18कोयले, तेल और गैस का भूविज्ञान

पेंसिल्वेनिया की एक पुरानी कोयला-खान से लिए गए काले शेल की एक पटिया पर फ़र्न जैसे पौधों की पत्तियाँ हैं, चपटी और गहरी चट्टान पर चाँदी जैसी। वे तीन सौ मिलियन वर्ष से भी पहले, कार्बोनिफ़ेरस कल्प में, एक दलदल में उगी थीं; सड़ने से पहले दब जाने के कारण उन्होंने अपनी आकृति बनाए रखी, और दलदल के पौधों का कार्बन कोयला बन गया। तेल और गैस, जो आज समुद्र में दूर प्लेटफ़ॉर्मों से निकाले जाते हैं, का मूल भी इसी प्रकार का है: जीवों के अवशेष जो सड़ने से बच गए और फिर दबकर गरम हुए। यह अध्याय दबे हुए इस कार्बन का पीछा दलदल और समुद्री तल से कोयले की परत और तेल-क्षेत्र तक करता है।

पहले से ज्ञात

कोयला, तेल और प्राकृतिक गैस जीवाश्म ईंधन हैं: तेल और गैस हाइड्रोकार्बनों के मिश्रण हैं, जो कार्बन और हाइड्रोजन के यौगिक हैं, और जीवाश्म ईंधन जलाने से ऊर्जा और कार्बन डाइऑक्साइड मुक्त होती है (रसायन की पुस्तकें)। पौधे और शैवाल प्रकाशसंश्लेषण द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं (जीव-विज्ञान की पुस्तकें)। कोयला, तेल और गैस अवसादों में दबे कार्बनिक पदार्थ से आते हैं, और वे अवसादी चट्टानों में संचित होते हैं (पुस्तक 1, कक्षा 9)। चट्टान सरंध्र होती है जब उसमें खाली जगहें हों, पारगम्य जब पानी उसमें से होकर बह सके (पुस्तक 1, कक्षा 6)। भूतापीय वक्र के अनुदिश तापमान गहराई के साथ बढ़ता है, पहले कुछ किलोमीटरों में प्रति किलोमीटर 25 से $30{}^{\circ}\mathrm{C}$ (अध्याय 12)।

18.1 कार्बनिक पदार्थ का संरक्षण

अधिकांश कार्बनिक पदार्थ कभी ईंधन नहीं बनता। किसी मृत पत्ती या मृत शैवाल को जंतु और जीवाणु खा जाते हैं या वह हवा की ऑक्सीजन से अभिक्रिया करता है: कुछ हफ़्तों या वर्षों में उसका कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में वायुमंडल में लौट जाता है। कार्बनिक पदार्थ केवल वहीं बचता है जहाँ वह ऑक्सीजन से कटा हो — किसी ठहरे दलदल की तली पर, या किसी ऐसे समुद्री तल या झील-तल पर जिसके पानी में कोई ऑक्सीजन न हो। वहाँ और अवसाद के नीचे दबकर वह दसियों या सैकड़ों मिलियन वर्षों तक बचा रह सकता है।

कोयला ज़्यादातर उन स्थलीय पौधों से आता है जो दलदलों में ढेर हुए। तेल और गैस ज़्यादातर समुद्र के सूक्ष्म शैवालों और दूसरे प्लवकों से आते हैं: जहाँ सतही जल बहुत उत्पादक होते हैं, वहाँ मृत प्लवक समुद्री तल पर इतनी तेज़ी से बरसते हैं कि उनमें से कुछ सड़ने से बच जाते हैं, और वे कीचड़ में दब जाते हैं।

परिभाषा 18.1 (स्रोत चट्टान; केरोजन)

केरोजन किसी अवसादी चट्टान में बिखरा कार्बनिक पदार्थ है, ऐसे छोटे कणों में जो कार्बनिक विलायकों में नहीं घुलते। स्रोत चट्टान केरोजन से समृद्ध वह अवसादी चट्टान है जिसमें दबने और गरम होने पर तेल और गैस बनते हैं।

अधिकांश स्रोत चट्टानें शेल और पंकाश्म हैं, जो कार्बनिक पदार्थ से समृद्ध कीचड़ के रूप में जमे थे। सतह के पास उनका केरोजन ठोस रहता है: ऑक्सीजन के बिना रहने वाले जीवाणु कार्बनिक पदार्थ के कुछ भाग को मीथेन में बदल देते हैं, पर उस मीथेन का अधिकांश सतह पर वापस निकल जाता है। तेल बनाने के लिए ऊष्मा चाहिए, और ऊष्मा के लिए गहराई।

18.2 दफ़न और परिपक्वन

परिभाषा 18.2 (अवसादी द्रोणी)

अवसादी द्रोणी भूपर्पटी का वह क्षेत्र है जो मिलियनों वर्षों में धँसता है, जिससे उसमें अवसाद ढेर होते जाते हैं, अक्सर कई किलोमीटर मोटे।

धँसती द्रोणी में हर परत अपने ऊपर ढेर होती परतों के नीचे अधिकाधिक गहरी दबती जाती है। नीचे जाते हुए वह भूतापीय वक्र का अनुसरण करती है: वह गरम होती है। उसका केरोजन धीरे-धीरे पकता है, उसके बड़े अणु तेल और गैस के छोटे अणुओं में टूट जाते हैं।

परिभाषा 18.3 (परिपक्वन; तेल-खिड़की; गैस-खिड़की)

किसी स्रोत चट्टान का परिपक्वन दबने और गरम होने के साथ उसके केरोजन का तेल और गैस में रूपांतरण है। तेल-खिड़की तापमान का वह परास है, लगभग 60 से $120{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक, जिसमें केरोजन ज़्यादातर तेल बनाता है। लगभग $120{}^{\circ}\mathrm{C}$ से आगे, गैस-खिड़की में, वह ज़्यादातर मीथेन बनाता है।

चूँकि तापमान गहराई के साथ बढ़ता है, तेल-खिड़की गहराइयों का भी एक परास है। जहाँ भूतापीय वक्र सरल रेखा है, वहाँ इसे ढूँढ़ना आसान है।

प्रतिज्ञप्ति 18.4 (तेल-खिड़की की गहराई)

मान लीजिए कि सतह पर तापमान $T_0$ है और गहराई $z$ के साथ एक स्थिर भूतापीय प्रवणता $G$ से बढ़ता है: $T = T_0 + G z$। तब तेल-खिड़की इन गहराइयों के बीच है:

$$z_{\text{शीर्ष}} = \frac{60 - T_0}{G} \qquad\text{और}\qquad z_{\text{आधार}} = \frac{120 - T_0}{G},$$

तापमान ${}^{\circ}\mathrm{C}$ में। इसकी मोटाई $60/G$ है: भूतापीय वक्र जितना अधिक तीव्र, खिड़की उतनी ही उथली और पतली।

$20{}^{\circ}\mathrm{C}$ की सतह और प्रति किलोमीटर $30{}^{\circ}\mathrm{C}$ की प्रवणता के साथ, तेल-खिड़की $40/30 \approx 1.3\,\mathrm{km}$ और $100/30 \approx 3.3\,\mathrm{km}$ के बीच है। संयुक्त राज्य अमेरिका भर के वेध-छिद्रों में प्रवणता का औसत प्रति किलोमीटर $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ है, पूर्व में $25$ और पश्चिम में $34$; किसी स्रोत चट्टान को तेल बनाने से पहले सामान्यतः लगभग $2\,\mathrm{km}$ से अधिक गहराई तक दबना पड़ता है। जब केरोजन का कोई माप उपलब्ध नहीं होता, तो पेट्रोलियम भूवैज्ञानिकों ने नई चट्टानों के लगभग $3\,\mathrm{km}$ से अधिक के नीचे दबी स्रोत चट्टान को परिपक्व माना है।

ऐसा आरेख दफ़न-इतिहास आरेख है: आयु बाएँ से दाएँ आज की ओर चलती है, गहराई नीचे की ओर। यह परत-दर-परत दिनांकित चट्टानों के एक स्तंभ को एक कहानी में बदल देता है।

विधि 18.5 (दफ़न-इतिहास आरेख पढ़ना)

1. स्रोत चट्टान की रेखा खोजिए: वह उस दिन सतह पर शुरू होती है जिस दिन चट्टान जमी।
2. भूतापीय वक्र से (प्रतिज्ञप्ति 18.4) तेल-खिड़की के शीर्ष और आधार को गहराइयों के रूप में खींचिए।
3. वह आयु पढ़िए जिस पर स्रोत चट्टान की रेखा खिड़की के शीर्ष को पार करती है: स्रोत चट्टान तेल बनाना शुरू करती है। वह आयु पढ़िए जिस पर वह आधार को पार करती है: तब से वह गैस बनाती है।
4. इन आयुओं की तुलना ट्रैप की आयु से कीजिए: केवल ट्रैप के अस्तित्व में आने के बाद बने तेल और गैस ही उसमें रोके जा सकते हैं।

मेरो द्रोणी में स्रोत चट्टान लगभग 117 मिलियन वर्ष पहले तेल-खिड़की में प्रवेश करती है और लगभग 51 मिलियन वर्ष पहले उसे छोड़ती है; उसका सबसे गहरा दफ़न, $140{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर $4.0\,\mathrm{km}$, 20 मिलियन वर्ष पहले आता है, इससे पहले कि उत्थान और अपरदन उसे फिर ऊपर उठा दें। आज वह अब भी गैस-खिड़की में है। सप्ताहांत समस्या ये आयु परिकलित करती है।

18.3 स्रोत से ट्रैप तक

तेल और गैस पानी से हल्के हैं, और दबी चट्टानों के छिद्र पानी से भरे होते हैं। एक बार बन जाने पर वे स्रोत चट्टान से बाहर धकेल दिए जाते हैं और ऊपर की ओर रेंगते हैं, हर उस चट्टान से होकर जो उन्हें गुज़रने देती है।

परिभाषा 18.6 (प्रवासन)

प्रवासन तेल और गैस की उस स्रोत चट्टान से, जहाँ वे बने, पारगम्य चट्टानों से होकर ऊपर की ओर धीमी गति है, जो उनके चारों ओर के पानी से उनके कम घनत्व से प्रेरित होती है।

परिभाषा 18.7 (भंडार चट्टान; आवरण चट्टान)

भंडार चट्टान वह सरंध्र और पारगम्य चट्टान है जिसमें तेल और गैस इकट्ठा होते हैं: उसके छिद्र उन्हें संचित करते हैं, और उनके जुड़ाव उन्हें किसी कुएँ की ओर बहने देते हैं। आवरण चट्टान भंडार के ऊपर की वह अपारगम्य चट्टान है जिससे होकर तेल और गैस नहीं गुज़र सकते।

बलुआ पत्थर और कुछ चूना पत्थर अच्छे भंडार बनाते हैं; पंकाश्म, शेल और लवण अच्छी आवरण चट्टानें बनाते हैं। जहाँ उन्हें कुछ नहीं रोकता, वहाँ तेल और गैस सतह तक पहुँच जाते हैं, जहाँ वे रिसकर बाहर आते हैं और ऑक्सीकृत हो जाते हैं: उनका कार्बन वायुमंडल में लौट जाता है। वे केवल वहीं इकट्ठा होते हैं जहाँ आवरण चट्टान की आकृति ऐसी हो कि वे उसके पास से निकल न सकें।

परिभाषा 18.8 (ट्रैप)

ट्रैप भंडार चट्टान और आवरण चट्टान की ऐसी व्यवस्था है जो तेल और गैस को अपनी जगह रोके रखती है, ऊपर का रास्ता हर ओर से बंद करके।

ट्रैप में तरल घनत्व के अनुसार स्वयं को छाँट लेते हैं: ऊपर गैस, उसके नीचे तेल, तली में पानी। सबसे सरल ट्रैप अपनति है, परतों में एक मेहराब (वलन अध्याय 20 का विषय हैं)। भ्रंश, लवण गुंबद और स्वयं चट्टानों में परिवर्तन भी ट्रैप बनाते हैं।

उदाहरण 18.9 (अपनति में एक ट्रैप)

एक भूकंपीय सर्वेक्षण पंकाश्म से ढके एक बलुआ पत्थर के शीर्ष का मानचित्र बनाता है। वह एक मेहराब बनाता है जिसका शिखर सतह से $1800\,\mathrm{m}$ नीचे है। शिखर के चारों ओर वह सबसे गहरी समोच्च रेखा जो अब भी पूरी तरह घूमकर बंद होती है, $2050\,\mathrm{m}$ पर है; उसके नीचे बलुआ पत्थर बगल की ओर खुल जाता है। शिखर पर एक कुआँ $1880\,\mathrm{m}$ तक गैस पाता है। ट्रैप तेल और गैस का कितना ऊँचा स्तंभ रख सकता है, और तेल कितना मोटा है?

हल। तेल और गैस मेहराब को शिखर से नीचे की ओर भरते हैं; जो भी अंतिम बंद समोच्च रेखा से नीचे जाता है, वह अतिप्रवाह बिंदु पर बगल की ओर बह निकलता है, और आगे प्रवासन करता है। स्तंभ अधिक से अधिक $2050 - 1800 = 250\,\mathrm{m}$ ऊँचा है। यदि ट्रैप भरा हो, तो गैस ऊपर के $1880 - 1800 = 80\,\mathrm{m}$ भरती है और तेल अगले $2050 - 1880 = 170\,\mathrm{m}$, नीचे पानी के साथ।

हर अंग — स्रोत चट्टान, भंडार, आवरण चट्टान, स्रोत चट्टान को दबाने वाली ऊपर की चट्टानें, ट्रैप — आवश्यक है, और उन्हें सही क्रम में आना चाहिए।

परिभाषा 18.10 (पेट्रोलियम तंत्र)

पेट्रोलियम तंत्र परिपक्व स्रोत चट्टान का एक पिंड है, उससे आए सारे तेल और गैस के साथ, और वे अंग और प्रक्रियाएँ जिनकी उन्हें आवश्यकता है: स्रोत चट्टान, भंडार चट्टान, आवरण चट्टान और अधिभार (ऊपर की चट्टानें, जो स्रोत चट्टान को दबाती हैं), और ट्रैपों का बनना, तेल और गैस का उत्पादन, प्रवासन और संचयन।

क्रम सबसे अधिक महत्त्वपूर्ण है। तेल के निकल जाने के बाद बनने वाला ट्रैप कुछ नहीं पकड़ता: दफ़न-इतिहास आरेख तेल के उत्पादन का काल बताता है, वलनों और भ्रंशों का इतिहास ट्रैप का काल बताता है, और पेट्रोलियम तंत्र केवल तभी काम करता है जब ट्रैप पहले आया हो। पेट्रोलियम भूवैज्ञानिक उस समय को, जो उत्पादन, प्रवासन और संचयन को साथ-साथ सबसे अच्छी तरह दिखाता है, क्रांतिक क्षण भी कहते हैं।

18.4 तेल और गैस कहाँ इकट्ठा होते हैं

पेट्रोलियम तंत्र कहाँ एक साथ आता है? उसे ऐसी द्रोणी चाहिए जो लंबे समय तक धँसे, कार्बनिक पदार्थ को बचाने के लिए ऑक्सीजन-विहीन जल, और आवरण चट्टानें। दरारों और उनसे विकसित होने वाले महाद्वीपीय सीमांतों में तीनों होते हैं।

जब कोई महाद्वीप टूटना शुरू करता है, जैसा अफ़्रीका आज पूर्वी अफ़्रीकी दरार के अनुदिश कर रहा है (पुस्तक 1, कक्षा 7), तो उसकी भूपर्पटी खिंचती है और सामान्य भ्रंशों के अनुदिश खंडों में टूट जाती है (अध्याय 14)। कुछ खंड नीचे गिरते हैं, दूसरे झुकते हैं, और उनके बीच की द्रोणियाँ अवसादों से भर जाती हैं, जो अक्सर कई किलोमीटर मोटे होते हैं, और झीलों से, जिनकी कार्बनिक पदार्थ से समृद्ध कीचड़ स्रोत चट्टानें बन सकती है। जब खिंचाव रुक जाता है, तो पतली हुई भूपर्पटी ठंडी होती है और धीरे-धीरे धँसती रहती है, जिससे द्रोणी भरती रहती है। यदि फिर समुद्र किसी ऐसी द्रोणी में भर जाए जो महासागर से केवल आंशिक रूप से जुड़ी हो और वाष्पित हो जाए, तो वह लवण की मोटी परतें छोड़ जाता है। जब दरार खुलकर महासागर बन जाती है, तो उसके किनारे निष्क्रिय सीमांत बन जाते हैं: किसी प्लेट के भीतर, किसी भी प्लेट-सीमा से दूर, महाद्वीपीय किनारे, जो धँसते रहते हैं और स्थल से अवसाद पाते रहते हैं।

दक्षिण अटलांटिक के सीमांत इसी तरह बने। अफ़्रीका और दक्षिण अमेरिका उत्तर ट्राइऐसिक या पूर्व जुरैसिक में अलग होने लगे। पश्चिम-मध्य अफ़्रीका के पास, दरार की द्रोणियाँ कई किलोमीटर अवसादों से भर गईं, जिनमें $600\,\mathrm{m}$ तक मोटे झील के शेल थे जिनमें द्रव्यमान के अनुसार $20\,\%$ तक कार्बनिक कार्बन था। पूर्व क्रिटेशस में समुद्र बार-बार भीतर भरने लगा, और वाष्पित होकर एक किलोमीटर से अधिक लवण छोड़ गया; जहाँ लवण अपनी जगह बना रहा है, वह नीचे की चट्टानों के तेल और गैस को ढके रखता है। मेक्सिको की खाड़ी में, अपने चारों ओर के अवसादों से हल्का लवण गुंबदों के रूप में ऊपर उठा है, और उनसे सटकर मुड़ी परतें ट्रैप हैं।

18.5 कोयला

कोयला स्थल पर बनता है, ज़्यादातर नदियों और डेल्टाओं के बगल के दलदलों में, उष्णकटिबंधीय से शीतोष्ण तक की आर्द्र जलवायु में, जहाँ पौधे तेज़ी से उगते हैं और उनके अवशेष ऑक्सीजन-विहीन ठहरे पानी में गिरते हैं। सदियों से सहस्राब्दियों तक वे पीट के रूप में ढेर होते हैं। जब कोई नदी अपना मार्ग बदलती है, या समुद्र ऊपर उठता है, तो रेत और कीचड़ पीट को दबा देते हैं; और गहरे दबकर वह दबाया और गरम किया जाता है।

परिभाषा 18.11 (कोयला; कोयलीकरण; कोटि)

कोयला स्थलीय पौधों के अवशेषों से ज़्यादातर बनी, कार्बन से समृद्ध एक अवसादी चट्टान है। कोयलीकरण दबने और गरम होने से पीट का कोयले में और कोयले का अधिक समृद्ध कोयले में रूपांतरण है। किसी कोयले की कोटि यह है कि कोयलीकरण कितना आगे बढ़ा है: लिग्नाइट से उप-बिटुमिनी और बिटुमिनी कोयले से होते हुए ऐन्थ्रेसाइट तक, कार्बन की मात्रा बढ़ती है।

लिग्नाइट कुछ सौ मीटर से लगभग $1.5\,\mathrm{km}$ तक की गहराइयों पर, लगभग $50{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक, बनता है; बिटुमिनी कोयला 1 और $5\,\mathrm{km}$ के बीच, लगभग $150{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक; ऐन्थ्रेसाइट $5\,\mathrm{km}$ और $150{}^{\circ}\mathrm{C}$ से आगे। कोटि बढ़ने के साथ कार्बन कोयले का अधिकाधिक भाग बनाता है: लिग्नाइट में लगभग 25 से $35\,\%$, ऐन्थ्रेसाइट में 86 से $97\,\%$ तक। रास्ते में बनी मीथेन कोयले के छिद्रों में रह जाती है, यही कारण है कि कोयला-खान में विस्फोटक गैस हो सकती है। कोयले की एक परत बनने में मिलियनों वर्ष लगते हैं।

रास्ते में पीट अपना अधिकांश आयतन खो देता है। मध्य यूटा की एक कोयला-परत में, किसी प्राचीन नदी-धारा द्वारा काटे गए पीट की तुलना उसके बगल में गायब कोयले से करने पर मोटाइयों का अनुपात लगभग $11{:}1$ मिलता है: उस बिटुमिनी कोयले का हर मीटर कभी लगभग ग्यारह मीटर पीट था।

18.6 अभ्यास

अभ्यास 18.1 ★

प्लवक से ट्रैप में तेल तक ले जाने वाले चरणों को क्रम में रखिए: प्रवासन; तेल-खिड़की में परिपक्वन; नए अवसादों के नीचे दफ़न; मृत प्लवक ऑक्सीजन-विहीन समुद्री तल पर बैठते हैं; तेल आवरण चट्टान के नीचे इकट्ठा होता है; कार्बनिक पदार्थ कीचड़ में केरोजन बन जाता है।

हल

हल — अभ्यास 18.1.

मृत प्लवक ऑक्सीजन-विहीन समुद्री तल पर बैठते हैं; कार्बनिक पदार्थ कीचड़ में केरोजन बन जाता है; नए अवसादों के नीचे दफ़न; तेल-खिड़की में परिपक्वन; प्रवासन; तेल आवरण चट्टान के नीचे इकट्ठा होता है।

अभ्यास 18.2 ★

हर चट्टान के लिए बताइए कि वह स्रोत चट्टान, भंडार चट्टान या आवरण चट्टान होने की अधिक संभावना रखती है: (1) कार्बनिक पदार्थ से समृद्ध गहरे रंग का शेल; (2) जुड़े छिद्रों वाला सुछँटा बलुआ पत्थर; (3) लवण की एक परत; (4) बिना कार्बनिक पदार्थ का पंकाश्म; (5) खुले खोखलों से भरा चूना पत्थर।

हल

हल — अभ्यास 18.2.

(1) स्रोत चट्टान। (2) भंडार चट्टान। (3) आवरण चट्टान। (4) आवरण चट्टान। (5) भंडार चट्टान।

अभ्यास 18.3 ★

किसी द्रोणी में सतह $10{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है और भूतापीय प्रवणता $25{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ है। तेल-खिड़की किन गहराइयों के बीच है? वह कितनी मोटी है?

हल

हल — अभ्यास 18.3.

शीर्ष: $(60 - 10)/25 = 2.0\,\mathrm{km}$; आधार: $(120 - 10)/25 = 4.4\,\mathrm{km}$। खिड़की $60/25 = 2.4\,\mathrm{km}$ मोटी है।

अभ्यास 18.4 ★

(1) लिग्नाइट, ऐन्थ्रेसाइट, बिटुमिनी कोयला और पीट को बढ़ती कोटि के क्रम में रखिए। (2) किसमें कार्बन की मात्रा सबसे अधिक है? (3) कौन-सा सबसे अधिक गहराई और तापमान पर बना?

हल

हल — अभ्यास 18.4.

(1) पीट, लिग्नाइट, बिटुमिनी कोयला, ऐन्थ्रेसाइट। (2) ऐन्थ्रेसाइट, 86 से $97\,\%$ कार्बन। (3) ऐन्थ्रेसाइट, लगभग $5\,\mathrm{km}$ और $150{}^{\circ}\mathrm{C}$ से आगे।

अभ्यास 18.5 ★

(1) ट्रैप में गैस तेल के ऊपर, और तेल पानी के ऊपर, क्यों रहता है? (2) भंडार के ऊपर की चट्टान अपारगम्य क्यों होनी चाहिए? अच्छी आवरण चट्टानें बनाने वाली दो चट्टानों के नाम बताइए।

हल

हल — अभ्यास 18.5.

(1) तरल घनत्व के अनुसार स्वयं को छाँट लेते हैं: गैस सबसे हल्की है, फिर तेल, फिर पानी। (2) तेल और गैस इसलिए ऊपर उठते हैं कि वे पानी से हल्के हैं; केवल वह चट्टान उन्हें रोकती है जिससे होकर वे नहीं गुज़र सकते। पंकाश्म (या शेल) और लवण।

अभ्यास 18.6 ★★

दो द्रोणियों का सतही तापमान एक ही है, $15{}^{\circ}\mathrm{C}$। द्रोणी A की प्रवणता $20{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ है, द्रोणी B की $40{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$। (1) हर एक में तेल-खिड़की के शीर्ष और आधार की गहराइयाँ परिकलित कीजिए। (2) दोनों द्रोणियों में एक स्रोत चट्टान $2\,\mathrm{km}$ गहराई पर है। हर एक में वह क्या बनाती है? (3) किस द्रोणी में वहीं बने तेल को पाने के लिए कुएँ को अधिक गहरा जाना पड़ेगा?

हल

हल — अभ्यास 18.6.

(1) A: $(60 - 15)/20 = 2.25\,\mathrm{km}$ और $(120 - 15)/20 = 5.25\,\mathrm{km}$। B: $45/40 \approx 1.13\,\mathrm{km}$ और $105/40 \approx 2.63\,\mathrm{km}$। (2) $2\,\mathrm{km}$ पर: A में $15 + 40 = 55{}^{\circ}\mathrm{C}$, अभी परिपक्व नहीं, कोई तेल नहीं; B में $15 + 80 = 95{}^{\circ}\mathrm{C}$, तेल-खिड़की में, वह तेल बनाती है। (3) द्रोणी A में: वहाँ तेल केवल $2.25\,\mathrm{km}$ से नीचे बनता है।

अभ्यास 18.7 ★★

मध्य यूटा में किसी पीट की मोटाई और उससे बने कोयले की मोटाई के बीच मापा गया $11{:}1$ का अनुपात लीजिए। (1) $3\,\mathrm{m}$ मोटी कोयला-परत किस मोटाई के पीट से बनी? (2) मान लीजिए पीट प्रति वर्ष $1\,\mathrm{mm}$ ढेर हुआ। उसे इकट्ठा होने में कितना समय लगा? (3) उस पूरे समय दलदल का धँसते रहना क्यों आवश्यक था?

हल

हल — अभ्यास 18.7.

(1) $11 \times 3 = 33\,\mathrm{m}$ पीट। (2) प्रति वर्ष $1\,\mathrm{mm}$ पर $33\,000\,\mathrm{mm}$: लगभग $33\,000$ वर्ष। (3) पीट केवल वहीं बचा रहता है जहाँ वह ठहरे पानी के नीचे, ऑक्सीजन की पहुँच से बाहर हो; जैसे-जैसे वह ढेर होता है, भूमि को उसी गति से धँसना चाहिए ताकि उसकी सतह जलमग्न रहे।

अभ्यास 18.8 ★★

मेरो द्रोणी का दफ़न-इतिहास आरेख उपयोग कीजिए (सतह $20{}^{\circ}\mathrm{C}$, प्रवणता $30{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$)। स्रोत चट्टान 120 मिलियन वर्ष पहले $1.2\,\mathrm{km}$ गहरी थी, 95 मिलियन वर्ष पहले $2.3\,\mathrm{km}$ गहरी और 20 मिलियन वर्ष पहले $4.0\,\mathrm{km}$ गहरी। (1) हर तिथि पर उसका तापमान परिकलित कीजिए। (2) हर तिथि पर वह अपरिपक्व थी, तेल-खिड़की में थी या गैस-खिड़की में?

हल

हल — अभ्यास 18.8.

(1) $20 + 30 \times 1.2 = 56{}^{\circ}\mathrm{C}$; $20 + 30 \times 2.3 = 89{}^{\circ}\mathrm{C}$; $20 + 30 \times 4.0 = 140{}^{\circ}\mathrm{C}$। (2) 120 मिलियन वर्ष पहले अपरिपक्व; 95 मिलियन वर्ष पहले तेल-खिड़की में; 20 मिलियन वर्ष पहले गैस-खिड़की में।

अभ्यास 18.9 ★★

किसी भंडार बलुआ पत्थर का शीर्ष एक मेहराब बनाता है जिसका शिखर $2400\,\mathrm{m}$ गहरा है; उसकी सबसे गहरी बंद समोच्च रेखा $2580\,\mathrm{m}$ पर है। शिखर पर एक कुआँ $2450\,\mathrm{m}$ तक गैस पाता है, फिर तेल। (1) ट्रैप जितना स्तंभ रख सकता है, उसकी अधिकतम ऊँचाई क्या है? (2) यदि ट्रैप भरा हो, तो तेल कितना मोटा है? (3) ट्रैप भर जाने के बाद भी आते रहने वाले तेल और गैस कहाँ जाते हैं?

हल

हल — अभ्यास 18.9.

(1) $2580 - 2400 = 180\,\mathrm{m}$। (2) गैस $2450 - 2400 = 50\,\mathrm{m}$ भरती है, तेल $2580 - 2450 = 130\,\mathrm{m}$। (3) वे सबसे गहरी बंद समोच्च रेखा के नीचे, अतिप्रवाह बिंदु पर, बह निकलते हैं, और ऊपर की ओर आगे प्रवासन करते हैं, किसी दूसरे ट्रैप तक या सतह तक।

अभ्यास 18.10 ★★

जब केरोजन का कोई माप उपलब्ध नहीं होता, तो पेट्रोलियम भूवैज्ञानिकों ने $3\,\mathrm{km}$ से अधिक चट्टानों के नीचे दबी स्रोत चट्टान को परिपक्व माना है। $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ की सतह के साथ: (1) कौन-सी प्रवणता $3\,\mathrm{km}$ को तेल-खिड़की के शीर्ष पर रखती है? उसके आधार पर? (2) वेध-छिद्रों में मापी गई 25 से $34{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ की प्रवणताओं के साथ $3\,\mathrm{km}$ कहाँ पड़ता है? क्या यह नियम उचित है?

हल

हल — अभ्यास 18.10.

(1) $3\,\mathrm{km}$ पर खिड़की का शीर्ष: $(60 - 20)/3 \approx 13{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$; आधार: $(120 - 20)/3 \approx 33{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$। (2) $3\,\mathrm{km}$ पर तापमान $20 + 75 = 95{}^{\circ}\mathrm{C}$ से $20 + 102 = 122{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक है: तेल-खिड़की में, या सबसे तीव्र प्रवणताओं के लिए उसके आधार पर। नियम उचित है: अधिकांश द्रोणियों में $3\,\mathrm{km}$ चट्टानों के नीचे की स्रोत चट्टान तेल बनाना शुरू कर चुकी होती है।

अभ्यास 18.11 ★★

कोयले के तीन नमूनों में $30\,\%$, $70\,\%$ और $92\,\%$ कार्बन है। (1) हर एक की कोटि बताइए। (2) पाठ में दी गई गहराइयों और तापमानों का उपयोग करके बताइए कि कौन-सा सबसे गहरा दबा था? (3) लिग्नाइट भूरा-काला और धुँधला दिखता है; ऐन्थ्रेसाइट कैसा दिखता है?

हल

हल — अभ्यास 18.11.

(1) $30\,\%$: लिग्नाइट; $70\,\%$: बिटुमिनी कोयला; $92\,\%$: ऐन्थ्रेसाइट। (2) ऐन्थ्रेसाइट, लगभग $5\,\mathrm{km}$ और $150{}^{\circ}\mathrm{C}$ से आगे। (3) काला और काँच जैसा।

अभ्यास 18.12 ★★★

120 और 95 मिलियन वर्ष पहले के बीच मेरो द्रोणी में $1100\,\mathrm{m}$ कीचड़ ढेर हुआ। (1) दफ़न की दर मीटर प्रति मिलियन वर्ष में परिकलित कीजिए। (2) $30{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ की प्रवणता के साथ स्रोत चट्टान प्रति मिलियन वर्ष कितने डिग्री गरम हुई? (3) यदि यह दर बनी रहती, तो स्रोत चट्टान को पूरी तेल-खिड़की पार करने में कितना समय लगता? (4) मॉडल लगभग 66 मिलियन वर्ष देता है। अधिक क्यों?

हल

हल — अभ्यास 18.12.

(1) $1100/25 = 44\,\mathrm{m}$ प्रति मिलियन वर्ष। (2) $0.044 \times 30 \approx 1.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ प्रति मिलियन वर्ष। (3) खिड़की $60{}^{\circ}\mathrm{C}$ में फैली है: $60/1.32 \approx 45$ मिलियन वर्ष। (4) 95 मिलियन वर्ष पहले के बाद दफ़न धीमा हो गया (लगभग 24, फिर 23 और $20\,\mathrm{m}$ प्रति मिलियन वर्ष): स्रोत चट्टान अधिक धीरे गरम हुई।

अभ्यास 18.13 ★★★

मेरो द्रोणी में स्रोत चट्टान लगभग 117 से लगभग 51 मिलियन वर्ष पहले तक तेल-खिड़की में थी, और तेल को रोकने वाली अपनति 80 मिलियन वर्ष पहले बनी। (1) मान लीजिए कि खिड़की में रहते हुए स्रोत चट्टान ने स्थिर दर से तेल बनाया। उसके तेल का कितना अंश ट्रैप के अस्तित्व में आने के बाद बना? (2) बाक़ी का क्या हुआ? (3) यदि अपनति 40 मिलियन वर्ष पहले बनी होती, तो वह क्या रख सकती थी?

हल

हल — अभ्यास 18.13.

(1) $(80 - 51)/(117 - 51) = 29/66 \approx 0.44$: लगभग $44\,\%$। (2) ऊपर किसी ट्रैप के होने से पहले ही वह ऊपर की ओर प्रवासित हो गया: वह सतह पर निकल गया, जहाँ ऑक्सीकृत हुआ, या किसी दूसरे ट्रैप में इकट्ठा हुआ। (3) 40 मिलियन वर्ष पहले तक स्रोत चट्टान तेल-खिड़की छोड़ चुकी थी: वह केवल गैस बनाती थी, और अपनति उससे केवल गैस रख सकती थी।

अभ्यास 18.14 ★★★

मेरो द्रोणी का दफ़न-इतिहास लीजिए (अभ्यास 18.8: 150 मिलियन वर्ष पहले $0.4\,\mathrm{km}$, 120 पर $1.2\,\mathrm{km}$, 95 पर $2.3\,\mathrm{km}$, 66 पर $3.0\,\mathrm{km}$, बीच में गहराई स्थिर रूप से बढ़ती हुई), पर एक अधिक गरम द्रोणी: प्रवणता $40{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$, सतह $20{}^{\circ}\mathrm{C}$। (1) तेल-खिड़की के शीर्ष और आधार की गहराइयाँ परिकलित कीजिए। (2) वे आयु परिकलित कीजिए जिन पर स्रोत चट्टान खिड़की में प्रवेश करती और उसे छोड़ती है। (3) अपनति अब भी 80 मिलियन वर्ष पहले बनती है। क्या वह तेल रखेगी? गैस?

हल

हल — अभ्यास 18.14.

(1) शीर्ष: $(60 - 20)/40 = 1.0\,\mathrm{km}$; आधार: $(120 - 20)/40 = 2.5\,\mathrm{km}$। (2) $1.0\,\mathrm{km}$ $0.4\,\mathrm{km}$ (150 मिलियन वर्ष पहले) और $1.2\,\mathrm{km}$ (120) के बीच है: $150 - 30 \times 0.6/0.8 = 127.5$ मिलियन वर्ष पहले। $2.5\,\mathrm{km}$ $2.3\,\mathrm{km}$ (95) और $3.0\,\mathrm{km}$ (66) के बीच है: $95 - 29 \times 0.2/0.7 \approx 86.7$ मिलियन वर्ष पहले। (3) कोई तेल नहीं: स्रोत चट्टान अपनति बनने से पहले ही तेल-खिड़की छोड़ चुकी थी, और उसका तेल प्रवासित होकर जा चुका था। वह 80 मिलियन वर्ष पहले के बाद बनी गैस रख सकती थी।

अभ्यास 18.15 ★★★

कार्बोनिफ़ेरस की ऐन्थ्रेसाइट की एक परत अब सतह पर दिखती है। कार्बोनिफ़ेरस लगभग 299 मिलियन वर्ष पहले समाप्त हुआ। (1) पाठ में दी गई गहराइयों का उपयोग करके बताइए कि परत कम से कम कितनी गहराई पर दबी थी? (2) $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ की सतह और $30{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ की प्रवणता के साथ उस गहराई पर वह किस तापमान तक पहुँची? क्या यह ऐन्थ्रेसाइट के लिए दिए गए तापमान से संगत है? (3) उसके ऊपर पड़ी चट्टानों के साथ क्या हुआ है? यह मानकर कि यह सब कार्बोनिफ़ेरस के बाद हुआ, औसत दर की, मिलीमीटर प्रति वर्ष में, एक निम्न सीमा बताइए।

हल

हल — अभ्यास 18.15.

(1) कम से कम $5\,\mathrm{km}$। (2) $15 + 30 \times 5 = 165{}^{\circ}\mathrm{C}$, $150{}^{\circ}\mathrm{C}$ से ऊपर: संगत। (3) कम से कम $5\,\mathrm{km}$ चट्टान उठाकर अपरदित की गई है। अधिक से अधिक $299$ मिलियन वर्षों में $5 \times 10^{6}\,\mathrm{mm}$ औसतन कम से कम $5 \times 10^6/2.99 \times 10^8 \approx 0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष देता है।

18.7 समस्या: स्रोत चट्टान ने तेल कब बनाया?

समस्या 18.1

सप्ताहांत समस्या — एक कल्पित द्रोणी के तेल का काल-निर्धारण

मेरो द्रोणी, एक कल्पित द्रोणी, में किसी अपनति के शिखर से होकर खोदा गया एक कुआँ नीचे की परतों को पार करता है। अपने जीवाश्मों से दिनांकित, वे दर्ज करती हैं कि द्रोणी कैसे भरी। सबसे पुरानी से:

अंतराल (मिलियन वर्ष पहले)	मोटाई	चट्टानें
165 से 150	$400\,\mathrm{m}$	कार्बनिक पदार्थ से समृद्ध काला शेल, फिर पंकाश्म
150 से 120	$800\,\mathrm{m}$	सरंध्र बलुआ पत्थर
120 से 95	$1100\,\mathrm{m}$	पंकाश्म
95 से 66	$700\,\mathrm{m}$	खड़िया
66 से 35	$700\,\mathrm{m}$	रेत और मृत्तिकाएँ
35 से 20	$300\,\mathrm{m}$	रेत
20 से आज तक	$-500\,\mathrm{m}$	उत्थान: ऊपर के $500\,\mathrm{m}$ अपरदित

सतह $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है और भूतापीय प्रवणता $30{}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$ है, दोनों स्थिर मानी गई हैं। परतें जमने के बाद अपनी मोटाई बनाए रखती हैं (संहनन की उपेक्षा की गई है)। अपनति 80 मिलियन वर्ष पहले बनी। आधार पर के काले शेल का पीछा कीजिए, जो 165 मिलियन वर्ष पहले जमा।

भाग I — चट्टानें।

1. कौन-सी परत स्रोत चट्टान है, कौन-सी भंडार, कौन-सी आवरण चट्टान?
2. काले शेल को कार्बनिक पदार्थ से समृद्ध किसने बनाया?
3. जुरैसिक लगभग $201.4$ से $143.1$ मिलियन वर्ष पहले तक चला। स्रोत चट्टान किस कल्प में जमी? और बलुआ पत्थर?
4. केरोजन क्या है? सतह पर काला शेल कोई तेल क्यों नहीं बनाता?
5. आज स्रोत चट्टान के ऊपर कितनी मोटाई की चट्टानें पड़ी हैं?

भाग II — समय के सापेक्ष दफ़न।

6. 150, 120, 95, 66, 35 और 20 मिलियन वर्ष पहले, और आज, स्रोत चट्टान की गहराई परिकलित कीजिए।
7. पहले छह अंतरालों में से हर एक के दौरान दफ़न की दर, मीटर प्रति मिलियन वर्ष में, परिकलित कीजिए।
8. स्रोत चट्टान सबसे गहरी कब थी, और कितनी गहरी?
9. पिछले 20 मिलियन वर्षों में उसकी गहराई क्यों घटी?
10. आज बलुआ पत्थर का आधार कितना गहरा है?

भाग III — समय के सापेक्ष तापमान।

11. प्रश्न 6 की हर तिथि पर स्रोत चट्टान का तापमान परिकलित कीजिए।
12. इस द्रोणी में तेल-खिड़की किन गहराइयों के बीच है?
13. प्रश्न 6 की किन दो तिथियों के बीच स्रोत चट्टान $60{}^{\circ}\mathrm{C}$ से आगे निकली?
14. यह मानकर कि उस अंतराल में उसकी गहराई स्थिर रूप से बढ़ी, वह आयु परिकलित कीजिए जिस पर वह $60{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर पहुँची।
15. इसी तरह परिकलित कीजिए कि वह $120{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर कब पहुँची।

भाग IV — खिड़की में, और ट्रैप।

16. वह अधिकतम कितने तापमान तक पहुँची? आज वह क्या बनाती है?
17. अपनति के अस्तित्व में आने से पहले बने तेल का क्या हुआ?
18. यह मानकर कि खिड़की में स्रोत चट्टान के रहते हुए तेल स्थिर दर से बना, उसका कितना अंश अपनति के अस्तित्व में आने के बाद बना?
19. कुआँ अपनति के शिखर पर किन तरलों की, और ऊपर से किस क्रम में, अपेक्षा करेगा?
20. निष्कर्ष निकालिए: स्रोत चट्टान ने तेल-खिड़की में कब प्रवेश किया?

हल

हल — समस्या 18.1.

1. स्रोत चट्टान: काला शेल; भंडार: सरंध्र बलुआ पत्थर; आवरण चट्टान: उसके ऊपर का पंकाश्म।

2. ऑक्सीजन-विहीन समुद्री तल पर बैठे प्लवक सड़ने से बच गए और कीचड़ में दब गए।

3. स्रोत चट्टान जुरैसिक में (165, 201.4 और 143.1 के बीच है)। बलुआ पत्थर जुरैसिक में शुरू हुआ और ज़्यादातर पूर्व क्रिटेशस में जमा।

4. किसी अवसादी चट्टान में बिखरा कार्बनिक पदार्थ, जो कार्बनिक विलायकों में अघुलनशील है। वह लगभग $60{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक गरम होने पर ही तेल बनाता है, जिसके लिए दफ़न चाहिए।

5. $400 + 800 + 1100 + 700 + 700 + 300 - 500 = 3500\,\mathrm{m}$।

6. $0.4\,\mathrm{km}$, $1.2\,\mathrm{km}$, $2.3\,\mathrm{km}$, $3.0\,\mathrm{km}$, $3.7\,\mathrm{km}$, $4.0\,\mathrm{km}$; आज $3.5\,\mathrm{km}$।

7. $400/15 \approx 26.7$; $800/30 \approx 26.7$; $1100/25 = 44$; $700/29 \approx 24.1$; $700/31 \approx 22.6$; $300/15 = 20$ ($\mathrm{m}$ प्रति मिलियन वर्ष)।

8. 20 मिलियन वर्ष पहले, $4.0\,\mathrm{km}$ पर।

9. द्रोणी ऊपर उठी और उसके शीर्ष से $500\,\mathrm{m}$ चट्टान अपरदित हुई।

10. बलुआ पत्थर का आधार 150 मिलियन वर्ष पहले, शेल और पंकाश्म के $400\,\mathrm{m}$ के ऊपर, जमा था: $3.5 - 0.4 = 3.1\,\mathrm{km}$।

11. $T = 20 + 30 z$: $32{}^{\circ}\mathrm{C}$, $56$, $89$, $110$, $131$, $140{}^{\circ}\mathrm{C}$; आज $125{}^{\circ}\mathrm{C}$।

12. $40/30 \approx 1.33\,\mathrm{km}$ और $100/30 \approx 3.33\,\mathrm{km}$।

13. 120 मिलियन वर्ष पहले ($56{}^{\circ}\mathrm{C}$) और 95 मिलियन वर्ष पहले ($89{}^{\circ}\mathrm{C}$) के बीच।

14. तापमान 25 मिलियन वर्षों में 33 डिग्री बढ़ा; $56$ से $60{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक 4 डिग्री बढ़ने में उसे $25 \times 4/33 \approx 3.0$ मिलियन वर्ष लगे: लगभग $120 - 3.0 = 117$ मिलियन वर्ष पहले।

15. 66 मिलियन वर्ष पहले ($110{}^{\circ}\mathrm{C}$) और 35 ($131{}^{\circ}\mathrm{C}$) के बीच: $66 - 31 \times 10/21 \approx 51.2$ मिलियन वर्ष पहले।

16. $140{}^{\circ}\mathrm{C}$, 20 मिलियन वर्ष पहले। आज $125{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर वह गैस-खिड़की में है: वह ज़्यादातर मीथेन बनाती है।

17. अपने ऊपर कोई ट्रैप न होने से वह ऊपर प्रवासित होकर निकल गया, सतह तक या दूसरे ट्रैपों तक।

18. $(80 - 51.2)/(117.0 - 51.2) \approx 0.44$।

19. सबसे ऊपर गैस, फिर तेल, फिर पानी।

20. स्रोत चट्टान ने लगभग 117 मिलियन वर्ष पहले तेल-खिड़की में प्रवेश किया।