Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4116
Naeth, Jochen
Formation of carbonate mounds in the Porcupine Basin, offshore Ireland
292 S., 2004
Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Zusammenhang von aktiver
Kohlenwasserstoffleckage und dem Wachstum von Tiefseekorallen am Kontinentalrand des
Nordatlantiks. Gegenstand der Untersuchung sind rezente und begrabene Karbonathügel im
Porcupine Becken, 200km westlich von Irland. Die Karbonathügel sind bis zu 3 km lang und
600 m hoch und auf zwei Provinzen begrenzt, der Hovland-Magellan-mound Provinz am
nördlichen und der Belgica-mound Provinz am östlichen Hang des Beckens. Die Form der
Hügel variiert von hauptsächlich gestreckt bis kreisförmig. Sie bestehen hauptsächlich aus
Korallen, Karbonatkrusten und fein gekörnten klastischen Sedimenten.
Um den möglichen Bezug von Kohlenwasserstoffleckage und Korallenwachstum zu
evaluieren, wurden 2D Beckenmodellierungen sowie die geochemische Analyse von
Sedimenten aus Schwerkraftkernen benutzt. Zwei Nord-Süd und eine Ost-West verlaufende
seismische Linien erstrecken sich von der Hovland-Magellan zur Belgica-mound Provinz.
Vitrinitreflexionsdaten, Bohrlochtemperaturen und Apatit-Spaltspurdaten von sechs in der
Nähe liegende Explorations-bohrungen wurden zur Kalibrierung der Versenkungs- und
Temperaturgeschichte herangezogen.
Die Temperaturgeschichte wurde anhand der geologischen Geschichte des Porcupine-
Beckens rekonstruiert mit Wärmefluß-Peaks im Jura und in der Kreide (rifting) sowie im
Paleozän (Island Hot-Spot). Die Höhe der Wärmefluß-Peaks wurde anhand des
Spreizungsfaktors beta ermittelt. Die Kalibrierung der Temperaturgeschichte zeigte, dass alle
drei thermischen Ereignisse benötigt werden um einen zufriedenstellenden Abgleich von
modellierten und gemessenen Daten zu erzeugen. Für die Modellierung der
Migrationsgeschichte ist die Rekonstruktion der Paläogeometrie unumgänglich.
Paläowassertiefenkarten wurden für jeden Zeitschritt entwickelt um unnatürliche Strukturen
während der Versenkungsrekonstruktion zu vermeiden.
Jurassischen und ältere Schichten enthalten potentielle Muttergesteine bestehend aus
hautsächlich marinem und lakustrinem Kerogen. Kretazische und tertiäre Schichten
enthalten marines und deltaisches organisches Material. Da keine Muttergesteinsproben
vorhanden waren, wurden Asphaltene aus Rohölen des Connemara Ölfeldes gewonnen und
zur Beschreibung der pauschal-kinetischen Prozesse von Kerogen zu Kohlenwasserstoffen
benutzt. Zusätzlich wurden veröffentlichte kompositionelle Kinetiken zur Simulation der Öl-
und Gasgeneration und –migration sowie dem Phasenverhalten während der Migration
benutzt.
Die Modellierungsergebnisse zeigen, dass jurassische und ältere Muttergesteine im
gesamten Becken reif bis überreif sind. Die kretazischen Schichten sind im Beckeninneren
reif bis unreif und an den Flanken unreif. Die tertiären Sedimente bleiben im gesamten
Becken unreif. Die Kohlenwasserstoffgenese begann in der späten Kreide für die tief
versenkten Schichten. Basierend auf den Berechnungen mit der kompositionellen Kinetik
generiert das jurassische Muttergestein ungesättigtes Öl im Ölfenster, in höheren
Reifestadium hingegen Gaskondensat. Die modellierten Phasenseparation liegt zwischen
2000 und 4000 m. Oberhalb dieses Teufenbereiches dominiert die Migration freien Gases.
Die Migration wird bestimmt durch Schwerkraft bedingten Auftrieb und ist hauptsächlich
vertikal, nur die Aptischen und tertiären deltaischen Schichten leiten den
Kohlenwasserstofffluss an den Beckenrand. Kohlenwasserstoffleckage wird für große
Bereiche des Beckens vorhergesagt, wobei keine offensichtliche Fokussierung hinsichtlich
der Hovland-Magellan-mound Provinz erfolgt. Als Grund dafür kann die seismische
Auflösung herangezogen werden. Zudem ist die Migration ein drei-dimensionaler Prozess
der in einem 2D-Modell nur unzureichend berechnet werden kann. Die 3D Karten basierte
Modellierung der tertiären Schichten zeigt eine Übereinstimmung von vermuteten Ölspills
und Karbonathügeln. Hingegen erfolgt in der Belgica-mound Provinz eine deutlich
Fokussierung von Kohlenwasserstoffen auf die Karbonathügel beeinflusst durch das
Auskeilen kretazischer und tertiärer Sande. Diese Modellierungsergebnisse konnten mit Hilfe
geochemischer Analytik an Sedimentproben von Schwerkraftkernen nicht nachvollzogen
werden. Biomarker für methanotrophe Bakterien sowie migrierte Kohlenwasserstoffe konnten
nicht gefunden werden, leichte Kohlenwasserstoffe wurden nur in Spuren gefunden.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen basierend auf der Beckenmodellierung zeigen einen
deutlichen Zusammenhang zwischen den Karbonathügeln und Kohlenwasserstoffleckage für
beide Provinzen. Die geochemischen Untersuchungen konnten diese Ergebnisse nicht
bestätigen wobei zurücksichtigen ist, dass die Schwerkraftkerne nicht die Schichten an der
Karbonathügelbasis erreichen und somit nur eine Kohlenwasserstoffleckage für die letzten 1
Millionen Jahre ausgeschlossen werden kann.
The goal of this study is to assess whether deep coral mound growth on the continental
slope of the north Atlantic is related to active hydrocarbon leakage. The objects of interest
are numerous buried and non-buried carbonate mounds in the Porcupine Basin, 200 km
offshore Ireland. Mounds with a size of up to 3 km length and a maximum height of about
600 m have been found in two mound provinces, the Hovland-Magellan mound province on
the northern slope and the Belgica mound province on the eastern slope of the basin. The
shape of the mounds varies from mostly elongated to circular and mounds consist mainly of
corals, carbonate crusts and fine grained clastic sediments.
To evaluate the possible link between hydrocarbon leakage and mound growth 2D basin
modelling in combination with geochemical analysis of sediments from gravity cores was
used. Two north-south trending seismic lines with an intersecting east-west line cover the
Hovland-Magellan mound province and reach the border of the Belgica mound area. Six
close by exploration wells were used for calibration of the burial and thermal history using
vitrinite reflectance, bottom hole temperatures and apatite fission track data.
The temperature history was defined based on the geologic evolution of the Porcupine basin,
assuming heat flow peaks in Jurassic/Cretaceous times (rifting) and in the Paleocene
(Iceland plume). The magnitude of the heat flow peaks was determined using the stretching
factor beta for each point of the basin. Calibration of the thermal history indicated that both
the rifting and plume effects were required in order to reproduce all calibration data
satisfactorily. For fluid flow simulation a correct geometric reconstruction of the modelled
sections was required. The paleo-geometry was defined by means of estimated paleo-water
depth profiles for each time step, which were then introduced to the model to prevent
unrealistic structures during burial.
Possible source rocks in the Porcupine Basin are found in the Jurassic and older strata
containing mainly marine to lacustrine kerogen types. Cretaceous and Tertiary sequences
contain marine to delta plain, coaly organic matter. As no source rock samples were
available asphaltene kinetics determined on oil samples from the Connemara oil field were
used for bulk kinetic characterisation of hydrocarbon generation. Additionally published
compositional kinetic data sets were used for the simulation of oil and gas generation and
petroleum phase behaviour.
Modelling results indicate that Jurassic and older source rocks are mature to overmature
throughout the basin. Cretaceous strata is immature to mature in the central part of the basin
and immature on the flanks. The Tertiary sequence remains immature over the entire basin.
Hydrocarbon generation started in Late Cretaceous times for the deepest sequences. Based
on the compositional kinetic model used, the Upper Jurassic source rock generates
undersaturated black oil while in the oil window, with gas condensate dominating at higher
maturities. Phase separation was modelled to occur during migration at depth ranges
between 2000 and 4000m. Upon phase separation the migration of the free gas phase
dominates over that of the oil, such that gas is the main migrating fluid in the shallower
intervals. Migration is mainly buoyancy driven and vertical, only Aptian and Tertiary deltaic
layers direct hydrocarbon flow out of the basin. Modelling predictions over the entire basin
indicate gas breaking through to the seafloor but without any obvious focussing of
hydrocarbon leakage towards the Hovland-Magellan mound province. This lack of focussing
could be a problem related to either lack of sufficient stratigraphic detail in the model or
related to the inadequacy of using a 2D model for the simulation of an essentially 3D
process. Map based 3D modelling of the tertiary layers indicates a coincidence of possible
spill points and mound occurrence. Never the less, that the model predicts significant
focussing of gas migration towards the Belgica mounds where a pinch out of Cretaceous and
Tertiary layers beneath the mound area is observed. The inferred focussing of gas migration
towards the Belgica mounds could, however, not be confirmed by geo-chemical methods, as
no enhanced methane contents could be found in the gravity cores. Only traces of methane
and light hydrocarbons were identified whereas no biomarkers for methanotrophic bacteria or
migrated hydro-carbons could be observed.
The results from this study indicate that a link between hydrocarbon leakage and carbonate
mound growth is feasible in the case of the Belgica and the Hovland Magellan mound
province using basin modelling. The geochemical analysis did not confirm these results as
the gravity cores did not penetrate the Pre-Pliocene sediments and do therefore only show
no active hydrocarbon seepage for the last million year.
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