De geologie van de Golf van Mexico (GOM) is dynamisch, niet gedreven door platentektoniek maar door de beweging van zoutvoorraden onder de grond. Zoutlagen, een overblijfsel van een oceaan die zo’n 200 miljoen jaar geleden bestond, gedragen zich op een bepaalde manier wanneer ze worden bedekt door zware sedimenten. Ze verdichten zich, vervormen, persen zich in barsten en balloneren in het bovenliggende materiaal.
Deze zouttektoniek beeldhouwt de geologische lagen en de zeebodem in het GOM nog steeds zoals weinig andere plaatsen op aarde. Door deze zouttektoniek en een gestage aanvoer van sediment door rivieren is de zeebodem van het GOM een terrein dat voortdurend in beweging is. Bathymetrie is rijp met actieve breuken en escarpen, slump blocks en slides, canyons en kanalen, sediment golven, pockmarks en modder vulkanen, en andere natuurlijke olie en gas seeps.
Nu een nieuwe regionale zeebodem data set gemaakt door het U.S. Department of the Interior’s Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) onthult die dynamische omgeving met verbluffende nieuwe helderheid. De gegevens omvatten gedetailleerde seismische opnamen die oorspronkelijk zijn gemaakt door 15 verschillende bedrijven die betrokken zijn bij de olie- en gasindustrie. BOEM heeft toestemming gekregen om de relevante gegevens openbaar te maken in een vrij te downloaden geaggregeerde kaart van de zeebodem.
Hoe is het zout daar gekomen?
Van het zout wordt aangenomen dat het is neergeslagen uit hypersalien zeewater toen Afrika en Zuid-Amerika zich tijdens het Trias en Jura, zo’n 200 miljoen jaar geleden, losmaakten van Noord-Amerika. Het GOM was aanvankelijk een ingesloten, beperkt bekken waarin zeewater infiltreerde en vervolgens verdampte in een dor klimaat, waardoor het hypersaliniteit veroorzaakte (vergelijkbaar met wat er gebeurde in het Grote Zoutmeer in Utah en de Dode Zee tussen Israël en Jordanië).
Zout vulde het bekken tot een diepte van duizenden meters totdat het werd opengesteld voor de voorouderlijke Atlantische Oceaan en daardoor weer een open zeecirculatie en normale zoutgehalten kreeg. Naarmate de geologische tijd vorderde, deponeerden rivierdelta’s en mariene microfossielen nog eens duizenden meters sediment in het bekken, bovenop de dikke zoutlaag.
Het zout, blootgesteld aan de immense druk en hitte van een begraving op kilometers diepte, vervormde in de loop der tijd als stopverf en sijpelde omhoog naar de zeebodem. Het bewegende zout maakte breuken en breuklijnen in de broze sedimenten, waardoor natuurlijke paden ontstonden voor olie en gas om door de scheuren naar boven te sijpelen en reservoirs te vormen in ondiepere geologische lagen. Niet zo snel
De populairste bathymetriekaart van de noordelijke Golf van Mexico is de versie die in de jaren negentig is gegenereerd door de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), het National Geophysical Data Center (NGDC), en Texas A2560>M’s Gulf of Mexico Coastal Ocean Observing System (GCOOS). De organisaties hebben deze samengesteld met behulp van gegevens van verschillende multibeam sonarsurveys en 2-D seismische lijnen die kilometers uit elkaar liggen, wat een resolutie oplevert van maximaal 2500 vierkante meter per pixel. Dit is een uitstekende resolutie, geofysisch gezien, en de afgelopen twintig jaar is de kaart een gerespecteerde en populaire regionale gegevensset geweest binnen de wetenschap, de academische wereld en de olie- en gasindustrie.
De nieuwe kaart van BOEM, die uitsluitend is gebaseerd op 3-D seismische gegevens, bestrijkt niet zo’n groot gebied als de kaart van NOAA/NGDC/GCOOS, maar de verbeterde resolutie en consistente pixelgrootte onthullen onontdekte en voorheen slecht ontdekte geologische kenmerken van de continentale helling, de zoutminibekkenprovincie, de abyssale vlakte, de Mississippi Fan en de Florida Shelf and Escarpment. Vanwege de kleinere dekking van de nieuwe kaart zal de historische kaart echter zeer bruikbaar blijven.
BOEM’s Seismische Databank
BOEM-onderzoekers hebben de kaart samengesteld met behulp van de vertrouwelijke databank van 3-D seismische onderzoeken van BOEM, waarbij elk onderzoek oorspronkelijk werd opgenomen door de olie- en gasindustrie in hun zoektocht naar koolwaterstoffen. Als het bureau dat verantwoordelijk is voor de afgifte van vergunningen voor geofysisch onderzoek in offshore federale wateren, behoudt de Amerikaanse Code of Federal Regulations het recht van BOEM om een kopie van elk onderzoek op te vragen nadat het is verwerkt en opgeschoond om te voldoen aan specifieke kwaliteitsnormen.
Nadat wetenschappers van BOEM een onderzoek hebben ontvangen van een geofysische aannemer of oliemaatschappij, gebruiken ze de gegevens om te helpen bij andere belangrijke regelgevende taken, zoals het beoordelen van de geologie voor potentiële en ontdekte reservoirs van olie en gas. Vanaf 2017 bestrijkt deze 3-D seismische databank van vertrouwelijke gegevens 350.000 vierkante kilometer van de Golf van Mexico, een gebied groter dan de staat New Mexico. De oudste onderzoeken in deze database dateren uit de jaren 1980.
Deepwater Horizon en de eerste geïntegreerde kaart
In een voortdurende inspanning sinds 1998 heeft BOEM die database gebruikt om de zeebodem in kaart te brengen via honderden onderzoeken met als doel potentiële harde bodemsubstraten te identificeren bij natuurlijk voorkomende olie- en gasbronnen die geschikt zijn voor benthische gemeenschappen van koralen en chemosynthetische organismen (bv. mosselen, kokkels, en kokerwormen). Deze organismen consumeren de koolwaterstoffen en waterstofsulfide die uit die seeps vrijkomen.
Toen de tragische olieramp met de Deepwater Horizon in 2010 plaatsvond, hadden mariene biologen van NOAA’s Natural Resource Damage Assessment-divisie een gedetailleerde kaart van de zeebodem rond het incident nodig om te kunnen modelleren hoeveel van die benthische gemeenschappen kunnen zijn aangetast. De NOAA-biologen, die op de hoogte waren van de uitgebreide zeebodemdatabase van BOEM, verzochten zijn geowetenschappers een semi-regionale kaart te maken die NOAA kon gebruiken om het door de oliepluim getroffen gebied te modelleren.
De inspanning vereiste dat de onderzoekers een methode bedachten om hun meerdere overlappende zeebodemkaarten van het olielekgebied, gemaakt met behulp van verschillende 3-D seismische surveys, te combineren tot één gerasterd oppervlak. Daardoor werd het idee geboren voor een nog bredere gigapixel-kaart.
Creing a Gigapixel Grid
Na de methode te hebben ontwikkeld en de kaart aan de biologen te hebben geleverd, realiseerden de geowetenschappers zich welk potentieel zij tot hun beschikking hadden: Ze konden de rest van hun zeebodemkaarten combineren om het grootste deel van het noordelijke GOM onder diep water te bestrijken.
BOEM geowetenschappers gebruikten 3-D time-migrated surveys (waarbij diepte wordt gepresenteerd in milliseconden afgelegd door geïnduceerde of passieve seismiek, niet in voeten of meters) om het oorspronkelijke raster te maken. De onderzoekers wezen vervolgens cellen in het raster toe aan dieptes met behulp van een algoritme dat was ontwikkeld door Advocate en Hood. Vervolgens vergeleken zij het resulterende diepteraster met meer dan 300 putpenetraties in het GOM om de tijd-diepteconversiefout te bepalen, die gemiddeld 1,3% van de waterdiepte bedroeg.
De hoogste gemiddelde fout, 5%, treedt op in waterdieptes ondieper dan 150 meter vanwege de aard van conventionele seismische acquisitie in ondiep water en de grote variabiliteit van temperatuur en zoutgehalte in ondiep water, die van invloed zijn op de snelheid van geluid in water. De wetenschappers van BOEM besloten dat de seismische gegevens die op het ondiepe plat van het GOM zijn verkregen, vaak te veel ruis bevatten om de interpreter van de zeebodem in staat te stellen nauwkeurig te bepalen waar het water ophoudt en het sediment begint. Dit betekende dat de kaart van BOEM bepaalde gebieden van het plat niet kon omvatten, waardoor zij kleiner was dan de historische NOAA-kaart, die het plat wel omvat.
Binnen het dieptebereik van 500 tot 3300 meter (waar het grootste deel van het raster bestaat) werd berekend dat de gemiddelde fout minder dan 0,5% van de waterdiepte bedroeg. Deze lage fout betekende dat de gegevens van deze diepten de fijnste resolutie regionale diepwater bathymetrie ooit zouden onthullen.
Het maken van een geaggregeerde kaart
De geowetenschappers begonnen met meer dan 200 individuele zeebodemkaarten die zijn gemaakt op basis van 3-D surveys die dateren van eind jaren tachtig tot de jaren 2010. In het Amerikaanse deel van de Golf van Mexico worden maar weinig gebieden gedekt door slechts één onderzoek (sommige gebieden worden gedekt door vier of meer), en de interpretatiedeskundigen moesten het ene met het andere vergelijken om te bepalen welke was gemaakt met behulp van de beste gegevens. Zij stelden een mozaïek samen van meer dan 100 bathymetriekaarten van de hoogste kwaliteit, met waterdieptes van 40 tot 3379 meter en geïnterpreteerd op seismisch onderzoek dat oorspronkelijk door 15 verschillende geofysische bedrijven was uitgevoerd.
Ook al bewaart BOEM kopieën van alle seismische gegevens, de oorspronkelijke bedrijven behouden gedurende een periode van 25 jaar de wettelijke eigendom. Fusies en overnames door de jaren heen hebben ertoe geleid dat het BOEM in plaats van 15 bedrijven om toestemming tot publicatie moest vragen, er nog maar 7 hoefde te vragen: CGG Services (U.S.), Inc.; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; en WesternGeco, LLC.
Het verkrijgen van toestemming van deze zeven bedrijven heeft maanden geduurd, veel langer dan verwacht, maar uiteindelijk heeft BOEM alle benodigde toestemmingen ontvangen en is met het publicatieproces begonnen. Het nieuwe rooster met hoge resolutie kan van de BOEM-website worden gedownload. De site biedt ook GIS-lagen die meer dan 34.000 kenmerken van de zeebodem classificeren, zoals pockmarks, geulen, harde bodems, moddervulkanen, natuurlijke seeps, en andere.
Figuren 5-9 laten de details zien van de GOM gigapixel-kaart van BOEM, het resultaat van 19 jaar karteringsinspanningen.
Acknowledgments
Wij danken CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation; PGS; Seitel, Inc.; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; en WesternGeco, LLC voor het verlenen van toestemming om hun gegevens te publiceren.