Effects of magmatic intrusions on temperature history and diagenesis in sedimentary basins - and the impact on petroleum systems

PhD prosjektet har pågått siden januar 2016 og skal fullføres januar 2020. Alle studiepoeng og obligatoriske formidlingspoeng gjennomført og godkjent. Magmatiske intrusjoner er dannet av varm flytende stein som presser seg oppover i jordskorpen og blir liggende i lagrekken uten å nå overflaten. Ved intrusjonstidspunktet kan magmaen ha en temperatur på over 1000 oC, mens vertsbergartene den intruderer i har betydelig lavere temperatur. Målsettingen med studiet er å undersøke effekten av magmatisk intrusjoner på potensielle petroleumssystemer. Første artikkel i prosjektet "The importance of sill thickness and timing of sill emplacement on hydrocarbon maturation" (Marine and Petroleum Geology, 2018) tar for seg betydningen av magmatiske sillers tykkelse på temperatur og modning av hydrokarboner i sedimentære bassenger. Resultatene viser at det er dramatiske forskjeller på effekten av 50 meter kontra 100 meter tykke siller. Noen områder viser at med 100 meter tykke siller er alt organisk materialet omdannet til hydrokarboner. Samme område, bare med 50 meter tykke siller, viser at det organiske materialet er umodent. Studiet viser også at tidspunktet når sillene er avsatt, kan spille en stor rolle. Dette gjelder spesielt når kildebergarten ligger mellom to eller flere siller avsatt med en tidsdifferanse. Dette er viktige elementer i tolkning av tykkelse og intrusjonstid for magmatiske siller på seismiske data. Midtveisevaluering ved Universitet i Bergen ble gjennomført og godkjent i mars 2018. En populærvitenskapelig artikkel med tittelen «Fremtidig energikilde?» ble publisert på geoforskning.no i 2018. Dette ble innsendt i forbindelse med geoforskning.no sin årlige konkurranse i populærvitenskapelig formidling. Foredrag ble holdt i januar 2019 på Tectonic Studies Group årlige internasjonale konferanse med tittel "Transient thermal effects of sedimentary basins with normal faults and magmatic intrusions - A sensitivity study". Prosjektets andre artikkel ?Transient Thermal Effects in Sedimentary Basins with Normal Faults and Magmatic Sill Intrusions?A Sensitivity Study? (Geosciences, 2019) tar for seg temperatureffekten av bevegelse i forbindelse med forkastningsaktivitet i bassenger med sillintrusjoner. Når det skjer forkastningsbevegelse, oppstår det en temperaturmessig ustabilitet i nærliggende områder av forkastningen. Hvor lenge denne ustabiliteten varer og hvor stor temperatureffekten blir, avhenger blant annet av de fysiske egenskapene til bergartene i bassenget og tidsdiffferansen mellom forkastningsbevegelse og intrusjon av sillene. Resultatene viser at de største temperaturforskjellene finner en i den såkalte hengblokken. Dette er den delen av bassenget som beveger seg nedover langs forkastningen under forkastningsbevegelse. Dersom siller intruderer i hengblokken kort tid etter forkastningsbevegelse, vil disse intrudere inn i masser som er kaldere enn på samme dyp på motsatt side av forkastningen. Tar det derimot lenger tid fra forkastningsbevegelsen til sillene intruderer, har sedimentene fått tid til å bli litt varmere. Når da sillene intruderer, blir temperatureffekten av dem større. Dette fordi at utgangstemperaturen i omgivelsene er høyere. Andre elementer som påvirker tempertureffektene av sillintrusjoner i sedimentære bassenger er; forkastningssprang, tidsintervall for forkastningsbevegelse, helning på forkastningen, sedimentenes varmeledningsevne og varmekapasitet, varmestrøm fra jordens indre og hvordan forkastningsbevegelsen blir restaurert. Den tredje artikkelen ?The influence of magmatic intrusions on diagenetic processes and stress accumulation" (Geosciences, 2019) handler om effekten av sillintrusjoner på diagneseprosesser i sedimentære bassenger. Diagenese er betegnelsen på alle prosesser, fysiske, kjemiske og biologiske, som skjer med sedimenter på veien nedover i dypet fra løsmasse til faste bergarter. Fokuset er på omdannelse av silikaholdige substanser i sedimentene, og faseovergangene fra det som kalles ikke-krystallinsk til krystallinsk silika, en prosess som blant annet er temperaturavhengig. Den tar også for seg omdannelse av leirmineralet smektitt til illitt, og oppløsning og avsetning igjen av kvartsmineraler. Begge disse prosessene er også temperaturavhengige og gjør det dermed mulig å modellere hvor slike omdannelser kan ha funnet sted i områder med sillintrusjoner. Diagenese kan bidra til endringer i bergartenes fysiske egenskaper. Disse endringene kan føre til at bergartene responderer annerledes på de lokale spenningsforholdene, og dermed bidra til økt væskestrøm i områder med intrusjoner. Studien ser på hvordan magmatiske intrusjoner kan påvirke reservoarkvalitet, og understreker nødvendigheten av å kunne inkludere magmatiske siller og diagenetiske endringer i i basseng modellering. Arbeidet i den siste delen av prosjektet (frem til 15. januar 2020) vil gå med til å oppsummere resultater og teori i doktorgradsavhandlingen.

Doktorgradsprosjektet omhandler magmatiske intrusjoners påvirkning på petroleumssystemet, noe som reflekterer letevirksomhetens økte fokus på leting i geologisk komplekse områder. Prosjektet faller naturlig inn i kjernevirksomheten til Tectonor AS, og vil kunne bidra til at selskapet får utvidet kompetanse på de komplekse prosessene som er forbundet med magmatisme i leteområdene i Norskehavet og Barentshavet.

Magmatiske intrusjoner er dannet av varm flytende stein som presser seg oppover i jordskorpen og blir liggende i lagrekken uten å nå overflaten. Ved intrusjonstidspunktet kan magmaen ha en temperatur på over 1000 oC, mens vertsbergartene den intruderer i har betydelig lavere temperatur. I et sedimentært basseng vil derfor intrusjoner føre til økt temperatur, noe som kan være både godt og dårlig nytt for potensielle petroleumssystemer. For at organisk materiale skal kunne omdannes til olje eller gass, må kildebergarten være i olje- eller gassvinduet (hhv. 80-120 oC og 120-150 oC) over en lengre periode. I et område med magmatiske intrusjoner, vil temperaturøkningen relatert til intrusjonene gjøre at omdanningen til hydrokarboner kan foregå på et grunnere dyp enn normalt. Temperaturøkningen gjør også at bergartene i området rundt intrusjonene endrer egenskaper på grunn av kjemisk omdannelse. Dette kan gjøre at porene i bergartene tettes igjen, slik at oljen og gassen ikke klarer å strømme til, og akkumuleres i, potensielle feller. Når egenskapene til bergartene endres, kan også måten de reagerer på spenningsendringer forandre seg. I ytterste konsekvens kan dette føre til at forkastninger kan reaktiveres, noe som gjør det mulig for olje og gass å lekke ut fra potensielle feller. Denne studien vil fokusere på å oppnå en bedre forståelse av prosessene relatert til magmatiske intrusjoner, slik at vi kan forbedre beslutningsgrunnlaget i jakten på olje og gass i disse områdene.