Ropa a plyn

Co je Solná kopule?



Sloupy soli, které pronikají skrz nadložní sedimentární jednotky.

Střední jurská sůl: Tento průřez ukazuje skály východoamerické pánve mezi hranicí Oklahoma-Texas (vlevo) a Mexickým zálivem (vpravo). Purpurová skalní jednotka je Middle Jurassic sůl, skalní jednotka, která má schopnost proudění pod tlakem. Sůl je obložena tisíci stopami sedimentu, který vyvíjí obrovský tlak na povrch soli a způsobuje její proudění. Na mnoha místech sůl pronikla nahoru do nadložních sedimentů. Toto vytvořilo malé kopce nebo tyčící se sloupce soli, které mohou být tisíce stop vysoké. Sloupce soli a menší valy se nazývají "solné kopule". USGS obrázek 1.

Solná kupole: Karikatura solné kopule ukazující propíchnutí dvěma skalními jednotkami a deformaci skalní jednotky bezprostředně nad ní. Růst kupole se provádí migrací soli do kupole z okolních oblastí. Sůl migruje do kupole, protože je stlačena hmotností nadložních sedimentů.

Co je Solná kopule?

Solná kupole je hromada nebo sloupec soli, který pronikl vzhůru do překrývajících sedimentů. Solné dómy se mohou tvořit v sedimentární pánvi, kde silná vrstva soli překrývá mladší sedimenty významné tloušťky. Tam, kde to podmínky dovolují, mohou solné kopule stoupat tisíce stop nad vrstvu soli, ze které začaly růst. Příklad je znázorněn na obrázku.

Na obrázku v horní části stránky byla fialová skalní jednotka (Js) původně vrstvou soli. Je to zdroj soli pro několik sloupců soli a několik menších hromádek soli, které pronikly do nadložných jednotek.

Vývoj solných kopulí může deformovat skalní jednotky na pasti, které drží ropu a zemní plyn. Často se těží jako zdroje soli a síry. Nepropustná povaha soli z nich může učinit důležitá místa pro podzemní skladování nebo podzemní ukládání nebezpečného odpadu.

Deformace soli pod tlakem

Na rozdíl od většiny ostatních typů sedimentů má sůl při dostatečném tlaku schopnost změnit tvar a tok. Aby se vyvinula solná kupole, musí být tlak na sůl dostatečně vysoký, aby umožňovala vniknout do nadložních sedimentů. Tlak musí být dostatečně velký, aby překonal několik překážek. Patří sem hmotnost překrývajících vrstev, síla překrývajících vrstev, třecí síly a gravitační síla odolávající vzestupu.

Dva zdroje tlaku, které vytvořily solné dómy, jsou tlak nadměrného sedimentu a boční tlak tektonického pohybu.

Pokud se v nadložním sedimentu vyvine oblast slabosti nebo nestability, může do něj vniknout sůl pod odpovídajícím tlakem. Slabost může být způsobena prodlužovacími zlomeninami, vyvíjející se antiklinou, poruchou tahu nebo údolím erodovaným na zemský povrch nad ní.

Jakmile sůl začne proudit, může pokračovat tak dlouho, dokud je tlak na sůl dostatečně vysoký, aby překonal odporující síly. Tok se zastaví, jakmile sůl stoupne do výšky, kde existují rovnovážné podmínky.

„Mylná představa o hustotě“

Mnoho vysvětlení solných kopulí naznačuje, že nižší hustota soli, ve srovnání s hustotou nadložních skalních jednotek, je hnací silou tvorby solných kopulí. To je mylná představa.

V době depozice jsou klastové sedimenty nad solí nekompaktovány, obsahují významný pórovitý prostor a mají nižší hustotu než sůl. Jejich hustota nepřesahuje hustotu soli, dokud nejsou hluboce pohřbeny, pevně zhutněny a částečně litifikovány. Do té doby už nejsou měkkými sedimenty. Jsou to kompetentní skalní jednotky, které mohou být překážkou vniknutí soli.

Hmotnost vs. hustota: Hustota vzduchu je téměř zanedbatelná. Sloupec atmosférického vzduchu však váží natolik, že pohání sloupec extrémně husté rtuti téměř metr po skleněnou vakuovou trubici.

Jak může být hustota irelevantní

Rtuťový barometr poskytuje ilustraci toho, jak může být hustota irelevantní. V roce 1643 naplnila Evangelista Torricelli skleněnou trubici uzavřenou na jednom konci rtutí. Potom to postavil vzpřímeně v nádrži s rtutí a jeden konec držel ponořený. Poté, co byla zkumavka svislá, poskytovala váha atmosféry na povrchu rtuti dostatečný tlak, aby podpírala sloupec rtuti téměř jeden metr na výšku. Rtuť by stoupala a klesala v trubici, jak se mění tlak atmosféry.

V případě rtuťového barometru je rozdíl hustoty mezi rtutí v trubici a hustotou okolního vzduchu obrovský. Hmotnost atmosféry je však dostatečně vysoká, aby podporovala sloupec rtuti.

V případě solné kupole mohou tisíce stop sedimentu tlačit dolů na geograficky rozsáhlou solnou jednotku, což může poskytnout dostatek energie k vytvoření solné kupole.

Arktické solné dómy: Satelitní snímek dvou solných kopulí, které propukly na povrch ostrova Melville v severní Kanadě. Kopule jsou kulaté bílé prvky obklopené šedou skálou. Každý z nich je asi 2 mil napříč. Ostrov je obklopen mořským ledem. Sůl může na povrchu přetrvávat v chladném a suchém podnebí. Obrázek NASA 4. Zvětšit obrázek.

Jak velké jsou solné kopule?

Solné dómy mohou být velmi velké struktury. Solná jádra se pohybují od 1/2 míle do 5 mil napříč. Rodičovské skalní jednotky, které slouží jako zdroj soli, jsou obvykle tlusté několik set až několik tisíc stop. Solné dómy vystupují z hloubek mezi 500 a 6000 stop (nebo více) pod povrchem 2. Obvykle nedosahují povrchu. Pokud ano, může se tvořit slaný ledovec.

Solný dóm Mexického zálivu: Reliéfní mapa dna Mexického zálivu u jihovýchodního pobřeží Louisiany. Červená a oranžová barva představuje mělkou vodu; modrá představuje hlubší vodu. Kulaté ploché ploché struktury jsou povrchovým vyjádřením podpovrchových solných kopulí. Obrázek z programu Průzkumník NOAA Okeanos. Zvětšit obrázek.

První objev solných kupolů

Solné dómy byly téměř neznámé, dokud nebyla v roce 1900 vyvrtána průzkumná ropná studna na kopci Spindletop nedaleko Beaumont v Texasu a dokončena v roce 1901. Špindletop byl nízký kopec s reliéfem asi 15 stop, kde návštěvník mohl najít síry a prameny zemního plynu.

V hloubce asi 1 000 stop pronikla studna do tlakové nádrže na ropu, která vyfoukla vrtací nástroje ze studny a osprchovala okolní zemi surovou ropou, dokud se studna nemohla dostat pod kontrolu. Počáteční produkce ze studny byla přes 100 000 barelů ropy za den - větší výnos než jakákoli předchozí těžba, která kdy vyprodukovala.

Objev Spindletopu zapálil těžbu na podobných strukturách v oblasti pobřeží Mexického zálivu. Některé z těchto vrtů zasáhly ropu. Tyto objevy motivovaly geology k tomu, aby se dozvěděli o strukturách, které držely tak obrovské množství ropy 3.

Pečlivé mapování podzemních dat vrtů a později použití seismických průzkumů umožnilo geologům objevit tvar solných kopulí, vyvinout hypotézy o tom, jak se tvoří, a porozumět jejich úloze při průzkumu ropy.

Solný dóm Perského zálivu: Ostrov Sir Bani Yas v Perském zálivu na západním pobřeží Spojených arabských emirátů. Ostrov je mohyla tlačená vzestupnou solnou kupolí. Kopule se prorazila povrchem ostrova a kulaté jádro kopule je vidět ve středu ostrova. Obrázek NASA Earth Observatory 5. Klikněte pro zvětšení obrázku.

Ekonomický význam solných kopulí

Solné dómy slouží jako zásobníky ropy a zemního plynu, zdroje síry, zdroje soli, podzemní úložiště ropy a zemního plynu a úložiště nebezpečných odpadů.

Zásobníky ropy a zemního plynu

Solné kopule jsou pro ropný průmysl velmi důležité. Jak roste solná kupole, vrchní kámen nad ní je klenutý nahoru. Tato hornina může sloužit jako nádrž na naftu nebo zemní plyn.

Jak kupole roste, skály, které proniká, jsou klenuté vzhůru po stranách kupole (viz oba obrázky v horní části této stránky). Tento vzestupný oblouk umožňuje migraci ropy a zemního plynu směrem k solné kupole, kde se může hromadit ve strukturální pasti.

Rostoucí sůl může také způsobit poruchu. Někdy tyto chyby umožňují, aby propustná skalní jednotka byla utěsněna proti nepropustné skalní jednotce. Tato struktura může také sloužit jako zásobník ropy a plynu. Jediná solná kupole může mít mnoho přidružených rezervoárů v různých hloubkách a místech kolem kupole.

Seismický průzkum: Časný seismický profil solné kupole získaný z průzkumu na lodi. To ukazuje centrální jádro soli asi 1-1 / 2 mil široký a skalní vrstvy, které byly deformovány vzhůru pohybem soli. Seismický obraz upravený po Parke D. Snavely, Geologický průzkum Spojených států.

Zdroj síry

Solné dómy jsou někdy překryty horninou, která obsahuje významné množství elementární síry. Síra se vyskytuje jako krystalický materiál, který vyplňuje zlomeniny a mezikrystalové póry a v některých případech nahrazuje horninu čepice. Předpokládá se, že se síra vytvořila z anhydritu a sádry spojené se solí bakteriální aktivitou.

Některé solné dómy mají v horní skále dostatek síry, kterou lze ekonomicky získat. Obnovuje se vrtáním studny do síry a čerpáním přehřáté vody a vzduchu do studny. Přehřátá voda je dostatečně horká, aby roztavila síru. Horký vzduch přeměňuje roztavenou síru na pěnu, která je dostatečně vztlaková na to, aby stoupala dobře na povrch.

Dnes se většina síry vyrábí jako vedlejší produkt při rafinaci ropy a zpracování zemního plynu. Výroba síry ze solných kopulí obecně není nákladově konkurenceschopná se sírou získanou z ropy a zemního plynu.

Výroba soli

Některé solné dómy byly těžit podzemní těžbou. Tyto doly produkují sůl, která se používá jako surovina v chemickém průmyslu a jako sůl pro ošetření zasněžených dálnic.

Několik solných kopulí bylo těženo řešením. Horká voda se čerpá studnou do soli. Voda rozpustí sůl a je produkována zpět k povrchu přes produkční studny. Na povrchu se voda odpaří, aby se získala sůl, nebo se slaná voda použije v chemickém procesu.

Informace o solné kopule
1 Geologické modely a hodnocení neobjevených konvenčních a kontinuálních zdrojů ropy a zemního plynu: Křída Austin Chalk, USA, pobřeží Mexického zálivu; Krystal Pearson, Geologický průzkum Spojených států, Zpráva o vědeckém výzkumu 2012-5159, 2012.
2 Solné jeskyně a jejich využití pro odstraňování ropných polních odpadů: brožura vydaná Státním úřadem pro ropnou techniku, Národní laboratoř Argonne, 1999.
3 Spindletop: Original Salt Dome: Michel T. Halbouty, článek zveřejněný na webových stránkách WorldEnergySource.com, 2009.
4 Solné dómy na ostrově Melville: Jesse Allen, NASA Earth Observatory, Obrázek dne 27. srpna 2006.
5 Ostrov Sir Bani Yas, Spojené arabské emiráty: Astronautská fotografie z Mezinárodní kosmické stanice, NASA Earth Observatory, Obrázek dne 15. března 2010.

Podzemní skladovací nádrže

Některé doly vyvinuté v solných dómech byly pečlivě utěsněny a poté použity jako úložiště ropy, zemního plynu a vodíku.

Solné dómy ve Spojených státech a Rusku také slouží jako národní úložiště vládních rezerv heliového plynu. Sůl je jediný druh horniny, která má propustnost tak nízkou, že dokáže pojmout malé atomy helia.

Nakládání s odpady

Sůl je nepropustná hornina, která má schopnost protékat a utěsňovat zlomeniny, které by se v ní mohly vyvinout. Z tohoto důvodu byly solné dómy používány jako úložiště nebezpečného odpadu. Ve Spojených státech a dalších zemích se jako úložiště pro těžbu ropného pole a jiné druhy nebezpečného odpadu používají jeskyně vyrobené v solných dómech. Byly také uvažovány o likvidaci jaderného odpadu na vysoké úrovni, ale žádný druh odpadu ve Spojených státech neobdržel.

Americké solné vklady: Umístění ložisek solného ložiska a solných kupolí ve Spojených státech. Velké nepřetržité ložisko podél pobřeží Mexického zálivu, které obsahuje tři pánve se slanou kupolí, je podloženo Louannovou solí. Mapa Geology.com s údaji o poloze z Národní laboratoře Argonne 2.

Kde se vyskytují solné dómy?

Solné dómy se mohou vyskytovat v sedimentárních pánvích, kde jsou silná ložiska pochována nejméně 500 stop jiných typů sedimentů. Jednou z největších světových oblastí solných kopulí je Mexický záliv. Více než 500 solných kopulí bylo objeveno na pevnině a pod mořským dně Mexického zálivu. Pocházejí z Louann Salt, podpovrchové skalní jednotky, která je po celé oblasti laterálně perzistentní. Mapa v pravém sloupci na této stránce ukazuje umístění ložisek solného ložiska ve Spojených státech a tři pole solné kupole. Velká pole solných kopulí byla také objevena v Angole, Brazílii, Kanadě, Gabonu, Německu, Íránu a Iráku.