Ce este o cupolă de sare? Cum se formează?

Conţinut

• Ce este o cupolă de sare?
• Deformarea sării sub presiune
• „Concepția greșită a densității”
• Cât de densitate poate fi irelevantă
• Cât de mari sunt domurile de sare?
• Descoperirea uleiului pentru prima cupolă de sare
• Importanța economică a domurilor sărate
• Rezervoare de petrol și gaze naturale
• O sursă de sulf
• Producția de sare
• Rezervoare de depozitare subterane
• Eliminarea deșeurilor
• Unde apar domurile de sare?

Sarea Jurasicului Mijlociu: Această secțiune prezintă roci din bazinul Est-Texas între granița Oklahoma-Texas (pe stânga) și coasta Golfului Mexic (în dreapta). Unitatea de rocă purpură este sarea Jurasică de mijloc, o unitate de rocă care are capacitatea de a curge sub presiune. Sarea este acoperită de mii de metri de sediment, care pun o presiune enormă pe suprafața sării și determină curgerea acesteia. În numeroase locații, sarea a intrat în sus în sedimente suprapuse. Acest lucru a produs mici movile sau coloane falnice de sare care pot fi înălțime de mii de metri. Coloanele de sare și movile mai mici se numesc „cupole de sare”. Imagine USGS.

Cupola de sare: Desene animate ale unei cupole de sare care prezintă străpungerea prin două unități de rocă și deformarea unității de rocă imediat deasupra. Creșterea cupolei se realizează prin migrarea sării în cupolă din zonele înconjurătoare. Sarea migrează în cupolă, deoarece este comprimată de greutatea sedimentelor suprapuse.

Ce este o cupolă de sare?

O cupolă de sare este o movilă sau o coloană de sare care a intrat în sus în sedimentele suprapuse. Domurile de sare se pot forma într-un bazin sedimentar unde un strat gros de sare este acoperit de sedimentele mai tinere cu grosime semnificativă. Acolo unde condițiile o permit, cupolele de sare pot ridica mii de metri deasupra stratului de sare din care au început să crească. Un exemplu este prezentat în ilustrație.

În ilustrația din partea de sus a paginii, unitatea de rocă purpurie (Js) a fost inițial un strat de sare. Este sursa de sare pentru mai multe coloane de sare și pentru câteva movile mai mici de sare, care au intrat în unități subiacente.

Dezvoltarea cupolelor de sare poate deforma unitățile de rocă în capcane care dețin petrol și gaz natural. Adesea sunt minate ca surse de sare și sulf. Natura impermeabilă a sării poate face din acestea situri importante pentru depozitarea subterană sau eliminarea subterană a deșeurilor periculoase.

Deformarea sării sub presiune

Spre deosebire de majoritatea celorlalte tipuri de sedimente, sarea are capacitatea de a-și schimba forma și curgerea atunci când este plasată sub suficientă presiune. Pentru a dezvolta o cupolă de sare, presiunea asupra sării trebuie să fie suficient de mare pentru a-i permite să pătrundă sedimentele de bază. Presiunea trebuie să fie suficient de mare pentru a depăși mai multe obstacole. Acestea includ greutatea straturilor suprapuse, forța straturilor suprapuse, forțele de frecare și forța gravitației care rezistă înălțare.

Două surse de presiune care au produs cupole de sare sunt presiunea descendentă a sedimentelor suprapuse și presiunea laterală a mișcării tectonice.

Dacă se dezvoltă o zonă de slăbiciune sau de instabilitate în sedimentele suprapuse, sarea se face sub presiune adecvată. Slăbiciunea ar putea fi cauzată de fracturi de extensie, o anticlină în curs de dezvoltare, o eroare de tracțiune sau o vale erodată pe suprafața Pământului deasupra.

Odată ce sarea începe să curgă, ea poate continua atât timp cât presiunea asupra sării este suficient de mare pentru a depăși forțele rezistente. Debitul se va opri atunci când sarea a crescut până la o înălțime unde există condiții de echilibru.

„Concepția greșită a densității”

Multe explicații ale cupolelor de sare sugerează că densitatea mai mică a sării, în comparație cu densitatea unităților de roci suprapuse, este forța motrice a formării cupolei de sare. Aceasta este o concepție greșită.

În momentul depunerii, sedimentele clastice deasupra sării sunt necompactate, conțin spațiul porilor siginficanți și au o densitate mai mică decât sarea. Densitatea lor nu depășește densitatea sării până când nu sunt îngropate adânc, bine compactate și parțial litificate. Până atunci nu mai sunt sedimente moi. Sunt unități de rocă competente care pot fi obstacole în calea intruziunii sării.

Greutate și densitate: Aerul are o densitate aproape neglijabilă. Cu toate acestea, o coloană de aer atmosferic cântărește suficient pentru a conduce o coloană de mercur extrem de densă, la aproape un metru în sus, un tub de vid de sticlă.

Cât de densitate poate fi irelevantă

Un barometru cu mercur oferă o ilustrare a modului în care densitatea poate fi irelevantă. În 1643, Evangelista Torricelli a umplut cu mercur un tub de sticlă, închis pe un capăt. Apoi a stat-o ​​în poziție verticală într-un bazin de mercur, ținând un capăt scufundat. După ce tubul a fost vertical, greutatea atmosferei de pe suprafața mercurului a furnizat suficientă presiune pentru a susține o coloană de mercur cu aproape un metru înălțime. Mercurul ar crește și ar cădea în tub, pe măsură ce presiunea atmosferei se va schimba.

În cazul unui barometru cu mercur, diferența de densitate dintre mercurul din tub și densitatea aerului din jur este enormă. Dar, greutatea atmosferei este suficient de mare pentru a susține coloana de mercur.

În cazul unei cupole de sare, mii de metri de sediment, apăsând pe o unitate de sare extinsă din punct de vedere geografic, pot furniza suficientă energie pentru a produce o cupolă de sare.

Domenii de sare arctică: O imagine din satelit a două cupole de sare care a erupt pe suprafața insulei Melville, nordul Canadei. Cupolele sunt trăsăturile albe rotunde înconjurate de stâncă gri. Sunt fiecare pe o distanță de aproximativ 2 km. Insula este înconjurată de gheață de mare. Sarea poate persista la suprafață în clime reci și aride. Imagine realizată de NASA. Măriți imaginea.

Cât de mari sunt domurile de sare?

Cupolele de sare pot fi structuri foarte mari. Miezul de sare variază de la 1/2 mile la 5 mile. Unitățile de roci părinte care servesc ca sursă de sare sunt de obicei de câteva sute până la câteva mii de metri grosime. Cupolele de sare urcă de la adâncimi cuprinse între 500 și 6000 de picioare (sau mai multe) sub suprafață. De obicei nu ajung la suprafață. Dacă se întâmplă, s-ar putea forma un ghețar de sare.

Domeniile de sare din Golful Mexic: O hartă în relief a podelei din Golful Mexic în largul coastei de sud-est a Louisiana. Culorile roșu și portocaliu reprezintă apa superficială; albastrul reprezintă apa mai adâncă. Structurile rotunde cu vârf plat sunt expresia de suprafață a cupolelor de sare subterane. Imagine din programul Explorer NOAA Okeanos. Măriți imaginea.

Descoperirea uleiului pentru prima cupolă de sare

Cupolele de sare erau aproape necunoscute până când un puț petrolier explorator a fost forat pe Dealul Spindletop, lângă Beaumont, Texas, în 1900 și finalizat în 1901. Spindletop era un deal scăzut, cu un relief de aproximativ 15 metri, unde un vizitator putea găsi izvoare de sulf și scurgeri de gaze naturale.

La o adâncime de aproximativ 1000 de metri, puțul a pătruns într-un rezervor de ulei sub presiune, care a aruncat uneltele de foraj din puț și a dus pământul înconjurător cu petrol brut până când putul a putut fi pus sub control. Producția inițială din sondă a fost de peste 100.000 de barili de petrol brut pe zi - un randament mai mare decât orice puț anterior a produs vreodată.

Descoperirea Spindletop a aprins un fir de forare pe structuri similare din zona Coastei Golfului. Unele dintre aceste sonde au lovit petrol. Aceste descoperiri i-au motivat pe geologi să învețe despre structurile de mai jos care dețineau atât de mari cantități de ulei.

Cartografierea atentă a subsolului a datelor cu puțuri și, ulterior, folosirea sondajelor seismice, au permis geologilor să descopere forma cupolelor sărate, să dezvolte ipoteze despre modul în care se formează și să înțeleagă rolul lor în explorarea petrolului.

Cupola de sare din Golful Persic: Insula Sir Bani Yas din Golful Persic de pe coasta de vest a Emiratelor Arabe Unite. Insula este o movilă împinsă de o cupolă de sare în creștere. Cupola s-a rupt pe suprafața insulei, iar miezul rotund al cupolei poate fi văzut în centrul insulei. Imagine realizată de NASA Earth Observatory. Faceți clic pentru imagine mai mare.

Importanța economică a domurilor sărate

Cupolele de sare servesc ca rezervoare de petrol și gaze naturale, surse de sulf, surse de sare, depozite subterane pentru petrol și gaze naturale și locuri de eliminare a deșeurilor periculoase.

Rezervoare de petrol și gaze naturale

Cupolele de sare sunt foarte importante pentru industria petrolului. Pe măsură ce o cupolă de sare crește, roca de sus este arcuită în sus. Această rocă poate servi ca rezervor de petrol sau de gaze naturale.

Pe măsură ce o cupolă crește, rocile pe care le pătrunde sunt arcuite în sus de-a lungul laturilor cupolei (vezi ambele ilustrații din partea de sus a acestei pagini). Acest arc ascendent permite petrolului și gazelor naturale să migreze spre cupola de sare, unde se poate acumula într-o capcană structurală.

Sarea în creștere poate provoca și defectarea. Uneori, aceste defecțiuni permit închiderea unei unități de rocă permeabile împotriva unei unități de rocă impermeabilă. Această structură poate servi de asemenea ca rezervor de petrol și gaze. O singură cupolă de sare poate avea multe rezervoare asociate la diverse adâncimi și locații din jurul cupolei.

Sondaj seismic: Un profil seismic timpuriu al unei cupole de sare dobândite dintr-un sondaj de bord. Prezintă un miez central de sare de aproximativ 1-1 / 2 mile lățime și straturi de rocă care au fost deformate de mișcarea în sus a sării. Imaginea seismică modificată după Parke D. Snavely, Studiul Geologic al Statelor Unite.

O sursă de sulf

Cupolele de sare sunt uneori acoperite de o rocă de capac care conține cantități semnificative de sulf elementar. Sulful apare ca un material cristalin care umple fracturi și pori intergranulari și, în unele cazuri, înlocuiește roca capacului. Se crede că sulful s-a format din anhidrit și ghips asociat cu sarea prin activitate bacteriană.

Unele cupole de sare au suficient sulf în roca capacului pentru a putea fi recuperate economic. Acesta este recuperat prin forarea unui puț în sulf și pomparea apei supraîncălzite și a aerului în puț. Apa supraîncălzită este suficient de fierbinte pentru a topi sulful. Aerul fierbinte transformă sulful topit într-o spumă suficient de plină pentru a se ridica într-un puț la suprafață.

Astăzi, cea mai mare parte a sulfului este produsă ca un produs secundar din rafinarea petrolului brut și prelucrarea gazelor naturale. Producția de sulf din cupole de sare nu este, în general, competitivă cu sulful produs din petrol și gaze naturale.

Producția de sare

Unele cupole de sare au fost exploatate prin minerit subteran. Aceste mine produc sare care este folosită ca materie primă de către industria chimică și ca sare pentru tratarea autostrăzilor acoperite cu zăpadă.

Câteva cupole de sare au fost extinse prin soluție. Apa caldă este pompată într-un puț în sare. Apa dizolvă sarea și este readusă la suprafață prin puțuri de producție. La suprafață, apa este evaporată pentru a recupera sarea, sau apa sărată este utilizată într-un proces chimic.

Rezervoare de depozitare subterane

Unele dintre minele dezvoltate în cupole de sare au fost sigilate cu grijă și apoi utilizate ca situri de stocare pentru petrol, gaze naturale și hidrogen.

Domurile de sare din Statele Unite și Rusia servesc, de asemenea, ca depozite naționale pentru rezervele guvernamentale de gaz de heliu. Sarea este singurul tip de rocă care are o permeabilitate atât de scăzută încât poate deține minusculii atomi de heliu.

Eliminarea deșeurilor

Sarea este o rocă impermeabilă care are capacitatea să curgă și să sigileze fracturi care s-ar putea dezvolta în interiorul ei. Din acest motiv, cupolele de sare au fost utilizate ca locuri de eliminare a deșeurilor periculoase. Cavernele artificiale din cupole de sare au fost folosite ca depozite pentru deșeurile de foraj din câmpul petrolier și alte tipuri de deșeuri periculoase în Statele Unite și în alte țări. De asemenea, au fost luate în considerare pentru eliminarea deșeurilor nucleare la nivel înalt, dar niciun site din Statele Unite nu a primit acest tip de deșeuri.

Depozite de sare din SUA: Locația depozitelor de sare cu paturi și bazinele cupolei de sare în Statele Unite. Depozitul continuu mare de-a lungul Coastei Golfului care conține cele trei bazine ale cupolei de sare este acoperit de Sarea Louann. Hartă cu date de locație de la Laboratorul Național Argonne.

Unde apar domurile de sare?

Cupolele de sare pot apărea în bazinele sedimentare în care depozitele groase de sare au fost îngropate de cel puțin 500 de metri de alte tipuri de sedimente. Una dintre cele mai mari regiuni ale cupolei sărate din lume este Golful Mexic. Peste 500 de cupole de sare au fost descoperite pe mare și sub litoralul Golfului Mexic. Au originea din sarea Louann, o unitate de rocă subterană care persistă lateral în întreaga zonă. O hartă din coloana din dreapta a acestei pagini arată locația depunerilor de sare în pat din Statele Unite și a trei câmpuri de cupole de sare. Au fost descoperite și câmpuri mari de cupole de sare în Angola, Brazilia, Canada, Gabon, Germania, Iran și Irak.