Кероген представляет собой смесь органических материалов: преимущественно это останки мертвых микробов, растений и животных, которые успели разложиться и спрессовались глубоко под землей. Этот процесс — медленный пиролиз — формирует богатый углеродом и твердый как камень материал, усеянный порами различных размеров.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Science, сотрудники Массачусетского технологического института (МТИ) получили трехмерные изображения внутренней структуры керогена, точность деталей на которых в 50 раз превысила самые точные прошлые результаты.

При трансформации вследствие давления или геотермального тепла углеводородные молекулы в керогене распадаются на газ или нефть, которые протекают через поры и которые можно высвободить, пробурив отверстие.

При помощи электронной томографии был изучен образец керогена. Слева: внешний вид образца. Справа: детальное трехмерное изображение внутренней пористой структруы / © Pellenq et al

Для получения детальных изображений структуры керогена доктор Роланд Пелленк и его коллеги использовали электронную томографию, при которой маленький образец материала вращается в микроскопе, пока луч электронов зондирует структуру для поперечного сечения с разных углов. Затем данные комбинируются для получения полной трехмерной реконструкции пористой структуры.

«С этой новой наномасштабной томографией мы можем видеть, где в камне расположены молекулы углеводорода», — говорит Пелленк.

Результаты впервые показали значительные различия в наноструктуре керогена в зависимости от его возраста.

У относительно молодого керогена, возраст которого зависит от комбинации температур и давления, воздействовавших на него, наблюдаются более крупные поры и практически полное отсутствие связи между ними. У зрелого керогена, наоборот, более мелкие поры, связанные между собой сетью.

Исследование также показало, что типичные размеры пор в этих формированиях настолько малы, что обычные гидродинамические уравнения для вычисления способов движения жидкостей через пористые материалы не работают.