوشیمیایی می باشد. بخش یک سازند گچساران به ۶ لایه کلیدی تقسیم می شود که مهمترین آنها لایه کلیدی B می­باشد. این بخش یک لایه کم ضخامت شیل بیتومینه است که در حفاری چاه­های میدان نفتی پازنان بسیار با اهمیت می­باشد. به منظور بررسى و تعیین محیط رسوبگذارى، بیومارکرهاى موجود در بخش مذکور مورد مطالعه قرار گرفتند. حضور تراپانهای سه‌حلقه ای، نورهوپان‌ها، وجود مقادیر کم شاخص گاماسران که نشان دهنده شوری کم است و همچنین شاخص‌هایی همچون پایین بودن نسبت استران C۲۹ نسبت به استرانهای C۲۸ و C۲۷ نشان مى‌دهند که محیط رسوبگذارى بخش مذکور محیطى متلاطم (دریایی-قاره­ای)  مى‌باشد. به منظور تعیین بلوغ شیل‌های بیتومینه، از پارامترهای بیومارکری حاصل از GC-MS استفاده گردید. جهت تعیین بلوغ شیل بیتومینه، از نمودار استاندارد تغییرات نسبت C۳۲-hopane ۲۲S/(۲۲S+۲۲R) در برابر C۲۹-Sterane ۲۰S/(۲۰S+۲۰R) استفاده گردید. نتایج حاصل از این نمودار مبین این نکته مى‌باشد که نمونه مورد مطالعه در محدوده نارس قرار گرفته و بلوغ خیلی پایینی را نشان می‌دهد. مطالعه ایزوتوپ کربن (δ۱۳C) در لایه راهنمایB  مقدار ‰ ۷/۲۰- و مقدار δ۱۳C برای اجزاء اشباع (۰/۲۵-) و آروماتیک (۶/۲۲-) می‌باشد که با پلات بر روی نمودار سافر، محیط رسوبی قاره­ای نزدیک دریا را برای شیل بیتومینه افق کلیدی B نشان می‌دهد. مطالعات ایزوتوپی کربن دلالت بر محیط رسوبگذاری حدواسط (مردابی یا سبخایی) دارد. مقدار ایزوتوپ گوگرد (δ۳۴S) انیدریت در زمینه‌ای از مادستون ۸/۱۶ – ۶/۱۶‰ می باشد اما این مقدار در نمونه های کاملا انیدریتی با افزایش روبرو است که ۱/۲۱ – ۸/۲۰‰ می باشد. این مقدار نشان‌گر حضور دو محلول دیا‍ژنتیکی و اولیه آب دریا می باشد. در نهایت مى‌توان گفت که منشاء محیط به صورت متلاطم دریایى تا غیر دریایى است.

امیر ساسان زروانی، کارشناس ارشد زمین شناسی نفت از دانشگاه چمران اهواز، zarvani@scu.ac.ir
بهمن سلیمانی، دکتری زمین شناسی نفت از دانشگاه ITT ROORKI ، عضو هیات علمی دانشگاه چمران اهواز
مقدمه :
ژئوشیمی نفت امروزه به عنوان یک علم بنیادی جهت بهبود بازده اکتشاف و تولید بکار می‌رود. در سالهای اخیر‏ با استفاده از تئوریها و روشهای مختلف ژئوشیمیایی‏ بسیاری از مسائل مربوط به سنگ منشاء و مهاجرت و تجمع نفت را مورد مطالعه قرار می‌دهند (Miller, 1995). در مطالعات ایزوتوپی ایزوتوپهائی اهمیت دارند که پایدار باشند. اگر چه ممکن است مقدار تمام ایزوتوپ‌های یک عنصر کم باشد ولی اختلاف­های موجود در مقادیر آنها می‌تواند به عنوان یک شاخص ژئوشیمیایی استفاده گردد (Schoell, 1984). مهمترین نسبت­های ایزوتوپی مورد استفاده در ژئوشیمی نفت، ایزوتوپهای پایدار کربن و گوگرد می‌باشد. ایزوتوپهای پایدار کربن (13C / 12C) و گوگرد (34S / 32 S) به عنوان ابزاری بسیار قوی در تعیین محیط رسوبی مورد استفاده قرار می­گیرند (Waples, 1985).
ایزوتوپ‌های پایدار کربن
بر­ خلاف کربن 14، کربن 13 (13C) در تمامی رسوبات با سن­های زمین­شناسی متفاوت یافت می‌گردد. اگرچه این ایزوتوپ نمی‌تواند برای تعیین سن بکار رود اما می‌تواند بسیاری از ابهامات ژئوشیمیایی را پاسخگو باشد. به دلیل اینکه اختلاف وفور کربن 13 نسبت به کربن 14 می‌تواند به دلیل تفریق حاصل از پدیده­های بیولوژیکی و فیزیکی باشد، لذا از نسبت 13C/12C به عنوان یک نسبت مهم ایزوتوپی در مطالعات ژئوشیمی نفت یاد می‌شود (Waples, 1985).
پراکندگی ایزوتوپ‌های پایدار سولفور در مواد آلی
همانند کربن، سولفور نیز به دو شکل متفاوت در طبیعت دیده می‌شود:
حالت اکسید شده، به شکل حل شده در آب (SO42-) و یا همراه تبخیریها. مقدار δ34S در این حالت بین صفر تا  ‰40 خواهد بود و حالت احیاء شده، حل شده در آب (S2- یا HS-)، بعضی مواقع به صورت گاز H2S و یا بصورت ترکیبات سولفیدی ظاهر می‌شود. در این حالت مقدار δ34S،  ‰20 خواهد بود
نشانه­های زیستی یا بیومارکرها و کاربرد آنها در مطالعات ژئوشیمیایی
به ترکیبات ارگانیکی موجود در رسوبات، سنگها و نفتهای­خام که شکل و ساختار کربن آنها را می‌توان به ارگانیسم‌های زنده تولید کننده آنها تعمیم داد، بیومارکر (Biomarkers) گفته می‌شود. بیومارکرها در حقیقت میکرومیکروفسیلهایی(micro-microfossils) هستند که اندازه قطر آنها از 30 نانومتر تجاوز نمی­کند (Hunt, 1996). بیومارکرها می‌توانند بصورت مستقیم از ارگانیسم‌های زنده تشکیل و یا بوسیله تغییرات دیاژنتیکی و کاتاژنتیکی در رسوبات شکل بگیرند (Bordenave, 1993). مهمترین بیومارکرهای شناخته شده هوپانها و استرانهای 4 و 5 حلقه‌ای، پارافین‌های نرمال، ایزوپرنوئیدهایی همچون پریستان و فیتان، کاروتانها و پرفیرینها هستند (Hunt, 1996). از موارد کاربرد بیومارکرها که دراین مطالعه نیز استفاده گردیده می توان به موارد زیر اشاره کرد:
الف- تعیین محیط رسوبگذاری. ب- برای بازسازی شرایط محیطی قدیمه (paleoenvironmental conditions) بوسیله واکنشهای شیمیایی کنترل شده توسط اکسیداسیون ـ احیاء، PH، شوری. ج- برای تعیین لیتولوژی سنگ منشاء (کربناته یا شیلی بودن آن) (Peters and Moldowan, 1993).
 
موقعیت زمین شناسی و جغرافیایی ناحیه مورد مطالعه
میدان نفتی پازنان در 150کیلومتری جنوب شرق اهواز، جنوب شرق میدان آغاجاری گرفته است. طول و عرض میدان به ترتیب 60 کیلومتر و 4 تا 6 کیلومتر می‌باشد. مخزن پازنان یکی از بزرگترین و مهمترین مخازن گاز میعانی کشور است که دارای ستون نفتی نسبتا باریک اما اقتصادی نیز می باشد (شکل1).
پوش سنگها طبقات غیر قایل نفوذی هستند که سنگ مخزن را پوشانده و مانع تراوش و فرار مواد نفتی می شوند و سنگ شناسی آنها مشتمل بر انیدریت، ژیپس، مارن و آهک است(Schowalters, 1976). پوش سنگ مخزن آسماری در میدان نفتی پازنان در واقع بخش یک سازند تبخیری گچساران می باشد و سنگ شناسی آنها مشتمل بر انیدریت، ژیپس، مارن و آهک است که لیتولوژی غالب مارن می باشد.
 
روش کار
جهت مطالعه 10 چاه تعیین گردید که بطور انتخابی 3 چاه را در اینجا مورد بررسی قرار می دهیم. پس از برداشت نمونه و انجام کارهای مقدماتی همچون تمیز کردن و پودر کردن نمونه ها (Crushing of the rocks )، استخراج حلال (Solvent extraction) و کروماتوگرافی مایع (Liquid chromatography of extracts) با استفاده از دستگاه GC-MS نمونه ها را آزمایش می کنیم (GC-MS analysis on saturate fractions) و بیومارکرها را شناسایی می نماییم. آنالیز نمونه های مورد استفاده و نتایج بدست آمده ایزوتوپی توسط آزمایشگاه Humble در انگلستان انجام شده است.
 
بحث :
هدف از انجام این مطالعه بررسی محیط رسوبی و توضیح و تفسیر نتایج بدست آمده از آنالیزهای بیومارکری شیلهای بیتومینه بخش یک سازند گچساران و نهایتاً تعیین لیتولوژی، محیط رسوبی و ارزیابی بلوغ (Maturity) با استفاده از پارامترهای ژئوشیمیایی و ایزوتوپی در میدان نفتی پازنان می‌باشد. بخش یک سازند گچساران به 6 لایه کلیدی تقسیم می شود که مهمترین آنها لایه کلیدی B می باشد که یک لایه کم ضخامت شیل بیتومینه است که در حفاریها و بخصوص در حفاری چاهای میدان نفتی پازنان بسیار با اهمیت می باشد. اطلاعات بدست آمده از بیومارکرها و ایزوتوپها می‌توانند به عنوان مکمل یکدیگر عمل نمایند. جهت بدست آوردن محیط رسوبگذاری شیلهای بیتومینه بخش 1 سازند گچساران در میدان نفتی پازنان می‌توان از پارامترهای مختلفی به شرح زیر استفاده نمود که در نهایت با تلفیق آنها با یکدیگر به نتیجه کلی دست یافت:
حضور ترپانهای سه‌حلقه‌ای (tricyclic terpanes) نشاندهنده تشکیل سنگ منشاء در یک محیط دریایی می‌باشد، چرا که این ترپانها در سنگهای منشاء قاره‌ای دیده نمی‌شوند(Simoneit, 1986) (جدول1) همچنین وجود مقادیر-bisnorhopaneC2817a18a21b(h)یا BNHC28 در بیتومین شیلهای پوش سنگ حاکی از این است که در زمان نهشته شدن سنگ منشاء، شرایط کاملا احیایی نبوده است (جدول1). شاخص گاماسران (Gammacerane Index) با استفاده از فرمول زیر محاسبه گردید و مقادیر کمی را نشان داد که نشان دهنده شوری کم در زمان رسوبگذاری سنگ منشاء می‌باشد (جدول1) و (شکل2)
   (Moldowan et al., 1985)
 
 از طرفی پایین بودن نسبت استران C29 نسبت به استرانهای C28 و C27 در تمامی نمونه های مورد مطالعه حاکی از سنگ منشاء غیر دریایی است (جدول1). درصد بالای pentacyclic terpanes  با 2/61 درصد نشان دهنده محیط قاره ای می باشد (جدول1). نسبت TS/hopane و C29TS/(C29hopane+C29TS) نیز با افزایش بلوغ در بیتومینها فزونی می‌یابد و لذا می‌تواند به عنوان یک پارامتر خوب جهت ارزیابی بلوغ بکار رود (Volkman et al., 1983). نسبت بالای مقادیر هوپان C29 به هوپان C30 در بیتومین شیلهای مورد مطالعه 46/0 است که حاکی از سنگ منشائی قاره ای برای آنها می‌باشد (جدول 1).
مطالعه ایزوتوپ کربن ( δ13C per mil whole rock) در افق های بیتومینه پوش­سنگ (طبقه راهنمای B) مقدار 7/20- ‰ را برای میدان پازنان نشان می دهد و برای ( δ13C per mil saturates) در میدان پازنان 1/25-‰ و برای ( δ13C per mil aromatic) در میدان پازنان 8/22-‰ است. مطالعات ایزوتوپی کربن دلالت بر محیط رسوبگذاری حدواسط (مردابی یا سبخایی) دارد.  CV در واقع فاصله عمودی یک نمونه نفتی از بهترین خط جدایش دو محیط بر روی نمودار تغییرات δ13CAro در برابر δ13CSat می‌باشد که از طریق معادله زیر قابل محاسبه می‌باشد (Sofer, 1984):
 
CV = -2.53 δ13CSat + 2.22 δ13CAro – 11.65
 
نمونه­هایی که دارای CV کمتر از 47/0 می‌باشند مربوط به محیط دریایی و نمونه­هایی که دارای CV بالاتر از 47/0 هستند را به مواد آلی با منشاء قاره­ای نسبت می­دهند (Sofer, 1984). پارامتر CV برای بیتومین شیلهای پوش سنگ میدان نفتی پازنان معادل 25/1 محاسبه گردید که نشان دهنده مواد آلی با منشاء قاره­ای است.
استفاده از دیاگرام سافر (Sofer, 1984) در تشخیص نوع محیط رسوبگذاری سنگهای منشاء با استفاده از مقادیر ایزوتوپ کربن ترکیبات اشباع (δ13Csat.) در برابر ترکیبات آروماتیک (δ13Caro.) بیتومین شیلهای پوش سنگ مخزن نفتی آسماری نشان داد که نمونه های مورد مطالعه دقیقاً با قرارگیری بر روی خط محیط قاره ای(terrestrial)، منشاء قاره ای را برای آنها معرفی می‌نماید (شکل 5-6).
Ppm(ht.)
Peak Height
Ppm (A.)
Peak Area
R.Time
(min.)
Compound
Name
Peak Label
25.8
6653
21.3
17172
40.71
C19 tricyclic diterpane
 
C19t
 
32.4
8363
30.1
24249
42.97
C20 tricyclic diterpane
 
C20t
 
75.8
19561
62.7
50484
45.29
C21 tricyclic diterpane
 
C21t
 
72.9
 
18833
 
89.4
72003
47.42
C22 tricyclic terpane
 
C22t
 
326.1
 
84202
 
345.2
 
27818
 
49.82
 
C23 tricyclic terpane
 
C23t
 
46.1
11897
31.8
25643
64.7
C28 17a18a21b(H)-bisnorhopane
C28BNH
337.7
87210
334.6
269648
69.53
Gammacerane
Gam
 
61.1
 
61.2
 
% Pentacyclic Terpanes
 
 
194.4
50189
186.6
151987
62.13
Ts 18a(H)-trisnorhopane
 
Ts
نتیجه گیری :
 
        با توجه به نتایج بدست آمده از تراپانهای سه حلقه ای نشاندهنده تشکیل سنگ منشاء در یک محیط دریایی است که با توجه به نتایج آنالیزهای دیگر این ادعا که سنگ منشاء دریایی است تا حدودی مورد قبول واقع نشد.
        پایین بودن نسبت استران C29 نسبت به استرانهای C28 و C27 در تمامی نمونه های مورد مطالعه حاکی از سنگ منشاء غیر دریایی است.
        پارامتر CV معادل 25/1 محاسبه گردید که چون بیشتر از 47/0 است نشان دهنده مواد آلی با منشاء قاره­ای است.
        درصد بالای pentacyclic terpanes  با 61.2 درصد نشان دهنده محیط قاره­ای می باشد.
        وجود مقادیر-bisnorhopaneC2817a18a21b(h)یا BNHC28 در بیتومین شیلهای پوش سنگ مخزن آسماری حاکی از این است که در زمان نهشته شدن سنگ منشاء، شرایط کاملا احیایی نبوده است.
        وجود مقادیر کم شاخص گاماسران (Gammacerane Index) محاسبه شده نشاندهنده شوری کم در زمان رسوبگذاری سنگ منشاء می‌باشد.
        نسبت بالای مقادیر هوپان C29 به هوپان C30 در بیتومین شیلهای مورد مطالعه 46/0 حاکی از سنگ منشائی قاره­ای برای آنها می‌باشد.
        مطالعه ایزوتوپ کربن ( δ13C per mil whole rock) در افق های کربناته پوش­سنگ (طبقه راهنمای C) مقدار 7/20- % را برای میدان پازنان نشان می دهد و برای ( δ13C per mil saturates) در میدان پازنان 1/25-% و برای ( δ13C per mil aromatic) در میدان پازنان 8/22-% است. مطالعات ایزوتوپی کربن دلالت بر محیط رسوبگذاری حدواسط (مردابی یا سبخایی) دارد.
        استفاده از دیاگرام سافر (Sofer, 1984) در تشخیص نوع محیط رسوبگذاری سنگهای منشاء با استفاده از مقادیر ایزوتوپ کربن ترکیبات اشباع (δ13Csat.) در برابر ترکیبات آروماتیک (δ13Caro.) بیتومین شیلهای پوش­سنگ مخزن نفتی آسماری نشان داد که نمونه­های مورد مطالعه دقیقاً با قرارگیری بر روی خط محیط قاره ای(terrestrial)، منشاء قاره­ای را برای آنها معرفی می‌نماید.

کلید واژه ها: شیلپوشسنگ مخزنآسماری میداننفتیپازنان محیطرسوبی ژئوشیمی زمین شناسی نفت سایر موارد