در جهان امروز اهمیت تأمین انرژی بر کسی پوشیده نیست. با نگاهی اجمالی به اطراف خود می‌بینیم که گوشه گوشه زندگی انسان امروزی به انرژی وابسته است. در دهه­های اخیرمنابع فسیلی(نفت، گاز و زغال سنگ) قسمت اعظم انرژی مورد نیاز جهان را تأمین کرده­اند. اگرچه در سال‌های اخیر بسیار تلاش شده است تا منابع جدید و بدون آلودگی مانند منابع آبی، بادی، خورشیدی و … مورد استفاده قرار گیرد، اما همچنان درصد قابل توجهی از انرژی جهانی در حدود ۸۵% از طریق منابع فسیلی تأمین می­گردد. اما چگونه می­شود که از اکتشاف، استخراج و تولید پیوسته و منظم نفت و گاز مطمئن بود؟ این مهم میسر نمی­شود مگر اینکه شناخت کاملی از محیط­های تشکیل و تجمع مواد هیدروکربنی داشته باشیم.

۱٫زمین شناسی هیدروکربن‌ها
زمین‌شناسی نفت از دو کلمه Petroleum Geology تشکیل شده که اصطلاح پترولیوم یعنی روغن سنگ و Geology  که به معنی زمین شناسی می‌باشد. در جهت مطالعه زمین شناسی نفت و گاز در ابتدا باید به تعریف و توضیح انواع سنگ‌ها که در زمین و قابلیت­های آنها در جهت ذخیره کردن نفت و گاز بپردازیم.

دسته‌بندی انواع سنگ‌ها
بطور کلی سنگ‌ها به سه دسته تقسیم می­شوند:
سنگ­های آذرین (Igneous Rocks )
سنگ های آذرین از سرد و جامد شدن مواد مذاب بدست می­آیند. ۹۵ % از پوسته زمین از سنگ‌های آذرین تشکیل شده است. از جمله سنگ‌های آذرین می­توان سنگ گرانیت و سنگ بازالت را نام برد. کوه دماوند و قسمت اعظم کوه‌های البرز از سنگ‌های آذرین تشکیل شده است.

شکل ۱: مواد مذاب و سنگ­ آذرین.

سنگ­های رسوبی (Sedimentary Rocks )
سنگ های رسوبی از خرده سنگ ها و موادی که در اثر فرسایش حاصل شده است بدست می­آید، بدین شکل که طی زمانهای بسیار طولانی زمین شناسی مواد رسوبی در بستر رودخانه ها و دریاها ته­نشین می­شوند و بر اثر فشار و وزن رسوبات بعدی به صورت سنگ در می­آیند. از آنجایی که این سنگها در بمرور در زیر دریاها تشکیل می­شوند، دارای بقایای موجودات زنده هستند و فسیل جانوران در این نوع سنگها یافت می­شود.

شکل ۲: سنگ آهک، نوعی از سنگ های رسوبی.

شکل ۳: سنگ های رسوبی در برگیرنده فسیل جانوران.

سنگ­های دگرگونی (Metamorphic Rocks )
منشأ سنگ های دگرگونی، سنگ های رسوبی هستند که بر اثر مجاورت با منابع گرمایی با دمای بالا و تحت فشار، تغییر ماهیت داده و به سنگ های دگرگونی تبدیل می­شوند. سنگ مرمر مثالی از سنگ های دگرگونی می­باشد.

شکل ۴: سنگ مرمر، نوعی از سنگ های دگرگونی.

تشکیل نفت
از بین سنگهایی که نام برده شد معمولا سنگهای رسوبی فقط می­تواند نفت و گاز را درون خود جای دهند. طی میلیون ها سال که زمین در حال فرسایش توسط آب و باد و … بوده است و مواد رسوبی در رودخانه ها و دریاها همواره در حال ته نشینی بوده و می‌باشد. از طرفی دیگر محیط دریاها همواره یکی از غنی­ترین زیستگاه­ها برای موجودات زنده و میکروارگانیزم­ها بوده است. ته­نشینی مواد و مرگ و میر این میکروارگانیزم­ها باعث می­شود که سنگهای رسوبی همواره دارای مقداری از بقایای این میکروارگانیزم­ها باشد.

طی میلیون ها سال، این رسوبات در زیر لایه­های جدید­تر مدفون شده و تحت فشار و دمای مضاعف قرار می­گیرند. وجود بازمانده موجودات زنده در این دما و فشار (در اعماق زیاد)، باعث  آزاد شدن مواد مغذی آنها می­گردد و سپس در کمبود اکسیژن به نفت و گاز تبدیل می­شوند. به دلیل سیال بودن این مواد و سبکتر بودن آنها از آب و همچنین فشار بوجود آمده از تولید نفت و گاز، این سیالات به سمت لایه­های بالایی حرکت می­کنند. این محیط در اصطلاح زمین­شناسی آشپرخانه (Kitchen) گفته می­شود و به سنگ رسوبی که شامل مواد مغذی می­باشد سنگ منشأ (Source Rock)  گفته می­شود. شکل ۵ سنگ منشأ نشان داده شده است.

­شکل ۵: سنگ منشأ و حرکت نفت و گاز از درون شکاف­های سنگها به سمت بالا و تجمع در زیریک لایه غیر نفوذپذیر.

حال اگر سنگها و لایه­های زمین­شناسی به نوعی باشند که نتوانند این سیالات را در درون زمین حبس کنند، این مواد از لابه­لای سنگها به سمت سطح زمین حرکت کرده و بر روی زمین پدیدار می­شوند. این پدیده در گذشته در مسجد سلیمان ایران و کشور آذربایجان مشاهده شده است.
اما اگر سنگی غیر نفوذپذیر وجود داشته باشد و همچنین لایه­های زمین­شناسی به گونه­ای باشند که بتوانند این مواد را در درون خود حبس کنند، آنوقت مخازن طبیعی نفتی (Oil Reservoir) بوجود می­آیند. به مخازن نفتی تله­های نفتی (Oil Trap) هم گفته می­شود.
به سنگی که دربرگیرنده نفت و گازمی­باشد سنگ مخزن (Reservoir Rock) گفته می­شود. از بین سنگهایی که نام برده شد معمولا سنگهای رسوبی فقط می­تواند نفت و گاز را درون خود جای دهد یا به عبارتی سنگ مخزن (Reservoir Rock) باشند.
شرایط و خصوصیات مخازن هیدروکربنی و سنگهای تشکیل دهنده یک مخزن هیدروکربنی
شرایط گوناگونی باید در کنار یکدیگر قرار گیرند که یک مخزن نفتی تشکیل شود:
شرط اولیه وجود یک سنگ منشأ (Source Rock) است که شرایط آشپزخانه (Kitchen) مانند دما و فشار بالا را داشته باشد تا نفت و گاز بتوانند در درون آن بوجود آیند.
سنگ مخزن باید دارای مقداری فضای خالی و متخلخل باشد که بتواند مواد هیدرو کربنی را در درون خود جای دهد. به این فضای خالی درصد تخلخل (Porosity) گفته می­شود. از انواع اصلی سنگهای مخزن، ماسه سنگ و سنگهای کربناته را می­توان نام برد که از انواع سنگهای رسوبی هستند.
باید فضاهای متخلخل داخل سنگ مخزن به همدیگر متصل و پیوسته باشند که بتوانند سیال را از خود عبور دهند که به آن خاصیت تراوایی یا نفوذپذیری (Permeability) گفته می­شود.
سنگ مخزن باید در کنار لایه­های سنگی دیگری قرار گیرد که قابلیت عبور سیالات نفتی را نمی­دهند که به این سنگها “پوش سنگ”(Cap Rock or Seal Rock)   گفته می­شود. به عبارت دیگرباید نفت و گاز بر اثر مجاورت با پوش سنگ از آن عبور نکنند و در درون سنگ مخزن بمانند. پوش سنگ­ها باید غیرتراوا و غیر نفوذپذیر (Impermeable) باشند تا سیال نفتی از آنها عبور نکند. از پوش سنگها می­توان شیل و انواع نمک را نام برد که باز هم از انواع سنگهای رسوبی هستند.
در کنار تمام خصوصیات فوق، باید ساختاری زمین شناسی متشکل از سنگ مخزن و پوش سنگ وجود داشته باشد که نفت و گاز در آن به تله بیافتد و محبوس شود. به همین خاطر به این چنین ساختارهایی تله­های نفتی (Hydrocarbon Trap) گفته می­شود.

شکل ۶: نمونه یک مخزن گازی.

در مقالات بعدی به انواع ساختارهای زمین شناسی و چگونگی کشف نفت وگاز می­پردازیم.