الحلقة 3: من الصخرة إلى الخزان - المصانع الجيولوجية للنفط والغاز

  صخور المصدر (Source Rocks): المصانع الجيولوجية للنفط والغاز 

   المصانع الجيولوجية للنفط والغاز 

بصفتي مهندس بترول، أعتبر «صخر المصدر - Source Rock» نقطة الانطلاق الحقيقية والمفتاح الأهم لأي مشروع استكشاف ناجح. فقبل التفكير في الخزانات أو المصائد، يجب أن نتأكد من وجود "المطبخ" الذي طها لنا الهيدروكربونات!

في هذه الحلقة، سنفصّل ماذا نعني بصخور المصدر، كيف نقيّمها عمليًا في المختبر والمكتب، وما المؤشرات الحاسمة التي تثبت أن طبقة صخرية ما قادرة على توليد كميات تجارية من النفط والغاز، لننتقل بمحتوانا من النشر السريع على منصات التواصل الاجتماعي إلى المقال المهني المتعمق في حقول المعرفة في هندسة البترول.

---

1. التعريف العميق لصخر المصدر: المفهوم والتشكيل

صخر المصدر (Source Rock) هو أي طبقة رسوبية غنية بالمواد العضوية (Organic Matter) التي تم حفظها بشكل جيد في ظروف قليلة الأوكسجين (Anoxic/Euxinic Conditions) أثناء الترسيب. هذه المواد العضوية تتحول بفعل الدفن (Burial) والتعرض للحرارة والضغط عبر ملايين السنين إلى كيروجين (Kerogen)، ومن ثم إلى هيدروكربونات سائلة (نفط) و/أو غازية.

على الرغم من أن صخور الطفل أو الشيل (Shale) الطينية الغنية بالعضوية هي النوع الأكثر شيوعًا لصخور المصدر، إلا أنها قد تظهر أيضًا في رواسب كاربوhونية أو سيلتية (Silty) تكونت في بيئات بحرية عميقة، أو في قاع بحيرات قديمة، أو في رواسب دلتاوية. إن جوهر صخر المصدر يكمن في تركيبته الكيميائية وتاريخه الحراري، وليس فقط في تصنيفه الصخري.

---

2. الخصائص الأساسية لتقييم صخور المصدر (الكمية والنوعية والنضج)

لتقييم مدى جودة طبقة صخرية كمصدر للهيدروكربونات، نبحث عن عدة صفات رئيسية يتم قياسها وتحليلها بدقة:

أ. كمية المادة العضوية: مؤشر الكربون العضوي الكلي (TOC)

TOC (Total Organic Carbon) هو المؤشر الأساسي الذي يحدد كمية المادة العضوية المحتملة في الصخرة. وهو يُقاس كنسبة مئوية من الوزن الكلي للصخر.

نسبة TOC	التصنيف (قابلية التوليد)
$<0.5\%$	فقير جدًا — غير قادر تجاريًا
$0.5\%-1.0\%$	مقبول/هامشي — يتطلب شروطًا أخرى ممتازة
$\ge 1.0\%$	جيد إلى ممتاز — الهدف الأمثل للاستكشاف

ب. نوع المادة العضوية: نوع الكيروجين (Kerogen Type)

يحدد نوع الكيروجين المنتج النهائي الذي سيتم توليده (نفط أو غاز أو كليهما). يتم تحديده غالبًا باستخدام مؤشر Hydrogen Index (HI) من تحليل Rock-Eval Pyrolysis ونظائره:

• Type I (Oil-Prone): مصدره طحالب بحيرات (Algal)؛ ذو قيمة عالية لـ HI. يولد النفط السائل بشكل أساسي.

• Type II (Oil & Gas): مصدره عوالق بحرية (Marine Planktonic)؛ قيمة HI متوسطة إلى مرتفعة. يولد النفط والغاز معًا.

• Type III (Gas-Prone): مصدره مواد نباتية أرضية (Terrestrial)؛ ذو قيمة منخفضة لـ HI. يولد الغاز بشكل أساسي.

ج. النضج الحراري: متى تم الطهي؟ (Thermal Maturity)

هذا العامل يحدد ما إذا كانت المادة العضوية قد تعرضت للحرارة والضغط الكافيين للوصول إلى "نافذة التكوين" (Generation Window) وتحويل الكيروجين إلى هيدروكربونات.

• انعكاس الفيترينايت (Vitrinite Reflectance - Ro%): هو المقياس الأكثر شيوعًا للنضج.

  • $\text{Ro}\approx 0.5\%$ إلى 0.7% → بداية تكوين النفط.

  • Ro≈0.7% إلى 1.0% → نافذة النفط الرئيسية (Oil Window).

  • $\text{Ro}>1.3\%$ → نافذة الغاز (Gas Window).

• Tmax​ (من Rock-Eval): درجة الحرارة التي يتم عندها إطلاق أكبر قدر من الهيدروكربونات أثناء التحليل.

  • ${\mathbf{T}}_{\mathbf{max}}\approx 430^{\circ }\text{C}\text{ إلى }450^{\circ }\text{C}$ → يشير لبداية نافذة الزيت.

---

3. أدوات التشخيص الجيولوجي والكيميائي (عمليًا)

المهندس الجيوكيميائي لا يخمن؛ بل يقيس ويحلل.

1. Rock-Eval Pyrolysis: هو حجر الزاوية في التقييم السريع. يوفر قيم S1​ (هيدروكربونات حرة)، S2​ (قابلية التوليد المتبقية)، Tmax​ (النضج الحراري)، و HI (نوع الكيروجين).

2. TOC Analysis: قياس مباشر ودقيق لمحتوى الكربون العضوي.

3. Biomarker Geochemistry: "بصمات الأصابع" الجزيئية التي تتبع مصدر العضوية وتساعد في تتبّع مسار هجرة النفط من صخر المصدر إلى الخزان المستهدف.

4. Basin Modeling: محاكاة حاسوبية تعيد بناء التاريخ الجيولوجي لدفن الصخرة وتسخينها، لتقدير متى وأين وكم تم توليد الهيدروكربونات وهجرتها في الحوض.

---

4. التأثير الهندسي والقرار الاستكشافي

الهدف من هذا التقييم المفصل ليس مجرد وصف جيولوجي، بل هو اتخاذ قرار استثماري بالغ الأهمية: هل نستحق أن نحفر بئر استكشافي بتكلفة ملايين الدولارات؟

• مثال 1: صخر بحري رقيق وواسع: إذا كان لدينا صخر مصدر بحري (Kerogen Type II) ذو TOC جيد (~2%) يمتد على مساحة حوض كبيرة، حتى لو كان رقيقًا، فهذا يشير إلى قدرة توليد هائلة. هذا النوع هو الهدف الأمثل لمشاريع الزيت/الغاز الصخري (Shale Oil/Gas) أو للاعتماد عليه كمصدر أساسي لمناطق واسعة.

• مثال 2: صخر دلتاوي غني بالمواد النباتية: إذا كان صخر المصدر غنيًا بالمواد النباتية الأرضية (Kerogen Type III)، فإن الناتج المتوقع هو الغاز. هذا يغير بالكامل من استراتيجيات تطوير الحقل، تصميم مرافق المعالجة، ونوع العقود التجارية المطلوبة (غاز مقابل نفط).

نقطة التحول: نستخدم التقييم المتكامل (الكمية TOC + النوع HI + النضج Ro/Tmax​ + السمك والاستمرارية) لتحديد Potential Petroleum Reserve Size، وبناءً عليه نقرّر ما إذا كانت المخاطر الاستكشافية مبررة بتوقعات حجم الاحتياطي. تقييم جيد يقلّل من مخاطر الحفر في مناطق "جافة" بلا عائد تجاري.

---

خاتمة الحلقة

صخور المصدر هي المحدد الأساسي لإمكانات أي حوض رسوبي. لكن وجود مصدر ممتاز لا يعني تلقائيًا وجود حقل تجاري جاهز.

يجب أن تتوافر التوصيلة (الهجرة) والحفظ (الخزان والمصيدة) لتكتمل العناصر الأربعة الأساسية لنظام البترول (Source, Migration, Reservoir, Trap). في الواقع، عملية الهجرة هي اللغز الأكبر في الجيوكيمياء البترولية.

في الحلقة القادمة من هذه السلسلة، سننتقل إلى المرحلة التي تلي التوليد مباشرة: الهجرة وطرد الهيدروكربونات (Migration & Expulsion). كيف تغادر السوائل والغازات الصخور الأم ذات النفاذية المنخفضة جدًا؟ وكيف نكشف دلائل مسارات الهجرة في البيانات الجيولوجية والجيوكيميائية؟

صخور المصدر، هندسة البترول، Source Rock، TOC، Kerogen، Rock-Eval، Thermal Maturity، Oil Window، Vitrinite Reflectance، جيوكيمياء البترول.