Heterogen reservoarbergarter i brønn 16/2-21 (Johan Sverdrup) med betydelig oljemetning. Brønnen inneholder et usedvanlig variert spekter av fluider og bergarter: sterkt bidegradert olje, ferskere olje, skifre, mulig paleo-jord («paleo-soil?») og rike forekomster av belemnitter (trolig knyttet til reproduksjonsatferd på shelf-miljøet). Til tross for denne litologiske og fluidmessige heterogeniteten er den organiske faciesen til oljen påfallende homogen; hoveddelen klassifiseres som marin Type II/III-olje med opphav fra Draupne-formasjonen på de nærliggende terrassene. Fyllingshistorien er imidlertid lang og kompleks og omfatter gjentatt strukturell tilting, migrasjon langs dype forkastninger, betydelig lekkasje gjennom kappebergarten og mulige bidrag fra kildekjøkkenet «bak» høyden.
Vedrørende Bjørkums historiske syn – noen kommentarer:
Å påstå, som Per Arne Bjørkum gjør i sitt innlegg, at organisk geokjemi er oppfunnet i og med Rock-Eval i 1977, er som å si at medisinen/legevitenskapen begynte med oppfinnelsen av penicillin og røntgenmaskiner på 40–50-tallet, uten hensyn til Galen eller Hippokrates.
Likevel har legevitenskapen i dag beveget seg vekk fra Galens syn på «de fire kroppsvæsker», og fremskrittene har vært enorme – ikke minst gitt teknologisk utvikling.
Organisk geokjemi har en lang forhistorie og har utviklet seg enormt de siste 60 årene.
Starten for European Association of European Geochemists (EAOG) i 1962 var riktignok et forslag fra den amerikanske geokjemiske organisasjonen og deres årlige møte i Pittsburgh, USA, i november 1959. Initiativtakere i Europa inkluderte Umberto Columbo (Montecatini, Italia), Marcel Louis (IFP, Frankrike), G. Hobson (Imperial College, London, UK), E. Eisma (Shell Nederland) og H. Kröpelin (Tekniske Høyskole, Braunschweig, Tyskland).
Bjørkums avkortede og sterkt forenklede syn representerer en sjokkerende nedvurdering av et fagfelt og er nesten ikke til å tro. Bjørkums innlegg føyer seg inn i en lang rekke ubegrunnede angrep på fagfeltene «organisk geokjemi» og «petroleumsgeokjemi», og Rune Mjøs er blant dem som følger opp disse angrepene – også han uten beviselig fagkunnskap, hvis man skal dømme etter hans innlegg.
Man kan undres over motivene til disse to utrettelige herrer.
For mange i fagmiljøet fremstår Bjørkum som en Don Quijote, med Mjøs som den trofaste væpneren Sancho Panza, i ivrige og utrettelige angrep, igjen og igjen, på imaginære saksforhold og fiender – begrunnet i ren uvitenhet og villfarelser, der geokjemiske vindmøller og andre illusjoner blir gjenstand for deres vrede og nedvurderende latterliggjøring.
Å referere til Hedberg som sannhetsvitne er påfallende, da Hedberg selv i 1964 ikke var overbevist om hvordan geokjemien til oljer var relatert til levende organismer, og langt mindre forsto han dannelsestemperaturer for olje og gass samt migrasjon. Selv Park A. Dickey var i 1967 uten forståelse av migrasjon.
I en berømt ordveksling med Gussow påstår han i 1967 at «det hjelper lite å diskutere hvordan olje og gass migrerer fra postulerte kildebergarter til feller» (med referanse til Gussows modell for up-dip migrasjon og differensiell innfangning i feller, 1954 og 1955). Han skrev: «Vi må ha faktiske beviser på at olje og gass faktisk har migrert.»
Han konkluderer med at Gussows modell for migrasjon er «highly speculative». Dette var USAs fremste oljegeologer i 1967, og Hedberg var blant disse – selv om han mot slutten av livet endret syn. Det var derfor russerne, franskmennene og tyskerne fikk et betydelig forsprang innen fagfeltet.
Et annet forhold er at Bjørkum ser bort fra alle andre elementer innen organisk geokjemi, som petroleumsystem-analyser, migrasjon og fellefylling – for ikke å snakke om bioremediasjon og analyse av jordarter samt unge sedimenters innhold av organiske stoffer.
Hele fagfeltet med polymeriseringsreaksjoner fra levende organisk materiale til kerogen inngår i organisk geokjemi.
Bjørkum demonstrerer mangel på forståelse for at fundamentet for vitenskapen organisk geokjemi skriver seg delvis fra biologi, fysikalsk kjemi, tradisjonell våtkjemi og studier av jordkjemi, samt fysikk. Omdannelse av organiske stoffer som har lav entropi og høy entalpi, følger meget godt termodynamikkens prinsipper.
Pyrolyse og ikke pyrolyse
Rock-Eval er kun ett av svært mange verktøy i den geokjemiske verktøykassen. Forløpere til Rock-Eval var mange, blant annet hadde Exxon et instrument omtalt av Barker og benyttet siden 50–60-tallet for å vurdere mengder frie hydrokarboner og pyrolysat i bergarter.
Instrumentet regnes som et screening–bulk-flow-instrument, egnet for å på 20 minutter gi et estimat av modenhet (Tmax og PI) i kildebergarter og organiske skifre, samt å estimere mengde hydrogen i kerogenet. Kvantitative parametere som S1 (C1–C25, frie hydrokarboner og ikke et pyrolyseprodukt, men et resultat av termoevaporasjon) og S2 (totalt pyrolysat av kerogen og C25–C70 HC) gir et bilde av organisk rikhet. Høye PI-verdier angir migrert petroleum.
Instrumentet er ikke ment å etterligne naturlig petroleumsgenese i bergarter i den forstand at produktene skal være identiske med migrert og akkumulert olje. Likevel gir pyrolyse relevante kinetiske parametre for selve «kerogen-cracking»-reaksjonene, og det er slik man har etablert rimelige verdier for frekvensfaktorer og aktiveringsenergier i kerogen. Dette er sentralt i moderne modellering av petroleumgenese.
Frem til 70-tallet antok man at aktiveringsenergier for kerogen-nedbrytning var i området 10–20 kcal/mol, og at en økning i reaksjonstemperatur på 10 °C ville medføre en dobling av reaksjonshastigheten.
Man har fra pyrolyse funnet at faktiske aktiveringsenergier for Type II/III-kerogen ligger i området 45–60 kcal/mol, med hovedvekt rundt 55 kcal/mol. Slike aktiveringsenergier gir, grovt regnet, en økning i reaksjonshastighet på hele 5–10 ganger per 10 °C temperaturøkning. Dette medfører en enorm økning i hastigheten på petroleumsgenese – og da også i «kjøligere» bassenger ved grunnere dyp og lavere temperaturer. Også dette er klassisk lærebokstoff.
Når det gjelder de faktiske molekylene som genereres ved pyrolyse og forholdet mellom f.eks. alkaner og polare forbindelser, er dette selvsagt annerledes enn i migrert olje. Olje i et felt er ikke et «foster», men har gjennomgått en «fødsel», migrert både primært og sekundært og blitt akkumulert i et oljefelt – altså hatt et meget langt «liv». En 90-åring ser annerledes ut enn et foster eller nyfødt barn og har helt andre egenskaper.
Rock-Eval pyrolyse er en «tørr» pyrolyse, kjørt med høye temperaturer som øker raskt. Instrumentet kjører ikke hydrøs pyrolyse. Frie radikaler dannes. Tallene fra instrumentet er likevel empirisk godt egnet til oppskalering, da man får mg HC/g bergart, som tilsvarer kg/tonn og lett kan omregnes til kg per kubikkmeter og videre til kubikk-kilometer. Dette er meget nyttig og formålstjenlig i kvantitativ bassengmodellering og brukes av alle som finner olje.
Lave utbytter ved pyrolyse har historisk mange årsaker, blant annet at man tidligere ikke benyttet perfekt inert atmosfære – noe som medførte at organiske komponenter ble delvis oksidert til grafitt. Høy temperatur og fravær av vann øker aromatiseringen av kerogenet. Pyrolyse uten vann gir systematisk lavere utbytter, da det dannes frie radikaler og komplekser.
Høyere utbytter foreligger alltid ved hydrøs pyrolyse, men selv da er mengden mettede hydrokarboner oftest bare 5–20 %, aromater 20–30 %, og resten – opp mot 70–80 % – asfaltener, som normalt ikke regnes som hydrokarboner og i naturen i liten grad forlater kildebergarten.
Våre studenter lærer om dette, og at olje i oljefelt er «speilbildet» av pyrolyseresultatene – og det er slett ikke merkelig. I vår artikkel om Devon på Røargen og avsetningsmiljøet der gikk vi inn på oppvarmingshastigheter i kerogen og hvor ulikt dette er i naturen selv i forhold til de lengste pyrolyseeksperimenter. Jeg skal ikke gjenta dette her.
Olje i felt er resultat av primærmigrasjon fra kildebergarten, utdrivning, sekundærmigrasjon, tap underveis og innfangning i felt – der også senere endringer i oljens sammensetning foregår, bl.a. ved tap gjennom kappebergarten og noen ganger biodegradasjon i grunne felt.
Jeg har tidligere (i første innlegg) redegjort for hydrøse pyrolyseeksperimenter som foregår over uker, måneder og til og med mange år. Vi har også pyrolyse i gullkapsler, som er absolutt inerte. Det er disse metodene som gir bedre innsikt i genese og kinetikk. Rock-Eval er utmerket til sitt bruk, men ingen i geokjemifeltet kaller dette analytisk pyrolyse.
Siden 80-tallet har man skilt mellom:
- Screening Bulk-Flow Pyrolyse (Rock-Eval og Hawke)
- Analytisk pyrolyse, der f.eks. Curiepunkt-pyrolyse, flash-pyrolyse, hydrøs pyrolyse og pyrolyse i gullkapsler inngår.
Dette er barnelærdom for geokjemikere og typiske eksamensspørsmål i GEO 3211 ved Institutt for geofag, Universitetet i Oslo.
Kort fortalt er analytisk pyrolyse en metode for å studere kerogenets oppbygning og endringer gjennom oljevinduet. Kinetiske parametere som frekvensfaktor og aktiveringsenergier for ulike kerogentyper lar seg studere og er gode nok til å predikere dyp og temperatur for dannelse og utdrivning av petroleum fra kildebergarter. Dette er metoder som fungerer, og det blir hver dag gjort funn av olje og gass i verdens petroleumsbassenger ved hjelp av disse metodene – selv om Bjørkum synes å fornekte dette.
Også kort fortalt er overgangen fra levende materiale til pre-kerogen en serie prosesser som foregår via eliminering av funksjonelle grupper og polymerisering. Når geopolymerer som fulviske syrer og humiske syrer polymeriseres videre til humin-lignende substanser, vil videre temperaturpåvirkning øke polymeriseringsgraden, med eliminering av NSO-elementer, og kerogen dannes.
Når kerogen foreligger er omdannelsen derfra i det vesentlige en termo-katalytisk omdannelse via cracking av karbonkjeder – en endoterm reaksjon. Intet av dette er merkverdig.
Hydrogenrike forbindelser som alkaner kan migrere ut gjennom kerogennettverket i kildebergarter sammen med aromatiske hydrokarboner. I store trekk blir asfaltener og resiner værende i kildebergarten. Alt dette er lærebokstoff, etterprøvd i hundrevis av publikasjoner, og ikke mystisk.
Det er viktig å forstå at ingen pyrolysemetode av knuste bergarter eller rent kerogen er antatt å kunne gjenskape olje slik den foreligger i oljefelt. Dette er intuitivt åpenbart for de som kjenner prosessene og skyldes at alt som skjer ved primærmigrasjon inne i kerogennettverket, utdrivelse av olje fra kildebergarten, PVT-endringer, adsorpsjon og absorpsjon under sekundærmigrasjon – utgjør en totalprosess som selvsagt ikke kan evalueres ved pyrolyse.
Det er derfor ingen grunn overhodet til at pyrolyse skulle «kunne gjenskape», slik Bjørkum hevder, det som skjer i kildebergarten. Man bør ikke fortvile over dette innlysende saksforhold.
Når det gjelder «utbytte», som også Bjørkum skriver om, skal man være klar over at selv en utmerket kildebergart med hydrogenindeks (HI) på 600 kun kan omdanne ca. 60 % av totalt organisk innhold til olje og gass. Videre må man tenke på at bare omtrent 50 % vil kunne forlate kildebergarten under primærmigrasjon og ekspulsjon. Også dette er lærebokstoff.
Når det gjelder selve ekspulsjonen og temperaturer, som ofte omtales av Bjørkum og Mjøs, er det klart at dette er meget strengt bestemt.
Selvsagt er temperaturen for modning, primærmigrasjon og ekspulsjon godt bestemt. Modenhet for utdrivning er normalt rundt 0,8 % Ro og lar seg måle med en serie geokjemiske parametere på oljer. Derfra går man til dyp- og Ro-data på kildebergarter – f.eks. Draupne – som er målt tusenvis av ganger overalt på norsk sokkel (NCS).
Så ser man dypet for 0,8 % Ro, og man leser av temperaturen ut fra geotermisk gradient. Dette er ikke hokus pokus – og samme metoder brukes overalt.
Tilgang på kildebergarter i alle modenhetsnivå er ekstremt god på norsk sokkel (gitt Sokkeldirektoratet), og blant annet derfor har norske geokjemikere vært verdensledende. Slike bergarter tillater direkte måling av alle geomarkører og biomarkører, som deretter omregnes til modenhet.
På norsk sokkel ser man oftest kvantitativt effektiv utdrivning ved kildebergartsdyp på 4–4,5 km (140–160 °C) for den olje man finner i feller, som er et akkumulert gjennomsnitt av alle oljepulser.
Likevel vil tidlige pulser migrere ut ved dyp på ca. 3,5 km (120 °C) dersom kerogenet foreligger i meget rike tredimensjonale nettverk i kildebergarten – som ofte er tilfellet i Draupne – og til dels enda grunnere, noe vi også ser enkelte steder. Oljemigrasjon skjer ikke «én gang», men i pulser.
Kerogen med mer svovel vil typisk «løfte» oljevinduet ca. 500 m.
Modning er en gradvis prosess, og oljemodning ved 0,5 % Ro er tradisjonelt angitt til 70–90 °C, men ekspulsjon skjer normalt senere, dypere og varmere. Også dette er lærebokstoff.
Litt om analysemetoder og fremskritt
Frem til ca. 1950 var det i hovedsak våtkjemiske metoder som ble benyttet, før vår tids gasskromatografer, væskekromatografer og hurtigskannende massespektrometre kom til. Mangel på massefølsomme og lineære detektorer medførte tidligere utfordringer for kvantifisering av mikro- og nanogram-materiale fra skifre og oljer.
Bruk av stabile karbonisotoper er blant de tidligste metodene brukt på petroleum, spesielt gasser, og her var Columbo i Italia tidlig ute med gode modeller som har stått seg rimelig bra. Det samme gjelder tidlige studier av metaller i oljer.
Analyse av individuelle molekylgrupper i oljer, som geomarkører og biomarkører, måtte likevel avvente gode kapillærkolonner og moderne gasskromatografer med flammeionisasjonsdetektorer eller raskt skannende massespektrometre.
I dag behandles ofte petroleumsgeokjemi som en separat disiplin av organisk geokjemi, med også unge sedimenters geokjemi, jordgeokjemi og karbonsyklusen som separate temaer.
Litt om geokjemimiljøets fremvekst og fundament – metoder og prosessforståelse
Det passer å bemerke at det 10. internasjonale møtet i organisk geokjemi ble avholdt i Bergen i 1981 (14.–18. september). Boken fra møtet, på 880 sider, ble redigert av vår egen Malvin Bjorøy. Den inneholder ca. 94 vitenskapelige artikler. Dette var altså det 10. internasjonale møtet; det første ble holdt i Milano i 1962.
Det var først på 50-tallet at gasskromatografi ble utviklet og tillot detaljerte geokjemiske analyser av komponenter i oljer, og flammeionisasjonsdetektoren (FID) kommer fra studier av radioforstyrrelser knyttet til de første rakettoppskytningene. I dag har Fourier-transform ion-cyclotron resonance-massespektrometri identifisert mer enn 80 000 elementformler i oljer. Både kerogen og olje er uhyre komplekse materialer, og nye forbindelser oppdages hele tiden.
Likevel hadde Gussow siden 50–60-tallet revolusjonert vårt bilde av oljemigrasjon; Silverman hadde også arbeidet lenge med dette; og det samme hadde Thompson, Galimov og mange flere. Blant større navn på 50–70-tallet kan nevnes: Teichmüller, Bordovskiy, Brassel, Oberlin, Hunt, Brodskii, Kalinenko, Nissenbaum, Bruyevich, Zaytseva, Burg, Simoneit, Haug, Burlingame, Carruthers, Alpern, Ourisson, Albrecht, Hoering, Abelson, Debyser, Columbo, Stahl, Deroo – og mange flere.
Grunnleggende studier fra Tissot, Welte, Douglas, Orisou, Schenk, Vandebrouck, Horsfield, Claypool, Barker, Duran, Dow, Nissenbaum, Kaplan, Degens, Maxwell, Eglinton, Pillinger, Albrecht og andre forelå siden.
Treibs hadde på 30-tallet bevist at porfyriner forekommer i olje og dermed bekreftet deres organiske opphav.
Rønnov hadde etablert korrelasjon mellom TOC og oljeforekomster på 50-tallet.
Det norske geokjemiske miljøet var hele tiden svært langt fremme. Det er vanskelig å forstå at Bjørkum har vært i samme land som blant andre Malvin Bjorøy, Hauk Solli og de øvrige sterke miljøene innen geokjemi – ved Institutt for Kontinentalundersøkelser, senere APT og IFE, og de meget fremmelige og internasjonalt anerkjente miljøene i Saga Petroleum, Hydro, Statoil m.fl.
Vi regner i dag ca. 160 000 personer innen mitt fagfelt, og jeg ligger selv – om man skal tro ScholarGPS – blant de øverste 0,2 %. Miljøet er stort. Miljøet finner olje og gass hele tiden og bidrar til verdens økonomiske fremgang med funn etter funn.
Å påstå at organisk geokjemi er Rock-Eval og at alt begynte med Rock-Eval, er som om jeg skulle påstå overfor legeforeningen at det er på tide de lærer forskjell på hjerte og nyrer – og at deres vitenskap begynte med røntgenmaskinene.
DAG KARLSEN
Et PS
John Browne var for «Beyond Petroleum» og for «grønne skifter». Han er ikke representativ for BP-miljøet som sto bak de store funnene på britisk side av Nordsjøen eller internasjonalt – tvert imot.
BPs mest kjente geokjemiker, Dr. Andrew Mackenzie, som senere fikk en fremragende internasjonal topplederkarriere innen gruvedrift, beklaget ofte at BP vendte seg vekk fra olje. BP hadde William England på fysikk og PVT-migrasjon og Andrew Mackenzie på biomarkører, men egentlig ikke andre større figurer innen organisk geokjemi.
Det er derfor ikke riktig at disse dominerte faget, selv om de var meget gode brukere av geokjemi og gjorde tallrike funn. Lederen av BPs forskningsdivisjon 1981–1992, den organiske kjemikeren John Cadogan, var på Institutt for Geologi og åpnet vårt nye geokjemilaboratorium. Han fremhevet at BP hadde tjent milliarder på satsingen på organisk geokjemi. Cadogan ble adlet i 1991 og fikk i 2013 Royal Society of Edinburghs kongelige medalje for sine bidrag til organisk kjemi.
BP snudde i 2024 tilbake fra grønne satsinger til kjernevirksomheten – en virksomhet Exxon, Shell og f.eks. Agip i Italia aldri forlot til fordel for grønne utopier.
Det hører med til historien at de fleste av Equinors satsinger i utlandet gikk dårlig – og de grønne satsingene likeså. Mange har pekt på mangel på forståelse av «petroleums-systemet» som en av årsakene. Deres geokjemiske laboratorium, som var langt fremme, ble lagt ned. Equinor skiller nå «det grønne» i eget selskap (Power). I dag er Equinor det mest shortede oljeselskapet i Europa.
Kort om intrusiver
I et tidligere svar til Bjørkum skrev jeg i detalj om analyser av prøver ved organiske intrusiver, i vårt tilfelle blant annet ved flere profiler på Svalbard (fig. under). Gode studier av organisk modning og geokjemi rundt lagganger og intrusiver finnes i bokstavelig talt titalls publikasjoner, og refereres også i lærebøker.
Bjørkum skriver likevel:
«Jeg kan ikke se at det geokjemiske fagmiljøet har oppdaget likheten mellom laboratorieresultatet og oppførselen rundt magmatiske intrusjoner.»
Det er kanskje på tide at Bjørkum begynner å lese lærebøker og vitenskapelige artikler om disse temaene – som han mener ikke foreligger.
I det store og hele observerer man rundt «store» intrusiver som Bramsche-massivet – som Leythaeuser foreleste om på Institutt for Geologi på 80-tallet – at modenhet øker normalt inn mot intrusiver (Leythaeuser og kolleger har flere artikler om dette). Likevel ser man klare avvik ved tynnere intrusiver og til og med i massive siller på store dyp (3,8 km), som i brønn 6607/5-2 (doleritt), Bodøhøyden, som vi har studert.
Avvikene blir større jo tynnere sillene er, og dette skyldes at temperaturen er høy i intrusivene, men total varmemengde (energi) er lav. Alt dette er godt kjent og beskrevet, selv om Bjørkum ikke leser slikt.
At Bjørkum igjen og igjen på geoforskning.no slipper til med hårreisende påstander om mangler innen fagområder han gang på gang demonstrerer at han ikke kjenner, er påfallende.
Det hele er som om han påstår at «ingen i verden kan gresk, aller minst grekerne» – bare fordi Bjørkum selv ikke kan gresk.
Figuren viser modenhet (målt optisk vitrinitt-refleksjon) som funksjon av avstand til siller av ulik tykkelse. Trendene følger klassiske modeller fra andre studier. Prøver ble ekstrahert, geomarkører og biomarkører målt, og modenhet beregnet.
Kort sagt: selv disse «store» sillene er dårlige analoger for normal modning i bassenger. Dette skyldes at sillene har høy temperatur når de intruderer, men inneholder lite total energi – altså lite varme.
