Geodynamic Modeling of Salt Tectonics Offshore Nova Scotia, Canada: Implications for Passive Continental Margin Dynamics and Risk Reduction in Hydrocarbon Exploration
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das in diesem Bericht beschriebene Forschungssprojekt bestand aus der Analyse des Deformationsverhaltens von passiven Kontinentalrändern, an denen mobile Substrate wie mariner Schlamm oder Salz vorkommen. Obwohl sensu latu die Sedimentationsbedingungen und strukturellen Merkmale dieser Gebiete ähnlich sind, treten sensu strictu erhebliche Unterschiede auf, welche im Wesentlichen auf die unterschiedlichen Rheologien von Schlamm und Salz zurückzuführen sind. Während das Versagen und die Mobilisierung von Schlamm nur dann eintritt, wenn der Fluiddruck, z.B. durch schnelle Sedimentation bewirkt, ansteigt und die Festigkeit von Schlamm erniedrigt wird, beginnt Salz sofort zu fließen (Mobilisierung). Die vorliegende Arbeit liefert eine analytische Stabilitätstheorie, die auf passive Kontinentalränder mit marinem Schlamm angewandt werden kann. Außerdem wurden die Wechselwirkungen zwischen Sedimentationsrate, Porenfluiddruck, und resultierendem strukturellen Stil in finiten Deformationsmodellen untersucht. Weiterhin wurden salztektonische Modelle entwickelt, um die tektonostratigraphische Evolution des Scotian Beckens, insbesondere die Genese der dort beobachteten drei strukturellen Stile, unter mechanischen Gesichstspunkten zu erklären. Die Ergebnisse der Stabilitätsanalyse zeigen an, daß zur Instabilität von schmalen passiven Kontinentalrändern (Kontinentalhänge mit ca. 50-100 km Breite) Porenfluiddrucke von ca. 80-94% des Gewichts der Sedimentlast notwendig sind, während das Versagen von breiteren passiven Kontinentalrändern (ca. 400 km), wie z.B. des Niger Deltas, erst bei Porenfluiddrucken von ca. 95-99% des Gewichts der Sedimentlast auftritt. Mariner Schlamm wurde in finiten Deformationsmodellen als viskoplastisches Bingham-Fluid repräsentiert, das unterhalb der kritischen Spannung, welche von der effektiven Spannung abhängt, reibungsplastisch reagiert. Mit dem Erreichen der kritischen Spannung findet ein rheologischer Übergang statt, so daß ein zusätzlicher viskoser Anteil die Fließgeschwindigkeit des Bingham-Fluids kontrolliert. So konnten Deformationsmuster erzeugt werden, die als seewärts gerichtetes Poiseuille-Fließen von instabilem marinen Schlamm oder seewärts gerichtete Bewegung des Schlamms und der aufliegenden Sedimentlast zu klassifizieren sind. Der Zeitpunkt und die Art der Sedimentation im Scotian Becken (Aggradation versus Progradation) nehmen primären Einfluß auf den resultierenden strukturellen Stil. Minibecken und Salzdiapire können erzeugt werden, wenn die seewärts gerichtete Synrift Neigung minimal ist und die Sedimentation hauptsächlich durch Aggradation gekennzeichnet ist. Ein Roho System wird erzeugt, wenn nach einer Aggradationsphase eine spätere Progradationsphase die seewärts angehäufte Salzmenge auspresst und in Form einer Salzdecke im allochthonen Bereich ablagert. Die Genese eines offen-endigen Roho Systems mit einem synkinematischen Keil ist nur dann möglich, wenn das primäre Salzbecken ca. 50 km aufwärts am Kontinentalhang liegt und Progradation unmittelbar stattfindet, um somit das Salz seewärts zu evakuieren. Passive Kontinentalränder, an denen mobile marine Schlämme oder Salz vorkommen, zählen zu den wichtigsten historischen und derzeit aktivsten Explorationszielen. Insbesondere die technologisch äußerst schwer zugänglichen und mit enormen Kosten assoziierten Tiefwasserbereiche sind weltweit nur unzureichend im Hinblick auf das Potential für Erdöl- und Erdgasvorkommen erforscht. Daher liefert die vorliegende Arbeit neben allgemeiner Grundlagenforschung bereits in der Planungsphase von Explorationsbohrungen wichtige Hilfestellungen zur Verbesserung der Explorationsstrategien.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2005. Controls on sub-salt detachments: insights from stability analysis and numerical modeling of gravity-driven salt tectonics at passive continental margins. Geological Association of Canada, Mineralogical Association of Canada, Canadian Society of Petroleum Geologists, Canadian Society of Soil Science, Joint Meeting, Halifax 2005
Albertz, M., Ings, S.J., and Beaumont, C.
- 2006. Numerical Modeling of Continental Margin Contractional Deep Water Salt Tectonics. American Association of Petroleum Geologists 2006 Annual Convention, Houston, v. 15, p. 39
Gradmann, S., Beaumont, C., Ings, S.J., and Albertz, M.
- 2006. Role of sedimentation-controlled overpressure development in mobilizing salt and shale substrates: implications for the tectonic evolution of passive margins. American Association of Petroleum Geologists 2006 Annual Convention, Houston, v. 15, p. 2
Albertz, M., Beaumont, C., Ings, S.J., and Gradmann, S.
- 2006. Role of sedimentation-controlled overpressure development in shale tectonics: insight from numerical modeling of passive continental margins. AAPG/GSTT Hedberg Conference, Port of Spain, Trinidad and Tobago
Albertz, M., Beaumont, C., and Ings, S.J.
- 2007. Salt and shale tectonics at passive continental margins: Insights from margin-scale numerical models that couple deformation to fluid flow. CMOS-CGU-AMS joint congress, St., John's, NL. May 28-31, 2007
Ings, S.J., Beaumont, C., Morency, C., and Albertz, M.
- 2007. Salty Tales: Numerical Investigations of Continental Margin Salt Tectonics. Sheriff Lecture, Houston Geological Society, Houston
Beaumont, C., Albertz, M., Ings, S.J., Gradmann, S., Shimeld, J.W.
- 2007. Structural Styles Related to Salt Tectonics in the Scotian Basin, Eastern Canada. Nova Scotia Offshore Basin Forum 2007, Halifax, Nova Scotia, Canada
Albertz, M., Beaumont, C., Ings, S.J., Gradmann, S., and Shimeld, J.W.
- 2007. The Evolution of the Perdido Fold Belt, Northwestern Gulf of Mexico – Insights from Numerical Modeling. Nova Scotia Offshore Basin Forum 2007, Halifax, Nova Scotia, Canada
Gradmann, S., Beaumont, C., Albertz, M., and Ings, S.J.
- 2008. Shale Tectonics At Rifted Continental Margins: Insights From Margin Scale Numerical Models That Couple Deformation To Fluid Flow. American Association of Petroleum Geologists 2008 Annual Convention, San Antonio
Ings, S.J., Beaumont, C., Morency, C., and Albertz, M.
