Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4162
Main Title: Hydrocarbon migration and leakage dynamics of the Orange Basin, South Africa
Translated Title: Kohlenwasserstoffmigrations- und Leckagedynamic im Orange Becken, Südafrika
Author(s): Hartwig, Alexander
Advisor(s): di Primio, Rolando
Anka, Zahie
Horsfield, Brian
Referee(s): Horsfield, Brian
Littke, Ralf
Dominik, Wilhelm
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Für diese Studie werden die Methodiken der Seismikinterpretation, der organisch-geochemischen Analyse und 3D Beckenmodellierung integriert, um die Lage der aktiven Erdölküche des Orange Beckens zu bestimmen, die Kohlenwasserstoff-(KW)-Migrationsdynamik und -Leckage über geologische Zeiträume zu charakterisieren und deren möglichen Einfluss auf das globale Klima zu untersuchen. Das Orange Becken befindet sich am passiven westlichen Kontinentalrand Südafrikas und enthält mehr als 8 km mächtige Sedimentschichten die während der Atlantiköffnung und dem Zerfall Gondwanas abgelagert wurden. Die Kudu und Ibhubesi Gas-Kondensatfelder, die häufig während der Erdölexploration durchteuften gashaltigen Sedimente weisen auf ein aktives Erdölsystem hin. Die Lage der rezenten Erdölküche ist aufgrund der geringen Kenntnisse über die känozoische Ablagerungsgeschichte im Orange Becken weitgehend unbekannt. Durch die Interpretation seismischer Daten wurden NW-SE streichende Strukturelemente im Basement entdeckt, welche als Fortsetzungen paläozoischer Strukturen des Pan-Afrikanischen Faltengürtels interpretiert werden, ähnlich denen offshore Namibias und am gegenüberliegende Südamerikanischen Kontinentalrand. Des Weiteren trugen die Interpretationen zu neuen Erkenntnissen über seewärts einfallenden Reflektoren und der Segmentierung des südatlantischen Kontinentalrandes bei. Die Ergebnisse unterstützen die Theorie, dass die Reaktivierung von paläozoischen Störungszonen während der frühen Riftphase zu dextralen Bewegungen entlang diese Schwächezonen führte. Außerdem wurde ein 2800 km2 großes Paläo-Pockmarkfeld entdeckt, welches anhand einer überarbeiteten känozoischen Chronostratigraphie auf ein früheozänes Alter datiert wird. Bezüglich der Lage der Paläo-Pockmarks konnte mit Hilfe von 3D-seismischen Attributanalysen ein Zusammenhang mit den im Untergrund vorkommenden Störungen hergestellt werden. Die Erdölmuttergesteinseigenschaften wurden anhand von Kernproben kreidezeitlicher Tonsteine aus DSDP Bohrungen untersucht. Aus den Analysen geht hervor, dass sich das KW-Potenzial nordwärts entlang des südostatlantischen Kontinentalrandes verbessert. Frühere Studien betonten stets das KW-Potenzial der ölbildenden Muttergesteine. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass der Großteil der Abt- und Albmuttergesteine im Kapbecken vorwiegend terrestrisches organisches Material beinhalten und somit eher gas- und kondensatbildend sind. An den Proben wurden auch bulk- und kompositionskinetische Messungen durchgeführt und somit liefert diese Studie die erste kompositionskinetische Beschreibung der KW-Bildung für kreidezeitliche Erdölmuttergesteine am südostatlantischen Kontinentalrand. Durch Anwendung der überarbeiteten Chronostratigraphie und den kinetischen Modellen bei der Beckenmodellierung, konnte gezeigt werden, dass sich die rezente Erdölküche im Bereich der känozoischen Ablagerungsräume entlang des Schelfrandes befindet. Die KW-Migrationsdynamik wurde anhand von fünf verschiedenen Migrationsmodelle mit unterschiedlichen Störungseigenschaften simuliert. Daraus geht hervor, dass sich die Hauptphase der primären KW-Genese von der mittleren bis späten Kreidezeit und bis ins frühe Paläozän ereignete, welche anfangs mit weitläufiger KW-Leckage einherging, bis die spätkreidezeitichen „seals“ konsolidiert waren. Vermutlich ereignete sich eine weitere Phase der KW-Leckage im Paläozän und Eozän, als sich die damalig Erdölküche entlang des Schelfrandes befand. Dies unterstützt die Annahme, dass die Migration thermogener KW eine bedeutende Rolle bei der Entstehung des früheozänen Paläo-Pockmarkfeldes spielte. Die KW-Leckagerate liegt in der Größenordnung von 10-2 bis 10-3 Teragramm pro Jahr, welche weit unter derer von Sumpfgebieten und anthropogenen Methanquellen liegt. Trotzdem liefert das früheozäne Fluid- und thermogene KW-Leckageereignis ein Beispiel dafür, wie während des Paläozän/Eozän-Temperaturmaximums Kohlenstoffmoleküle aus einem Sedimentbecken in die Atmo-und Hydrosphäre abgegeben wurden. Die Studie zeigt, dass sich rezente und paläo Leckageereignisse anhand von 3D Beckenmodelle angemessen reproduzieren lassen.
The aim of this study is to delineate the active hydrocarbon (HC) kitchen and to characterize the hydrocarbon migration dynamics in the Orange Basin through time, and to investigate its potential impact on global climate on a geologic time scale by integrating seismic interpretation, organic geochemical analysis, and 3D petroleum system modeling techniques. The Orange Basin is located on the western passive margin offshore South Africa and contains more than 8 km of synrift and drift sediments related to the opening of the South Atlantic. The Kudu and Ibhubesi gas/condensate fields prove an early Cretaceous sourced petroleum system. The present-day fluid flow indicators and frequent gas shows during drilling suggest a recently active oil kitchen, the location of which was largely unconstrained, partially due to the limited knowledge on the Cenozoic margin evolution. The seismic interpretation revealed NW-SE trending basement structures interpreted as continuations of the Paleozoic Pan African Fold Belt, similar to those found offshore Namibia and on the conjugate South American margin. The interpretations further contributed to studies on the margin segmentation and SDR emplacement, lending support to the theory, that early rifting resulted in reactivation and dextral movement along Paleozoic zones of structural weakness. An early Eocene aged paleo-pockmark field covering 2800 km2 was identified along the northern Orange Basin slope and dated using a revised Cenozoic chronostratigraphic framework. Using 3D seismic attribute analysis it was possible to highlight the role of faults in the occurrence of these features. A source rock characterization study demonstrated how richness and quality of Cretaceous black shales and mudstones, improve northward along the southwest African margin. Previous research emphasized the richness of the oil-prone sources. In fact, this study suggests, that Aptian and Albian source rocks in the Cape Basin are rich in degraded and terrestrial organic matter, thus being more gas- and condensate-prone. Compositional kinetic models were determined for this study, providing the first such description for Cretaceous source rocks of the southwest African margin. Application of the kinetic models and the revised chronostratigraphy show that the present-day kitchen is located in the Cenozoic depocenters along the slope. Paleo- and present-day HC leakage was investigated using five migration models with varying flow algorithms and fault properties. They predict a main phase of primary generation during the mid to late Cretaceous-Paleocene, accompanied by widespread surface leakage before the consolidation of Upper Cretaceous regional seals. A major phase of HC leakage might have occurred during the Paleocene and Eocene when the active kitchen was located along the shelf. This suggests a thermogenic origin for petroleum fluids that created the early Eocene paleo-pockmark field. The modeled HC leakage rates of 10-2 to 10-3 teragram/year are marginal when compared to other present-day methane contributors to the atmosphere, such as wetlands and anthropogenic sources. Nevertheless, the identified early Eocene fluid flow and thermogenic gas escape event is an example of the carbon-release processes that occurred during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum in petroliferous sedimentary basins. In conclusion, this study demonstrates that paleo and present-day HC leakage can be adequately reproduced with a 3D basin model.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-56040
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4459
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4162
Exam Date: 30-Jun-2014
Issue Date: 25-Nov-2014
Date Available: 25-Nov-2014
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Beckenmodellierung
Kohlenwasserstoffmigration
Orange Becken
Organische Geochemie
Pockmark
Südafrika
Basin modeling
Hydrocarbon migration
Orange Basin
Organic geochemistry
Pockmark
Source rock
South Africa
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