Geoquímica de Rocas Generadoras

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Trabajo Práctico N°2
Cátedra Geología de los Combustibles Fósiles
Año 2020
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T.P.N° 2: Materia orgánica. Tipos. Potencial oleogenético. Cantidad, calidad y madurez. Tipo de kerógeno. 
Evolución diagenética del mismo. Geoquímica orgánica. Análisis comparativo de información obtenida por 
pirólisis, cromatografía y análisis elemental. Ambientes de sedimentación de la materia orgánica. 
Cátedra de Geología de los combustibles fósiles - 2020
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Materia orgánica: 
El petróleo es el producto de la trasformación termoquímica de la materia orgánica en las rocas sedimentarias.
La raíz fundamental del origen de la m.o. es la fotosíntesis.
La m.o. se forma por reacción entre el H del agua mas CO2 y una absorción de cierta cantidad de energía, dando 
como resultado la glucosa, esta última con ayuda de la luz solar es sintetizada produciendo los polisacáridos 
(celulosa, amidas, etc.) 
Cátedra de Geología de los combustibles fósiles - 2020
PROCEDENCIA
GRUPO
MAT.ORG
TIPO DE 
MAT. ORG.
KEROGENO
(MACERAL)
ORIGEN
TIPO KER.
Comp. Química
POTENCIAL 
GENERACION
ACUATICA
SAPROPELICA
(LIPTINITICA)
ALGAL
AMORFA
ALGINITA Fangos algales, ambientes marinos o lacustres
I
PETROLEO
AMORFO
Material planctónico,
poco o no estructurado.
Principalmente de origen marino y/o lacustre (>algal)
II
TERRESTRE 
SUBAEREO
HUMICA
HERBACEA EXINITA Polen, esporas, cutículas de hojas. En lodos subacuáticos.
III
GAS Y ALGO DE 
PETROLEO
LEÑOSA VITRINITA
Fragmentos de plantas leñosas y m.o. húmica coloidal 
poco estructurada
CARBONOSA INERTINITA
Detritos de leños oxidados, reciclados,
“Carbón muerto”
IV NINGUNO
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SUSTANCIA
COMPOSICIÓN ELEMENTAL (% EN PESO)
C H O S N
Carbohidratos 44 6 50 - -
Lignina 63 5 31 0.1 0.3
Proteínas 53 7 22 2 16
Lípidos 80 10 10 - -
Petróleo 82-87 12-15 0.1-2 0.1-5 0.2
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ROCAS ORGANOGENAS con materia orgánica
Kerógeno: constituyente orgánico de las rocas sedimentarias 
que no es soluble en solventes orgánicos
Bitumen: constituyente orgánico soluble.
COMPOSICIÓN DE MO. EN ROCAS GENERADORAS
LUTITAS LUTITAS
NEGRAS
LUTITAS O ESQ. CARBONOSOS
LUTITAS O ESQ. BITUMINOSOS
CARBÓN MINERAL
% DE MATERIA ORGÁNICA
0 1 15 50 100
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MADUREZ: Conversión de la materia orgánica
en petróleo
❖ Diagénesis: Inicio de la descomposición química, 
se genera metano biogénico. Con aumento de P y 
T la m.o. se convierte en querógeno (mo. amorfa 
con C, H y O). Hasta 50°C-70°C, poca profundidad 
temperatura y presión normales: KERÓGENO
❖ Catagénesis: aumento de P, el querógeno se altera 
y se forma la mayor parte de petróleo crudo. Las 
moléculas más grandes se dividen en menores y 
más simples (craquelado). 70°C hasta 170°C, 
mayor profundidad, temperatura y presión 
mayores: PETROLEO y GAS a partir del kerógeno.
❖ Metagénesis: estadío final de formación de 
querógeno y petróleo crudo, se produce gas 
natural, en forma de metano y carbono residual. 
170°C hasta 200°C, altas temperaturas y 
presiones: solo METANO es expulsado. 
Materia orgánica depositada 
+ Sedimentos
Proceso bacteriano 
+ Químico Soterramiento
Conservación en kerógeno
(H2O + Compactación)
Craquelado térmico
HIDROCARBUROS
GENERACIÓN DE PETRÓLEO
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DIAGRAMA DE VAN KREVELEN
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❖ Identificación y Caracterización de la Roca Generadora en una cuenca, estudio de los parámetros: 
Cantidad; Calidad y Madurez de la Materia Orgánica.
❖ Cálculos de aproximación a los Volúmenes de HC generados y acumulados.
❖ Establecer vinculaciones genéticas entre Rocas Generadoras –Petróleos o de Petróleos entre sí.
❖ Estudios aplicados a la Producción de HC ( alteración de HC, correlación de petróleos, mezclas y 
contaminación de petróleos, etc.)
GEOQUÍMICA ORGÁNICA
❖ Química de los “Compuestos del Carbono”. También tienen hidrógeno. Pueden tener otros 
elementos: O, N, S, P, halógenos...
❖ Estudio de la materia orgánica contenida en las rocas sedimentarias.
9Cátedra de Geología de los combustibles fósiles - 2020
CANTIDAD
❖ CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT).
❖ MATERIA ORGÁNICA SOLUBLE (MOS).
❖ PIRÓLISIS (S1 Y S2).
CALIDAD
❖ MICROSCOPIA OPTICA ( Luz Transmitida, Reflejada y Fluorescente)
❖ PIRÓLISIS (Indice de Oxígeno e Indice de Hidrógeno).
❖ ANÁLISIS ELEMENTAL (relaciones H/C y O/C, presencia S, N ).
❖ CROMATOGRAFÍA GASEOSA.
❖ ESPECTROMETRÍA DE MASAS.
❖ ISÓTOPOS DE CARBONO E HIDRÓGENO.
MADUREZ TÉRMICA
❖ REFLECTANCIA DE VITRINITA (RO).
❖ PIRÓLISIS (TEMP. MÁXIMA).
❖ INDICE DE ALTERACIÓN TÉRMICA (IAT).
❖ CROMATOGRAFÍA GASEOSA.
❖ ESPECTROMETRÍA DE MASAS.
❖ PARÁMETROS MINERALÓGICOS (Cristalinidad de la Illita, etc.)
CORRELACION DE PETROLEOS ENTRE SÍ Y DE PETROLEOS-ROCA MADRE
❖ CROMATOGRAFIA GASEOSA
❖ ESPECTROMETRIA DE MASAS
❖ ISOTOPOS DE C, H Y S.
❖ DATOS COMPOSICIONALES (composición global, contenido de cera, azufre, niquel/vanadio, nitrógeno, asfaltenos, etc.)
❖ PROPIEDADES FISICAS (densidad, punto de escurrimiento, viscosidad, etc.)
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CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT)
Se realiza una combustión a alta temperatura en ambiente de oxígeno de una cantidad de roca pulverizada a la que 
se le extrajo el carbono inorgánico, presente como carbonato de calcio y magnesio, por tratamiento ácido. Se mide 
la cantidad de dióxido de carbono generado durante la combustión, y se calcula teniendo en cuenta el peso original 
de la muestra, el porcentaje en peso del carbono orgánico.
ROCAS DETRÍTICAS ROCAS CARBONÁTICAS GRADO DE EVALUACIÓN
COT (%)
0 – 0.5 0 – 0.125 Pobre
0.5 – 1 0.125 – 0.250 Regular
1 – 2 0.250 – 0.5 Buena
2 – 4 0.5 – 1 Muy buena
4 – 8 1 – 2 Excelente
8 (+) 2 (+) Carbón o Lutita
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MATERIA ORGÁNICA SOLUBLE (MOS)
❖ Porción de materia orgánica soluble en solventes 
orgánicos (bitumen). Constituida por compuestos 
alifáticos, aromáticos y asfálticos que pueden ser 
aislados y estudiados separadamente. 
❖ Medida directa del potencial generador y del 
grado de madurez térmica. 
❖ Disgregar y pulverizar la muestra y a partir de un 
extractor soxhlet se obtiene un residuo aislado 
llamado también fracción C15(+) por estar 
constituido de compuestos que tienen desde 15 
átomos de carbono en adelante. La materia 
orgánica soluble se fracciona por cromatografía 
de separación sólido-líquida obteniéndose en el 
primer corte la fracción C15(+) de hidrocarburos 
saturados lineales, ramificados y cíclicos, en la 
segunda fracción los hidrocarburos C15 (+) 
aromáticos y la tercera y última fracción de 
hidrocarburos asfálticos y compuestos con 
heteroátomos N, S, O.
❖ Los valores de MOS se expresan como 
concentración en ppm sobre la base de 
peso/peso de roca y la composición como % en 
peso de las distintas fracciones.
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PIRÓLISIS ROCK-EVAL
Potencial generador de la roca madre, cuantificando los hidrocarburos libres producidos por descomposición térmica del kerógeno
y estableciendo parámetros de medida de la madurez térmica de la materia orgánica analizando la temperatura máxima de
pirólisis. 
Analizador Rock- Eval. La muestra es calentada en una atmósfera de helio desde una temperatura inicial de 60°C hasta un máximo de 750°C. 
Los compuestos orgánicos volátiles liberados en función de la temperatura salen del horno y a través de una línea que se mantiene calefaccionada llegan al 
detector de ionización de llama (FID). Las respuestas del detector se registran como un pirograma que se grafica en un registrador y la respuesta integrada es 
convertida en partes por millón de peso (ppm) por comparación con la obtenida para standard conocidos.
S1: hidrocarburos libres (líquidos o gaseosos) que corresponden
a una temperatura de 40° a 300°C. Se mide en mg HC/g roca.
Materia orgánica soluble > 1 mg/g puede indicar:
a) grandes cantidades de bitumen derivado del kerógeno o
b) presencia de hidrocarburos migrados.
S3: Cantidad de CO2 generado por la ruptura del kerógeno. Se mide en mg 
CO2/g roca.
Tmax (°C):temperatura de calentamiento a la cual se produce el pico S2, 
relacionada al grado de madurez térmica. 
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NOTACIÓN DEFINICIÓN ECUACIÓN CLASIFICACIÓN
ÍNDICE DE PRODUCCIÓN (COEFICIENTE DE 
TRANSFORMACIÓN)
I.P. ÍNDICE DE PRODUCCIÓN S1/(S1+S2) < 0.1 inmaduro, 0.1-0.4 petróleo, > 0.4 gas
ÍNDICE DE OXÍGENO E HIDRÓGENO
I.H. ÍNDICE DE HIDRÓGENO (S2*100)/COT < 150 gas, 150-300 mezcla, > 300 petróleo
I.O. ÍNDICE DE OXÍGENO (S3*100)/COT
< 40 bajo I.H.: materia terrígena y/o madura; alto I.H.: buen a excelente potencial 
generador. > 40 bajo I.H.: materia orgánica generadora de gas, generalmente 
inmadura; alto I.H.: buen potencial generador, generalmente inmaduro
POTENCIAL TOTAL DE GENERACIÓN DE 
HIDROCARBUROS
P.Y.
RENDIMIENTO 
POTENCIAL
S1+S2 < 2 pobre, 2-6 regular-moderado, > 6 muy bueno
TIPO DE KERÓGENO TIPO DE KERÓGENO S2/S3 < 3 gas, 3-5 mezcla, > 5 petróleo
MADUREZ TÉRMICA
Tmax TEMPERATURA MÁXIMA < 430 inmaduro, 430-460 petróleo, > 460 generación de gas o destrucción
I.G. ÍNDICE DE GENERACIÓN S1/(S1+S2) < 0.1 inmaduro, 0.15-0.30 petróleo, > 0.30 460 generación de gas o destrucción
INDICACIONES DE HIDROCARBUROS MIGRADOS Alto S1, baja Tmax y alto S1/(S1+S2)
CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE ROCAS GENERADORAS
CALIDAD DE ROCA 
GENERADORA
TOC (%)
PICO S2 DE PIRÓLISIS (mg 
de HC/mg de roca)
PESO DE EOM 
(%)
HIDROCARBUROS
(ppm)
No generadora < 0.5 < 2 < 0.05 < 200
Pobre 0.5 – 1 2 – 3 0.05 – 0.1 200 – 500
Regular 1 – 2 3 – 5 0.1 – 0.2 500 – 800
Buena 2 – 5 5 - 10 > 0.2 > 1200
Muy buena > 5 >10
ETAPA Tmax (°C)
Inicio de generación de petróleo
Kerógeno Tipo I ≈ 445
Kerógeno Tipo II ≈ 435
Kerógeno Tipo III ≈ 440
Inicio de generación de gas ≈ 460
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REFLECTANCIA DE LA VITRINITA (% RO)
La vitrinita es un maceral del carbón derivado de las porciones del tejido conectivo de las plantas. 
Para medir la reflectancia se selecciona la partícula de vitrinita y se efectúan de 40 a 70 lecturas para 
poder establecer una determinación estadística significativa de la población de la vitrinita en la muestra y 
obtener los valores de % Ro.
Se trazan histogramas calculándose el valor de la media y la dispersión para cada muestra. Se llama perfil 
de maduración al gráfico que indica la variación de %Ro con la profundidad.
%R0 Grado
0 – 0.35 Inmaduro (gas biogénico)
0.35 – 0.45 Inmaduro (gas condensado)
0.45 – 1.5 Maduro (petróleo)
1.5 – 2.0 Muy maduro (gas seco)
2.0 (+) Muy alterado
ÍNDICES DE MADUREZ
1. ITT: Índice Tiempo-Temperatura. Propuesto por Lopatín (1971) y desarrollado por Waples (1980, 1981).
2. LOM: Nivel de Maduración Orgánica. Propuesto por Hood et al., (1975).
ITT
Formula que integra un dado intervalo de temperatura de cada 10°C con el tiempo
durante el cual la roca estuvo en ese intervalo soterrada. La duración de ese
tiempo se establece desde la curva de soterramiento.
LOM (Nivel de 
Metamorfismo 
Orgánico)
Basado en el postulado de que la velocidad de reacción se incrementa el doble o
duplica por cada 10°C de aumento de la temperatura. El petróleo ocurriría entre 7
y 13 LOM y la generación de gas entre 13 y 18 LOM.
Considerando que el gradiente geotérmico ha permanecido constante en el tiempo!!!
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ÍNDICE DE ALTERACIÓN TÉRMICA (IAT)
Mide la madurez térmica o el estado de diagénesis orgánica de la roca, en base al grado de oscurecimiento de la fracción no 
calcárea del carbono orgánico. Puede observarse el color del polen y las esporas. El grado de oscurecimiento se mide en un 
microscopio de luz transmitida y es cuantificado en una escala de 0 a 5 (+) indicando un determinado estado de madurez.
ÍNDICE DE ALTERACIÓN 
DEBIDO A LA TEMPERATURA
COLOR DE LA M.O. HIDROCARBUROS ASOCIADOS GRADO DE MADUREZ
1: sin alteración Amarillo Hidrocarburos líquidos a gas seco Inmaduro
2: leve Anaranjado a amarillo pardusco Hidrocarburos líquidos a gas seco Maduro
3: moderado Marrón Hidrocarburos líquidos a gas seco Maduro
4: intenso Negro Gas seco Sobremaduro
5: severo
Negro, con evidencias 
adicionales de matemorfismo
Gas seco a ningún hidrocarburo Matamorfizado
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CROMATOGRAFÍA Y ESPECTOMETRÍA DE MASAS 
Las técnicas cromatográficas son útiles para determinar parámetros de calidad, cantidad y madurez de la materia orgánica.
PRINTED ON 08 MAR 2019 19
CROMATOGRAFÍA Y ESPECTOMETRÍA DE MASAS
Sirven para estudios de correlación roca madre-petróleo, petróleo-petróleo, estados de alteración de petróleos, ambientes de 
depositación o sedimentación.
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Lago de agua dulce
Agua tibia a la superficie y más fría en prof.
Fitoplancton foto sintetizado arriba y oxigenado
en la zona fótica. En profundidad, ausencia de
oxigeno y de fotosíntesis.
Cuencas obstruidas o 
cerradas
En climas áridos puede evaporarse el agua e
incrementar la salinidad. Estratificación del agua
es debida a la diferencia de salinidades: Mar
Negro.
Márgenes oestes de 
continentes en bajas 
latitudes
La alta productividad es debido al “upwelling” de
aguas ricas en nutrientes y en fosfatos en
particular.
Cuencas oceánicas 
anóxicas
No se conocen instancias recientes de esta
situación. En la actualidad los fondos oceánicos
están razonablemente oxigenados.
La preservación de la materia orgánica es favorecida por la estratificación de las aguas 
donde ocurre la sedimentación
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Bibliografía:
• Elements of Petroleum Geology – Richard C. Selley
• ABC del Petróleo y el Gas en la Argentina y el mundo – Edición IAPG
• Petroleum Geology – Baker Hughes, May 1999.
• Basic Petroleum Geology and Log Analysis, Halliburton, Edition 2001.
Cátedra de Geología de los combustibles fósiles - 2020