O hartă de 1,4 miliarde de pixeli a fundului mării din Golful Mexic

Geologia Golfului Mexic (GOM) este dinamică, determinată nu de tectonica plăcilor, ci de mișcarea corpurilor de sare din subsol. Depozitele de sare, o rămășiță a unui ocean care a existat în urmă cu aproximativ 200 de milioane de ani, se comportă într-un anumit mod atunci când sunt suprapuse de sedimente grele. Ele se compactează, se deformează, se strecoară în fisuri și se umflă în materialul suprapus.

O astfel de tectonică a sării continuă să sculpteze straturile geologice și fundul mării din GOM ca în puține alte locuri de pe Pământ. Din cauza acestui tectonism salin și a unei rezerve constante de sedimente aduse în bazin de râuri, fundul mării din GOM este un teren în continuă schimbare. Batimetria este plină de falii și escarpări active, blocuri și alunecări, canioane și canale, valuri de sedimente, pockmarks și vulcani de noroi, precum și alte scurgeri naturale de petrol și gaze.

Acum, un nou set de date regionale despre fundul mării creat de Biroul de gestionare a energiei oceanice (BOEM) al Departamentului de Interne al SUA dezvăluie acest mediu dinamic cu o nouă și uimitoare claritate. Datele includ prospecțiuni seismice detaliate, realizate inițial de 15 companii diferite implicate în industria petrolului și a gazelor naturale. BOEM a obținut permisiunea de a face publice datele de proprietate relevante într-o hartă agregată a fundului mării care poate fi descărcată gratuit.

Fig. 1. Fig. 1. Rețeaua batimetrică de adâncime din nordul Golfului Mexic creată în urma studiilor seismice 3-D. Grila definește adâncimea apei cu 1,4 miliarde de celule de 12 × 12 metri și este disponibilă în picioare și metri. Acoperirea rețelei BOEM este limitată la zona definită de culorile curcubeului. Relieful umbrit este exagerat pe verticală cu un factor de 5. Locațiile din figurile 2-9 sunt adnotate. Credit: BOEM

Cu o rezoluție de 149 de metri pătrați per pixel, aproximativ egală cu suprafața unei case americane unifamiliale, harta batimetrică a BOEM are o rezoluție de cel puțin 16 ori mai mare decât harta utilizată în trecut pentru nordul GOM. Majoritatea acestor pixeli de mărimea unei case din noua hartă se află la 1, 2 și 3 kilometri adâncime sub apă, iar produsul conține 1,4 miliarde de pixeli, ceea ce face din aceasta o hartă gigapixel.

Cum a ajuns sarea acolo?
Să ieșim cu cele vechi? Not So Fast
Baza de date seismice a BOEM
Deepwater Horizon și prima hartă integrată
Crearea unei grile gigapixel
Facerea unei hărți agregate
Recunoștințe

Cum a ajuns sarea acolo?

Se presupune că sarea a precipitat din apa de mare hipersalină atunci când Africa și America de Sud s-au îndepărtat de America de Nord în timpul Triasicului și Jurasicului, în urmă cu aproximativ 200 de milioane de ani. GOM a fost inițial un bazin închis, restrâns, în care apa de mare s-a infiltrat și apoi s-a evaporat într-un climat arid, cauzând hipersalinitatea (similar cu ceea ce s-a întâmplat în Marele Lac Sărat din Utah și în Marea Moartă dintre Israel și Iordania).

Sarea a umplut bazinul până la adâncimi de mii de metri, până când acesta a fost deschis către Oceanul Atlantic ancestral și, în consecință, și-a recăpătat circulația marină deschisă și salinitatea normală. Pe măsură ce timpul geologic a progresat, deltele fluviale și microfosile marine au depus alte mii de metri de sedimente în bazin, deasupra stratului gros de sare.

Sarea, supusă presiunii și căldurii imense de a fi îngropată la kilometri adâncime, s-a deformat ca un chit în timp, scurgându-se în sus spre fundul mării. Sarea în mișcare a fracturat și a fisurat sedimentele fragile de deasupra, creând, la rândul său, căi naturale pentru ca petrolul și gazele de mare adâncime să se infiltreze în sus prin fisuri și să formeze rezervoare în straturi geologice mai puțin adânci.

Să ieșim cu cele vechi? Not So Fast

Cea mai populară hartă batimetrică a nordului Golfului Mexic a fost versiunea generată în anii 1990 de către Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA), Centrul Național de Date Geofizice (NGDC) și Sistemul de Observare a Oceanului Costier al Golfului Mexic din Texas A&M (GCOOS). Organizațiile au compilat-o folosind date provenite din diverse sondaje sonar multi-fascicule și linii seismice 2-D distanțate la kilometri distanță, oferind o rezoluție de până la 2500 de metri pătrați per pixel. Aceasta este o rezoluție excelentă, din punct de vedere geofizic, iar în ultimele două decenii harta a fost un set de date regionale respectat și popular în cadrul științei, al mediului academic și al industriei de petrol și gaze.

Figura 2. Bazinul Horseshoe din vestul Golfului Mexic, comparat folosind (stânga) harta batimetrică istorică a NOAA și (dreapta) noua hartă a BOEM. Bazinul conține un dom de sare în centrul său și este flancat de straturi de sare. Mișcarea sării este evidentă din rețeaua de falii și fisuri exprimate pe fundul mării în jurul bazinului, precum și din fluxurile de resturi de sedimente observate căzând pe pantele bazinului și pe fundul acestuia. Credit: BOEM

Noua hartă a BOEM, derivată exclusiv din date seismice 3-D, nu acoperă o suprafață la fel de mare ca harta NOAA/NGDC/GCOOS, dar rezoluția sa îmbunătățită și dimensiunea consistentă a pixelilor dezvăluie caracteristici geologice nedescoperite și anterior slab rezolvate pe panta continentală, provincia minibasinului de sare, câmpia abisală, evantaiul Mississippi, precum și platoul și escarpamentul Florida. Cu toate acestea, din cauza acoperirii mai mici a noii hărți, harta istorică va continua să fie foarte utilă.

Figura 3. Noua hartă a BOEM extinde cu sute de kilometri vizualizarea canalului Joshua pe câmpia abisală din estul Golfului Mexic în comparație cu datele mai vechi. Acesta este vizibil pe fundul mării pe o distanță de 280 de kilometri, mult dincolo de limitele acestei imagini, iar alți 240 de kilometri sunt îngropați sub sisteme sedimentare mai tinere și draperii noroioase. Cercetările BOEM au stabilit o legătură ascendentă cu râul strămoșesc Pearl River din Louisiana , iar complexe de canale și chei la scară similară au fost observate în Amazon Fan . Credit: BOEM

Baza de date seismice a BOEM

Cercetătorii BOEM au construit harta folosind baza de date confidențială a BOEM de studii seismice 3-D, fiecare studiu fiind realizat inițial de industria de petrol și gaze în căutarea hidrocarburilor. În calitate de birou responsabil cu emiterea permiselor de prospecțiuni geofizice în apele federale din largul coastelor, Codul de Reglementări Federale al SUA rezervă dreptul BOEM de a solicita o copie a fiecărui sondaj după ce acesta a fost procesat și curățat pentru a îndeplini standardele de calitate specifice.

După ce primesc un sondaj de la un contractor geofizic sau de la o companie petrolieră, oamenii de știință de la BOEM folosesc datele pentru a ajuta la îndeplinirea altor îndatoriri importante de reglementare, cum ar fi evaluarea geologiei pentru rezervoarele potențiale și descoperite de petrol și gaze. Începând cu 2017, această bază de date seismice 3-D de date confidențiale acoperă 350.000 de kilometri pătrați din Golful Mexic, o suprafață mai mare decât statul New Mexico. Cele mai vechi sondaje din această bază de date date datează din anii 1980.

Deepwater Horizon și prima hartă integrată

Într-un efort continuu din 1998, BOEM a folosit această bază de date pentru a cartografia fundul mării prin sute de sondaje, cu scopul de a identifica potențialele substraturi de sol dur la scurgeri naturale de petrol și gaze, potrivite pentru comunitățile bentonice de corali și organisme chimiosintetice (de exemplu, midii, scoici și viermi tubari). Aceste organisme consumă hidrocarburile și hidrogenul sulfurat eliberat de aceste scurgeri.

Când a avut loc tragica deversare de petrol Deepwater Horizon în 2010, biologii marini din cadrul diviziei de evaluare a daunelor provocate de resursele naturale a NOAA au avut nevoie de o hartă detaliată a fundului mării din jurul incidentului pentru a modela cât de multe dintre aceste comunități bentice ar fi putut fi afectate. Biologii NOAA, conștienți de baza de date extinsă de pe fundul mării a BOEM, au solicitat ca geologii acesteia să creeze o hartă semiregională pe care NOAA să o poată folosi pentru a modela zona afectată de coloana de petrol.

Efortul a necesitat ca cercetătorii să conceapă o metodă de combinare a multiplelor lor hărți suprapuse ale fundului mării din regiunea deversării, realizate cu ajutorul unor studii seismice 3-D diferite, într-o singură suprafață grilă. Prin aceasta, s-a născut ideea unei hărți gigapixel și mai largi.

Crearea unei grile gigapixel

După ce au dezvoltat metoda și au livrat harta biologilor, geoscientiștii și-au dat seama de potențialul pe care îl aveau la dispoziție: Ei ar putea combina restul hărților de pe fundul mării pentru a acoperi cea mai mare parte a nordului GOM sub apă adâncă.

Geoscientiștii de la BOEM au folosit studii 3D cu migrare în timp (în care adâncimea este prezentată în milisecunde parcurse de seismele induse sau pasive, nu în picioare sau metri) pentru a crea grila originală. Cercetătorii au atribuit apoi celulelor din grilă adâncimi folosind un algoritm dezvoltat de Advocate și Hood . Aceștia au comparat apoi grila de adâncime rezultată cu mai mult de 300 de penetrări de puțuri din GOM pentru a determina eroarea de conversie timp-profunditate, care a fost în medie de 1,3% din adâncimea apei.

Eroarea medie cea mai mare, de 5%, apare la adâncimi ale apei mai mici de 150 de metri din cauza naturii achiziției seismice convenționale în ape puțin adânci și a variabilității ridicate a temperaturii și salinității în apele puțin adânci, care afectează viteza sunetului în apă. Oamenii de știință de la BOEM au decis că datele seismice achiziționate pe platforma de mică adâncime din GOM conțin adesea prea mult zgomot pentru ca interpretul de pe fundul mării să determine cu exactitate unde se termină apa și unde începe sedimentul. Acest lucru a însemnat că harta BOEM nu a putut include anumite zone ale platoului, făcând-o mai mică decât harta istorică NOAA, care acoperă platoul.

În intervalul de adâncime de la 500 la 3300 de metri (unde există cea mai mare parte a grilei), s-a calculat că eroarea medie este mai mică de 0,5% din adâncimea apei. Această eroare scăzută a însemnat că datele de la aceste adâncimi ar dezvălui batimetria regională de adâncime cu cea mai bună rezoluție creată vreodată.

Figura 4. Megafurci sculptate în Escarpamentul Sigsbee și în câmpia abisală din jurul Green Knoll, în centrul Golfului Mexic. Câmpurile de brazde (a se vedea imaginea din dreapta), care nu sunt vizibile în grila batimetrică anterioară (imaginea din stânga), se întind pe mai mult de 200 de kilometri de-a lungul și în fața escarpamentului. Ele se formează atunci când curenții, măsurați până la 2 noduri, excavează fundul mării. Megafurcile, descoperite pentru prima dată în 1999 de către datele de mare adâncime ale Texas A&M, pot avea o adâncime de 1-10 metri și o lățime de 5-50 de metri . Credit: BOEM

Facerea unei hărți agregate

Geoscientiștii au început cu mai mult de 200 de hărți individuale ale fundului mării create în urma unor studii 3-D care datează de la sfârșitul anilor 1980 până în anii 2010. În porțiunea americană a Golfului Mexic, puține zone sunt acoperite de un singur sondaj (unele sunt acoperite de patru sau mai multe), iar interpreții trebuiau să le compare pe unele cu altele pentru a determina care a fost realizată folosind cele mai bune date. Aceștia au creat un mozaic de peste 100 de hărți batimetrice de cea mai bună calitate, care acoperă adâncimi ale apei cuprinse între 40 și 3379 de metri și care au fost interpretate pe baza unor studii seismice realizate inițial de 15 companii geofizice diferite.

Chiar dacă BOEM păstrează copii ale tuturor datelor seismice, companiile originale păstrează proprietatea legală pentru o perioadă de 25 de ani. Fuziunile și achizițiile de-a lungul anilor au însemnat că, în loc să fie nevoit să ceară permisiunea de publicare la 15 companii, BOEM trebuia să o solicite doar de la 7: CGG Services (U.S.), Inc.; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; și WesternGeco, LLC.

Obținerea permisiunii de la aceste șapte companii a durat luni, mult mai mult decât se anticipase, dar, în cele din urmă, BOEM a primit toate permisiunile necesare și a început procesul de publicare. Noua grilă de înaltă rezoluție poate fi descărcată de pe site-ul BOEM. Site-ul oferă, de asemenea, straturi GIS care clasifică peste 34.000 de caracteristici ale fundului mării, cum ar fi pockmarks, canale, terenuri dure, vulcani de noroi, infiltrații naturale și altele.

Figurile 5-9 prezintă detaliile hărții gigapixel a BOEM, rezultatul a 19 ani de eforturi de cartografiere.

Figura 5. Dune subacvatice și pockmarks pe panta continentală superioară în nord-vestul Golfului Mexic. Megadunele longitudinale măsoară 0,5-1 kilometru de la creastă la creastă, 1-10 kilometri lungime și 3-10 metri înălțime. În vârful Nueces Dome (în partea de sus, în centru) se găsesc pockmarks, iar la nivelul întregului Golf, pockmarks apar la o adâncime generală a apei de 300-600 de metri. Pockmarks din această regiune au fost atribuite disocierii explozive a hidratului natural de metan în urma migrării spre bazin a zonei de stabilitate a hidratului în timpul coborârii nivelului mării din glaciațiunea Wisconsin. BOEM a identificat peste 4000 de pockmarks în apele federale din nordul Golfului Mexic. Credit: BOEM

Figura 6. Movile de expulzare a gazului cu pliuri și falii de împingere adiacente cauzate de migrația laterală a sării în sudul bazinului Terrebonne din centrul Golfului Mexic. Imaginea ilustrează unele dintre caracteristicile formate de procesele dinamice care modelează Golful, în special tectonica sării și infiltrațiile naturale de hidrocarburi. Falia de împingere și plierea se datorează deplasării laterale a sării spre sud-est. Mișcarea sării este cea care conferă fundului mării din Golful Mexic natura sa încrețită, creând, de asemenea, falii și rețele de fracturi care oferă căi de infiltrare a petrolului și gazelor. Aceste movile de expulzie s-au format ca urmare a compactării și comprimării bazinului, ceea ce a dus la migrarea gazelor în sus. Credit: BOEM

Figura 7. Noi detalii spectaculoase ale canioanelor Alaminos și Perdido și ale evantaiurilor asociate acestora, în vestul Golfului Mexic. Canioanele canioanele canalizează sedimentele pentru a crea un sistem de evantai care se întrepătrunde între bazin și podea, cu o grosime de sute de metri. Prelevarea de carote a determinat că drenajul din râul Rio Grande furnizează sedimente grosiere și nisipoase în sistemul Perdido , în timp ce carote și jurnalele de sondă din canionul Alaminos dezvăluie în principal sedimente de adâncime cu granulație fină . Credit: BOEM

Figura 8. Un dom de sare a ridicat sedimentele de mică adâncime în câmpia abisală din estul Golfului Mexic. Caracteristicile de expulzie și depresiune sugerează o infiltrație naturală continuă de fluide și/sau gaze. Pe măsură ce domurile de sare se deplasează mai puțin adânc în raport cu bazinele de sedimente din jurul lor, sedimentele de deasupra domurilor sunt ridicate și formează movile pe fundul mării. Deasupra acestui dom, mișcarea a creat o rețea de falii de extensie care împart movila în trei pene. De asemenea, faliile pot oferi căi de migrare a fluidelor și/sau a gazelor, așa cum indică aici depresiunea circulară, sau pockmark, de pe fața sud-estică a movilei și o caracteristică de expulzare cu un crater pe partea de nord-vest. Credit: BOEM

Figura 9. O comparație a unei regiuni din partea superioară a pantei continentale din nord-vestul Golfului Mexic, folosind (stânga) harta batimetrică istorică NOAA și (dreapta) noua hartă batimetrică BOEM. Grila NOAA a combinat zone de batimetrie prin sonar multirază cu spațiere largă cu alte date, mai grosiere, provenite de la liniile seismice 2D, oferind o rezoluție nu mai mică de 50 de metri. Grila BOEM utilizează în întregime date seismice 3-D, oferind o rezoluție de până la 12 metri. Credit: BOEM

Recunoștințe

Vă mulțumim CGG Services (U.S.), Inc.,; ExxonMobil Corporation; PGS; PGS; Seitel, Inc.; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; și WesternGeco, LLC pentru că ne-au acordat permisiunea de a le publica datele.

Mulțumim că v-ați abonat la Eos Buzz.