materia geoquimica

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Classificação Química 
 Classe Parafínica – 75% ou mais de parafinas 
 Classe Parafínica-Naftênico – 50 a 70% de parafinas, >20% de naftênicos 
 Classe Naftênico - >70% de naftênicos 
 Classe Aromáticos-Intermediário – >50% de HC aromáticos 
 Classe Aromáticos-Naftênico - >35% naftênico 
 Classe Aromáticos-Asfaltico >35% resinas e asfaltenos 
Teoria Orgânica 
A matéria orgânica depositada com os sedimentos é convertida por processos bioquímicos e 
geoquímicos, durante o soterramento, num polímero complexo denominado querogênio, que por sua 
vez, transformado em hidrocarbonetos por craqueamento térmico a grandes profundidades, sob 
pressão e temperaturas adequadas. 
Produção, Acumulação e Preservação da Matéria Orgânica 
Refere-se somente ao material proveniente de moléculas orgânicas derivadas direta ou indiretamente das 
partes orgânicas dos organismos. Partes minerais do esqueleto, tais como carapaças, ossos e dentes estão 
fora deste termo. Não foz parte da matéria orgânica. 
Rocha Geradora 
São rochas de granulação fina (folhelhos e calcários), cuja matéria orgânica, sob condições termoquímicas 
adequadas, se transforma em petróleo. A teoria orgânica moderna postula que o petróleo se origina da 
matéria orgânica depositada juntamente com os sedimentos. Requisitos para existência de rochas 
geradoras de petróleo: 
 Produção 
 Preservação 
 Acumulação 
Produção 
Primeiro a matéria orgânica tem que ser sintetizada pelos organismos vivos, e posteriormente, deve ser 
depositada e preservada nos sedimentos. Dependendo dos eventos geológicos posteriores, parte da 
matéria orgânica sedimentar pode ser transformada em petróleo ou não. 
Qual a base para formação do petróleo? 
 A emergência da fotossíntese como fenômeno mundial é o evento histórico determinante na 
formação de rochas geradoras 
 O processo fotossintético converte energia luminosa em energia química 
 A partir da glicose, organismos autotróficos podem sintetizar polissacarídeos, celulose e cortiça e 
demais constituintes necessários 
 A fotossíntese é o processo básico que acompanha a produção em massa da matéria orgânica da 
Terra 
 Primeiros organismos responsáveis: bactérias autotróficas, algas verde-azuis 
 Clorofila é uma porfirina 
“O petróleo, do mesmo modo que o carvão, jamais terá existido se não fosse os processos de fotossíntese” 
Preservação Global do Carbono Orgânico = 0,1% de sua produção (de 6,4*10^15 t de carbono orgânico) 
Ciclo do Carbono – Ciclo 1 
 Ciclo 2 (mais importante para hidrocarbonetos) 
Preservação 
Uma vez que a matéria orgânica entrou nos sedimentos, se destina, a longo prazo, é principalmente 
governado pelos eventos tectônicos. Em outras palavras, fases de subsidência e aumento de soterramento 
ou fases de soerguimento e erosão, determinam se o conteúdo orgânico de um sedimento é preservado e 
transformado em petróleo, ou erodido e oxidado. 
Evolução da Biosfera e Composição Química da Biosfera 
Evolução da biosfera: 
 O nível da evolução e o tipo de fonte (organismos) podem ter influência decisiva no tipo de 
querogênio em uma rocha geradora. 
 Dessa forma, devemos considerar a Evolução da Biosfera em conexão com a formação do petróleo 
 2 Ba – Pré-cambriano, principais procutores de carbono orgânico foram bactérias e algas verde-
azuis 
 Paleozoico inferiores – fitoplâncton marinho, bactérias são responsáveis por 50 a 60% da pridução 
mundial de carbono orgânico 
 Até Paleozoico superior – 1º período de elevada produtividade (plâncton de paredes orgânicas) 
 No Jura-cretácio – 2º período de elevada produtividade (nanoplâncton calcário e dinoflagelados) 
Bactérias – mostram registos ao longo de todo o tempo geológico, inclusive no Pré-cambriano. A grande 
maioria são similares às formas atuais. “Raramente fossilizadas”. Consistem no segundo grupo em 
contribuição de matéria orgânica preservada em sedimentos soterrados. 
 Pré-cambriano: algas verde-azuis 
 Bactérias fotossintéticas 
 Cambriano, Ordoviciano, Silunono: fitoplancton marinho 
 Bactérias e algas 
 Devoniano: vegetais terrestres 
Fitoplancton, zooplancton, vegetais superiores e bactérias – 4 principais contribuintes para a matéria 
orgânica 
A matéria orgânica sedimentar é derivada da matéria orgânica viva e dos produtos de seu metabolismo. 
Após a morte dos organismos, as substancias que os compõem estão sujeitas à decomposição em vários 
níveis, dependendo, principalmente: 
 Da sedimentação 
 Ou do tempo de exposição aos chamados agentes de degradação: como oxigênio e bactérias 
Composição Química da Biomassa 
Parte dos produtos desta decomposição é reciclada por outros organismos, no qual, são usados como 
fonte de energia. O restante, que já sabemos, em muitos casos representa uma fração muito pequena da 
quantidade inicial de matéria orgânica viva, escapa completamente da reciclagem biológica e da 
decomposição físico-química (oxidação) e é incorporada aos sedimentos. 
Diferencial dos vegetais terrestres: lignina e celulose  apenas em vegetais terrestres 
 
Proteínas 
Carboidratos (açucares, amido, celulose) 
Lipídeos (óleos, gorduras, ceras) 
*Mais resistentes a desintegração: lipídeos e lignina 
Fitoplâncton Marinho e Lacustre Vegetais Terrestres Superiores 
Proteínas  30% Celulose  30 a 50% 
Lipídeos  15 a 50% Lignina  15 a 30% 
Carboidratos  20% Proteínas/lipídios  5% 
O tipo de matéria orgânica depositado e incorporado em sedimentos depende amplamente a associação 
natural de organismos. Sob ponto de vista da formação do petróleo, os lipídeos são os mais importantes. 
Processos Sedimentares Envolvidos no Aumento da Matéria Orgânica: 
 Quantidade e Qualidade 
Influencia combinada da: 
 Produtividade da biomassa 
 Processos da degradação bioquímica da matéria orgânica 
 Processos deposicionais da matéria orgânica 
Produção 
Acumulação 
Preservação 
Controle sobre a matéria orgânica total em sedimentos 
 Produtividade 
 Tamanho de grão 
 Velocidade e taxa de sedimentação 
 Processos oxidação/redução 
A produtividade da biomassa: 
É abundante, devido à função de carbono fotossintético. Importante para a formação de rochas 
potencialmente geradoras de petróleo. A produtividade primaria de matéria orgânica em ambientes 
aquáticos, no presente, é praticamente igual à dos ambientes aéreos/sub-aéreos, devido à ocorrência 
generalizada de vegetais terrestres. No entanto, a chance de preservação da matéria orgânica em 
ambientes subaquáticos é maior, pois em ambientes terrestres tem oxigênio (21% de O2) causando a 
degradação por oxidação na matéria orgânica (juntamente com a umidade). Em ambientes sub-aquaticos, 
a deposição de sedimentos de granulação fina limita o acesso do oxigênio molecular dissolvido 
Produtividade Biológica Primária 
Ambientes aquáticos  rochas geradoras 
Ambientes terrestres  carvão 
Ambiente sub-aéreo  bactérias  degradação 
Constituinte químicos dos zooplanctons, 
fitoplanctons, bactérias e vegetais terrestres 
Quantidade  % de carbono total 
Qualidade  tipo de matéria orgânica 
Matéria Orgânica 
 Rochas Orgânicas Geradoras 
O2 (21% vol) + umidade  oxidação da matéria orgânica 
Ambiente sub-aquatico (alguns ml/L)  sedimentos de granulação fina  preservação da matéria orgânica 
Fatores que Influenciam a ProdutividadePrimária Marinha 
 Luz 
 Temperatura proliferação dos fitoplânctons 
 Nutrientes 
Fisiologia dos oceanos: morfologia da bacia, correntes oceânicas e influência de diferentes corpos d’água. 
Mais de 90% da matéria orgânica dos oceanos são de fitoplânctons (algas fotossintetizadoras) 
Luz – quando a graduação de luz, o ambiente marinho se divide em: 
 Zona Eufótica – superfície ate 80m Zona Fótica 
 Zona Disfótica – 80m a 200m 
 Zona Afótica – abaixo de 200m 
*Zona Fótica – maior produtividade de biomassa (fitoplânctons) 
Fatores que Influenciam a Produtividade em Ambiente Terrestre 
 Luz 
 Umidade 
 Temperatura  levar em consideração a tectônica e o paleo-geografia da região 
Acumulação 
Está praticamente restrita a sedimentos depositados em ambientes aquáticos, as quais devem receber 
uma certa QUANTIDADE mínima de matéria orgânica 
Controle de produção: luz  limitações: regiões polares, profundidade, turbidez 
Controle de produção: suprimento de nutrientes, que é controlado pela reciclagem e circulação na zona 
eufótica. 
Profundidade de fitoplâncton  ocorrência maior na plataforma continental 
Ressurgência (upwelling)  das aguas profundas traz os nutrientes 
A maior parte da produção biológica esta concentrada nos 60 a80m superiores de coluna d’água. As áreas 
mais profundas são aquelas onde ocorrem o fenômeno de ressurgência (300mg de carbono orgânico 
m³/dia), como certas partes da plataforma continental. A profundidade biológica em águas costeiras é, em 
média, cerca de duas vezes maior do que em oceanos abertos. Também nos limites entre as regiões 
polares e temperados. 
Processos de Degradação Bioquímica 
A matéria orgânica é termodinamicamente instável e tende a acumular-se em áreas de níveis mais baixas 
de energia, servindo como fonte de energia. 
1º oxigênio – aeróbico 
2º nitrogênio – anaeróbico 
3º sulfato – anaeróbico 
4º último estágio no processo anaeróbico de degradação é a fermentação, que produz metano e algum 
hidrocarboneto mais pesado 
Componentes mais propensos a decomposição: 
Proteínas  carboidratos  lipídio e lignina (mais resistentes) 
 Vira açúcar simples 
Vira aminoácidos 
Material celular degradado 
 Complexo solúvel em agua aminoácidos e carboidratos 
 Ácidos fúlvidos 
 Ácidos húmico  Querogênio 
Agentes responsáveis da degradação da matéria orgânica 
Natureza química: 
 pH ácido: preservação da matéria orgânica 
 pH alcalino: degradação da matéria orgânica 
 Eh oxigênio: degradação da matéria orgânica 
 Eh sem oxigênio (anaeróbico): preservação da matéria orgânica 
Natureza física: laceração dos tecidos por ação de chuva, ventos – movimentos hidrodinâmicos 
Natureza bioquímica: ação de bactérias, fungos, organismos escovadores 
* Processos deposicionais: 
 Sedimentos finos: menos oxigênio, maior a preservação da matéria orgânica 
 Sedimento grosso: mais oxigênio, degradação da matéria orgânica 
Autóctone – originado na coluna d’agua ou no sedimento em que está sendo incorporado 
Alóctone – estranho ao seu ambiente deposicional 
Tipo de Sedimentação 
Fator extremamente importante no que diz respeito a acumulação e preservação da matéria orgânica nos 
sedimentos 
Alta taxa – fenômeno de diluição da matéria orgânica 
 Em ambiente/áreas óxidos depende da taxa de sedimentação 
 Os processos de erosão superam os processos de deposição 
 Quanto maior a quantidade de sedimentação, menos é a quantidade de matéria orgânica 
Baixa taxa – sofre influência do oxigênio (não preservado, matéria orgânica degradada) 
A distribuição geral de carbono orgânico (matéria orgânica) em sedimentos depositados em águas anóxicas 
é significativamente mais ampla e maior, qualquer que seja a taxa de sedimentação. Em sedimentos 
subaéreos, a matéria orgânica é facilmente distribuída pela oxidação química ou bioquímica (microbiana). 
O suprimento de matéria orgânica é elevado ao longo de margens continentais, por causa da alta 
produtividade primaria das aguas costeiras e/ou do intenso fluxo de material alóctone derivado de plantas 
terrestres. São necessárias condições ótimas de balanço entre o nível de energia em um corpo aquoso e a 
velocidade de sedimentação para preservar e concentrar a matéria orgânica nos sedimentos. 
Maturação da Matéria Orgânica 
Querogênio e Geração de Hidrocarbonetos 
A transformação físico-química da matéria orgânica durante a sua história geológica na bacia sedimentar 
não pode ser considerada como um processo isolado (biopolímero – ácido). Esta transformação é 
conhecida pelos mesmos fatores que determinam as variações de composição da fração mineral e da água 
intersticial presente nos sedimentos. A partir do soterramento, a matéria orgânica sofre numerosas 
mudanças composicionais, que são impostas inicialmente pela atividade microbiana seguida pela ação de 
temperatura, tempo geológico e pressão. A serie continua dos processos de transformação da matéria 
orgânica pela pressão, temperatura e tempo geológico está dividido em três processos: 
Maturidade térmica (processo): 
 Diagênese – zona imatura, metano biogênico de 0 a 50°C 
 Catagênese – zona óleo/gás, metano geoquímico de 50° a 150°C 
 Metagênese – zona gás, metano geoquímico acima de 150°C 
Diagênese: matéria orgânica (biopolimero), passa por processos físico-químico e gera o querogênio 
(geopolimero), já que tem insolubilidade do material (acido) 
Matéria orgânica  querogênio  óleo (hidrocarbonetos, resinas e asfaltenos) 
 Metano maturo querogênio, grafite 
Durante o processo de maturação da matéria orgânica, diferentes reações químicas ocorrem como: 
 Quebra (craqueamento) ou retirada de ligações 
 Descarboxilação (perda de CO2), desmetilação (perda de CH4), desaminação (perda de N e NH4), 
desidratação e dessulfurização (perda de S ou H2S) 
 Reação aromatização também ocorre 
Formulação do Querogênio 
Após sua incorporação nos sedimentos e ainda submetida a pequenas profundidades e baixas 
temperaturas (± até 1000m e 50°C), a matéria orgânica passa por uma série de transformações na fase 
denominada diagênese. 
Diagênese Sedimentos recentes Querogênio 
 
Catagênese 
Principal zona de formação do 
óleo 
Óleo 
Principal zona de formação do 
gás 
Gás 
Metagênese Carbono residual 
 
Querogênio: é o constituinte da matéria orgânica que é insolúvel nos solventes orgânicos 
Betume: é o constituinte solúvel 
Com o aumento do soterramento (mais pressão e temperatura) o querogênio na matéria orgânica é 
“cozido” a um ponto em que começa a perder água, gás e óleo. Esse cozimento é denominado maturação. 
O tipo de querogênio será definido durante a maturação. 
Ambientes Formadores do Querogênio 
 Marinho 
 Lacustre 
 Terrestre 
 Reciclado 
Querogênio – matéria orgânica disseminado nas rochas sedimentares é insolúvel em solventes orgânicos e 
alcalinos. 
Classificação do Querogênio 
(Por exame ótico e por analises físico-químicos) 
Tipo I – matéria orgânica algal lacustre, e matéria orgânica enriquecida em lipídeos por ação bacteriana 
(amorfo), possui a maior razão H-C e tem alto potencial gerador 
Tipo II – matéria orgânica marinha em ambientes redutores, origem terrestre e marinha (pólen, esporos, 
cutículas de vegetais superiores), rico em lipídeos 
Tipo III – matéria orgânica lenhosa de vegetais terrestre superiores (mais carvão e gás) 
Origem do Querogênio 
Tipo I – cadeias alifáticas e poucos núcleos aromáticos, rico em H (H/C alta), melhor gerador de óleo pois é 
ricoem lipídeos 
Tipo II – maior proporção de núcleos aromáticos e grupos funcionais oxigenados em geral +S, rico em ceras 
e resinas 
Tipo III – predominância de aromáticos e funções oxigenadas com poucas cadeias alifáticas, baixo H/C e 
alto O/C, rico em carboidratos e celulose 
Petróleo – óleo e gás são formados pelo craquelamento térmico dos componentes orgânicos soterrados 
em rochas de granulação fina 
Sapropélico - rico em H, gera óleo (folhelho) 
Húmico – pobre em H, gera gás 
Rocha Geradora – Definição 
Qualquer rocha com capacidade de gerar e expelir hidrocarbonetos suficientes para formar acumulação 
significativa de óleo e gás (folhelhos e carbonatos) 
 Rocha geradora potencial – rocha imatura 
 Rocha geradora efetiva – rocha matura 
o Ativa – está gerando 
o Inativa – não está gerando, pois, algum processo geológico impediu (soerguimento ou 
erosão) 
Rocha geradora potencial – rocha naturalmente imatura, mas que aquecida em laboratório 
Quesitos para uma Boa Rocha Geradora 
Maioria do óleo formado no mundo 
 Contenha uma quantidade mínima de matéria orgânica, definida por classe de rocha. 
 Que a quantidade de matéria orgânica presente na rocha seja adequada para geração de 
hidrocarbonetos 
 Que essa matéria orgânica tenha sofrido um processo de soterramento necessário para ter atingido 
uma paleotemperatura mínima suficiente para transformação em óleo ou gás, ou seja, maturação 
Melhores: folhelhos e calcários 
 
 
 
Medida pelo Carbono Orgânico Total (COT) 
< 0,5 Não rocha geradora 
0,5 – 1 Pobre 
1 – 2 Bom 
 > 2 Excelente 
Caracterização da Matéria Orgânica 
 Quantidade de matéria orgânica 
 Tipo de querogênio (qualidade) 
 Maturação térmica (Catagênese) 
Mais vegetais superiores  maior a geração de gás 
Mais fitoplânctons  maior a geração de óleo 
Maturação da Matéria Orgânica 
Diagênese: 
 Soterramento raso 
 Temperatura de 0 a 50°C 
 Desintegração bacteriana 
 Produz livremente CH4, CO2 e H2O 
 Razão H:C permanece constante 
 Rochas sofrem compactação e cimentação 
 Rochas imaturas 
 Gera CH4 bioquímica ou biogênico 
 Produz querogênio (final da diagênese) 
Catagênese: 
 Estagio termoquímico 
 Temperatura de 50 a 200°C 
 Maturação térmica do querogênio 
 Razão H:C diminui 
 Janela de geração do óleo 60-160°C 
 Janela de geração do gás 100-220°C 
Maturidade 
RG 
Quantidade Qualidade 
Folhelho 
 Rochas maturas 
Janela de Geração de Petroéleo: 
Óleo – RO %: 0,6 – 1,35 
Gás – RO %: 1,35 – 2 
Metagênese: 
 Grandes profundidades de soterramento 
 Última etapa de evolução da matéria orgânica 
 Elevada temperatura e pressão 
 Geração de gás seco – metano 
 Rochas supermaturas 
 Resíduo de carbono 
Determinação do COT 
 Pesagem da amostra (0,5g) 
 Descalcificação (HCI) – à quente, 1h 
 Analise da amostra: combustão do carbono orgânico em forno  CO2  detecção em Detector de 
Condutividade Térmica (COT) 
COT >= 1%  pirólise Rock-Evol 
Valores elevados de COT – preservação da matéria orgânica 
Tamanho da partícula – quantidade de COT geralmente associado a grão menor (↑ %COT, ↓ mais fino) 
Pirólise Roch-Evol 
 Simulação do processo natural de maturação térmica da matéria orgânica 
 Os picos do gráfico (pirograma) fornecem resultados para se avaliar a qualidade da ocha (geradora 
ou não) e sua potencialidade de geração 
 Equipamento queima a amostra de rocha (1g) 
 Duração da análise, aproximadamente 20min 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pico S1: representa a quantidade de hidrocarbonetos livres (mgHC/g rocha), betume, que não tenham 
sofrido migração e que podem ser extraídos naturalmente por solventes orgânicos 
Pico S2: representa a quantidade de hidrocarbonetos que a rocha teria condições de produzir caso o 
processo de maturação tivesse continuado 
Pico S3: representa a quantidade de CO2 liberado pelo craquelamento térmico do querogênio e que está 
presente na amostra (CO2/g rocha) 
Tmáx: dada pela temperatura mostrada pelo pico S2. Temperatura em que ocorre o máximo de geração de 
hidrocarbonetos pelo craquelamento do querogênio. Porômetro de maturação 
Simulação de Geração de Hidrocarbonetos em Laboratório 
Resultado da pirólise Rock-Evol: S1, S2 e S3 
Porômetro 
Índice de Hidrogênio – IH (S2/COT) 
Índice de oxigênio – IO (S3/COT) 
Índice de Geração – PG (S1+S2) 
Índice de Produção – IP (S1/(S1 +S2))  S1/PG 
Tmáx (°C) 
Índice de Produção (IP) 
Usado: 
 Indicador do avanço do processo de geração 
 Indicador do nível de maturação da rocha geradora 
Imatura: IP<0,1 IP= S1/(S1+S2) 
Pico de geração IP ~ 0,4 IP= S1/PG 
Tmáx (pico do S2) 
Imatura Tmáx < 440°C 
Matura Tmáx 440 – 470°C 
Senil Tmáx >470°C 
Índice de Hidrogênio (IH) 
Potencial do óleo IH> 300mgHC/g COT 
Para óleo, condensado e gás IH = 200 – 300 
Para gás IH < 200 
Importância da Avaliação dos Tipos de Querogênio 
A distinção entre os tipos de querogênio é essencial para uma avaliação adequada de rocha geradora, 
porque diferentes tipos de querogênio apresentam diferentes conteúdos de hidrogênio e, portanto, 
potenciais para diferentes gerações. 
 Matéria orgânica de plantas – querogênio húmico (pode ser tipo 2 ou tipo 3) 
 Matéria orgânica amorfa – querogênio sapropélico (típico do tipo 1) 
Analise para Calcular Maturação numa Rocha Geradora 
Parâmetro Microscópico de Maturação 
 Refletância vitrinita (%RO) 
 Índice de alteração térmica 
 Índice de coloração de esporos 
Parâmetro Químicos de Maturação 
 Tmáx (°C) Rock-Evol 
 Esteronos 
Refletância da Vitrinita (RO) 
Vitrinita é uma matéria orgânica derivada de plantas que reflete luz, mas fortemente à medida que fica 
mais matura (evolui termodinamicamente) 
Zona imatua – RO <0,6% 
Zona matura – 0,6% < RO < 1,3% 
Zona senil – RO > 1,3% 
Biomarcadores 
Aplicações e Exploração de Petróleo 
Pristano – origem terrestre 
Fitano – origem de alga