ธาตุที่พบเสมอใน เชื้อเพลิง เช่น ถ่านหิน

ปิโตรเลียม คือ สารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เป็นของผสมของโฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ที่ยุ่งยากและซับซ้อน ทั้งที่อยู่ในสภาพของแข็ง ของเหลว และแก๊ส หรือทั้งสามสภาพปะปนกัน แต่เมื่อต้องการจะแยกประเภทออกเป็นปิโตรเลียมชนิดต่างๆ จะใช้คำว่า น้ำมันดิบ (Crude oil) แก๊สธรรมชาติ (Natural gas) และแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) โดยปกติน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมีเฉพาะน้ำมันดิบ บางแหล่งอาจมีเฉพาะแก๊สธรรมชาติก็ได้ ส่วนแก๊สธรรมชาติเหลวนั้นหมายถึง แก๊สธรรมชาติในแหล่งที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินภายใต้สภาพอุณหภูมิและความกดดันที่สูง เมื่อถูกนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินในขั้นตอนของการผลิต อุณหภูมิและความกดดันจะลดลง ทำให้แก๊สธรรมชาติกลายสภาพไปเป็นของเหลว เรียกว่า แก๊สธรรมชาติเหลว

แหล่งกำเนิดปิโตรเลียม

น้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีสถานะเป็นของเหลว เบากว่าน้ำ น้ำมันผลิตได้จากบ่อน้ำมัน (oil pools) ซึ่งหมายถึงแหล่งสะสมน้ำมันและแก๊สธรรมชาติใต้ดินในแหล่งกักเก็บที่มีตัวปิดกั้นทางธรณีวิทยาหมายถึงส่วนของหินที่มีน้ำมันบรรจุอยู่เต็มช่องว่างในหินนั้น ดังนั้นบ่อน้ำมันหลายๆบ่อที่มีลักษณะโครงสร้างของการกักเก็บคล้ายๆกันหรือบ่อเดียวโดยแยกจากบ่ออื่นที่ไหลออกไปอาจเรียกรวมๆ กันว่าแหล่งน้ำมัน (oil field) แหล่งน้ำมันจึงอาจประกอบด้วยบ่อที่อยู่เรียงๆกันไปอยู่ข้างๆ กันหรืออยู่บนล่างตามแนวดิ่งก็ได้

ปิโตรเลียม (Petroleum)

ปิโตรเลียม มาจากคำในภาษาละติน 2 คำคือเพตราแปลว่า หินและโอเลียมซึ่งแปลว่าน้ำมัน รวมความแล้วหมายถึงน้ำมันที่ได้จากหิน

ตามนิยาม ปิโตรเลียมหมายถึงสารไฮโดรคาร์บอน (CH) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิดคือคาร์บอน (C) และ ไฮโดรเจน (H) โดยอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่นเช่นกำมะถัน ออกซิเจนไนโตรเจนฯลฯปนอยู่ด้วยปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง ของแข็งของเหลวหรือ แก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียมเองเป็นสำคัญนอกจากนี้ความร้อนและความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมนั้นถูกกักเก็บก็มีส่วนในการกำหนดสถานะของปิโตรเลียม

ปิโตรเลียมแบ่งตามสถานะที่สำคัญได้ 2 ชนิดคือน้ำมันดิบ (Oil) และ แก๊สธรรมชาติ ( Natural Gases) สถานะตามธรรมชาติน้ำมันดิบเป็น ของเหลวประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นส่วนใหญ่ที่เหลือเป็นสารกำมะถันไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่น

น้ำมันดิบแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามคุณสมบัติและชนิดของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบคือน้ำมันดิบฐานพาราฟินน้ำมันดิบฐานแอสฟัลท์ และน้ำมันดิบฐานผสมน้ำมันดิบทั้ง 3 ประเภทเมื่อนำไปกลั่น จะให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันในสัดส่วนที่แตกต่างกัน

ส่วนแก๊สธรรมชาติเป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ แก๊ส ณอุณหภูมิและความกดดันที่ผิวโลก แก๊สธรรมชาติประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก อาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือได้แก่ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์บางครั้งจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปะปนอยู่ด้วย

1. การเกิด

น้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติจะพบเกิดร่วมกับหินตะกอนที่เกิดในทะเลเสมอส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ มีซัลเฟอร์ไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนน้อยปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่าน้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีต้นกำเนิดมาจากอินทรียวัตถุที่เป็นพืชและสัตว์

อย่างไรก็ตามสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในน้ำมันและแก๊สธรรมชาติจะแตกต่างไปจากที่เราพบในสิ่งที่มีชีวิตอยู่บ้างดังนั้น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างที่เป็นซากของอินทรียวัตถุและผลที่ได้รับภายหลังขั้นตอนแรกก็คือการสะสมตัวของตะกอนในทะเลซึ่งมีซากพืชและสัตว์เป็นจำนวนมากวิธีการดังกล่าวต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมทั้งนี้เพราะว่าโดยปกติแล้วสภาวะแวดล้อมในทะเลมักประกอบด้วยออกซิเจนเป็นจำนวนมากและเป็นการเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่มันจะถูกทับถมโดยตะกอน ในกรณีดังกล่าวจำเป็นต้องอาศัยแอ่งของการตกตะกอนและการหมุนเวียนของกระแสน้ำต้องช้ามาก และเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุได้สะสมตัวอย่างไรก็ตามในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนเช่นนี้อาจจะไม่เพียงพอและจะป้องกันไม่ให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่แบคทีเรียสามารถใช้ซัลเฟตจากน้ำทะเลเพื่อจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุดังนั้นสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเกิดน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ จะต้องประกอบด้วยแอ่งสะสมตะกอนที่เหมาะสมที่สามารถสะสมพวกสารอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมากและจะต้องเป็นสภาวะแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและซัลเฟต

เมื่อซากอินทรียวัตถุพวกนี้ได้เกิดการสะสมตัวขึ้นแล้วจะต้องถูกปิดทับโดยตะกอนอีกทอดหนึ่งจากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอุณหภูมิและความดันจะเพิ่มขึ้นเมื่อความลึกถึงประมาณ 2.5 กิโลเมตร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนของอินทรียวัตถุโมเลกุลเดิมจะถูกทำลายลงและเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลใหม่ซึ่งให้ไฮโดรคาร์บอนในรูปของเหลวและแก๊สในช่องว่างของหินไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียงส่วนการที่จะมารวมตัวเกิดเป็นแหล่งของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆอีกหลายประการ ดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 การเกิดปิโตรเลียม

2. การสะสมตัว

ตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นจะเห็นได้ว่าเราต้องการชุดของตะกอน ซึ่งมีอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมากและถูกปิดสะสมตัวอยู่ที่ความลึกอย่างน้อยประมาณ 2.5 กิโลเมตรก่อนที่จะเกิดน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ ชุดของหินตะกอนนี้เรียกว่าหินต้นกำเนิด (Source Rock) ของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติน้ำมันและแก๊สธรรมชาตินี้ ปกติจะเกิดการเคลื่อนที่จากตำแหน่งที่มันเกิดทั้งนี้ก็เนื่องจากน้ำหนักของหินที่ปิดทับอยู่จะเป็นตัวบีบอัดให้น้ำมันและแก๊สเคลื่อนตัวไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินนอกจากนี้แล้วเนื่องจากในหินต้นกำเนิดมักจะมีน้ำแทรกตัวอยู่รวมทั้งหินที่อยู่ข้างเคียงด้วยและถ้าหากช่องว่างนั้นโตเพียงพอ น้ำมันและแก๊สก็มักจะเคลื่อนที่ขึ้นข้างบนไปสู่ชั้นหินที่อิ่มตัวด้วยน้ำในที่สุดน้ำมันและแก๊สธรรมชาติอาจจะเคลื่อนที่ขึ้นไปอยู่ที่ผิวดิน และสูญเสียไปหมดถ้าหากว่าไม่มีสิ่งที่เหมาะสมที่จะมาให้มันสะสมตัวและกักเก็บไว้ใต้ผิวดิน ชั้นหินเนื้อแน่นซึ่งส่วนมากจะเป็นหินดินดาน จะเป็นตัวที่ช่วยปิดกั้นหรือเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่ของน้ำมันและแก๊สได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชั้นหินเนื้อแน่นนั้นว่าวางตัวอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมหรือไม่ถ้าเหมาะสมชั้นหินดังกล่าวอาจจะหยุดไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวสู่ผิวดินและกักเก็บมันไว้ใต้ผิวดินต่อไปในลักษณะดังกล่าวจำเป็นที่จะต้องมีชั้นหินเนื้อพรุนวางตัวอยู่ข้างล่างชั้นหินเนื้อแน่น ทั้งนี้เพื่อที่จะให้ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้กักเก็บสะสมตัวอยู่เราเรียกชั้นหินเนื้อพรุนนี้ว่าชั้นหินกักเก็บ (Reservoir Rock) ทั้งนี้เพราะจะเป็นชั้นหินที่คอยกักเก็บและสะสมพวกไฮโดรคาร์บอนไว้ทั้งชั้นหินเนื้อแน่นและชั้นหินเนื้อพรุนที่จะประกอบกันเรียกว่าแหล่งกักเก็บ (Trap) หรือ แหล่งปิโตรเลียมซึ่งอาจจะมีหลายๆรูปแบบได้ เช่น โครงสร้างในลักษณะของประทุนคว่ำ (Antincline) หรือโครงสร้างรูปโดม

ภาพที่ 2 แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

เมื่อส่วนของชั้นหินที่ปิดทับถูกเปิดออกโดยหลุมเจาะ น้ำมันแก๊สธรรมชาติจะเคลื่อนที่จากช่องว่างของชั้นหินกักเก็บเข้าไปยังหลุมเจาะ และสามารถนำน้ำมันขึ้นมาสู่ผิวดิน เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ต่อไป แหล่งกักเก็บนี้อาจจะถูกเปิดออกโดยกรรมวิธีทางธรรมชาติได้เช่นกัน เป็นต้นว่าการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกหลังจากการเกิดแหล่งกักเก็บแล้ว ทำให้เกิดรอยแตกขึ้น ซึ่งจะทำให้น้ำมันและแก๊สธรรมชาติเกิดการเคลื่อนที่ไปสู่แหล่งกักเก็บใหม่ หรือขึ้นมาสู่ผิวดินแล้วแต่กรณี กรรมวิธีของการกัดเซาะที่เกิดขึ้นบนเปลือกโลก อาจจะเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แหล่งกักเก็บนั้นถูกทำลายลง ถ้าอัตราการกัดเซาะนั้นลึกลงไปถึงแหล่งกักเก็บ ดังนั้น โดยทั่วไปหินที่มีอายุอ่อน กล่าวคือ ประมาณ Cenozoic จะพบปิโตรเลียมมากที่สุด และตามด้วยหินที่มีอายุ Mesozoic และ Paleozoic ตามลำดับ ยังไม่เคยมีการค้นพบน้ำมันและแก๊สธรรมชาติในหินที่มีอายุ Precambrian เลย

3. การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม

โดยทั่วๆไป การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมจะเป็นวิธีการทางอ้อมทั้งนี้เพราะว่าแหล่งกักเก็บน้ำมัน ซึ่งมีสิ่งบ่งชี้ให้เห็นบนผิวดินว่ามีน้ำมันกักเก็บอยู่ปัจจุบันนี้มักจะถูกพัฒนานำขึ้นมาใช้เกือบทั้งนั้นด้วยเหตุนี้จำเป็นที่จะต้องอาศัยกรรมวิธีการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมอื่นๆในบริเวณที่นอกเหนือไปจากบริเวณดังกล่าวข้างต้นและที่อาจจะเป็นแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียมในบริเวณที่ถูกฝังลึกอยู่ในชั้นหินนับเป็นหลายๆกิโลเมตร