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M. Schoell:

Wasserstoff- und Kohlenstoffisotope in organischen Substanzen, Erdölen und Erdgasen

[Hydrogen- and carbon isotopic composistions of organic substances, crude oils and natural gases]

1984. 161 Seiten, 97 Abbildungen, 28 Tafeln, 17x24cm, 330 g
Language: Deutsch

(Geologisches Jahrbuch Reihe D, Band D 67)

ISBN 978-3-510-96125-2, brosch., price: 29.80 €

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Contents

Beschreibung top ↑

Erdöl und Erdgas sind fossile Brennstoffe, die durch Umwandlung organischer Substanzen in Sedimentgesteinen entstehen. Fossile Brennstoffe sind endlich und müssen mit immer größerer Mühe aufgesucht werden, da die leicht auffindbaren Lagerstätten erschöpft sind.

Bei der Suche nach Erdöl und Erdgas sind es vor allem die Methoden der Geophysik, welche die Strukturen in tieferem Untergrund erkennen helfen, in denen Erdöl und Erdgas akkumulieren. Es sind jedoch hauptsächlich die Methoden der Geochemie, die das Verständnis für die Bildungsprozesse von Erdöl und Erdgas erweitert haben.

Diese Arbeit behandelt die Variationen der stabilen Kohlenstoff- und Wasserstoffisotope in organischen Substanzen, Erdölen und Erdgasen. Es wird gezeigt, daß eine sehr enge Beziehung zwischen den Ausgangssubstanzen organischer Materie und den Umbildungsprodukten in den Sedimenten besteht, so daß durch die Isotopenkonzentration genetische Beziehungen zwischen der organischen Substanz des Gesteines und einem Erdöl abgeleitet werden können. Solche genetischen Beziehungen zu erkennen ist Voraussetzung für die Zuordnung von Erdölen zu ihren Muttergesteinen. - Erdöle könen jedoch auch durch bakterielle Prozesse verändert werden. Die Arbeit zeigt, daß trotz solcher Prozesse noch die genetische Beziehung zu Muttergesteinen durch Isotopenanalysen erkannt werden kann. Beispiele aus der kanadischen Arktis, dem westkanadischen Becken, aus Süddeutschland und dem nordwestdeutschen Zechsteinbecken werden behandelt.

Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Bildung von Erdgas. Hier können Isotopenuntersuchungen helfen, grundsätzliche Bildungsprozesse für Erdgase zu unterscheiden. Durch Isotopenuntersuchungen konnten z. B. verschiedene bakterielle Bildungsprozesse für natürliche Erdgase nachgewiesen werden. Als ein Beispiel wird die Entstehung des Methans im Kivusee neu interpretiert. Durch systematische Bearbeitung von Erdgasen verschiedener Entstehung konnte ein neues Konzept der genetischen Charakterisierung von Erdgasen entwickelt werden. Die systematische Anwendung dieses Konzepts an Kohlegasen aus dem norddeutschen Zechsteinbecken führt zu neuen Vorstellungen ihrer Genese.

Weiterhin können durch die Isotopenvariationen des Kohlenstoffs und des Wasserstoffs Mischungen von Erdgasen, wie sie häufig in jungen tertiären Becken vorkommen, besser erkannt werden. Durch regionale Vergleiche wird deutlich, daß die Bildungsbedingungen für die Entstehung von Erdölen und Erdgasen in subalpinen Becken sehr ähnlich sind. Mit Hilfe von Isotopenuntersuchungen können hier drei grundsätzlich verschiedene Typen von Erdgasen unterschieden werden. Es wird insgesamt durch diese Untersuchungen klar, daß die komplexen Prozesse der Bildung von Erdgasen nur dann umfassend verstanden werden, wenn systematische Untersuchungen der Isotopenzusammensetzung ihrer Kohlenwasserstoffe durchgeführt werden.

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Einleitung 8
1. Isotopenvariationen in organischen Substanzen 11
1.1 Lebende organische Substanz 11
1.1.1 Isotopieeffekte bei der Assimilation 11
1.1.2 Isotopenvariationen in lebenden Organismen 13
1.2 Isotopenvariationen der organischen Substanz rezenter Sedimente 18
1.3 Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopenvariationen in Kohlen
und Kerogenen 20
1.3.1 Einleitung 20
1.3.2 Die Isotopenvariationen in Kohlen 20
1.3.3 Theoretische Abschätzung der Wasserstoff-Isotopenfraktionierung
in Kohlen während der Inkohlung 21
1.3.4 Isotopieeffekte in einer kontaktmalamorph beeinflußten Braunkohle
des Hohen Meißners 23
1.3.5 Isotopenvariationen in Kohlen verschiedener Herkunft 25
1.3.6 Kerogene aus Erdöl- und Erdgasmuttergesteinen 28
1.3.7 Kerogene des Lias aus Luxemburg 32
1.3.8 Kerogene aus dem Mahakam-Delta/Kalimantan 35
1.3.9 Zusammenfassung 36
2. Isotopenvariationen in Extrakten und Erdölen 37
2.1 Problemstellung 37
2.2 Beziehungen zwischen der extrahierbaren organischen Substanz
und Kerogenen im Mahakam-Delta/Kalimantan 38
2.3 Isotopenvariationen in Erdölen und Erdölfraktionen 45
2.3.1 Wasserstoff-Isotopenaustausch zwischen Erdölen und Wasser 46
2.3.2 Isotopenvariationen in unveränderten Ölen 49
2.3.3 Isotopieeffekte bei der bakteriellen Degradierung von Ölen 53
2.3.4 Die isotopische Veränderung in Ölen durch die thermische Reifung 57
2.3.5 Isotopenvariationen in Kondensaten 62
2.3.6 Genetische Korrelation von Ölen 64
2.3.7 Isotopenanalysen an Erdölen des süddeutschen Alpenvorlandes 67
2.3.8 Isotopenvariationen in Erdölen verschiedener erdölproduzierender
Sedimentbecken 70
2.3.9 Die Ursachen für Isotopenvariationen in Erdölen 71
3. Isotopenvariationen in Erdgasen 75
3.1 Einleitung und Problemstellung 75
3.2 Bakterielle Bildung von Methan 76
3.2.1 Theoretische Betrachtung zur bakteriellen Methanbildung 78
3.2.2 Biogene Erdgase 80
3.3 Erdgase thermischer Entstehung 87
3.3.1 Isotopieeffekte im Wasserstoff und Kohlenstoff des Methans
bei der Pyrolyse organischer Substanzen 88
3.3.2 Isotopenvariationen in thermisch gebildeten Erdgasen 91
3.3.2.1 Erdölgase 91
3.3.2.2 Erdgase und Kohlegase 93
3.4 Isotopenfraktionierungen im Methan durch sekundäre Prozesse 99
3.4.1 Isotopenaustausch 100
3.4.2 Migration 100
3.4.3 Bakterielle Oxidation 102
3.4.4 Mischung 103
3.5 Die genetische Charakterisierung von Erdgasen durch den
Kohlenstoff-13- und Deuteriumgehalt des Methans 103
3.6 Isotopenanalysen an Erdgasen verschiedener Herkunft 106
3.6.1 Einleitung 106
3.6.2 Methan in marinen Sedimenten (Golf von Kalifornien DSDP Leg 64) 107
3.6.2.1 Einleitung 107
3.6.2.2 Ergebnisse 109
3.6.2.3 Diskussion der Ergebnisse 110
3.6.3 Glacial Drift Gase (Illinois, USA) 114
3.6.4 Entstehung des Methans im Kivusee 118
3.6.5 Die Kohlegase des nordwestdeutschen Zechsteinbeckens 122
3.6.6 Die Entstehung von Erdgasen in jungen tertiären Becken
des Alpenraumes 128
3.6.6.1 Die Erdgase des westlichen Alpenvorlandes in Süddeutschland 129
3.6.6.2 Die Erdgase des ostbayerischen Molassebeckens 131
3.6.6.3 Die Erdgase des österreichischen Molassebeckens 133
3.6.6.4 Die Erdgase des Wiener Beckens 136
3.6.6.5 Die Erdgase des Pobeckens in Norditalien 140
3.6.6.6 Zur Entstehung des Athans in Erdgasen 142
3.6.6.7 Die Genese von Erdgasen in jungen tertiären Becken: eine Synopse 148
4. Anhang - Experimentelle Verfahren 150
5. Schriftenverzeichnis 154