Den geologiska utvecklingen i Mexikanska golfen (GOM) är dynamisk och drivs inte av plattatektonik utan av rörelsen i underjordiska saltkroppar. Saltavlagringar, en rest av ett hav som existerade för cirka 200 miljoner år sedan, beter sig på ett visst sätt när de överlagras av tunga sediment. De komprimeras, deformeras, pressas in i sprickor och ballongeras in i överliggande material.
Den här typen av salttektonik fortsätter att forma de geologiska lagren och havsbotten i GOM som få andra platser på jorden. På grund av denna salttektonism och den ständiga tillförsel av sediment som floderna levererar till bassängen är havsbotten i GOM en terräng som ständigt är i förändring. Bathymetrin är fylld av aktiva förkastningar och stup, slumpblock och skred, raviner och kanaler, sedimentvågor, pockmarks och slamvulkaner och andra naturliga olje- och gasutsläpp.
Nu avslöjar en ny regional datamängd om havsbotten som skapats av det amerikanska inrikesdepartementets byrå för förvaltning av havsenergi (BOEM) denna dynamiska miljö med en fantastisk ny tydlighet. Uppgifterna omfattar detaljerade seismiska undersökningar som ursprungligen gjordes av 15 olika företag inom olje- och gasindustrin. BOEM har fått tillstånd att offentliggöra de relevanta data som är skyddade av patent i en fritt nedladdningsbar samlad karta över havsbotten.
Hur kom saltet dit?
Hypotesen är att saltet fälldes ut ur hypersalt havsvatten när Afrika och Sydamerika drog sig undan från Nordamerika under trias och jura, för cirka 200 miljoner år sedan. GOM var ursprungligen en sluten, begränsad bassäng i vilken havsvatten infiltrerade och sedan avdunstade i ett torrt klimat, vilket orsakade hypersaliniteten (liknande det som hände i den stora saltsjön i Utah och i Döda havet mellan Israel och Jordanien).
Saltet fyllde bassängen till tusentals meters djup tills den öppnades upp mot det ursprungliga Atlanten och följaktligen återfick öppen marin cirkulation och normala salthalter. Med den geologiska tidens framskridande deponerade floddeltor och marina mikrofossiler ytterligare tusentals meter sediment i bassängen, ovanpå det tjocka saltlagret.
Saltet, som utsattes för det enorma tryck och den oerhörda värme som det innebär att vara begravd på flera kilometers djup, deformerades med tiden som ett kitt och sipprade uppåt mot havsbottnen. Det rörliga saltet bröt sönder och gjorde sprickor i de överliggande spröda sedimenten, vilket i sin tur skapade naturliga vägar för djup olja och gas att sippra uppåt genom sprickorna och bilda reservoarer i ytligare geologiska lager.
Släpp ut det gamla? Inte så snabbt
Den mest populära batymetrikarta över norra Mexikanska golfen har varit den version som genererades på 1990-talet av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), National Geophysical Data Center (NGDC) och Texas A&M’s Gulf of Mexico Coastal Ocean Observing System (GCOOS). Organisationerna sammanställde den med hjälp av data från olika sonarundersökningar med flera strålar och 2D-seismiska linjer som ligger på kilometers avstånd från varandra, vilket ger en upplösning på upp till 2 500 kvadratmeter per pixel. Detta är en utmärkt upplösning, geofysiskt sett, och under de senaste två decennierna har kartan varit ett respekterat och populärt regionalt dataset inom vetenskapen, den akademiska världen och olje- och gasindustrin.
BOEM:s seismiska databas
BOEM:s forskare konstruerade kartan med hjälp av BOEM:s konfidentiella databas med seismiska 3D-undersökningar, där varje undersökning ursprungligen har skjutits av olje- och gasindustrin i deras sökande efter kolväten. Som den myndighet som ansvarar för att utfärda tillstånd för geofysiska undersökningar i federala vatten utanför kusten, förbehåller sig BOEM enligt U.S. Code of Federal Regulations rätten att begära en kopia av varje undersökning efter att den har bearbetats och rensats för att uppfylla specifika kvalitetsstandarder.
När BOEM:s forskare har mottagit en undersökning från en geofysisk entreprenör eller ett oljebolag, använder de uppgifterna för att hjälpa till med andra viktiga tillsynsuppgifter, t.ex. bedömning av geologin för potentiella och upptäckta reservoarer av olja och gas. År 2017 täcker denna 3D-seismiska databas med konfidentiella uppgifter 350 000 kvadratkilometer av Mexikanska golfen, ett område som är större än delstaten New Mexico. De äldsta undersökningarna i denna databas går tillbaka till 1980-talet.
Deepwater Horizon och den första integrerade kartan
I ett pågående arbete sedan 1998 har BOEM använt denna databas för att kartlägga havsbotten i hundratals undersökningar med målet att identifiera potentiella substrat på hårdbotten vid naturligt förekommande olje- och gasläckage som är lämpliga för bentiska samhällen av koraller och kemosyntetiska organismer (t.ex. musslor, musslor och tubmaskar). Dessa organismer konsumerar de kolväten och vätesulfid som frigörs från dessa läckor.
När det tragiska oljeutsläppet från Deepwater Horizon inträffade 2010 behövde marinbiologer vid NOAA:s avdelning för bedömning av skador på naturresurser en detaljerad karta över havsbotten runt händelsen för att kunna modellera hur många av dessa bentiska samhällen som kan ha påverkats. NOAA:s biologer, som kände till BOEM:s omfattande databas över havsbotten, begärde att dess geovetare skulle skapa en halvregional karta som NOAA kunde använda för att modellera det område som påverkades av oljeplymen.
Insatsningen krävde att forskarna skulle utforma en metod för att kombinera sina flera överlappande kartor över havsbotten i området där utsläppet skedde, som gjordes med hjälp av olika seismiska 3D-undersökningar, till en enda rutnätskartad yta. Genom detta föddes idén om en ännu bredare gigapixelkarta.
Skapa ett gigapixelgaller
Efter att ha utvecklat metoden och levererat kartan till biologerna insåg geovetenskapsmännen vilken potential de hade till sitt förfogande: De kunde kombinera resten av sina kartor över havsbotten för att täcka större delen av norra GOM under djupt vatten.
BOEM:s geovetenskapsmän använde sig av 3D-tidsmigrerade undersökningar (där djupet presenteras i millisekunder som förflyttades av inducerad eller passiv seismik, inte i fot eller meter) för att skapa det ursprungliga rutnätet. Forskarna tilldelade sedan cellerna i rutnätet djup med hjälp av en algoritm som utvecklats av Advocate och Hood . De jämförde sedan det resulterande djupgallret med mer än 300 brunnsgenomträngningar i GOM för att fastställa tids-djupkonverteringsfelet, som i genomsnitt uppgick till 1,3 % av vattendjupet.
Det högsta genomsnittliga felet, 5 %, inträffar på vattendjup som är grundare än 150 meter på grund av arten av konventionell seismisk insamling på grunt vatten och den stora variationen av temperatur och salthalt på grunt vatten, som påverkar ljudets hastighet i vatten. BOEM:s forskare beslutade att de seismiska data som förvärvats på GOM:s grunda shelf ofta innehåller för mycket brus för att tolkaren av havsbotten ska kunna avgöra exakt var vattnet slutar och sedimentet börjar. Detta innebar att BOEM:s karta inte kunde inkludera vissa områden av shelfen, vilket gjorde den mindre än den historiska NOAA-kartan, som faktiskt täcker shelfen.
Inom djupintervallet 500 till 3300 meter (där den största delen av rutnätet finns) beräknades det genomsnittliga felet vara mindre än 0,5 % av vattendjupet. Detta låga fel innebar att data från dessa djup skulle avslöja den mest finupplösta regionala djuphavsbatymetri som någonsin skapats.
Making an Aggregate Map
Geovetenskapsmännen började med mer än 200 individuella kartor över havsbotten som skapats från 3D-undersökningar från slutet av 1980-talet till 2010-talet. I den amerikanska delen av Mexikanska golfen är det få områden som täcks av endast en enda undersökning (vissa täcks av fyra eller fler), och tolkarna behövde jämföra den ena med den andra för att avgöra vilken som hade gjorts med hjälp av de bästa uppgifterna. De skapade en mosaik av mer än 100 av sina batymetrikartor av högsta kvalitet, som omfattar vattendjup från 40 till 3379 meter och som tolkades på seismiska undersökningar som ursprungligen togs av 15 olika geofysiska företag.
Även om BOEM behåller kopior av alla seismiska data behåller de ursprungliga företagen den juridiska äganderätten under en period på 25 år. Fusioner och förvärv under årens lopp innebar att BOEM i stället för att behöva be 15 företag om tillstånd att publicera data behövde BOEM bara begära det från sju: CGG Services (U.S.), Inc.; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.Spectrum USA, TGS-NOPEC Geophysical Company och WesternGeco, LLC.
Det tog månader att få tillstånd från dessa sju företag, mycket längre än väntat, men till slut fick BOEM alla nödvändiga tillstånd och påbörjade publiceringsprocessen. Det nya högupplösta rutnätet kan laddas ner från BOEM:s webbplats. På webbplatsen finns också GIS-skikt som klassificerar över 34 000 havsbottenfunktioner, t.ex. pockmarks, kanaler, hårdbotten, lervulkaner, naturliga läckage och andra.
Figurerna 5-9 visar detaljerna i BOEM:s gigapixelkarta över GOM, som är resultatet av 19 års kartläggningsarbete.
Acknowledgments
Vi tackar CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation, PGS, Seitel, Inc., Spectrum USA, TGS-NOPEC Geophysical Company och WesternGeco, LLC för att ha gett oss tillstånd att publicera deras data.