Skal man bryte Newtons lover må man i det minste demonstrere vitenskapelig at de ikke stemmer. Den type tåkelegging som Bjørkum demonstrerer i sitt svar til meg adresserer ingenting.
Elementær fysikk
Det er surrealistisk å måtte bringe opp fysiske basislover i en «vitenskapelig» diskusjon, men siden Bjørkum omgår dem, er en oppfriskning nødvendig. Newtons andre lov sier at kraft er produktet mellom masse og akselerasjon og den tredje sier at når et legeme virker med en kraft på et annet legeme, vil det andre legeme virke med en like stor kraft i motsatt retning (kraftbalanse).
Bjørkumgruppens diagenese arbeider ignorerer dette. Arbeidene inneholder kanskje diagenese-relevante mikroskopiske observasjoner og fenomenologiske vurderinger, som er greit nok i en kvarts-sement / sandsteinsporøsitets-korrelasjon. Men når det snakkes om kjemisk kompaksjon og poretrykk, er det en fullstendig avsporing.
Newtons tredje lov medfører at bergartsmatriksen virker på porevannet med en kraft, og porevannet virker på bergartsmatriksen med en tilsvarende motsatt rettet kraft. En prosess som kan påvirke poretrykket må nødvendigvis også bli påvirket av det samme poretrykket.
Så hva sier nå Bjørkum?
Bjørkum skriver i sitt svar til meg:
«Det som hevdes her, bygger på en feiltolkning av det vi har skrevet. Michelsen tolker «uavhengig av effektivt stress» som ensbetydende med «null stress». Det vil alltid være effektive spenninger (som virker nedover) så lenge poretrykket er mindre enn det vertikale bergartstrykket.» «Det vi hevder, og det er ikke vår oppdagelse, er at etter at de kjemiske prosessene blir skrudd på, er de effektive spenningene (bergartstrykket minus vanntrykket) ikke styrende for tapet av porøsitet. Det vil derfor alltid være vertikal sammenpressing av bergarter i henhold til Newtons lover.»
Bjørkum må lese artiklene han selv har vært med på å skrive. Ingen av prediksjonsformlene til modellen inkluderer stress og kraftbalansen i systemet, uansett av hva Bjørkum påstår. Og vi venter med spenning på en referanse til de andre som oppdaget at de «effektive spenningene ikke er styrende for tapet av porøsitet» samtidig med at vi alltid vil ha sammenpressing av bergarter i henhold til Newtons lover. Bjørkums påstand er selvmotsigende tåkeprat. Newtons lover er ikke en del av gruppens «kompaksjon uavhengig av effektivt stress» modell.
Bjørkum skriver videre:
«Hastigheten hvormed porøsiteten avtar vil imidlertid, ifølge vår tenkning, være styrt av termisk kontrollerte mineralreaksjoner. De kjemiske prosessene gjør at de dypere delene av sedimentbassenger (over cirka 60 – 80 °C) oppfører seg som en kjemisk (drevet) vannpumpe som ikke lar seg stoppe av fysiske motkrefter.»
Problemet gruppens tenkning har er at den ignorerer elementær fysikk med en virtuell vannpumpe som utfører arbeid som «ikke lar seg stoppe av fysiske motkrefter«. Dette helt uten en fysisk/termodynamisk beskrivelse av hvordan denne varmemotoren skulle virke og med hvilken kraft.
La meg sitere fra Bjørkum & Nadeau [1] sin artikkel som Nadeau et al., [2] bruker som hovedreferanse: «Porosity loss due to quartz cementation in sandstones and siltstones proceeds mainly independent of effective stress or fluid pressure.» Det finnes ingen formler eller uttrykk i artiklene hvor effektivt stress tas hensyn til, «mainly» eller på annet vis. Porøsiteten er eksplisitt skrevet som en funksjon helt uavhengig av effektivt stress. Fordi sandsteinene kompakteres uavhengig av stress, finnes det heller ikke noen kraftbalanse og Newtons tredje lov brytes eksplisitt.
Når det skrives «mainly independent of effective stress or fluid pressure» så er «mainly» tåkeprat fordi d????/dt (den totale porøsitetsforandringen) skrives som en funksjon uavhengig av σ (stress). Det innebærer også at sandstein med tykkelse H, vil skvise ut porevannet med en hastighet (Darcy hastighet) v = – H ∂????/∂t. Porevannet drives ut med en hastighet uavhengig («ikke lar seg stoppe av fysiske motkrefter«) av motstanden porevannet møter. Det vi får er i stedet en potensiell uendelig trykkrespons (vann er omtrent inkompressibelt) som ikke gir feedback som det fysikken forlanger.
Bjørkum & Nadeau [1] skriver videre:
«These thermally driven processes are capable of generating and sustaining fluid overpressure and facilitate fluid migration for up to tens of millions of years. Unlike mechanical compaction models, this model predicts that porosity loss and therefore fluid migration will continue despite the buildup of overpressure, even during periods of no sedimentation.«
Bjørkum og Nadeau [1] ser ikke forskjellen mellom en prosess som er termisk aktivert og en som er termisk drevet. Trykkoppløsning er en klassisk termisk aktivert prosess [4]. Bjørkum og Nadeau [1] hevder uten noen form for fysisk argumentasjon at kompaksjonen er termisk drevet. Hvis dette var riktig det vil en bøtte med sand og vann i bane rundt jorden, når den varmes opp til over 60-90 °C [1][3], aktivt flattrykkes og skvise ut vannet med uendelig kraft. Det burde være klart at dette, uansett ståsted er absurd. Uansett hvor ofte dette påpekes adresserer Bjørkum aldri dette. Det eneste vi får høre er om «tanker», som aldri konkretiseres i modellen.
Men kanskje viktigst av alt er at selv om deres korrelasjon er «deterministisk», så tror forfatterne den kan brukes som en fysisk modell for kompaksjon [1]: «capable of generating and sustaining fluid overpressure and facilitate fluid migration for up to tens of millions of years.» Bjørkum forstår ikke at det som beskrives vil være en perpetum mobile prosess. Uansett hvor stor kraft som trengs for å skvise ut porevannet har modellen alltid nok kraft, uten å beregne involverte krefter!
At kompaksjon kan forsette uten forandring i stress er lærebokmateriale [4] for reologier som har viskøse komponenter. Å presentere lærebokmateriale som en sentral oppdagelse angående kompaksjon [1] innebærer en oppsiktsvekkende mangel på basiskunnskaper innen emnet. En fysisk rimelig implementasjon av trykkoppløsning var allerede tilgjengelig i «off the shelf» bassengmodelleringsverktøy [5]. Jeg vil gå gjennom [5] for å vise hvordan en fysisk rimelig modell kan implementeres.
I Bjørkums tankesett, som ikke er del av modellen, vil det effektive stresset, kun tilpasse den deformasjonen som temperaturen allerede har gjort. Det bare skjer av seg selv og er ikke med i noen beregninger.
Kompaksjon og Newtons lover
Kompaksjonsmodellering krever via Newtons lover at sedimentmatriks virker med en kraft mot porevannet og porevannet virker med samme kraft i motsatt retning. Hvis det er en ubalanse i kreftene, vil både matriks og porevann akselerere. Kraften fra vekten av overliggende sediment vil deformere matriks og skvise ut porevannet. Hvis kraften som skal til for å deformere matriksen er mindre enn kraften som skal til for å skvise ut porevannet, vil vi få overtrykk (P > hydrostatisk trykk).
Er kraften som skal til for å deformere matriksen større enn den som skal til for å skvise ut porevannet, får vi hydrostatisk trykk. Siden viskositeten til et sediment under kjemisk kompaksjon minker eksponentielt ved økende temperatur, vil selvsagt en tradisjonell kompaksjonsmodell med slike reologier, øke sjansene for overtrykk fordi det trengs mindre krefter for å deformere et svakere sediment. Vi kan studere dette med den kommersielle bassengmodelleringspakken til IFP [5].
Som jeg har påpekt tidligere, Bjørkumgruppens sandsteinsdiagenese-modell har en temperaturavhengighet via en Arrhenius term på like linje med velkjente diffusjonskontrollerte reologier. At man da kan finne en viss korrelasjon mellom porøsitet og temperatur er ingen overraskelse.
En standard of-the-shelf bassengmodelleringspakke med en meningsfull fysisk oppbygning
Vi må vite hvordan bergarten reagerer på stress. En bergart med elastisk reologi har et enkelt forhold mellom stress (σ) og strain (ε). Har en bergart en reologi med en viskøs komponent får vi et forhold mellom stress (σ) og strainhastighet (έ). Når slike endeledd kombineres med plastisk oppførsel (yield stress) får vi de mer komplekse elastoplastiske og viskoplastiske reologier.
La oss se hvordan dette ble formulert av [5]. Den rene mekaniske kompaksjonsdelen ble formulert som en elastoplastisk oppførsel (for detaljer om β funksjonen se [5]):
d????/dt = – β(????,σ) dσ/dt
Den viskøse delen ble inkludert i en viskoplastisk modell:
d????/dt = – ????(????,σ) σ hvor
????(????,σ) = (1 – ????) 1/µs σ > 0 & ???? > ????min
????(????,σ) = 0 σ <= 0 & ???? <= ????min
Den totale reologiske loven blir da: d????/dt = – β(????,σ) dσ/dt – ????(????,σ) σ
Viskositeten µs har et vanlig Arrhenius forhold for beskrivelse av temperaturavhengigheten.
Vi må sørge for konservering av bevegelsesmengde (ρv). Først må vi beskrive trykket (S) som blir påført fra vekten av overlagringen [5]:
∂S/∂y = (????sρs + ????fρf) g
Dette må balanseres mot kraften som trengs for å skvise ut porevannet. Veskestrømningen er drevet av absolutt poretrykk minus det hydrostatiske trykket. Strømningshastigheten av porevannet er også proporsjonal med permeabiliteten, og omvendt proporsjonal med porøsitet og porevannsviskositet. I et kompakterende tofase medium kan loven (Darcys lov) skrives
v – V = – (k???? / ????μ)∇(P + ρfgy)
hvor v er hastigheten til porevannet og V er matrikshastigheten. Alle konserverings-ligninger (masse, energi & bevegelsesmengde) pluss andre ligninger må så løses samtidig i 1D, 2D eller 3D grid.
Metoden til [5] gir en konsistent og fysisk rimelig beskrivelse av de relevante kreftene for kompaksjon. Og heldigvis for Statoil, så hadde de kompetente fagfolk som ikke lot seg forvirre av Bjørkums faglige avsporing og nyttet [5] i sine arbeider [6].
The Golden Zone
The Golden Zone bringer intet nytt. Bjørkum skriver at det var en leder i Statoil som lanserte Golden Zone-begrepet, og ba Paul Nadeau lage «a global map over the Golden Zone «. Da må jo noen ha fortalt lederen at dette velkjente mønsteret var noe nytt!? Hadde lederen i stedet konsultert selskapets fagfolk på området, kunne leteavdelingene fått mye mer nyttige håndbøker angående petroleumssystemer.
I tillegg til ikke å adressere vitenskapelig den stressuavhengige kompaksjonen, bringer Bjørkum opp tidligere kontroverser
Bjørkum går så videre med å gjenta tidligere påstander og historiefortellinger. Selv om hvert punkt han hevder har blitt demonstrert til å ha ingenting med virkeligheten å gjøre, tar han på seg skylapper og ignorerer alle fakta som har blitt lagt frem.
Bjørkum hevder igjen at han har påpekt et alvorlig massebalanse-problem i dagens teori angående petroleumsdannelsen. Dette er gjennomgått to ganger før, og demonstrert at det ikke har noe med virkeligheten å gjøre. Som vanlig ignorerer Bjørkum alt annet enn egne påstander. De eneste data Bjørkum har lagt frem er TOC- (Total Organic Carbon) data fra et stort område på norsk sokkel.
Første gang jeg stilte spørsmål om disse, fordi TOC i seg selv ikke er informativt, ba jeg om HI- og Tmax-data. Disse kunne potensielt klare opp hva som foregikk. Men Bjørkum nektet å vise frem de data som helt sikkert står ved siden av hans TOC-data. Bjørkum svarte: «Nå er det ikke opp til meg å forklare det geokjemikere holder på med, men jeg kommer inn på temaet i min artikkel om gass.»
Man burde forvente at Bjørkum, som har disse dataene, ville bruke dem til å forsvare sitt arbeid. Bjørkum mener dog han har rett til å hemmeligholde helt sentrale data i diskusjonen. En arrogant og helt uvitenskapelig innstilling til et forsøk på en faglig diskusjon.
Videre skal det merkes at da den ikke-fagfellevurderte gass-artikkelen kom ut, så inneholdt den ingen av de data Bjørkum hadde hevdet den skulle inneholde og diskutere. Bjørkum fortsatte med sin hemmelighets-taktikk rundt de eneste data (TOC) han hadde lagt frem som den eneste underbygging av hans olje og gass-hypotese. Gass-artikkelen var også kjemisk fri for kvantekjemi, til tross for at han hadde beskrevet den som etter et dypdykk i kvantekjemi. Videre klarte Bjørkum å bygge inn strain uten stress-hypotesen i artikkelen.
For å få en oversikt over de områdene som Bjørkum hadde tatt TOC-data fra, måtte jeg gå inn i Oljedirektoratets (som det het da) brønndatabase. Da ble det raskt klart at Bjørkum hadde blandet sammen data fra områder med forskjellige termiske regimer. Hovedtesen til Bjørkum, at data hadde samme forhold mellom dyp og temperatur var helt feil. Videre var data fra et så stort område at Bjørkum ikke hadde noe kontroll på forskjeller i organisk facies. Videre er det oppsiktsvekkende at Bjørkum som med sin temperaturstyrte kompaksjonshypotese og mange års arbeid på norsk sokkel, ikke kjenner til variasjonene i termiske regimer i området.
Så gjentar Bjørkum påstander om petroleumsdannelse og ignorerer at alle hans påstander tidligere hadde blitt diskutert og ikke funnet å ha basis i litteraturen. Bjørkum hevder: «Jeg bygget mitt arbeid på Hedberg et al. sine publikasjoner fra før 1970.» Det riktige er at han feilsiterte disse arbeidene både i oljeartikkelen og i seinere diskusjoner. For diskusjonen som demonstrerte Bjørkums feilsiteringer og faglige misforståelser angående petroleumsdannelse, henviser jeg til denne tidligere diskusjonen. Spesielt der er det 16 hovedpunkter som Bjørkum senere nektet å adressere og fortsatt ignorerer.
Bjørkum leter opp setninger i litteraturen, som han misforstår, og så fremstiller som bevis for konspirasjoner. Innen organisk geokjemi skriver Bjørkum at han godtok faglitteraturens konklusjon at biodegradering er vanlig i undergrunnen. Men det var til han «snublet over denne drepende setningen fra Lartergruppen i en publikasjon i Nature i 2003« [7]. Der fant han nemlig et utsagn inne i en figurtekst som sier: «No bacteria capable of degrading hydrocarbons under in situ conditions have yet been isolated from petroleum reservoars«.
Bjørkum fortsetter: «Det er imidlertid lett å overse denne innrømmelsen. Jeg fant den «bortgjemt» i en lang figurtext.» Mye hadde skjedd siden 2003, inkludert in situ studier av mikroorganisme floraen i petroleumsreservoarer. Videre påsto Bjørkum, at ingen levende mikroorganismer hadde blitt isolert fra petroleumsreservoarer. Jeg måtte legge ved en lang litteraturliste av studier av isolerte mikroorganismer som levde og formerte seg i beste velgående i petriskåler på laboratoriet. Bjørkum bare fortsetter med sin tungoljedannelseshypotese som om ingen av de refererte arbeidene eksisterer.
Så kaster Bjørkum seg over en artikkel om isavsmelting i Antarktis. På samme måte som for biodegraderingsartikler så ringer han den vitenskapelig-fusk bjellen, karakteriserer media som kunnskapsløse, og mistenkeliggjør klimaforskerne. Det eneste han glemte var å kalle forskerne for magikere og ukjent med den vitenskapelige metode, slik han beskriver geokjemikere.
Hanslien demonstrerte så at Bjørkum ganske enkelt ikke visste at «Annual Surface Mass Balance (SMB)» ikke sier noe om den totale mengde is i området, hvilket var hovedpoenget til Bjørkum. Bjørkum går så til motangrep, og bringer inn nye påstander. Hanslien går så gjennom alle påstandene og demonstrerer at samtlige er basert på Bjørkums misforståelser av litteraturen. Bjørkum forsøker så å ignorere alt han hadde skrevet, og hevder at det han egentlig reagerte på var avisoppslagene rundt Nature artikkelen. Ironisk nok får vi også høre at «vi bør ikke høre på forskere som leter svar i datamodeller som bygger på mangelfull fysikk.»
Det er «word of wisdom» fra en som hevder vi kan ignorere Newtons fysiske lover i forbindelse med trykkoppløsning / kjemisk kompaksjon.
JOHAN K MICHELSEN
Michelsen er pensjonert petroleumsgeologi/petroleumsgeokjemiker. Han har erfaring som forsker ved UiB, Rogalandsforskning og Statoil/Equinor i Norge og erfaring fra Amocos tidligere forskningssenter for leting og produksjon i Tulsa, USA.
Referanser
[1] Bjørkum, P.A., Nadeau, P.H., 1998. Temperature controlled porosity/permeability reduction, fluid migration, and petroleum exploration in sedimentary basins. APPEA J. Aust. Pet. Prod. Explor. Assoc. 38, 453–464.
[2] Nadeau, P.H., Sun, S., and Ehrenberg, S.N. 2023, The “Golden Zone” temperature distribution of oil and gas occurrence examined using a global empirical database. Marine and Petroleum Geology 158 (2023) 106507
[3] Bjørkum, P.A., Oelkers, E.H., Nadeau, P.H., Walderhaug, O., Murphy, W.M., 1998. Porosity prediction in quartzose sandstones as a function of time, temperature, depth, stylolite frequency, and hydrocarbon saturation. AAPG (Am. Assoc. Pet. Geol.) Bull. 82, 637–648.
[4] Turcotte, D.L & Schubert G. 1982. Geodynamics; Applications of continuum physics to geological problems. 450 pages. John Wiley & Sons,
[5] F. Schneider, J.L. Potdevin, S. Wolf, I. Faille, 1996. Mechanical and chemical compaction model for sedimentary basin simulators. Tectonophysics, vol 263. Issues 1-4, p 307-317.
[6] F. Schneider. & Hay, S. 2001. Compaction model for quartzose sandstones application to the Garn Formation, Haltenbanken, Mid-Norwegian Continental Shelf. Marine and Petroleum Geology. Vol 18, Issue 7. pp 833-848.
[7] Head, I. M., D. M. Jones, and S. R. Larter, 2003, Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil: Nature, v. 426, p. 344-352.
