Geologia Zatoki Meksykańskiej (GOM) jest dynamiczna, napędzana nie przez tektonikę płyt, lecz przez ruch podpowierzchniowych ciał soli. Złoża soli, pozostałość po oceanie, który istniał około 200 milionów lat temu, zachowują się w określony sposób, gdy znajdują się na nich ciężkie osady. Zagęszczają się, deformują, wciskają się w szczeliny i balonują w nadległym materiale.
Taka tektonika soli nadal rzeźbi warstwy geologiczne i dno morskie w GOM jak niewiele innych miejsc na Ziemi. Ze względu na ten tektonizm solny i stałe dostawy osadów dostarczanych do basenu przez rzeki, dno morskie GOM jest terenem nieustannie zmieniającym się. Batymetria jest pełna aktywnych uskoków i skarp, bloków osuwiskowych i osuwisk, kanionów i kanałów, fal osadowych, zapadlisk i wulkanów błotnych oraz innych naturalnych wycieków ropy i gazu.
Teraz nowy regionalny zestaw danych o dnie morskim, stworzony przez Biuro Zarządzania Energią Oceaniczną (BOEM) Departamentu Spraw Wewnętrznych USA, ujawnia to dynamiczne środowisko z nową, oszałamiającą przejrzystością. Dane te obejmują szczegółowe badania sejsmiczne wykonane pierwotnie przez 15 różnych firm związanych z przemysłem naftowym i gazowym. BOEM uzyskał zgodę na publiczne udostępnienie odpowiednich zastrzeżonych danych w postaci zbiorczej mapy dna morskiego, którą można swobodnie pobrać.
Z rozdzielczością 149 metrów kwadratowych na piksel, co odpowiada powierzchni amerykańskiego domu jednorodzinnego, mapa batymetryczna BOEM ma co najmniej 16 razy większą rozdzielczość niż mapa historycznie używana dla północnego GOM. Większość z tych pikseli wielkości domu w nowej mapie są 1, 2, i 3 km głęboko pod wodą, a produkt zawiera 1,4 miliarda z nich, co czyni to gigapixel map.
Jak sól się tam dostać?
Jest hipoteza, że sól wytrąciła się z hipersolnej wody morskiej, gdy Afryka i Ameryka Południowa oderwała się od Ameryki Północnej w triasie i jurze, około 200 milionów lat temu. GOM był początkowo zamknięty, ograniczony basen, do którego woda morska infiltrowała, a następnie wyparowała w jałowym klimacie, powodując hipersolalność (podobne do tego, co stało się w Wielkim Jeziorze Słonym w Utah i Morze Martwe między Izraelem i Jordanią).
Sól wypełniła basen do głębokości tysięcy metrów, aż został otwarty do przodka Ocean Atlantycki i konsekwentnie odzyskał otwartą cyrkulację morską i normalne salinities. W miarę upływu czasu geologicznego, delty rzek i morskie mikroskamieniałości osadzały kolejne tysiące metrów osadów w basenie, na szczycie grubej warstwy soli.
Sól, poddana ogromnemu ciśnieniu i gorącu wynikającemu z zakopania jej na głębokości wielu kilometrów, z czasem zdeformowała się jak kit, wypływając w górę w kierunku dna morskiego. Poruszająca się sól pękła i uskoczyła leżące nad nią kruche osady, tworząc z kolei naturalne drogi dla głębokiej ropy i gazu, które mogły przesączyć się w górę przez pęknięcia i utworzyć zbiorniki w płytszych warstwach geologicznych .
Odejść od starego? Not So Fast
Najpopularniejszą mapą batymetryczną północnej części Zatoki Meksykańskiej jest wersja wygenerowana w latach 90. przez National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), National Geophysical Data Center (NGDC) i Texas A&M’s Gulf of Mexico Coastal Ocean Observing System (GCOOS). Organizacje te skompilowały go, wykorzystując dane z różnych sonarów wielowiązkowych i dwuwymiarowych linii sejsmicznych rozmieszczonych w odstępach kilometrowych, co daje rozdzielczość do 2500 metrów kwadratowych na piksel. Jest to doskonała rozdzielczość, z geofizycznego punktu widzenia, i przez ostatnie 2 dekady mapa ta była szanowanym i popularnym zestawem danych regionalnych w środowisku naukowym, akademickim oraz w przemyśle naftowym i gazowym.
Nowa mapa BOEM, pochodząca wyłącznie z danych sejsmicznych 3-D, nie obejmuje tak dużego obszaru jak mapa NOAA/NGDC/GCOOS, ale jej zwiększona rozdzielczość i stały rozmiar pikseli ujawniają nieodkryte i wcześniej słabo rozpoznane cechy geologiczne na stoku kontynentalnym, prowincji minibasenu solnego, równinie abisalnej, Wachlarzu Missisipi oraz Szelfie Florydzkim i Skarpie. Jednak ze względu na mniejszy zasięg nowej mapy, mapa historyczna będzie nadal bardzo użyteczna.
Baza danych sejsmicznych BOEM
Badacze BOEM skonstruowali mapę, korzystając z poufnej bazy danych badań sejsmicznych 3-D BOEM, z których każde zostało pierwotnie wykonane przez przemysł naftowy i gazowy w poszukiwaniu węglowodorów. Jako biuro odpowiedzialne za wydawanie zezwoleń na badania geofizyczne na morskich wodach federalnych, Kodeks Przepisów Federalnych USA zastrzega prawo BOEM do żądania kopii każdego badania po jego przetworzeniu i oczyszczeniu w celu spełnienia określonych standardów jakości.
Po otrzymaniu badania od wykonawcy geofizycznego lub firmy naftowej, naukowcy BOEM wykorzystują dane do pomocy w innych ważnych obowiązkach regulacyjnych, takich jak ocena geologii dla potencjalnych i odkrytych zbiorników ropy i gazu. Od 2017 r. poufna baza danych sejsmicznych 3-D obejmuje 350 tys. km2 Zatoki Meksykańskiej, czyli obszar większy niż stan Nowy Meksyk. Najstarsze badania w tej bazie danych pochodzą z lat 80. XX wieku.
Deepwater Horizon and the First Integrated Map
W trwających od 1998 roku wysiłkach BOEM wykorzystuje tę bazę danych do mapowania dna morskiego na podstawie setek badań w celu zidentyfikowania potencjalnych twardych podłoży w naturalnie występujących wyciekach ropy i gazu, odpowiednich dla bentosowych zbiorowisk koralowców i organizmów chemosyntetyzujących (np. małży, małży i rurkoczułkowców). Organizmy te konsumują węglowodory i siarkowodór uwalniany z tych wycieków.
Gdy tragiczny wyciek ropy naftowej z Deepwater Horizon nastąpił w 2010 r., biolodzy morscy z NOAA z działu Oceny Szkód w Zasobach Naturalnych potrzebowali szczegółowej mapy dna morskiego otaczającego incydent, aby modelować, jak wiele z tych społeczności bentosowych mogło zostać dotkniętych. Biolodzy NOAA, wiedząc o rozległej bazie danych dna morskiego BOEM, poprosili geologów o stworzenie półregionalnej mapy, którą NOAA mogłaby wykorzystać do modelowania obszaru dotkniętego pióropuszem ropy.
Wysiłek ten wymagał od naukowców opracowania metody łączenia wielu nakładających się map dna morskiego regionu wycieku, wykonanych przy użyciu różnych badań sejsmicznych 3-D, w jedną siatkowaną powierzchnię. Dzięki temu zrodził się pomysł na jeszcze szerszą mapę gigapikselową.
Tworzenie siatki gigapikselowej
Po opracowaniu metody i dostarczeniu mapy biologom, geologowie zdali sobie sprawę z potencjału, jaki mieli do dyspozycji: Mogliby połączyć resztę swoich map dna morskiego, aby objąć większość północnego GOM pod głęboką wodą.
GeolodzyBOEM wykorzystali badania trójwymiarowe z przesunięciem czasowym (w których głębokość jest przedstawiona w milisekundach przebytych przez sejsmikę indukowaną lub pasywną, a nie w stopach czy metrach), aby stworzyć oryginalną siatkę. Następnie badacze przypisali komórki siatki do głębokości za pomocą algorytmu opracowanego przez Advocate’a i Hooda. Następnie porównali wynikową siatkę głębokości z ponad 300 odwiertami w całym GOM, aby określić błąd konwersji czas-głębokość, który wynosił średnio 1,3% głębokości wody.
Najwyższy średni błąd, 5%, występuje na głębokościach wody płytszych niż 150 metrów ze względu na charakter konwencjonalnego pozyskiwania danych sejsmicznych w płytkich wodach oraz dużą zmienność temperatury i zasolenia w płytkich wodach, które wpływają na prędkość dźwięku w wodzie. Naukowcy BOEM uznali, że dane sejsmiczne pozyskane na płytkim szelfie GOM często zawierają zbyt wiele szumu, by interpretator dna morskiego mógł dokładnie określić, gdzie kończy się woda, a zaczyna osad. Oznaczało to, że mapa BOEM nie może obejmować pewnych obszarów szelfu, przez co jest mniejsza niż historyczna mapa NOAA, która obejmuje szelf.
W zakresie głębokości od 500 do 3300 metrów (gdzie występuje największa część siatki), średni błąd obliczono na mniej niż 0,5% głębokości wody. Tak niski błąd oznaczał, że dane z tych głębokości ujawniłyby najdrobniejszą rozdzielczość regionalnej batymetrii głębokowodnej, jaką kiedykolwiek stworzono.
Making an Aggregate Map
Geolodzy zaczęli od ponad 200 indywidualnych map dna morskiego stworzonych na podstawie badań 3-D pochodzących z okresu od późnych lat 80-tych do 2010 roku. W amerykańskiej części Zatoki Meksykańskiej niewiele obszarów jest objętych tylko jednym badaniem (niektóre są objęte czterema lub więcej), a tłumacze musieli porównać jedną z drugą, aby określić, która z nich została wykonana z wykorzystaniem najlepszych danych. Stworzyli mozaikę ponad 100 najwyższej jakości map batymetrycznych, obejmujących wody o głębokości od 40 do 3379 metrów, zinterpretowanych na podstawie badań sejsmicznych wykonanych pierwotnie przez 15 różnych firm geofizycznych.
Nawet jeśli BOEM zachowuje kopie wszystkich danych sejsmicznych, oryginalne firmy zachowują własność prawną przez okres 25 lat. Fuzje i przejęcia na przestrzeni lat oznaczały, że zamiast prosić 15 firm o zgodę na publikację, BOEM musiał zwrócić się o nią tylko do 7: CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; i WesternGeco, LLC.
Uzyskanie zgody od tych siedmiu firm zajęło miesiące, znacznie dłużej niż przewidywano, ale w końcu BOEM otrzymał wszystkie niezbędne zgody i rozpoczął proces publikacji. Nowa siatka o wysokiej rozdzielczości jest dostępna do pobrania ze strony internetowej BOEM. Strona ta oferuje również warstwy GIS, które klasyfikują ponad 34 000 cech dna morskiego, takich jak pockmarki, kanały, twarde grunty, wulkany błotne, naturalne wycieki i inne.
Rysunki 5-9 przedstawiają szczegóły gigapikselowej mapy BOEM GOM, która jest efektem 19 lat wysiłków związanych z mapowaniem.
Podziękowania
Podziękowania składamy firmie CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation; PGS; Seitel, Inc; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; oraz WesternGeco, LLC za udzielenie nam zgody na publikację ich danych.