Temperatur er en viktig faktor for blant annet generering og migrasjon av hydrokarboner. Men hva påvirker temperaturen i et sedimentært basseng?
Figur 1. Dagens temperatur beregnet i et profil over Nordsjøen, fra Norge til Shetland (fra Fjeldskaar m.fl., 2009).I de dypeste delene av Vikinggrabenen kan temperaturen nå minst 240 °C.
Temperaturen i et sedimentbasseng er svært viktig i petroleumsgeologi av flere grunner:
- Den kontrollerer dannelse og migrasjon av hydrokarboner
- Den påvirker egenskapene til hydrokarbonene
- Den påvirker diagenetiske reaksjoner som er viktige for bergartenes fysiske egenskaper
Figur 1 (over) viser et eksempel på dagens temperaturregime beregnet i et profil over Nordsjøen.
Temperaturen styres av varmestrøm fra jordas indre, overflatetemperaturen og hvordan varmen ledes gjennom bergartene. Det er bare i de øverste få kilometerne vi har en viss kontroll med slike beregninger fordi de kan sjekkes mot målinger i brønner.
En realistisk rekonstruksjon av dagens og fortidens temperaturer i et sedimentært basseng krever kjennskap til bergartenes termiske egenskaper, og særlig dens varmeledningsevne.
Varmeledningsevne er en materialkonstant som angir stoffets evne til å lede varme ved termisk konduksjon. Den blir vanligvis betegnet ved symbolet K og angis med SI-enheten W/mK (Watt per meter Kelvin).
Selv om varmeledningsevnen er meget viktig for å beregne temperaturregimet i sedimentære basseng, har vi ikke full oversikt over sedimentenes varmeledningsevne.
Kjerneprøver fra norsk sokkel har imidlertid gitt oss en viss forståelse for hva som styrer denne viktige egenskapen.
Målinger av sedimentenes varmeledningsevne viser at det er store variasjoner fra en litologi til en annen, og det er også store variasjoner innen samme litologi.
Figur 2. Til venstre: Målt varmeledning på kjerneprøver fra en brønn i Nordsjøen i et dyp fra 3 886 til 3 960 meter. Til høyre: Resultatet av en statistisk analyse av varmeledningsmålinger som viser at økt innhold av enkelte mineraler (rød farge) gir høyere varmeledning, mens økt innhold av andre mineraler (blå farge) gir lavere varmeledning.
Figur 2 (over) viser målinger av varmeledningsevnen på kjerneprøver fra en brønn i Nordsjøen, fra 3 886 til 3 960 meters dyp (venstre graf). Her ser vi at varmeledningsevnen varierer ekstremt mye – fra 1,5 til 4,5 W/mK – over ganske få meter.
En bergart med lav varmeledningsevne fungerer omtrent som isolasjonsmaterialet i veggen din (men ikke like effektiv). I et sedimentbasseng vil slike bergarter begrense hvor mye varme som slipper i gjennom fra dypet, noe som fører til at temperaturen blir høyere under dette laget.
Bergartene som leder varmen dårligst (1,5 W/mK) gir altså høyere temperaturer mot dypet enn bergartene med de høyeste varmeledningsevnene (4,5 W/mK).
Det er tre hovedfaktorer som påvirker bergartenes varmeledningsevne:
- Mineraler og deres blandingsforhold
- Porøsitet og poreinnhold
- Tekstur
Økende porøsitet vil føre til reduksjon i varmeledningsevnen fordi porevæsker eller -gass har lavere varmeledningsevne enn mineraler. Det er også en tendens til at finkornede bergarter har lavere varmeledning enn grovkornede bergarter.
Men hvordan vil mineralogien påvirke varmeledningsevnen?
Det er utviklet en database av målinger av varmeledningsevnen og mineralogisk innhold i nesten 400 sedimentprøver fra norsk sokkel. Analyse av disse målingene gir oss en god oversikt over hvordan mineral-sammensetning påvirker varmeledningsevnen.
Til høyre i figur 2 ovenfor ser vi hvordan de ulike mineralene påvirker varmeledningsevnen.
Vi ser at innholdet av kvarts vil øke varmeledningsevnen. Økende innhold av dolomitt, plagioklas og kalifeltspat vil også føre til høyere varmeledningsevne.
Økende innhold av kloritt, pyritt, smektitt, glimmer og kaolinitt vil derimot føre til reduksjon i varmeledningsevnen.
Selv om litologien i et sedimentært basseng er kjent, kan varmeledningsevnen variere mye fordi det er stor mineralogisk variasjon i formasjoner som er klassifisert som samme litologi.
Dette er svært viktig å være oppmerksom på når en skal beregne temperaturen i sedimenter.
Referanse
Fjeldskaar, W, Christie, O. H. J., Midttømme, K., Virnovsky, G., Jensen, N. B., Lohne, A., Eide, G. I. and Balling, N.., 2009. On the determination of thermal conductivity of sedimentary rocks and the significance for basin temperature history. Petroleum Geoscience, Vol. 15, 367-380. DOI 10.1144/1354-079309-814.
