Geochimica
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I metodi geochimici nella sorveglianza sismica e vulcanica: clicca qui
ricerche petrolifere:
La nuova tavola periodica dei 112 elementi
in Inglese della INWA.
Determinazione Scambio cationico argille: clicca qui
Ammissibilità dei rifiuti in discarica: norme UNI citate in GUCE
Questa Decisione del Consiglio riporta le procedure da seguire per accertare l'ammissibilità dei rifiuti nelle discariche, definendo i valori limite di sostanze pericolose ammissibili ed elencando i metodi di campionamento e analisi per la caratterizzazione di base e la verifica di conformità.
A tale proposito, al punto 3 dell'Allegato alla Decisione, la Commissione rimanda alle norme del CEN esistenti o allo studio, ed in particolare:
- progetto di norma dal titolo: "Characterization of waste - Sampling" allo studio presso il Comitato Tecnico CEN/TC 292 "Characterization of waste";
- EN 13657 "Characterization of waste - Digestion for subsequent determination of aqua regia soluble portion of elements" attualmente in traduzione presso UNI per la pubblicazione in italiano come UNI EN 13657;
- EN 13656 "Characterization of waste - Microwave assisted digestion with hydrofluoric (HF), nitric (HNO3) and hydrochloric (HCl) acid mixture for subsequent determination of elements" attualmente in traduzione presso UNI per la pubblicazione in italiano come UNI EN 13656;
- EN 13137 pubblicata in italiano come UNI EN 13137 "Caratterizzazione dei rifiuti - Determinazione del carbonio organico totale (TOC) in rifiuti, fanghi e sedimenti";
- prEN 14346 "Characterization of waste - Calculation of dry matter by determination of dry residue or water content" allo studio presso il Comitato Tecnico CEN/TC 292 "Characterization of waste"
prEN 14405 "Characterisation of waste - Leaching behaviour test - Up-flow percolation test" allo studio presso il Comitato Tecnico CEN/TC 292 "Characterization of waste" ;
- EN 12457 "Characterisation of waste - Leaching - Compliance test for leaching of granular waste materials and sludges"
Questa norma in quattro parti, recentemente pubblicata dal CEN, sarà recepita dall'UNI e andrà ad integrarsi con le appendici alla norma nazionale UNI 10802 "Rifiuti - Rifiuti liquidi, granulari, pastosi e fanghi - Campionamento manuale e preparazione ed analisi degli eluati" che già si riferisce alle prove della parte 2 della EN 12457;
- ENV 12506 ed ENV 13370 pubblicate in italiano rispettivamente come UNI ENV 12506 "Caratterizzazione dei rifiuti - Analisi degli eluati - Determinazione di pH, As, Cd, Cr VI, Cu, Ni, Pb, Zn, Cl¯, NO2- , SO42-" e come UNI ENV 13370 " Caratterizzazione dei rifiuti - Analisi degli eluati - Determinazione di N ammoniacale, AOX, conducibilità, Hg, indice fenolo, TOC, CN- facilmente liberabile, F-" ed a loro volta utilizzate come riferimento nelle appendici alla norma UNI 10802
- prEN 14039 "Characterization of waste - Determination of hydrocarbon content in the range of C10 - C40 by gas chromatography" allo studio presso il Comitato Tecnico CEN/TC 292 "Characterization of waste".
Un pò di storia:
Fine del XVIII sec. - I ricercatori dell'epoca sentirono la necessità di ordinare in qualche modo gli ELEMENTI conosciuti a quel tempo in modo da poterne prevedere le caratteristiche chimico-fisiche che si andavano scoprendo.
In seguito si cominciò a mettere in relazione il peso atomico degli elementi con le proprietà che essi manifestavano.
1817 J.W.Döbereiner - Individuò dei gruppi formati da tre elementi aventi caratteristiche omogenee. Essi vennero da lui chiamati triadi ed il peso atomico dell’elemento mediano di ciascun gruppo rappresentava la media dei pesi atomici degli altri due elementi.
1864 J.A.R. Newlands - Dispose gli elementi in fila secondo il peso atomico crescente e notò che le proprietà chimico-fisiche tendevano a ripetersi ogni sette elementi.
Newlands formulò quindi una legge detta "dell'ottava".
C'era il problema però che questo tipo di classificazione presentava molte incongruenze.
1870 D. Mendeleev e L. Meyer - si occuparono rispettivamente delle proprietà chimiche e delle proprietà fisiche ed arrivarono ad elaborare una legge sul carattere periodico degli elementi, che venne tabulata nel cosiddetto Sistema Periodico degli Elementi. Gli elementi erano disposti in ordine di peso atomico crescente, le sequenze orizzontali, che presero il nome di PERIODI, erano troncate e disposte l’ una sopra l’ altra in modo da formare delle sequenze verticali di elementi dalle caratteristiche simili (GRUPPI).
Mendeleev si rese conto che per rispettare la legge della periodicità degli elementi ne restavano da scoprire ancora alcuni; ma si arrivò ad una forma più precisa e completa di classificazione quando si ordinarono gli elementi secondo il numero atomico crescente.
La Tavola Periodica divide gli elementi in: Metalli, SemiMetalli (o Metalloidi) e Non Metalli; Lantanidi e Attinidi. Ne mostra lo stato di aggregazione a 100 °C.
Le caratteristiche degli elementi variano lungo il Periodo e lungo il Gruppo.
Ogni elemento è caratterizzato da Peso atomico, numero atomico, numero di massa atomica, configurazione elettronica, elettronegatività, affinità elettronica, stato di ossidazione, ...
Introduzione alla Geochimica
La geochimica è una scienza che studia le unità geologiche e la loro evoluzione nello spazio e nel tempo, attraverso indagini sulla distribuzione e sul comportamento delle specie atomiche, nucleari e molecolari che le costituiscono.
Il termine "geochimica" venne per la prima volta utilizzato nel 1838 da Schombein, scopritore dell'ozono. Agli inizi del secolo scorso si svilupparono, tra le altre, le opere di Goldschmit e Vernadskij, i due ricercatori che maggiormente contribuirono al consolidamento di questa disciplina.
La geochimica dell'idrosfera, o idrogeochimica, è un'area specifica della geochimica che tratta i processi di alterazione chimica delle rocce, come idratazione, idrolisi, ossidazione, e la loro interazione con l'ambiente ed i sistemi idrico e atmosferico; inoltre tratta gli aspetti chimici delle acque superficiali e sotterranee, come la loro salinità, clorinità, tempo di resistenza degli elementi ecc. Mentre l'idrogeochimica pone particolare attenzione alle acque di falda o lacustri, l'oceanografia chimica si occupa invece di studiare gli aspetti e processi chimici che riguardano le acque oceaniche.
Un particolare settore della geochimica è la geochimica isotopica, dedicato allo studio dei diversi rapporti che gli isotopi possono avere nella composizione delle rocce, dei sali disciolti e nell'acqua.
La geochimica ambientale si occupa dei risvolti ecologici dei cicli geochimici e dell'impatto antropico su tali cicli, dell'inquinamento delle acque naturali, del suolo e delle relative strategie di contrasto, ponendo particolare attenzione sul rischio geochimico.
La geochimica organica è una branca che si occupa particolarmente dello studio dei processi e dei composti organici derivanti dagli organismi viventi o precedentemente morti e del loro impatto geologico; la geochimica del petrolio si occupa in particolare dello studio approfondito sulle fonti naturali degli idrocarburi liquidi e gassosi. La biogeochimica invece, nel suo approccio interdisciplinare, tende a soffermarsi maggiormente sugli aspetti legati ai processi biologici di scambio di materia ed energia e sulle loro conseguenze.
La geochimica non guarda solo alla risoluzioni di problemi di natura isotopica ma offre un quadro completo della situazione del cosmo, della Terra, delle acque terrestre e dei processi magmatici di tutti gli elementi da noi conosciuti. È compito della cosmochimica lo studio della distribuzione degli elementi e dei loro isotopi nel cosmo. Il concetto di volatilità geochimica è uno dei principali fattori che rende conto della diversa distribuzione degli elementi chimici sulla Terra rispetto all'universo.
La distribuzione degli elementi sulla crosta terreste vede prevalere l'ossigeno legato presente in ragione del 61,1%, seguito dal silicio col 20,4%, dall'aluminio con il 6,3%, dall'idrogeno con il 2,9%, dal calcio e dal sodio con il 2,1%, dal magnesio col 2%, dal ferro con l'1,5%, dal potassio con l'1,1% e dal titanio con lo 0,2%. La restante composizione percentuale in peso è determinata da altri elementi caratterizzati da abbondanza minore dello 0,2%.
Considerando invece l'intera distribuzione sulla Terra includendo anche il nocciolo terrestre, la situazione è invece alquanto differente. Gli elementi più abbondanti sono il ferro col 35,4%, l'ossigeno col 27,8%, il magnesio col 17%, il silicio col 12,6%, lo zolfo e il nichel col 2,7%, il calcio con lo 0,6% e l'alluminio con lo 0,4%.
La differenza di composizione riscontrata e la maggiore o minore abbondanza di un dato elemento all'interno di un ben definito strato terrestre sono spiegati in base alla classificazione Goldschmitdegli elementi chimici.
La geochimica ambientale è la scienza ambientale che applica i metodi e concetti della geochimica per lo studio di cicli ed equilibri che interessano l'ambiente naturale, i risvolti ecologici del geochimismo, l'impatto antropico e il rischio geochimico legato all'immissione di tossici e inquinanti nel sistema ambiente.
Argomenti di interesse saliente per la geochimica ambientale sono:
- cicli biogeochimici dell'acqua e degli elementi chimici;
- equilibri chimici naturali che interessano le acque interne, il mare e il suolo;
- processi legati all'azione degli agenti atmosferici e alla mineralogia delle argille;
- destino e impatto ambientale degli inquinanti delle acque e del suolo, monitoraggio della qualità delle acque destinate a uso umano e strategie di contrasto e prevenzione dell'inquinamento;
- emissioni di tossici in ambiente derivate da attività umana (es. metalli pesanti e diossine) o dai rifiuti;
- rischio geochimico.
Il rischio geochimico è definito come il rischio per gli ecosistemi e la salute degli esseri viventi legato a elementi tossici presenti in ambiente che interagiscono con la biosfera. È da sottolineare che tali elementi non sono solamente il frutto dell'attività umana ma sono anche, in vario modo, ampiamente presenti in natura. Un esempio di rischio geochimico di origine naturale è quello legato alle emissione gassose di vulcani e fonti geotermiche, alle emissioni naturali di pulviscolo atmosfericoo dalle emissioni radioattive di radon dal terreno. L'attività umana accresce il rischio geochimico immettendo nell'ambiente una ulteriore quantità di tossici.
Geologia degli idrocarburi
La geologia degli idrocarburi principalmente si occupa di individuare, definire e valutare alcuni elementi chiave, che concorrono alla formazione di un giacimento di idrocarburi entro un bacino sedimentario:
- Roccia madre (source rock), in cui si e' originato il petrolio, la sua assenza preclude la possibile esistenza di giacimenti di idrocarburi
- Roccia serbatoio (reservoir), ossia la roccia dotata di porosità che nel sottosuolo può fungere da "contenitore" per gli idrocarburi
- Roccia di copertura (cap rock), e' una roccia impermeabile, in posizione geometrica sovrastante la roccia serbatoio, che confina l' idrocarburo in un volume ben definito di roccia.
- Trappola (trap), ossia una combinazione di successioni rocciose con un assetto strutturale tale da intrappolare gli idrocarburi nel sottosuolo, impedendo loro di risalire fino alla superficie del suolo. Solitamente, a seconda del tipo si ha una trappola strutturale, o una trappola stratigrafica, oppure una combinazione delle due: trappola mista.
- Generazione dell'idrocarburo (Maturation) per degradazione della materia organica contenuta nella roccia madre.
- Migrazione dell'idrocarburo (Migration) generato nella maturazione della roccia madre, e suo accumulo nella trappola.
In generale, tutti questi elementi vengono riconosciuti e studiati attraverso osservazioni parziali del sottosuolo, possibili con i dati e le informazioni che vengono raccolte con la perforazione di uno o più pozzi esplorativi nella area investigata. Nel valutare questi dati occorre considerare che ogni pozzo perforato costituisce un segmento monodimensionale entro un universo tridimensionale, caratterizzato da variazioni laterale delle proprietà geologiche. La capacità di estrapolare informazioni a carattere tridimensionale, da dati monodimensionali rappresenta una delle maggiori sfide interpretative degli studi geologici di sottosuolo. Recentemente la disponibilità di registrazioni sismiche in 3D, aventi alta qualità come risoluzione e facilmente analizzabili al computer ha notevolmente migliorato le possibilità interpretative della geologia del sottosuolo.
La valutazione della roccia madre richiede analisi geochimiche per quantificare la presenza del carbonio di origine organica, entro la roccia, classificarlo in funzione della sua origine e valutarne la sua qualità naftogenica. Da queste analisi è possibile dedurre quale sarebbe il tipo e la qualità di idrocarburi che può o potrebbe essere stato generato.
La roccia serbatoio o reservoir (quest'ultimo termine è il più comunemente usato), è una unità litologica porosa e permeabile, che può essere costituita da un unico corpo roccioso, o una successione di numerosi corpi, in grado di immagazzinare idrocarburi entro i suoi pori e con permeabilità tale da permetterne l'emungimento tramite i pozzi di produzione. L'analisi di un reservoir richiede la valutazione quantitativa della sua porosità, necessaria per determinare il volume in situ degli idrocarburi nel giacimento. Tipiche rocce reservoir sono le sabbie, le arenarie e le rocce carbonatiche (calcari e dolomie). Le discipline chiave per l'analisi dei reservoir includono la stratigrafia, sedimentologia e la geologia strutturale la petrofisica e l'ingegneria dei giacimenti.
La roccia di copertura è una unità litologica, geometricamente sovrastante il reservoir, caratterizzata petrofisicamente da permeabilità molto bassa o nulla, che ferma, impedendo il fusso di fluidi al suo interno, la migrazione verso l'alto degli idrocarburi, mantenendoli accumulati entro il reservoir. Le rocce di copertura più comuni sono evaporiti come gessi, anidriti, salgemma e le argille.
Il termine "trappola" indica una particolare conformazione geometrica, composizionale (sia stratigrafica che strutturale) che assicura una sovraposizione geometricamente verticale di un reservoir e della roccia di copertura, che permette che gli idrocarburi rimangano intrappolati nel sottosuolo, piuttosto che risalire, tramite la spinta di Archimede (essendo più leggeri dell'acqua sempre presente nel sottosuolo), galleggiando fino alla superficie terrestre.
L'analisi della genesi dell'idrocarburo include il riconoscimento della storia termica della roccia madre per individuare i tempi geologici della sua maturazione, generazione degli idrocarburi e loro espulsione dall'unità della roccia madre e stimare i possibili volumi di idrocarburi prodotti.
Il riconoscimento dei dettagli della migrazione dell'idrocarburo e del percorso seguito permette di identificare possibili zone interessate da accumuli di idrocarburi, comprendere la ragione delle possibili variazioni di qualità di idrocarburi tutti provenienti dalla stessa roccia madre ed infine di identificare l'area di generazione degli idrocarburi.
Con il termine trappola strutturale si indica un tipo di struttura geologica, di solito prodotta da una faglia o da una anticlinale, che costituisce la struttura tipica dei giacimenti di idrocarburi.
Si tratta in particolare di un tipo di struttura positiva che, grazie alla sua conformazione ed alla presenza di una copertura impermeabile, solitamente uno strato argilloso, interrompe la migrazione degli idrocarburi dalla roccia madre verso gli strati più superficiali della crosta terrestre e ne consente l'accumulo nelle porosità della roccia, detta roccia serbatoio, creando pertanto un giacimento spesso economicamente sfruttabile.
Al di sotto della trappola strutturale si accumulano pertanto gli idrocarburi, che non possono proseguire la loro migrazione verso la superficie, quasi sempre con una stratificazione di fluidi caratteristica: costituita da depositi di gas naturale nella parte superiore e di idrocarburi liquidi nella parte inferiore; al di sotto dello strato mineralizzato ad idrocarburi liquidi viene solitamente a formarsi uno strato di acqua.
Le trappole strutturali sono state le prime strutture di accumulo di idrocarburi ad essere riconosciute, analizzate ed interpretate e la geologia degli idrocarburi e' nata, agli inizi del secolo scorso, sostanzialmente con l'inizio della attività' esplorativa dedicata sistematicamente alla scoperta di questo tipo di trappole.
Trappola stratigrafica
Per trappola sedimentaria o trappola stratigrafica si intende una particolare assetto geologico che, per la combinazione delle sue caratteristiche geometriche e della stratigrafia delle serie sedimentarie che la costituiscono, è in grado di trattenere, intrappolandoli idrocarbri liquidi (petrolio) o gassosi (metano).
Gli idrocarburi, si generano entro una roccia ricca di materia organica (detta roccia madre) in seguito ad aumenti di pressione e temperatura. Se esiste la possibilità di spostamento degli idrocarburi, questi possono migrare entro rocce porose e permeabili dette rocce serbatoio.Quando la roccia serbatoio è ricoperta da altre rocce impermeabili (es. argilla), che impediscono l'ulteriore spostamento degli idrocarburi, si forma una trappola sedimentaria. In caso contrario, gli idrocarburi, specialmente se gassosi, tendono a muoversi verso l'alto disperdendosi alla fine nell'atmosfera se gassosi, o decadendo per attivita' batterica ed ossidazione nel caso di idrocarburi liquidi.A differenza delle trappole strutturali, una trappola sedimentaria non richiede una particolare disposizione strutturale degli strati rocciosi, ma richiede l' esistenza di rocce impermeabili che chiudano lateralmente e superiormente dei livelli porosi che fungono da reservoir. L'esplorazione e lo sfruttamento di giacimenti contenuti entro trappole stratigrafiche cronologicamente inizio' posteriormente rispetto a quelli presenti in trappole strutturali. Questo avvenne per la ragione che l'individuazione delle trappole stratigrafiche risulta più complessa, non essendo di aiuto l'assetto geometrico delle rocce e necessita quindi di una adeguata conoscenza della sequenza stratigrafica locale. Tipicamente queste trappole si hanno entro sequenze sedimentarie detritiche con variazioni laterali di facies, quali si possono rinvenire in deposti costieri collegati a trasgressioni marine, in ambiente eolico ove le sabbie delle dune sono ricoperte da depositi argillosi siltosi di piana alluvionale. Altri casi tipici sono dati da reservoir costituiti da calcaridi scogliera corallina annegati in sedimenti argillosi.
Il termine roccia madre è applicato in geologia, alle rocce e ai sedimenti che costituiscono l'origine degli idrocarburi (solidi e liquidi). Si tratta di rocce caratterizzate da abbondanza di materia organica, derivata dall'accumulo di resti di organismi viventi in condizioni di scarsa ossigenazione. In queste condizioni, la materia organica non viene ossidata e può essere seppellita con il graduale accumulo dei sedimenti, dando origine ad una massa amorfa definita kerogene. Con l'aumentare della profondità di seppellimento, l'aumento della temperatura (oltre la soglia dei 100 °C), provoca la progressiva "rottura" (cracking) dei legami molecolari del kerogene, che si trasforma in composti più semplici: gli idrocarburi. Dal kerogene con l'aumento della temperatura si originano in successione gli idrocarburi solidi (bitume), liquidi (petrolio), e infine gassosi (con molecola sempre più semplice, fino al metano).
La roccia serbatoio, chiamata in gergo petrolifero reservoir, è la roccia che contiene il petrolio ed è quindi in grado di trattenere il fluido ma anche di cederlo. Le caratteristiche di questa roccia sono la porosità e la permeabilità.
Le rocce serbatoio sono di origine sedimentaria e vengono distinte in rocce di natura clastica come arenarie, ghiaie e conglomerati che costituiscono circa il 60% dei reservoir petroliferi conosciuti e rocce di deposizione carbonatica come calcare e dolomia, e biochimiche come le rocce calcaree costituite da sedimenti di scogliera che costituiscono circa il restante 40% dei reservoir. Eccezionalmente si conoscono alcuni casi di rocce serbatoio di diversa natura litologica: vulcanica o di roccia ignea, che tuttavia numericamente costituiscono una frazione trascurabile, per quanto scientificamente interessante, dei reservoir conosciuti.
La registrazione di log geofisici in foro (o semplicemente usando l' inglese logging) è la specifica tecnica geofisica usata e sviluppata, principalmente nella ricerca petrolifera per misurare, entro un pozzo di ricerca, produzione, piezometrico o un semplice foro di sondaggio, alcune proprietà fisiche, chimiche e geologiche delle rocce nel sottosuolo e dei fluidi in esse contenuti.
Attualmente le registrazioni di logs, per le loro caratteristiche di misurazione continua e documentazione, natura digitale del dato e necessita' sempre crescenti di avere informazioni precise sulle condizioni del sottosuolo, fanno si che le registrazioni di log vengono effettuate anche entro pozzi perforati per altri scopi, quali pozzi geotermici, per emungitura di acque profonde, valutazioni economiche di giacimenti minerari e sondaggi geotecnici profondi per opere impegnative di ingegneria civile.
Un'operazione di logging consiste nel calare nel pozzo una combinazioni di strumenti, solitamente collegati alla superficie con un cavo conduttore di corrente elettrica, ed al tempo stesso in grado di trasmettere bidirezionalmente segnali digitali, un tempo analogici. La registrazione viene eseguita generalmente durante la risalita dello strumento verso la superficie, i dati vengono trasmessi in real time in superficie, ove sono memorizzati in forma digitale e contemporaneamente i principali parametri registrati sono disegnati sotto forma di curve analogiche in corrispondenza delle profondità di registrazione.
L'intervallo di sottosuolo registrato può variare in lunghezza dal fondo del pozzo (in qualche caso superiore ad 8000 m di profondità) fino, se necessario, alla superficie del suolo. A partire dagli anni '80, sono stati sviluppati anche strumenti in grado di registrare log in contemporanea alla perforazione del pozzo (conosciuti nella terminologia anglosassone come strumenti LWD - Logging While Drilling). Gli strumenti in questo caso sono montato immediatamente sopra lo scalpello, nella batteria di perforazione, e registrano i dati in tempo reale durante l'avanzamento della perforazione o le manovre della batteria.
L'industria geofisica ha sviluppato nel tempo una serie di strumenti di log per misurare la resistività delle rocce, la loro densità, la velocità e gli attributi delle onde acustiche trasmesse, la porosità, la radioattività naturale, le proprietà dielettriche e la risonanza magnetica nucleare della roccia stessa. Negli ultimi anni si sono molto diffusi gli studi csiddetti di "borehole imaging", basati sulla possibilità di ottenere un'immagine artificiale di grande dettaglio della superficie interna del pozzo.
L'interpretazione di queste registrazioni permette di identificare i livelli con idrocarburi e di quantificare i volumi di petrolio e metano presenti nel giacimento, tramite le stime della porosità del reservoir.
I log permettono anche il riconoscimento di molte caratteristiche litologiche e tessiturali dei sedimenti attraversati dal pozzo, e costituiscono quindi un utile strumento per studi di tipo sedimentologico, stratigrafico e strutturale (fratture, faglie, giacitura degli strati ecc.).
Il termine log inglese si è sostituito nell'uso comune italiano alle locuzioni carotaggio elettrico o diagrafia elettrica, ormai desuete, per indicare queste operazioni di acquisizione dati entro i fori di pozzi perforati, soprattutto se a scopo petrofisico e per interpretazioni geologico-strutturali e sedimentologiche.
La geochimica del petrolio si occupa dello studio degli idrocarburi, liquidi e gassosi, prodotti in natura. Gli studi sulle rocce madri generalmente forniscono informazioni sulla quantità di petrolio o gas naturale che la roccia è potenzialmente in grado di generare e sul livello di maturità di un particolare campione. Gli studi iniziali sono volti a identificare la tipologia della fonte, il grado di maturità e le alterazioni associate agli idrocarburi. Tali determinazioni sono tipicamente eseguite tramite metodiche analitiche che sfruttano gli isotopi del carbonio, biomarcatori e metodi spettroscopici, quali la spettroscopia IR. I dati ottenuti possono essere anche utilizzati per interpretare la storia di un dato giacimento di petrolio, inclusi gli itinerari di migrazione verso le rocce serbatoio, il tempo trascorso nella riserva e altri meccanismi di alterazione. Infine, una dettagliata indagine geochimica può aiutare a identificare giacimenti il cui sfruttamento può essere particolarmente ostacolato dalla struttura geologica.
Mentre la geologia degli idrocarburi tende a focalizzarsi maggiormente sugli aspetti geologici legati al petrolio, la geochimica del petrolio si sofferma invece maggiormante sui fenomeni e trasformazioni geochimiche correlate e sulla caratterizzazione chimica del petrolio e del gas naturale.
La petrofisica è una branca specializzata della geologia che si occupa dell' analisi delle proprietà fisiche e chimiche delle rocce, delle interazione fra le rocce ed i fluidi in esse contenuti e delle caratteristiche delle rocce rispetto al dominio geologico in cui sono osservate.
Si tratta a scienza interdisciplinare che richiede l'integrazione di nozioni di geologia, geofisica e fisica della materia e chimica; essa trova le sue principali applicazioni nella ricerca e produzione di risorse naturali quali la valutazione dei giacimenti di petrolio e metano, lo sfruttamento dei serbatoi geotermali e delle fald acquifere.
I principali prodotti delle analisi petrofisiche riguardano:
- la determinazione della porosità, permeabilità e saturazioni in fluidi, dei serbatoi rocciosi necessari per una stima delle riserve minerarie ed una loro valutazione economica.
- calcolo dei parametri geomeccanici statici e o dinamici delle rocce perforate nel sottosuolo, principalmente per migliorare la perforazione dei pozzi di sviluppo.
- determinazione delle proprietà acustiche delle rocce per migliorare l'interpretazione sismica.
Le indagini petrofisiche possono essere suddivise in due categorie:
- Analisi dirette eseguite su campioni di roccia in laboratorio. Questi campioni possono provenire da campionamenti di rocce affioranti in superficie o entro gallerie, o da detriti raccolti durante la perforazione di un pozzo o infine da carote appositamente prelevate durante la perforazione del pozzo.
- Analisi indirette tramite log ossia interpretando ed elaborando la registrazione di dati geofisici ottenuti tramite diverse sonde appositamente discese nei pozzi.
L'integrazione di queste due tipologie di analisi conduce alla creazione di un valido modello petrofisico da applicare alle rocce investigate.
La geochimica del petrolio si occupa dello studio degli idrocarburi, liquidi e gassosi, prodotti in natura. Gli studi sulle rocce madri generalmente forniscono informazioni sulla quantità di petrolio o gas naturale che la roccia è potenzialmente in grado di generare e sul livello di maturità di un particolare campione. Gli studi iniziali sono volti a identificare la tipologia della fonte, il grado di maturità e le alterazioni associate agli idrocarburi. Tali determinazioni sono tipicamente eseguite tramite metodiche analitiche che sfruttano gli isotopi del carbonio, biomarcatori e metodi spetroscopici quali la spettroscoia IR. I dati ottenuti possono essere anche utilizzati per interpretare la storia di un dato giacimento di petrolio, inclusi gli itinerari di migrazione verso le rocce serbatoio, il tempo trascorso nella riserva e altri meccanismi di alterazione. Infine, una dettagliata indagine geochimica può aiutare a identificare giacimenti il cui sfruttamento può essere particolarmente ostacolato dalla struttura geologica.
