根源岩とケロジェンについて

石油の根源物質を含み、石油がその中で生成したと考えられる岩石を根源岩と呼んでいます。

(1)根源岩
根源岩(こんげんがん source rock )は、石油根源岩(せきゆこんげんがん source rock of petroleum)あるいは源岩(げんがん source rock)とも呼んでいます。
根源岩の起源として、次の3つのタイプが考えられています。
・湖の藻を生物起源とする。
・海のプランクトンを生物起源とする。
・石炭植物を生物起源とする。
これらによって石油や天然ガスを生成する能力のある岩石になるわけですが、商業的採掘の対象となるような根源岩としては、多量の石油炭化水素を発生する能力をもつ有機物に富む堆積岩です。
岩石の種類としては、
①泥岩・頁岩
②石灰岩
③石炭層
④油母頁岩(oil shale)
上記のように、一般には、あまり熱変質を受けていない黒色あるいは暗灰色の泥岩,頁岩,石灰岩などの細粒砕屑岩や炭酸塩岩が根源岩として考えられています。
石油母岩とも言われていましたが、現在ではこの用語はあまり使われていません。
根源岩の有機物分析では、優秀な根源岩は、泥岩や頁岩の場合では、有機炭素量1%以上で石油炭化水素抽出量200ppm以上含有する岩石とされていましたが、最近では、有機炭素量で0.5%以上、石油炭化水素抽出量で50ppm以上含有する岩石を良好な根源岩と評価基準を広げています。

(2)ケロジェンについて
ここで重要な有機物が「ケロジェン」(油母 kerogen)ですが、生物遺骸はまず表層付近でメタンを生成した後、「ケロジェン」という高分子化合物に変質します。
この「ケロジェン」が地熱で熟成して石油や天然ガスになると言われています。
堆積有機物のなかでもその主体である「ケロジェン」が、特に重要な石油炭化水素根源物質であるとされることから、炭化水素生成のポテンシャルの高い「ケロジェン」を多量に含む根源岩で、既に熟成領域に達しているものが一般に良好な根源岩だそうです。
では、「ケロジェン」とはいったいどんな有機物でしょう。
「ケロジェン」は、特に泥質堆積物中に含まれる有機溶媒に溶けない有機物です。
炭素、水素、窒素、硫黄などから成る高分子化合物で、化学構造は不定です。
最近の石油の有機成因説において主要な石油炭化水素根源物質と見なされ、「ケロジェン」は化学的には、
①水素・炭素原子比(H/C)が高く、酸素・炭素原子比(O/C)の低いタイプ
②水素・炭素原子比(H/C)が低く、酸素・炭素原子比(O/C)の高いタイプ
③両者の中間型であるタイプ
に分類されています。
また形態的には、不定形質(藻類を含む)、草本質、木部質、石炭質に分類されています。
根源岩やオイルシェール(油母頁岩)中の有機物の約90%以上は「ケロジェン」です。
そして、有機物の残りの10%以下には、石油炭化水素,アスファルト分,フミン酸などが含まれています。
石炭中の「ケロジェン」は高等植物などの木質部,茎部に由来したのに対し、オイルシェール中の「ケロジェン」はおもに藻類に由来していると言われています。
陸成層のなかに分布する石油も、アラスカ,中国,リビアなどでしだいに広く発見されるようになり、世界全体の石油の1/3近くは陸成のものという推定もあります。
「ケロジェン起源説」についても研究が進み、「ケロジェン」は地球上に最も多量に存在する有機物で、熱作用によって「ケロジェン」から石油系炭化水素が生成されることは実験的にも証明されました。

(3)貯留岩
母岩で生成された石油は、移動してきて空隙の多い岩石に溜まります。
粗粒砂岩の砂粒と砂粒の隙間などが好都合です。
これを「貯留岩」と言い、最近では火山岩や火成岩の割れ目などにも溜まっていることがわかっています。
北海道では花崗岩の割れ目(冷却節理)から石油が出ています。
石油は地下の大空洞に溜まっていると思っている人がいますが、実際は、地下水と同じようにごく小さな隙間に溜まっているそうです。
そして、空隙があるだけでは石油や天然ガスは溜まりません。
石油や天然ガスは水より比重が軽いですから、空隙に折角溜まっても、その空隙が割れ目などで地表まで通じていたら、蒸発してしまいます。
貯留層の上に石油やガスを通さない不透水層がなければなりません。
緻密な泥岩などが最適です。
これを帽岩(cap rock)と言います。
さらにお椀を伏せたような構造(背斜構造)があると好都合です。
水より軽い石油や天然ガスは高いところに溜まるからです。
こうした石油を溜めるのに適した地質構造をトラップと言います。
背斜トラップの他、断層トラップや層序トラップなど、いろいろな種類があります。
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