Innehåll
- Vad är en salt kupol?
- Deformationen av salt under tryck
- "Density Misuppfattning"
- Hur täthet kan vara irrelevant
- Hur stora är saltkupoler?
- Det första Salt Dome Oil Discovery
- Ekonomisk betydelse av saltkupoler
- Oljor och naturgasbehållare
- En källa till svavel
- Saltproduktion
- Underjordiska lagringsbehållare
- Sophantering
- Var uppstår saltkupoler?
Middle Jurassic salt: Detta tvärsnitt visar stenar i östra Texas Basin mellan Oklahoma-Texas gränsen (till vänster) och Mexikanska golfen kusten (till höger). Den lila stenenheten är det mellersta jura-saltet, en stenenhet som har förmågan att flyta under tryck. Saltet täcks av tusentals fot sediment som sätter ett enormt tryck på saltets yta och får det att rinna. På flera platser har saltet trängt uppåt i överliggande sediment. Detta har producerat små högar eller höga kolonner med salt som kan vara tusentals meter hög. Saltkolonnerna och mindre högar kallas "saltkupoler". USGS-bild.
Salt kupol: Tecknad film av en salt kupol som visar genomskinning genom två stenenheter och deformation av stenenheten omedelbart ovan. Tillväxten av kupolen uppnås genom migrering av salt till kupolen från omgivande områden. Saltet vandrar in i kupolen eftersom det komprimeras av vikten av överliggande sediment.
Vad är en salt kupol?
En salt kupol är en hög eller en kolonn med salt som har trängt inåt i överliggande sediment. Saltkupoler kan bildas i ett sedimentärt bassäng där ett tjockt saltlager överlagras av yngre sediment av betydande tjocklek. Där förhållandena tillåter kan saltkupoler höja tusentals fot över det saltlager som de började växa från. Ett exempel visas i illustrationen.
I illustrationen högst upp på sidan var den lila stenenheten (Js) ursprungligen ett lager salt. Det är saltkällan för flera saltkolonner och flera mindre kullar salt som har trängt in i överliggande enheter.
Utvecklingen av saltkupoler kan deformera bergenheter till fällor som innehåller olja och naturgas. De bryts ofta som källor till salt och svavel. Saltets ogenomträngliga karaktär kan göra dem till viktiga platser för underjordisk lagring eller underjordisk bortskaffande av farligt avfall.
Deformationen av salt under tryck
Till skillnad från de flesta andra typer av sediment har salt förmågan att ändra form och flöde när det placeras under tillräckligt högt tryck. För att utveckla en salt kupol måste trycket på saltet vara tillräckligt högt för att det ska kunna bryta in de överliggande sedimenten. Trycket måste vara tillräckligt stort för att övervinna flera hinder. Dessa inkluderar vikten av överliggande skikt, styrkan hos överliggande skikt, friktionskrafter och tyngdkraften som motstår upplyftning.
Två tryckkällor som har producerat saltkupor är det nedåtriktade trycket av det överliggande sedimentet och det laterala trycket för tektonisk rörelse.
Om ett område med svaghet eller instabilitet utvecklas i det överliggande sedimentet kan salt under tillräckligt tryck tränga in i det. Svagheten kan orsakas av förlängningsfrakturer, ett utvecklande antiklin, ett tryckfel eller en dal som eroderats i jordytan ovanför.
När saltet börjar flyta kan det fortsätta så länge som trycket på saltet är tillräckligt högt för att övervinna de motståndskrafter. Flödet stannar när saltet har stigit till en höjd där det finns jämviktsförhållanden.
"Density Misuppfattning"
Många förklaringar av saltkupoler antyder att den lägre tätheten av salt, jämfört med densiteten för överliggande bergsenheter, är drivkraften för saltkuppelbildningen. Det är en missuppfattning.
Vid deponeringen är klastiska sediment ovanför saltet okomprimerade, innehåller siginficant porutrymme och har en lägre densitet än saltet. Deras densitet överstiger inte saltets densitet förrän de är djupt begravda, tätt kompakterade och delvis lithifierade. Då är de inte längre mjuka sediment. De är kompetenta bergsenheter som kan vara hinder för saltintrång.
Vikt mot densitet: Luft har en densitet som nästan är försumbar. Emellertid väger en kolonn med atmosfärisk luft tillräckligt för att driva en kolonn med extremt tätt kvicksilver nästan en meter upp i ett glasvakuumrör.
Hur täthet kan vara irrelevant
En kvicksilverbarometer ger en illustration av hur densitet kan vara irrelevant. 1643 fyllde Evangelista Torricelli ett glasrör, stängt i ena änden, med kvicksilver. Han stod sedan upprätt i ett bassäng av kvicksilver och höll ena änden nedsänkt. Efter det att röret var upprätt, gav atmosfärens vikt på kvicksilverytan tillräckligt med tryck för att uppbära en kvicksilverkolonn nästan en meter i höjd. Kvicksilveret skulle stiga och falla i röret när atmosfärstrycket förändrades.
När det gäller en kvicksilverbarometer är densitetsskillnaden mellan kvicksilver i röret och densiteten för den omgivande luften enorm. Men atmosfärens vikt är tillräckligt hög för att stödja kvicksilverspelaren.
När det gäller en salt kupol kan tusentals fot sediment, trycka ner på en geografiskt omfattande saltenhet, ge tillräckligt med energi för att producera en salt kupol.
Arctic Salt Domes: En satellitbild av två salt kupoler som utbröt till ytan av Melville Island, norra Kanada. Kupolerna är de runda vita funktionerna omgiven av grå sten. De är vardera cirka 2 mil över. Ön är omgiven av havsis. Salt kan kvarstå vid ytan i kalla och torra klimat. Bild av NASA. Förstora bild.
Hur stora är saltkupoler?
Saltkupoler kan vara mycket stora strukturer. Saltkärnorna sträcker sig från 1/2 mil till 5 mil tvärs över. Stamrockenheterna som fungerar som saltkälla är vanligtvis flera hundra till några tusen fot tjocka. Saltkuporna stiger upp från djup mellan 500 och 6000 fot (eller mer) under ytan. De når vanligtvis inte ytan. Om de gör det kan en salt glaciär bildas.
Mexikanska golfen Salt Domes: En lättnadskarta över golvet i Mexikanska golfen utanför den sydöstra kusten i Louisiana. Röda och orange färger representerar grunt vatten; blå representerar djupare vatten. De runda platta toppstrukturerna är ytuttrycket av saltkupoler under jord. Bild från NOAA Okeanos Explorer-programmet. Förstora bild.
Det första Salt Dome Oil Discovery
Saltkupoler var nästan okända tills en prospekterande oljebrunn borrades på Spindletop Hill nära Beaumont, Texas år 1900 och slutfördes 1901. Spindletop var en låg kulle med en lättnad på cirka 15 fot där en besökare kunde hitta svavelfjädrar och naturgas sipprar.
På ett djup av cirka 1000 fot trängde brunnen in i en oljebehållare under tryck som sprängde borrverktygen ut ur brunnen och duschade det omgivande landet med råolja tills brunnen kunde bringas under kontroll. Den ursprungliga produktionen från brunnen var över 100 000 fat råolja per dag - ett större utbyte än någon tidigare brunn någonsin hade producerat.
Spindletop-upptäckten antände en borrning på liknande strukturer över Gulf Coast-området. Några av dessa brunnar slog olja. Dessa upptäckter motiverade geologer att lära sig om strukturerna nedan som innehöll så stora mängder olja.
Noggrann kartläggning av brunnsdata under jord och senare användningen av seismiska undersökningar gjorde det möjligt för geologer att upptäcka formen på saltkupoler, utveckla hypoteser om hur de bildas och förstå deras roll i petroleumsutforskningen.
Persiska viken Salt Dome: Sir Bani Yas Island i Persiska viken på de västra kusten i Förenade Arabemiraten. Ön är en kulle som skjuts upp av en stigande salt kupol. Kupolen har brutit genom öns yta, och den runda kärnan i kupolen kan ses i mitten av ön. Bild av NASA Earth Observatory. Klicka för större bild.
Ekonomisk betydelse av saltkupoler
Saltkupoler tjänar som olje- och naturgasbehållare, svavelkällor, saltkällor, underjordiska lagringsplatser för olja och naturgas samt bortskaffningsplatser för farligt avfall.
Oljor och naturgasbehållare
Saltkupoler är mycket viktiga för petroleumsindustrin. När en salt kupol växer, är locket ovanför det välvande uppåt. Denna lockberg kan fungera som en olje- eller naturgasbehållare.
När en kupol växer, är klipporna som den tränger in välvda uppåt längs kupolens sidor (se båda illustrationerna högst upp på denna sida). Denna uppåtriktade båge tillåter olja och naturgas att migrera mot saltkupolen där den kan samlas i en strukturell fälla.
Det stigande saltet kan också orsaka fel. Ibland tillåter dessa fel en permeabel stenenhet att tätas mot en ogenomtränglig bergsenhet. Denna struktur kan också tjäna som en olje- och gasbehållare. En enda salt kupol kan ha många tillhörande reservoarer på olika djup och platser runt kupolen.
Seismisk undersökning: En tidig seismisk profil av en salt kupol förvärvad från en undersökning ombord. Den visar en central saltkärna cirka 1/2 miles bred och berglager som deformerades av saltets rörelse uppåt. Seismisk bild modifierad efter Parke D. Snavely, United States Geological Survey.
En källa till svavel
Saltkupoler överläggs ibland av en mössa som innehåller betydande mängder elementärt svavel. Svaveln förekommer som ett kristallint material som fyller sprickor och intergranulära porer, och i vissa fall ersätter det kapberg. Svaveln tros ha bildats av anhydrit och gips associerat med saltet genom bakteriell aktivitet.
Vissa saltkupoler har tillräckligt med svavel i locket att det kan återvinnas ekonomiskt. Den återvinns genom att borra en brunn i svaveln och pumpa överhettat vatten och luft ner i brunnen. Det överhettade vattnet är tillräckligt varmt för att smälta svaveln. Den varma luften omvandlar det smälta svavlet till en skum som är tillräckligt flytande för att stiga upp en brunn till ytan.
I dag produceras mest svavel som en biprodukt från raffinering av råolja och bearbetning av naturgas. Produktionen av svavel från saltkupor är i allmänhet inte kostnadskonkurrenskraftig med svavel som produceras av olja och naturgas.
Saltproduktion
En del saltkupoler har utnyttjats av underjordisk gruvdrift. Dessa gruvor producerar salt som används som råmaterial av den kemiska industrin och som salt för behandling av snötäckta motorvägar.
Några saltkupoler har bryts ut genom lösning. Varmt vatten pumpas ner i en brunn i saltet. Vattnet löser upp saltet och bringas tillbaka till ytan genom produktionsbrunnar. Vid ytan avdunstas vattnet för att utvinna saltet, eller så använder det salta vattnet i en kemisk process.
Underjordiska lagringsbehållare
Några av gruvorna som utvecklats i saltkupor har förseglats försiktigt och användes sedan som lagringsplatser för olja, naturgas och väte.
Saltkupoler i USA och Ryssland fungerar också som nationella förvar för statliga reserver av heliumgas. Salt är den enda typen av sten som har en permeabilitet så låg att den kan hålla de små heliumatomerna.
Sophantering
Salt är en ogenomtränglig sten som har förmågan att flyta och täta sprickor som kan utvecklas i den. Av denna anledning har saltkupoler använts som bortskaffningsplatser för farligt avfall. Mänskliga hål i salt kupoler har använts som förvar för borravfall av oljefält och andra typer av farligt avfall i USA och andra länder. De har också beaktats för avfallshantering på hög nivå, men ingen plats i USA har fått den typen av avfall.
Amerikanska saltinsättningar: Plats för bäddade saltavlagringar och salt kupolbassänger i USA. Den stora kontinuerliga deponeringen längs Gulf Coast som innehåller de tre salt kupolbassängerna understryks av Louann Salt. Karta med lokala data från Argonne National Laboratory.
Var uppstår saltkupoler?
Saltkupoler kan förekomma i sedimentära bassänger där tjocka saltavlagringar har begravts av minst 500 fot av andra typer av sediment. En av världens största saltkupolregioner är Mexikanska golfen. Över 500 saltkupoler har upptäckts på land och under Mexikanska golfen havsbotten. De härstammar från Louann Salt, en berggrundsenhet som är i sidled i hela området. En karta i den högra kolumnen på denna sida visar platsen för bäddade saltavlagringar i USA och tre saltkupelfält. Stora fält med saltkupoler har också upptäckts i Angola, Brasilien, Kanada, Gabon, Tyskland, Iran och Irak.