Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4455
Main Title: Hydrocarbon plumbing systems and leakage phenomenon in the Hammerfest Basin, southwest Barents Sea
Subtitle: Integration of seismic data analysis and numerical modelling
Translated Title: Kohlenwasserstoffaustrittsindikatoren im Hammerfest Becken südwestlich der Barentssee
Translated Subtitle: Integration von seismischen Datensätzen und Beckenmodellierung
Author(s): Ostanin, Ilya
Advisor(s): Anka, Zahie
Primio, Rolando di
Referee(s): Tröger, Uwe
Dominik, Wilhelm
Horsfield, Brian
Berndt, Christian
Primio, Rolando di
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Barentssee ist derzeit eines der aktivsten Explorationsgebiete für Kohlenwasserstoffe in Europa. Frühere Explorationsaktivität führte hauptsächlich zur Entdeckung von Gasfeldern, wobei die drei größten, das Snøhvit-, Albatross- und Askeladdfeld, allesamt im Hammerfest Sedimentbecken zu finden sind. Die neusten Entdeckungen sind hingegen meist Ölfelder, welches zu einer Neubewertung des Gebietes führte. Die Abwesenheit von größeren Ölfeldern wird hauptsächlich der Erosion im Känozoikum sowie der glazialen Vereisungen im Quartär zugeschrieben. Hierbei kam es zum Verlust von Kohlenwasserstoffen aus den Lagerstätten. Ein solcher Austritt von Kohlenwasserstoffen ist ein weitverbreitetes Phänomen und hat einen entscheidenden Einfluss auf das Klima, marine Ökosysteme, geotechnische Installationen und die Erschließung von Erdölvorkommen. Das Ziel dieser Studie ist es den Einfluss von känozoischer Erosion und pliozäner - pleistozäner Vergletscherung auf die Dynamik von thermogenen Kohlenwasserstoffen auszumachen die aus den Lagerstätten austreten. Hierzu wurden moderne hochauflösende 3D Datensätze mit älteren seismischen Datensätzen kombiniert um geomorphologische Besonderheiten und die Dynamik des Kohlenwasserstoffaustrittes aus dem Reservoir zu untersuchen. Anschließend wurde ein dreidimensionales Beckenmodell erstellt um die Geschichte des Beckens im Hinblick auf die Generierung, Migration und den Austritt von Kohlenwasserstoffen über geologische Zeiträume zu simulieren. Insbesondere die Abhängigkeit von Erosion und dem Wechsel zwischen Eislast und abschmelzendem Gletscher wurde untersucht. Basierend auf diesem integrierten Ansatz sind wir in der Lage die Ergebnisse des numerischen Beckenmodells mit Kohlenwasserstoffaustrittsindikatoren in Seismiken zu vergleichen. Im Untersuchungsgebiet sind zahlreiche Ost-West-verlaufende reaktivierte Störungen vorhanden, die die Jurassischen Kohlenwasserstoffreservoire des Snøhvit und Albatross Feldes mit den paleozänen Sedimenten verbinden. Die Reaktivierung eines polygonalen Störungsnetzwerkes bildete ein in sich verbundenes Netzwerk paleozäner Störungen die in der Nähe von tiefen reaktivierten tektonischen Störungen als Migrationswege für thermogene Fluide dienen. Zahlreiche Pockmarks und Megapockmarks auf dem Meeresboden, sowie Paleopockmarks unterhalb der jüngsten regional ausgeprägten erosiven Diskordanz (Upper Regional Unconformity - URU), einhergehend mit Eruptionsschloten, einem paleozänen Störungsnetzwerk und tiefen reaktivierten tektonischen Störungen, sind Indikatoren für eine ausgeprägte Kohlenwasserstoffmigrationsaktivität. Eine in dem seismischen Datensatz zu erkennende Gasanomalie wurde als bodensimulierender Reflektor interpretiert. Die Tiefe dieser Anomalie stimmt mit der prognostizierten Tiefe des Gashydratstabilisierungsfeldes für thermogene Gashydrate überein, die einen Anteil von rund 90 mol% Methan enthalten. Basierend auf der Verteilung der Pockmarks, sowohl auf dem Meeresboden als auch an der URU, kann auf mindestens zwei Episoden von Fluidaustritten geschlossen werden; eine im Anschluss an das Letzteiszeitliche Maximum (~17-16 ka) und eine vor dem Weichsel Spätglazial (> ~0.7 Ma). Die Ergebnisse des dreidimensionalen Beckenmodells zeigen, dass der Austritt von Kohlenwasserstoffen entlang der Störungen aus den jurassischen Reservoiren jeweils während des Abschmelzens der Gletscher stattgefunden hat. Der größte Kohlenwasserstoffverlust (60-80 %) hat dabei während der ersten Phase der Ausdehnung der Störungen stattgefunden. In Folge des späteren Gletscherrückgangs kam es zu weiteren Austrittsereignissen und einem fortlaufenden Verlust der verbleibenden Kohlenwasserstoffe des Snøhvit Reservoirs. Das erste errechnete Austrittsereignis (0.8-0.78 Ma) korreliert mit dem Hauptfluidaustritte und fällt in den Zeitraum der Entstehung der jüngsten regional ausgeprägten erosiven Diskordanz (URU älter als ~0.7Ma). Diese Beobachtungen stimmen mit Kohlenwasserstoffaustrittsindikatoren wie Pockmarks, flachen Gasakkumulationen sowie Eruptionsschloten im flachen Untergrund überein, welche in den seismischen Daten erkannt wurden.
The Barents Sea is a frontier for hydrocarbon exploration where activity has been renewed after recent oil discoveries. However, previously this province has been dominated by gas finds, with the largest discoveries being Snøhvit, Albatross and Askeladd gas fields, located in the Hammerfest Basin. Cenozoic erosion and high latitude Quaternary glaciations are thought to have driven the hydrocarbons out of the traps and contribute thus to the lack of significant oil discoveries. Hydrocarbon leakage is a widespread phenomenon and has significant impact on climate, marine ecosystem, geotechnical installations and petroleum exploration. In this study, we aim to elucidate the impact of Cenozoic erosion and Pliocene-Pleistocene glaciations on the dynamics of hydrocarbon leakage from the thermogenic reservoirs. We use high resolution and vintage 3D seismic reflection datasets to analyse hydrocarbon plumbing system above the Snøhvit and Albatross gas fields to investigate the geo-morphological manifestation and the dynamics of leakage from the reservoir. We then use 3D Petroleum Systems Modelling (PSM) to simulate the basin history in terms of generation, migration and leakage of hydrocarbons through time in response to erosion, glacial loading and deglaciations. Based on this integrated approach, we then are able to compare numerical modelling results with seismically observed leakage indicators. Numerous EW trending reactivated faults are present in the study area which link the Jurassic hydrocarbon reservoirs of the Snøhvit and Albatross field with the shallow Paleocene strata. Reactivation of polygonal fault networks has formed an interconnected network of Paleocene faults, which served as migration avenues for thermogenic fluids in the vicinity of deep reactivated tectonic faults. Numerous pockmarks and mega pockmarks on the seabed and buried pockmarks on the base Quaternary Upper Regional Unconformity (URU) provide evidence of migration pathways as they are connected to seismic blow out pipes, Paleocene fault networks and deep reactivated tectonic faults. A gas cloud anomaly has been interpreted as a Bottom Simulating Reflector (BSR), whose depth coincides with the estimated base of the hydrate stability field for a thermogenically-derived gas hydrate with around 90 mol % methane. At least two fluid venting episodes have been inferred based on seabed and URU pockmark distributions, following the Last Glacial Maximum ~17-16 ka and prior to the Late Weichselian, older than ~0.7 Ma. Results of the 3D PSM modelling show that hydrocarbon leakage from the Jurassic reservoirs takes place through faults during each deglaciation, with most of accumulated mass lost (60-80 %) during the first instance of fault dilation. Subsequent leakage during deglaciations results in a sequential loss of remaining accumulated mass in the Snøhvit reservoir. The first modeled leakage event (0.8-0.78 Ma) coincides with a major fluid escape event at the time of a major regional unconformity (URU older than ~0.7Ma), and is in agreement with shallow subsurface hydrocarbon leakage indicators such as pockmarks, shallow gas clouds and blow out pipes observed in the seismic data analysis.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-66149
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4752
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4455
Exam Date: 9-Dec-2014
Issue Date: 26-May-2015
Date Available: 26-May-2015
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Barentssee
Beckenmodellierung
Bodensimulierender Reflektor
Kohlenwasserstoffaustritt
Barents Sea
Basin modelling
Bottom simulating reflector
Hydrocarbon leakage
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