HET MOEDERGESTEENTE CHIA GARA

HET MOEDERGESTEENTE CHIA GARA Een studie van boorputten in Irak

Hoessein Al-Badri 17 januari 2013 Professor(s) TA Report number

: :

S.M. Luthi BTA/TG/13-01

Postal Address

:

Telephone Telefax

: :

Section for Applied Geology Department of Geoscience & Engineering Delft University of Technology P.O. Box 5028 The Netherlands (31) 15 2781328 (secretary) (31) 15 2781189

Copyright

2013 By H. Al-Badri

All rights reserved. No part of the material protected by this copyright notice may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying or by any information storage and retrieval system, without permission from this publisher. The Netherlands, Delft

Voorwoord

َ ” “‫ﻭﻥ‬ َ ‫ﺷ ْﻲ ٍء ُﻛﻝ ﱢ ﻣِﻥ ﻓِﻳ َﻬﺎ َﻭﺃَ ْﻧ َﺑ ْﺗ َﻧﺎ َﺭ َﻭﺍﺳِ َﻲ ﻓِﻳ َﻬﺎ َﻭﺃَ ْﻟ َﻘ ْﻳ َﻧﺎ َﻣ َﺩﺩْ َﻧﺎﻫَﺎ َﻭﺍﻷَ ْﺭ‬ ٍ ‫ﺽ ﱠﻣ ْﻭ ُﺯ‬ Hierbij wil ik beginnen met mijn dank aan God (Allah) voor de steun en hulp om mijn eindwerk af te ronden. Ten tweede wil ik mijn ouders bedanken die achter me stonden. Ook wil ik alle mensen bedanken die hun informatie aan mij hebben verstrekt om er een mooi werk van te kunnen maken, met name de heer S. Luthi. Ten slotte wil ik Noa bedanken voor haar (taal)verbetering van dit verslag. Hierbij wil ik graag vermelden dat ik een exemplaar naar mijn opa (Naser Al-Badri) wilde sturen, zodat hij met trots dit eindwerk van zijn kleinzoon in ontvangst kon nemen. Helaas is zijn boek op deze aarde eerder afgesloten dan dit verslag.

Inhoudsopgave: ١ ٢

Samenvatting Introductie 1- Verspreiding van Chia Gara -Het Studiegebied -Boorgegvens -Bewerkingen van gegevens -Grafiek A) Dikte B) Diepte -Bevindingen

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

---

---

---

---

---

2- Het ontstaan van de Chia Gara formatie -Inleiding ----Afzetting voor Chia Gara -Geologische ontwikkeling --Milieu van afzetting 3- De Chia Gara formatie in boorputten A) Beschrijving van de formaties -Chia Gara -------Boven- en onderliggende formaties

B) TOC - Inleiding --- TOC inschatting - TOC in de boring 4-

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Maturatie - Inleiding ------------- Maturatie van de Chia Gara formatie

----

----

----

----

Conclusie Literatuur Bijlagen

1 2 3 4 4 5 6

7 7 8 9

11 11 13

14 14 14 17 19 19

21 22 23

Samenvatting Het moedergesteente Chia Gara (M. Tithonian-Berriasian) wordt in dit onderzoek verder onderzocht naar aanleiding van al eerder verrichte studies. Deze veldwerk onderzoeken zijn verricht in het midden en noorden van Irak. Dit onderzoek bestaat uit vier delen om deze formatie te beschrijven. In het eerste hoofdstuk wordt de dikte en diepte van deze formatie bepaald. De dikte bedraagt van 125 tot 310 m en de diepte van de bovengrens van deze formatie bedraagt tussen 2800 en 4500 m. De informatie over de diepte wordt gebruikt voor het maturatie onderdeel; hierdoor kan de gemiddelde temperatuur bepaald worden. In hoofdstuk twee worden de geologische ontwikkelingen voor, tijdens en na de afzetting van de Chia Gara formatie behandeld. In dit deel wordt ook het afzetting milieu besproken. Er wordt geconcludeerd dat in de onderliggende formaties van Chia Gara grootschalig evaporieten werden afgezet. De schalies en kalksteen van de Chia Gara formatie zijn diep mariene afzetting, waarbij hoge organische hoeveelheid in deze twee gesteentes terug gevonden worden. In het derde deel van dit onderzoek wordt gekeken naar het TOC (Total Organic Carbon, oftewel totale organische koolstof) gehalte. Door boorkernen in het laboratorium te onderzoeken wordt het TOC gehalte exact bepaald. Een andere mogelijke manier om het TOC gehalte in te schatten is door metingen te verrichten in de boorputten. Dit geeft weliswaar niet de exacte waardes aan, maar geeft een schatting van het TOC gehalte en organisch materiaal. Dit kan worden gedaan door het bepalen van het uranium gehalte. De TOC kwaliteit van de Chia Gara formatie is goed tot uitstekend. De formatie bevat een minimale TOC percentage van 0.7 en een maximale waarde van 18 procent en is daardoor een uitstekende moedergesteente. In het laatste hoofdstuk wordt een link gelegd met hoofdstuk één. In dit deel wordt teruggekeken naar de diepte, zodat de maturatie van dit gesteente bepaald kan worden. Dit wordt gedaan met behulp van de temperature-time index. De Chia Gara formatie heeft een temperatuur van 60 OC tot ongeveer tussen 110 en 140 graden ondergaan. Dit is een zeer gunstige temperatuur voor maturatie, waardoor koolwaterstoffen zijn ontstaan.

۱

Introductie Moedergesteente is het bron voor elk hydrocarbon reservoir op onze aardbol. Het is dus van groot belang voor petroleumgeologen dat deze formaties in kaart gebracht worden. De Chia Gara formatie (Midden Tithonian-Berriasian) is een voorbeeld van moedergesteente, dat gedefinieerd is door Wetzel (1950) en een anticline heeft in het zuiden van Amadia (een dorp in het noorden van Irak). Het onderzoek van Wetzel (1950) en verdere onderzoeken bewezen dat deze formatie uit een opeenvolging van kalksteen en donkerkleurige schalie bestaat. In beide gevallen vertoont onderzoek dat bitumen voorkomt. Deze bachelor scriptie vindt zijn basis in meerdere boorputten. Een van de studies waarin uitgebreide data te vinden is, is verricht door Schlumberger. Dit onderzoek is het vervolg op de onderzoeken van de heer S. Luthi (1984), destijds voor Schlumberger werkende. De onderzoeken van onder andere I Mohyaldin(2007, Universiteit van Kirkuk) en T. Al-Amiri (2011, Universiteit van Bagdad) worden ook gebruikt. Elk onderzoek heeft zijn eigen specifieke locatie. In hoofdstuk één zullen de locaties van de boringen op fig.1-2 te zien zijn. In andere informatiebronnen worden studies naar de totaal organische koolstof (=Total Organic Carbon, TOC) in Chia Gara formatie verricht en hier ook gebruikt. Moedergesteentes krijgen hun organisch materiaal tijdens de afzetting. Het organisch materiaal in het gesteente zorgt voor de omzetting naar koolwaterstoffen in de loop van de geologische tijd. Moedergesteente is een pakket gesteente dat voor een hoge percentage uit organisch materiaal bestaat. Hierbij spelen factoren als de TOC en de maturatie een belangrijke rol in het ontstaan van koolwaterstoffen. Tevens kan het TOC gehalte beïnvloedbaar zijn door het milieu en dus ook de afzetting van organische materiaal. De mate van deze effect wordt onderzocht in deel drie. Het geologisch tijdperk van de afzetting en de diepte van de laag heeft effect op de maturatie. In hoofdstuk één worden de positie en de diepte behandeld. Dit wordt gedaan met behulp van de gegevens uit publicaties en andere documenten. In hoofdstuk twee worden de afzetting en de geologische ontwikkeling beschreven. Deze formatie bevat lage maar ook hoge gehalten van organische materiaal, afhankelijk van de positie en diepte. De organisch materiaal wordt in relatie gebracht met het TOC percentage. Dit wordt in hoofdstuk drie in kaart gebracht. In hoofdstuk drie wordt ook de herkenning van de formatie beschreven, in van boorkernen en wireline logs. Als laatst wordt de diepte-maturatie relatie met behulp van de temperature-time index (TTI) (V. Lopatin, 1971) kort behandeld.

۲

Hoofdstuk 1 Verspreiding van de Chia Gara foramtie

Het studiegebied De Chia Gara formatie werd voor het eerst in de jaren 1930 en 1940 ontdekt door de Iraq Petroleum Company. Wetzel (1950) defineerde de formatie in het noorden van Irak. Ten zuiden van Amadia (A in fig. 1-1b) werden boorkernen onderzocht, waarbij ammonieten en planktonfossielen werden gevonden. De onderzoeken van Wetzel toonden de mogelijkheid van aanwezigheid van koolwaterstof aan in deze formatie. Tijdens verdere studies werd in 1953 geconcludeerd dat deze formatie een moedergesteente voor koolwaterstoffen was. Chia Gara wordt ook Jabal (Arabisch voor berg) Gara genoemd. In fig. 1-1b is het studiegebied van dit project te zien met ongeveer een lengte van 425 km en breedte van 140 km. Noord Irak wordt omringd door drie landen (fig. 1-1a). Een sedimentaire afzetting kent natuurlijk geen landsgrenzen, maar uit verdere onderzoeken blijkt dat Chia Gara formatie alleen binnen de grenzen van Irak is afgezet. In dit hoofdstuk zal de geologische afzetting worden beschreven.

Fig. 1-1: studiegebied van Chia Gara a)Regionaal overzichtskaart (Azie, Midden-oosten) b)Detailkaart, met AAmadia, eerste gevonden locatie van Chia Gara. (bron Google Earth)

1) Verspreiding van Chia Gara

1

Boorgegevens Chia Gara wordt in verschillende boorputten en ontsluitingen gevonden. De benamingen en locaties worden als volgt beschreven: De O.C. (=outcrop in het engels, zoals het te zien is in fig.1-2) bestaat uit ontsluitingen die te vinden zijn aan de oppervlakte. De ontsluitingen hebben een lengte van ongeveer 370 km, in het noordwestelijke deel aangrensend aan Iran en van noord tot noord-oosten grenzend aan Turkije. De dikte van de formatie is niet exact te bepalen in sommige ontsluitingen vanwege erosie. Tevens zijn er ontsluitingen in het gebergte te vinden. Het TOC analyses op monsters van de ontsluitingen in het noorden Shiranish en Geli Mezerka gaven 11,83 en 11,99 procent respectivelijk. Dit wijst erop dat de afzetting zeer rijk aan organisch materiaal is. Dit in tegenstelling tot de oostelijke ontsluitingen (Bekhme)wat zeer arm aan organische materiaal is met 0,73 perocent TOC (Howarth 1992, F. Sadooni and Alsharhan 2003). Am 1 is een put in het noorden van Mosul, ten zuiden van Amadia, met een dikte van Chia Gara 232 m. De diepte wordt in geen van de bronnen vermeldt (Howarth 1992, I. Mohayaldin 2007) TT-1 is een put in het olieveld Taq Taq ten zuid-oosten van Erbil. Onder dit olieveld is Chia Gara op een diepte van 3110 tot 3236 m te vinden. De gemiddelde TOC waarde van de onderzochte monsters bedraagd 2,5 wt % (F. Sadooni and Alsharhan 2003). K-109 is een put in het noordwesten van Kirkuk. Dit gebied bevat een van de grootste oliereservoirs van Irak. Onder Fig 1-2: Boringen op kaart. deze reservoirs wordt ook de Chia Gara formatie gevonden, met een dikte van 310 m. De geanalyseerde monsters hebben een TOC waarde van 0,62-7,62 % (I. Mohayaldin and F. Albayati 2007). Aj-8 bevindt zich in de buurt van het Ajeel olieveld. Deze boring wordt vernoemd naar de stad Ajeel, ten noorden van Tikrit. De dikte van de Chia Gara formatie in deze boring is 245 m en in verschillende boorkernanalyses (86) bedraagt de TOC waarde 0,5-18,5 % (T. Alamiri, J. Zumberge and Z. Markarian 2011) Ba-1 (Balad) ligt in de buurt van de kleine stad Balad. Deze stad ligt 50 km ten noorden van de hoofdstad Bagdad (S. Luthi 1984). De dikte van Chia Gara formatie in deze boorput is 137 m. EB-1 is ligt in het zuid-oosten van de hoofdstad Bagdad. De Chia Gara formatie heeft een diepte tussen 4430-4569 m. De geanlyseerde 86 boorkernmonsters hebben TOC waarde van 1 tot 8,5 %(T. Alamiri 2011).

1) Verspreiding van Chia Gara

2

Boring

Am-1

TT-1

K-109

Aj-8

Balad-1

Eb-1

Saddam 8

Garagu

Sarmord

Karimia

Karimia

Ratawi

Ratawi

Sarmord

Top Chia Gara

-3110

-2782

-2929

-3958

-4430

-2924

Bodem Chia Gara

-3236

-3092

-3174

-4095

-4569

-3183

Barsarin

Gotnia

Gotnia

Gotnia

310

245

137

139

259

Bovenliggende formatie

Onderliggende formatie Dikte (m)

Barsarin Naokelekan Barsarin 232

TOC Gemiddeld

126 2.15

TOC Min

-

-

0,6

0,5

-

1

0,68

TOC Max

-

-

7,3

18,5

-

8,5

13,28

Tabel 1-1: Boorgegevens

Saddam-8 is de naam van het laatste boorpunt. De bovengrens van Chia Gara is 2924 m en de ondergrens is 3183 m diep. De locatie van de boring is niet bekend. Om die reden kan de naam helaas niet op de kaart geplaatst worden (S. Luthi 1984). In tabel 1-1 zijn de gegevens van de boringen te zien. In de tabel worden ook de boven- en onderformaties vermeld die aangrenzend zijn aan de Chia Gara formatie. Hierdoor kan onder andere de dikte en de verandering van het afzettingsmilieu worden afgeleid. Dit wordt in hoofdstuk twee uitgebreid beschreven. In de boringen van Am-1 en Balad-1 ontbreken de analyse van TOC. Hierdoor kunnen het TOC waardes niet vermeld worden. In de boring van TT-1 wordt alleen het gemiddelde TOC percentage aangegeven.

Bewerking van gegevens De Chia Gara formatie bestaat uit één pakket gesteente dat tevens uit één geheel bestaat, het wordt niet onderbroken door andere formaties. De dikte van het pakket varieert tussen 135 en 310 m. De stratigrafie van Chia Gara is beschreven in de boorkernen. De formatie heeft een opeenvolgende en afwisselde gelaagdheid van kalksteen en donkere schalie. De dikte van kalksteen lagen varieert van 5 tot 40 m. De dikte van de schalie lagen wisselt af tussen de 3 en 15 m. In regelmaat worden ook dunne lagen van gele mergel gevonden, met een dikte van 0,5-3 m (Howarth 1999). Zoals het te zien is in tabel 1-1 en bijlage A heeft de Chia Gara formatie gemiddeld een hoge TOC percentage. In het noorden, waar Chia Gara aan het oppervlak gevonden wordt, heeft het een zeer hoge TOC. De boringen K-109 en TT-1 tonen lage TOC percentage. In de ontsluiting van het oostelijke deel van Chia Gara wordt (in tegendeel tot de noordelijke ontsluitingen)een lage TOC percentage gevonden. Meer naar het zuiden, toont de analyse van boringen AJ-8 en Saddam-8 weer hoge percentage TOC in monsters. In het zuiden, in de boring van Eb-1, is te zien dat de TOC weer lager wordt.

1) Verspreiding van Chia Gara

3

Grafiek A) Dikte

350 300 250 200 150 100 50 0

300-350 250-300

0,4

1,6

2,8

4

5,2

150-200 6,4

7,6

200-250

Lengte 0=Zuid, 11,2=Noord

11,2 10 8,8

Dikte (m)

De dikte van Chia Gara is niet constant, maar de variatie is beperkt en afhankelijk van het gebied. Grote delen van Chia Gara hebben een gemiddelde dikte van 150 m. Om een beter beeld te creëren over de dikte van Chia Gara, zijn de boringen in een vierkant gebied gezet. Dit gebied is vervolgens in een assenstelsel gezet. De oorsprong van de x-as van dit assenstelsel ligt op Eb-1 en de oorsprong van de y-as is op de Am-1 genomen. De boringen zijn als punten in het assenstelsel genomen met elk hun x- en y waarde. De gevonden waardes uit de boringen zijn gebruikt voor de dikte in deze grafiek. In bijlage B zijn de waardes uit de boringen met kleur aangegeven. De gerelateerde waardes aan de boringen zijn kleurloos. In de bijlage is ook het oppervlak van het onderzochte gebied te zien. De interpolatie van de isopache met behulp van de boringen is in grafiek 1-1 te zien.

0

3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4

100-150 50-100 0-50

breedte ( 0=West, 3,2=Oost)

Grafiek 1-1: Isopache van de Chia Gara formatie.

In grafiek (1-1) hierboven is te zien dat de zuidelijke afzettingen minder dik zijn dan in het noordelijke gedeelte. Dit wijst erop dat de accommodatieruimte in het noordelijk gebied groter was dan dat in het zuidelijke gebied, waardoor de afzetting van sediment groter was. Dit zal in het volgende hoofdstuk beschreven worden. Ten tweede is een daling te zien in noordoosten, dit ten opzichte van het noordwesten en het middelste gebied waar het uit een hoge piek bestaat. Dit komt door tektonische activiteiten die voor verandering van de geologie hebben gezorgd. Dit is duidelijk te zien in de huidige geologie. Het noorden en noordoosten van het land bestaat voornamelijk uit bergachtig gebied. Na de afzetting van de Chia Gara formatie heeft er mogelijk erosie plaatsgevonden waardoor dit gedeelte nu dus minder dik is dan het omgevende gesteente.

1) Verspreiding van Chia Gara

4

B) Diepte

-2500 -27509,2 -3000 8,4 7,6 -3250 6,8 -3500 -3750 -4000 -4250 -4500

6

5,2

4,4

Lengte 0=Zuid, 9,2=Noord

3,6

2,8

2

1,2

0,4

3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0

Breedte 0=West, 3,2=Oost

Diepte (m)

De diepte van Chia Gara toont een grote variatie. In dit deel wordt de diepte in kaart gebracht met behulp van de gevonden waardes. Voor de interpolatie voor de diepte wordt dezelfde methode gebruikt als bij de dikte, dat wil zeggen dat hetzelfde gebied is genomen, maar hier is de oppervlakte kleiner dan, ook te zien in bijlage C. Dit is gedaan omdat de diepte in het noordelijk gebied onbekend is. De diepte is van het zuiden tot boring TT-1 genomen. In grafiek 1-2 is de bovenkant van de formatie getoond.

-2750--2500 -3000--2750 -3250--3000 -3500--3250 -3750--3500 -4000--3750 -4250--4000 -4500--4250

Grafiek1- 2: Diepte van Chia Gara formatie.

Zoals te zien is in grafiek 1-2, is de Chia Gara formatie in het zuidelijke gebied lager dan in het noordelijke gebied. Door tektonische activiteit is het noordelijke gebied van de formatie omhoog geplooid. Hierdoor is in het noorden de formatie op een lagere diepte terug te vinden. In hoofdstuk twee wordt de reden van plooiing in het noorden onderzocht. De diepte van de Chia Gara formatie zoals te zien is in grafiek 1-2, is tussen 2800 m en 4500 m diep. Met deze grafiek kan de maturatiezone van Chia Gara formatie bepaald worden. In Al-Ameri (2011) wordt de relatie van diepte en temperatuur met maturatie onderzocht. Hierin wordt gevonden dat de Chia Gara formatie in een diepte van 4430 m tot 4569 m. Een maximale temperatuur kan hebben van 140 oC. De Chia Gara formatie ligt met andere woorden in een temperatuurberik tussen 100 en 150 oC. Dit is een zeer gunstige temperatuur voor maturatie voor omzetting van organisch materiaal naar koolwaterstoffen. De temperatuur- (diepte) tijd relatie wordt weergegeven in de temperature-time index (TTI) (V. Lopatin, 1971) waar de “oil window” in temperaturen van ongeveer 60 tot 110 oC te zien is.

1) Verspreiding van Chia Gara

5

Bevindingen De Chia Gara formatie is een zeer gunstig moedergesteente. Hierdoor heeft het dan ook een groot effect uitgeoefend op de huidige reservoirs. Dit is te danken aan het hoog organisch materiaal in het gesteente. Hierdoor is de TOC waarde in dit formatie hoog tot zeer hoog. Ten tweede is het maturatie van organische materiaal van groot belang. Wegens de gunstige diepte en daarbij het bereiken van gunstige temperatuur, is de formatie in een “oil window” terecht gekomen voor het ontstaan van koolwaterstoffen. De redelijke dikte en tevens onafgebroken afzetting, daarbij ook het zeer grote oppervlak van de Chia Gara formatie (ongeveer 59500 km2) maakt van deze formatie een geschikte moedergesteente met een grote hoeveelheid koolwaterstof. Uit de gegevens in grafieken 1-1 en 1-2 en de tabel 1-1 kan de positie van Saddam-8 ruwweg geschat worden. Dit is in de buurt van de noordelijke deel van Aj-8. In beide boringen zijn de dieptes vergelijkbaar. De boring van Saddam-8 toont dat het 16 m dikker is dan Aj-8. Dit wordt duidelijk met grafiek 1-1. Want vanuit het zuidelijke gebied stijgt de dikte aan. De TOC van beide boringen zijn tevens vergelijkbaar, zoals te zien is in tabel 1-1 en bijlage A. De mogelijke positie van Saddam-8 bevindt zich hoogst waarschijnlijk in de buurt van Tikrit.

1) Verspreiding van Chia Gara

6

Hoofdstuk 2 Het ontstaan van de Chia Gara formatie

Inleiding In hoofdstuk één werd de verspreiding van de Chia Gara formatie beschreven, daarbij werd onder andere de dikte en diepte van de formatie in verschillende locaties onderzocht. In dit hoofdstuk worden de ontwikkeling en het afzettingsmilieu van de Chia Gara formatie onderzocht. Hierin wordt ten eerste gekeken naar de grootschalige evaporieten afzetting voordat de Chia Gara formatie werd afgezet. In de tweede deel van dit hoofdstuk wordt gekeken naar de geologische ontwikkeling tijdens de afzetting van deze formatie. In het laatste deel wordt het afzettingsmilieu tijdens de Chia Gara formatie behandeld.

Afzetting voor Chia Gara De onderliggende formaties van de Chia Gara formatie zijn de Barsarin en Gotnia formatie, zoals te zien is in tabel 1-1. Deze twee formaties bestaan grotendeels uit evaporieten. Het bereik van de evaporieten dat in hetzelfde geologisch tijdperk (laat Jura “Malm”) is afgezet, kan in de bodem van Iran, Irak, Kuwait en Saudi Arabia terug gevonden worden. In de ondergrond van (zuid-west) Iran wordt Gotnia als formatie gevonden (Oxfordien-Tithonien). In Irak worden de twee formaties Gotnia en Barsarin (in hoofdstuk drie worden de verschillen verduidelijkt) gevonden. De afzetting vindt plaats in Oxfordien. Dit is de afzetting in het noordelijke Golf gebied. In het midden en zuidelijke Golf gebied wordt in Kuwait Gotnia gevonden (Oxfordien-Kimmeridien) en in Saudie Arabia wordt Hith met een dikte van ongeveer 200 m gevonden (Tithonian). In figuur 2-1 is de grote afzetting van evaporieten te zien onder de bodem van onder andere Irak. In deze figuur zijn ook andere formaties te zien, die worden niet behandeld in dit onderzoek. (Fig. 2-1 is een alleen doorsnede van één gebied om een beeld te geven over de afzetting van evaporieten onder Chia Gara).

Fig. 2-1: Doorsnede Iran, Irak,Kuwait en Saudi Arabie(Schlumberger 1975)

2) Het ontstaan van de Chia Gara formatie

7

Dus de Chia Gara formatie is afgezet op een zeer grote verspreide afzetting van evaporieten. Deze grote afzetting van evaporieten dient als seal in bepaalde gebieden, want in de onderliggende formaties van deze seal zijn er oliereservoirs gevonden.

Geologische ontwikkeling Het huidige Midden-Oosten bevond zich in Laurazie. In Vroeg Jura (Lias) viel Laurazie uiteen. Deze beweging had invloed op de beweging rondom en in het huidige Midden-Oosten. In deze periode waren in Laurazie twee gebieden die ook beïnvloed werden door de tektonische beweging. Hierbij ging de Iranese continentaal plaatrand van de Arabische continentaal plaatrand uit elkaar door divergente beweging. Door de tektonische bewegingen ontstonden afschuivingen. Deze afschuivingen leidden naar het ontstaan van horsten en slenken in dat gebied. Hierdoor ontstond een rift vallei, en bekkens tussen de twee platen en werd gevuld door de Tethys oceaan die hiermee was verbonden. Dit werd de Zuidelijk Neo-Tethys genoemd (fig. 2-2).

Fig.2-2: Iranian and Arabian plate(Geology of Kurdistan 2008)

Het ontstaan van Neo-Tethys ging gepaard met het begin van een nieuw ecosysteem in de NeoTethys. Dit ecosysteem bestaat uit eencellige insecten, dieren en planten. Plankton, foraminiferen, radiolaria en algen zijn voorbeelden van levende wezens in de Neo-Tethys. Deze dieren en planten zijn terug te zien in de monsters die uit de Chia Gara formatie zijn genomen. De tektonische beweging die divergent was, stopte aan het eind van laat Jura voor de Arabische continentaal plaat. Deze beweging werd omgezet naar een convergente beweging, dit gebeurde aan het begin van de vroeg Krijt. In het oostelijke gebied –Iranese plaat- ontstond ook een divergente beweging. Deze was sterker dan de oorspronkelijke divergentie met Arabische Plaat. Dit had dus twee gevolgen: ten eerste het ontstaan van een nieuwe rift vallei, dit leidde uiteindelijk naar het ontstaan van Noord Neo-Tethys. Ten tweede bewoog de Iranese plaat naar Arabische plaat toe en dat zorgde voor een convergente beweging. Hierdoor kromp Zuid Neo-Tethys en in laat Tithonien ontstond een subductiezone tussen Arabische plaat en Iranese/Turkse platen (fig. 2-3).

2) Het ontstaan van de Chia Gara formatie

8

Fig. 2-3: Verandering van tektonische bewegingen begin onder Krijt(Geology of Kurdistan 2008)

Deze geologische ontwikkeling heeft effect gehad op de Chia Gara formatie, hierdoor is de formatie gedeformeerd. Dit is terug te zien in grafiek 1-2, waarbij het noord en noordoosten van deze formatie omhoog is geplooid, dus minder diep in de ondergrond ligt in vergelijking met het zuidelijk gebied.

Milieu van afzetting In de vorige paragraaf (Geologische ontwikkeling) werd vermeld dat er een ecosysteem ontstond in Zuid Neo-Tethys. Elk ecosysteem heeft zijn groeiende factor. In het water/oceaan is deze factor het CO2gehalte. Het CO2 gehalte heeft natuurlijk ook effect op de landplanten. De aanwezigheid van een hoog CO2 gehalte in de atmosfeer zorgt ervoor dat het ecosysteem sneller groeit en zich uitbreidt. In Jura was het CO2 gehalte zeer hoog. De (water)planten zoals algen groeien bij opname van deze CO2, hierdoor treedt er fotosynthese op in de plant. Dit leidt er toe dat de planten groeien. Door de groei van de planten, groeien de eencellige wezens en kleine diertjes in het water, omdat de waterplanten de voedingstoffen bieden voor deze wezens. Dit heeft weer een positief effect op de groei van grotere waterdieren. Hierdoor is de aanwezigheid van levende wezens zeer hoog in het water. Het ecosysteem is als een ketting, waarbij de groei van de ene ring in de ketting directe gevolg heeft op de andere ringen. De goede leefomstandigheden in het Zuid Neo-Tethys zorgen voor een hoge afzetting van organisch materiaal tijdens de afzetting van de Chia Gara formatie. De informatie die verkregen is uit de boringen wijst erop dat deze formatie uit diep mariene faciës bestaat (S. Luthi, 1984)(I. Mohyaldin and F. Albayati, 2007). Het zuurstof gehalte is in de diep marine afzetting zeer laag wegens de lage water circulatie. Hierdoor is het afgestorven materiaal dat naar de bodem is gezakt niet verrot, doordat er geen chemische reactie is ontstaan met zuurstof. De pelagische afzetting van de Chia Gara formatie heeft een afwisseling van textuur tussen packstone en wackestone. De afgezette sediment waar Chia Gara formatie van uit bestaat is afkomstig van het westen. De overvloed aan zooplankton zoals radiolaria en vansponges spicules heeft er voor gezorgd dat dit gesteente organischrijk is (I. Mohyaldin and F. Albayati).

2) Het ontstaan van de Chia Gara formatie

9

Het Laat Jura kent een periode van transgressie sequentiële ontwikkeling waar het zeewater continentaal opwaarts bewoog. De stijging van het zeeniveau was de oorzaak van de transgressie. De transgressie ging geleidelijk. Een belangrijke factor dat met geleidelijk zeeniveau stijging te maken heeft, is de toevoer van sediment. Doordat de stijging geleidelijk bleef, was de toevoer van sediment ook geleidelijk (S. Luthi –Balad1, 1984). In de onderzoeken van S. Luthi (1984 Saddam-8) zijn in de onderzochte monsters van het kalksteen en schalie dolomiet mineraal aangetroffen. Met behulp van microscopisch onderzoek, zoals te zien is in figuur 2-4, is dit mineraal herkenbaar. Tevens is dolomiet verspreid, in de vorm van een ruit, in deze formatie. Door gebruik te maken van een gepolariseerde microscoop heeft deze mineraal een geel kleur. Dit monster is op diepte van 3168 m genomen. Dolomiet wordt gevormd na de afzetting van het gesteente waarbij calciet aanwezig is. De chemische reactie van calciet met magnesium zorgt voor diagenese in het gesteente pakket. Hierdoor wordt calciet omgezet naar dolomiet. Het dolomiet, dat ontstaan is in de Chia Gara formatie heeft een ander karakter en een andere verspreiding ten opzichte van de gevormde dolomietomstandigheden in de sabkha.

Fig. 2-4: Kalkrijke schalie. Dolomiet geel, ruit vormig en verspreid. Calciet langwerpig en wit (S. Luthi, 1984).

De Chia Gara formatie is aan het eind van een grootschalige evaporieten fase afgezet. Deze formatie bevat klastische sediment dat een oorsprong heeft uit het westen. Na de afzetting van de Chia Gara formatie in het diep marine milieu, zeer rijk aan organisch materiaal, is deze formatie in het noorden en noordoosten gedeformeerd wegens de tektonische beweging met de Iranese continentaal plaatrand.

2) Het ontstaan van de Chia Gara formatie

10

Hoofdstuk 3 De Chia Gara formatie in de boorputten A) Beschrijving van de formaties Chia Gara De Chia Gara formatie bestaat uit twee verschillende lagen. Deze lagen worden als volgd beschreven: - De schalie bestaat uit splijtbaar, donkerbruin tot zwart kleurige lagen. Deze schalielagen bestaan uit organisch materiaal en worden beschouwd als packstone. Deze lagen zijn gevormd door zeer fijne korrels. Hierdoor zijn de porositeit en permeabiliteit zeer laag. De effect van fijne korrelstructuur van deze lagen is dat ze een lage diffusie voor lucht heeft, waardoor relatief weinig zuurstof tussen de korrels kan komen en dus zal het organisch materiaal niet verrotten. Ook zijn deze lagen kalkrijk met verspreide dolomiet kristallen. Figuur 2-4 is een voorbeeld van schalie waarin de dolomiet- en de calcietmineralen te zien zijn. Door diagenese is dolomiet gevormd en calciet is gerekristallisateerd. De onderzoeken tonen aan dat er ook andere mineralen in de schalie laag aanwezig zijn. De NAA en XRD onderzoeken tonen in boring Saddam-8 aanwezigheid van pyriet aan. In deze boring is ook kwarts aanwezig. Naast de genoemde mineralen zijn er uiteraard kleimineralen gevonden. Illiet en kaoliniet zijn de belangrijkste kleimineralen in de Chia Gara formatie. De diktes van de schalielagen zijn ongeveer tussen de 3 m en 15 m. De schalie bevat veel bitumen, hierdoor heeft het een donkere kleur. De kleur geeft een index van de kwaliteit van het gesteente aan. Deze index wordt ook de Thermal Alteration Index (TAI) genoemd. Deze methode is gebaseerd op de vergelijking van kleurgesteente met de kleuren van TAI. Onderzoeken tonen aan dat in deze lagen fossielen aanwezig zijn. Microscopische onderzoeken laten de aanwezigheid van radiolarieten en mosselkreeftjes in het gesteente zien. In de schalie is het radioactieve kalium element aanwezig (illiet) (S. Luthi, Saddam-8). Dit zorgt ervoor dat de Gamma Ray log hoge waarde aangeeft. In de grafiek in bijlage D is te zien dat schalie een hoge GR waarde heeft. Bitumen bevat uranium, maar dit wordt in volgende paragraaf behandeld. In figuur 3-1 is een voorbeeld van een schaliemonster van een source rock te zien. Deze is verglijkbaar met de schalie uit de Chia Gara formatie.

Fig.3-1: Voorbeeld van schalie source rock als de Chia Gara formatie

3) De Chia Gara formatie in de boorputten A) Herkenning van de formatie zonder boorkern

11

- De kalksteen bestaat ook uit organisch rijke materiaal. De kleihoudende kalksteen dat calciet-rijk en silt-rijk gevormd is, zijn lamineer opgebouwd. De kalksteen bevat net als schalie kwarts en pyriet mineralen. De aanwezigheid van calciet en dolomiet is in een grotere hoeveelheid dan in de schalielagen. Het calciet mineraal is gerekristalliseerd en vormt grotere blokken in de afzetting. Hier zijn ook kleimineralen aanwezig, maar in een mindere hoeveelheid dan in schalie. De dikte van Kalksteen lagen bedraagt tussen de 5 m en 40 m. De kalksteen van de Chia Gara formatie heeft een speciaal karakteristiek verschijnsel. De kalksteen heeft wit en donkere banen of ringen in het gesteente. Deze worden Liesegang ringen1 genoemd, dit is een concentratie van mineralen in een specifieke vorm. Die ontstaan door de migratie van vloeistof, waarbij de donkere banden wordt gevormd door pyriet neer te slaan (I. Mohyaldin). De aanwezigheid van fossielen in kalksteen is duidelijker te zien, omdat ze regelmatig groter zijn. De aanwezigheid van plantstukken, tweekleppige beestjes en ammonieten zijn te zien als grote fossielen. De zeer kleine fossielen zoals mosselkreeftjes zijn alleen microscopische te zien. Kalksteen is normaliter lichter van kleur, maar de aanwezigheid van bitumen zorgt voor een donkere kleur van kalksteen in de Chia Gara formatie. De Gamma Ray log zal zeer lage waarde geven in kalksteen. Omdat dit gesteente zeer laag tot geen radioactief materiaal bevat. De aanwezigheid van kleimineralen en bitumen zorgen voor de radioactiviteit. In bijlage D is de GR-log van kalksteen te zien. Hiernaast (fig. 3-2) is een voorbeeld te zien van microscopische kalksteen. In dit figuur zijn calcieten als blok te zien. Door diagenese is de oorspronkelijke vorm van calciet niet meer te herkennen. Tussen het gerekristalliseerde mineraal is klei en fijn organisch materiaal te zien.

Fig. 3-2: Microscopische voorbeeld van kalksteen (S. Luthi, 1984).

1= Professor D. Stow, Southampton Oceanography Center, UK (2004, persoonlijke communicatie met de heer I. Mohyaldin)

3) De Chia Gara formatie in de boorputten A) Herkenning van de formatie zonder boorkern

12

Boven- en onderliggende formaties van de Chia Gara formatie De onderliggende formatie van de Chia Gara formatie is meer dan één formatie. Deze verschillende formaties zijn op verschillende gebieden afgezet. In de boorputten van Saddam-8 en EB-1 wordt de Gotnia formatie gevonden. In K-109 is de Barsarin formatie onder de Chia Gara formatie aangetroffen. Deze onderliggende formaties hebben de eigenschappen zoals beschreven in hoofdstuk twee. De hoofdzakelijke afzetting in beide formaties hebben evaporieten en anhydriet als laag. De overeenkomst tussen deze formaties is dat ze onder andere zouten in het sediment bevatten. De formaties verschillen van elkaar omdat bij de evaporietenafzetting ook andere sedimenten zijn aangetroffen. Dit komt door verschil in het afzettingsmilieu. Hierdoor verandert het karakter van de gesteentes van elkaar en zorgt er voor dat de formaties niet hetzelfde zijn. De toevoer van verschillende sedimenten is een tweede factor dat voor verandering van de formatie zorgt. De Barsarin formatie heeft naast de anhydriet ook kalksteen lagen. In deze lagen zijn ook dolomieten gevormd. Deze formatie werd in het noordoosten van Irak afgezet. Deze formatie wordt ook als moedergesteente beschouwd. De Gotnia formatie bevat naast het anhydriet lagen ook gips lagen. De Gotnia formatie wordt in het midden en zuiden van Irak gevonden. Deze formatie komt overeen met de Hith formatie in Saudi Arabie (Sadooni, 1999). Dus, de grens tussen de onderliggende formatie van de Chia Gara en de Chia Gara formatie zelf is de laatste laag Anhydriet die terug is gevonden in de boring. Het begin van de Chia Gara formatie is wanneer de eerste opeenvolging van kalksteen-schalie lagen in de boring te vinden is. Hierdoor kan de Chia Gara formatie onderscheiden worden als formatie met de onderliggende formaties in de boring. De bovenliggende formatie van de Chia Gara formatie is ook meer dan één formatie. In tabel 1-1 worden meerdere bovenliggende formaties aangegeven. In de boorput Am-1 wordt de Garagu formatie gevonden. Deze formatie is samengesteld uit grotere mergellagen (dan in de Chia Gara formatie), ijzerhoudend en zandige kalksteen. In de boorputten TT-1 en Saddam-8 wordt de Sarmord formatie aangetroffen. Sarmord bevat ondiepe mergel en mergelrijke kalksteen. De boorputten K109 en Aj-8 hebben de Karimia formatie als bovenliggende formatie. Deze formatie bestaat hoofdzakelijk uit donkerkleurig kalkrijke mudstone. De laatste twee boringen Balad-1 en Eb-1 bevatten de Rotawi formatie. Het onderste deel van de Rotawi formatie bestaat uit kalksteen en het bovenste gedeelte bestaat uit grove zanden, silt en siltrijke schalie. In deze formaties is de aanwezigheid van bitumen aangetoond. Hierin is het organisch materiaal gematureerd en omgezet naar koolwaterstoffen. De overeenkomst tussen deze formaties en de Chia Gara formatie is, dat al deze formaties moedergesteente zijn. Dus, de overstap van de Chia Gara formatie naar bovenliggende formaties is, wanneer de opeenvolging van kalksteen en schalie stopt en nieuwe lagen met mergel of zanden vormen met schalie of kalksteen.

3) De Chia Gara formatie in de boorputten A) Herkenning van de formatie zonder boorkern

13

B) Total Organic Carbon (TOC) Inleiding Het Total Organic Carbon (TOC) gehalte is een van de belangrijkste factoren voor de kwaliteit van het moedergesteente. Door het TOC gehalte te onderzoeken in 0 tot 0,5 Zeer slecht (poor) een moedergesteente, kan de kwaliteit bepaald worden. In 0,5 tot 1 Billijk (Fair) tabel 3-1 is te zien bij welke percentage TOC het gesteente kwalitatief wordt gekwalificeerd. TOC is de totaal gebonden 1 tot 2 Goed (good) koolstof in een organische verbinding. Koolwaterstoffen bestaan gedeeltelijk uit koolstof. Dit chemisch element 2 tot 4 Zeer goed (very goed) vormt een molecuul met waterstoffen en andere chemische >4 Uitstekend (excellent) elementen. Deze binding kan zelfs tot een ketting lang worden, hierdoor ontstaat koolwaterstof. Als het TOC gehalte in een gesteente hoog is, duidt dit aan dat het een Tabel 3-1: TOC kwaliteit (college sheets) uitstekend moedergesteente is. Wanneer dit gesteente een zeer slechte TOC gehalte heeft, zal dit gesteente geen geschikte moedergesteente zijn voor koolwaterstoffen. Per diepte varieert het TOC gehalte in de boorput. In dit hoofdstuk worden de mogelijke methodes om het TOC gehalte te bepalen genoemd. Hierbij wordt een inschattingsmethode behandeld waarbij de resultaten van de boorput van Saddam-8 (S. Luthi, 1984) worden gebruikt. In deze methode wordt de relatie van uranium in het gesteente met het TOC gehalte onderzocht. Ook wordt de relatie van het TOC gehalte met het organisch materiaal onderzocht. Als laatst wordt het TOC gehalte in de boorputten, dat in hoofdstuk één werd benoemd, kort behandeld. TOC (%)

Kwaliteit

TOC inschatting Er zijn vele laboratorium onderzoeksmogelijkheden om het TOC gehalte in een gesteente te bepalen. Deze onderzoeken worden uitgevoerd op de monsters die van de boorputten afkomstig zijn. Een mogelijke onderzoeksmethode is titratie. Dit is gebaseerd op de toevoeging van een hoeveelheid zure vloeistof die reageert met de koolstofatomen. De kleurverandering tijdens het druppelen is een signaal om de reactie te stoppen. Door de verhouding te berekenen, wordt de hoeveelheid TOC gehalte bepaald. Een andere mogelijkheid voor de TOC-analyse is de spectrofotometer. Deze methode is gebaseerd op de meting van het licht dat door het monster wordt geabsorbeerd of op de meting van de hoeveelheid ultraviolet licht dat het monster weerkaatst. Hierin wordt een monster blootgesteld op een lichtstraling. Het TOC gehalte kan ook worden geschat met behulp van wireline logs, die tijdens de boring worden verkregen.

TOC (%) Uranium (PPM)

0,63

5,25

5,63

7,25

3,42

6,8

8,8

7

10,6

13,2

8,8

9,2

10

10

5

5,9

19

17,5

33,7

44

61

60

77

91

Tabel 3-2: TOC vs Uranium(Saddam-8)

100

y = 5,5574e0,203x R² = 0,4343

90

Uranium (PPM)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

14

TOC (%) Grafiek 3-1: TOC VS Uranium(Saddam-8)

De onderzoeken van R.W. Boyle2 tonen aan dat uranium deel uitmaakt van de micro samenstelling in ruwe olie en bitumen. Het gemiddelde aanwezige uranium in de petroleum as is 100 delen per miljoen (Parts Per Million, PPM). Met deze informatie is het mogelijk om de relatie van het TOC gehalte met uranium te onderzoeken. In tabel 3-2 is de verhouding tussen het uranium en het TOC gehalte te zien. De trendlijn in grafiek 3-1 laat zien dat bij de stijging van uranium een aanduiding voor de stijging van het TOC percentage is. Deze relatie kan als exponentieel3 beschouwd worden, met ongeveer een maximale uraniumwaarde van 100 PPM. Hierdoor kan het TOC percentage met behulp van uranium geschat worden. Deze methode om het TOC percentage te bepalen, is niet zo exact als bij het gebruik van laboratorium apparatuur. Maar met deze methode kan snel en makkelijk een schatting van het TOC gehalte in een boring gemaakt worden. Dit kan er toe leiden dat een moedergesteente sneller herkend worden. Ook kan de kwaliteit van dit moedergesteente gekwalificeerd worden. Hierdoor kan het onderzoek en daarbij de mogelijke koolwaterstofwinning sneller uitgevoerd worden. De TOC percentages kunnen naderhand exact bepaald worden door de monsters uit de boorput te onderzoeken in het laboratorium. Om deze methode beter te onderzoeken wordt ook de relatie van uranium met organisch materiaal onderzocht. Hierdoor kan gezien worden hoe goed de schatting is. Dit onderzoek leidt er toe om de relatie tussen het TOC percentage en organisch materiaal te verduidelijken. 2= R.W. Boyle (1982), Geochemical prospecting for thorium and uranium deposits (EIsevier Scientific Publishing Company) 3= In de grafieken 3-1 en 3-2 is voor exponentieel trendlijn gekozen omdat deze dichter bij de gevonden waardes ligt dan de lineaire trendlijn. Ook heeft de exponentiële trendlijn hoge R2 waarde dan de lineaire trendlijn.

Organisch Materiaal (%) Uranium (PPM)

0,18

1,35

2,7

4,9

6,3

6,8

9,1

6,8

9

18

16,8

18,6

10

6,5

7

19

10

43,5

33

78

61

60

91

18

Tabel 3-3: Organisch materiaal VS Uranium (Saddam-8)

100 y = 11,389e0,0936x R² = 0,3768

90 80 Uranium (PPM)

70 60 50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Organisch Materiaal (%)

Grafiek 3-2: Organisch Materiaal VS Uranium (Saddam-8)

In tabel 3-3 is de verhouding tussen organisch materiaal en uranium te zien. Deze verhouding is vergelijkbaar met de verhouding van het TOC percentage en uranium. Dit wil zeggen dat bij stijging van het uranium gehalte, wijst dit er op dat het gesteente ook een hoog organisch materiaal bevat. Hiermee kan ook het organisch materiaal geschat worden door middel van het uranium gehalte. Deze relatie is een hulpmiddel om de vorige relatie (TOC VS Uranium) te controleren. Het uranium heeft dus een overeenkomstige verhouding met het TOC gehalte en het organisch materiaal, waarbij de stijging van uranium de aanduiding geeft op de stijging van het TOC gehalte en het organisch materiaal. Met deze twee verhoudingen kan de relatie tussen het TOC gehalte en het organisch materiaal als volgt vergeleken worden: TOC (%) Organisch materiaal (%)

0,7

5,7

3,5

7,1

5,26

7

8,5

8,7

9

6,8

11

13,2

0,36

1,3

4,9

3,3

6,3

6,8

6,6

9,5

16,8

18,5

9

18,5

Tabel 3-4: TOC VS Organisch Matriaal(Saddam-8).

y = 0,5889x1,256 R² = 0,6918

Organisch materiaal (%)

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

5

10 TOC (%)

15

Grafiek 3-3: TOC VS Organisch Matriaal (Saddam-8).

Het TOC percentage en het organisch materiaal hebben een lineaire verhouding4, waarbij de stijging van het organisch materiaal, er toe leidt dat het TOC percentage stijgt. Dit wil zeggen dat de afzetting van het organisch materiaal ervoor heeft gezorgd dat het TOC gehalte in dit gesteente ontstaat. Dit duidt aan dat bij hoge afzetting van het organisch materiaal, de waarde van het TOC gehalte in het algemeen, een hoog resultaat in het gesteente aangeeft. Kort samengevat: het organisch materiaal in het gesteente bevat uranium. Door hoge afzetting van organisch materiaal in de Chia Gara formatie, is de uranium waarde die verkregen is uit de onderzoek hoog. De hoeveelheid afgezette organisch materiaal heeft op zijn beurt ook invloed op de hoeveelheid TOC gehalte in de Chia Gara formatie. Dit is terug te zien in de lineaire stijging van het organisch materiaal ten opzichte van het TOC gehalte. Het TOC gehalte bevat ook uranium, waarbij de onderzoeken van de Chia Gara formatie aantonen dat bij stijging van het TOC gehalte het uranium percentage toeneemt. Het organisch materiaal en het TOC percentage hebben een redelijke overeenkomst in de resultaten in de onderzoeken met het uranium gehalte. Deze hebben namelijk een lineaire relatie (zie bijlage D, 2e kolom).

TOC in de boorputten In hoofdstuk één en in tabel 1-1 zijn de verschillende TOC gehaltes aangegeven. De ontsluitingen in het noorden van de Chia Gara afzetting geven een TOC gehalte van ongeveer 11 %. Dit is een zeer uitstekende waarde. Dit duidt aan dat de afzetting van het organisch materiaal in het noorden zeer hoog was, hierdoor was de omzetting naar koolwaterstoffen ook hoog. Om deze reden is het TOC gehalte hoog in de ontsluitingen van de noordelijke afzetting. De boringen TT-1 en K-109 en de ontsluitingen in het noordoosten van de formatie tonen een daling in het TOC gehalte. Dit gebied bevat een gemiddeld TOC gehalte tussen 0.7 en 2 %. K-109 bevat in de onderste lagen een TOC uitschieter van ongeveer 7 %. In de hogere lagen daalt het TOC tot 0.7 %. In het begin van de afzetting was het organisch materiaal zeer hoog. Naar mate meer sediment werd afgezet, daalde de afzetting van organisch materiaal in dat gebied. Een hypothese van een hoog naar lage afzetting van organisch materiaal kan de verandering van de watercirculatie geweest zijn. In Jura was de leefomstandigheden uitstekend. In dat tijdperk was de CO2 hoog, waarbij de opname van deze molecuul als voedingstof diende voor de groei van de planten (algen). Hierdoor ontstond hoge voedingstoffen voor beestjes zoals plankton die van deze algen leefden. De groei van de kleine beestjes leidde weer naar toe dat grotere diersoorten groeiden. Dit is een gunstige omstandigheid om de leefomstandigheid te vergroten, hierdoor werd er veel organisch materiaal afgezet. De watercirculatie was de factor voor de verandering van het TOC gehalte. De hoge watercirculatie zorgde voor toevoer van zuurstof in het water, hierdoor reageert het afgestorven organisch materiaal met de zuurstof. Dit leidt naar daling van het TOC gehalte. Deze onrustige situatie is waarschijnlijke hypothese voor daling van het TOC in dit gebied.

4: zoals te zien is in grafiek 3-3 is de relatie tussen O.M. en TOC een macht functie. De machtfunctie is hier 1.25, en wordt ook met een 0.58 vermenigvuldigd, waardoor dit als lineaire verhouding wordt gezien voor waardes ≤30 %. De machtfunctie is mede de hoge R2 waarde gekozen.

De stijging van het TOC gehalte is weer terug te zien in de boringen die zuidelijke posities hebben. Het TOC gehalte stijgt zelfs tot 18 % in Aj-8. Dit is een zeer hoog percentage, wat er op wijst dat de leefomstandigheden in dat gebied in die periode zeer gunstig waren. Hierdoor was de afzetting van het organisch materiaal zeer hoog. Deze hoge waarde van het TOC gehalte is ook terug te zien in de boring van Saddam-8. Dit wijst er op dat in dat hele gebied gunstige leefomstandigheden waren, waardoor er een hoge afzetting van organisch materiaal plaatsvond. In het zuiden van de Chia Gara formatie daalt het TOC gehalte weer. De boring van EB-1 bevat een gemiddeld TOC gehalte van 3 %. Dit is een zeer goede waarde, maar laag ten opzichte van het noordelijke gebied van deze boring. In het algemeen kan geconcludeerd worden dat de Chia Gara formatie een schommeling heeft in de TOC percentages. In het noorden bevat deze formatie een zeer hoog TOC gehalte. Meer naar het zuiden, in de omgeving van Kirkuk, daalt het TOC gehalte. Naar het midden van Irak stijgt het TOC gehalte behoorlijk. In het zuidelijk gebied daalt het TOC percentage weer ten opzichte van het midden gebied. Deze daling wil niet zeggen dat het moedergesteente slecht is, want deze bevat nog steeds een redelijk hoog TOC gehalte.

Hoofdstuk 4 Maturatie

Inleiding Elk moedergesteente in de aardbol kent een tweede factor naast de TOC gehalte, die er voor zorgt dat een gesteente moedergesteente wordt genoemd, dit is namelijk de maturatie. Het organisch materiaal dat in een bepaalde diepte komt en een gunstige temperatuur bereikt, zal in de loop van de tijd omgezet worden naar koolwaterstoffen. Maturatie is de relatie tussen diepte en temperatuur waarbij genoeg tijd nodig is om het gesteente met organisch materiaal te rijpen naar een moedergesteente. In hoofdstuk één werd onder andere gekeken naar de diepte, hierdoor werd een link gezet naar maturatie. In dit laatst hoofdstuk wordt kort de maturatie van de Chia Gara formatie behandeld.

Maturatie van de Chia Gara formatie Elk moedergesteente heeft maturatie nodig om het organisch materiaal om te zetten naar koolwaterstoffen. Het sediment moet een bepaalde temperatuur bereiken om te beginnen met het omzettingsproces van het organisch materiaal. De maturatie naar koolwaterstoffen begint bij een temperatuur van ongeveer 60 graden. De stijging van de temperatuur is zeer gunstig voor de omzetting naar koolwaterstoffen. De optimale temperatuur voor de omzetting naar olie is rond 100 graden. Bij verdere stijging van de temperatuur zal de omzetting dalen, dat is weer slecht voor de hoeveelheid koolwaterstof. Het tweede nadeel is dat er meer gas ontstaat dan olie. De relatie van de ontstane koolwaterstoffen (gas en olie) in het moedergesteente en het percentage is te zien in figuur 4-1. Met behulp van de temperature-time index (TTI) (V. Lopatin, 1971), zoals te zien is in (het model ) figuur 4Fig4-1: Temperatuur voor het ontstaan van 2, kan de maturatie van de Chia Gara formatie geschat koolwaterstoffen (S. Luthi) worden in de boorputten. In dit model wordt het begin, geologische tijdperk, temperatuur en diepte, van het maturatiegebied voor de Chia Gara formatie weergegeven. De Chia Gara formatie is in dit figuur binnen de blauwe lijnen te zien.

4) Maturatie

19

Fig4-2: TTI model van bekkengeschiedenis voor de Chia Gara formatie (Alshdidi, 1999)

In dit model wordt met rode lijn het maturatiegebied van de Chia Gara formatie aangegeven. De maturatie begon ongeveer 75 miljoen jaar geleden (Laat Krijt, Campanien). De diepte van de Chia Gara formatie was rond 2000 m diep in de aarde begraven. Het begin temperatuur van de maturatie was ongeveer 90oC. Door deze factoren was de omzetting van het organisch materiaal naar koolwaterstoffen mogelijk. Doordat de formatie dieper werd begraven in de aarde, steeg daarbij de temperatuur. De stijging van de temperatuur wordt als positieve factor gezien voor de maturatie, hierdoor is de omzetting naar koolwaterstoffen werd bevorderd. De Chia Gara formatie heeft ook genoeg tijd gehad voor de maturatie. In grafiek 1-2 is te zien dat de Chia Gara formatie een diepte heeft tussen 2800 m en 4500 m. Als grafiek 1-2 en figuur 4-2 met elkaar worden vergeleken komt dit overeen met het maturatiegebied dat dit moedergesteente nodig heeft voor omzetting van organisch materiaal. Daarbij is te zien dat de Chia Gara formatie ook in een temperatuur gebied ligt tussen 110 en 120 graden. Als deze informatie wordt vergeleken met figuur 4.1, dan is te zien dat deze formatie in een ideaal temperatuur gebied ligt voor het ontstaan van olie (koolwaterstof). De onderzoeken van Al-Amiri (2011) tonen aan dat de Chia Gara formatie in een maximaal temperatuur gebied ligt tussen 120 en 140 oC, met een omzetting van 95% van het organisch materiaal naar koolwaterstoffen. Dit wijst er op dat de Chia Gara formatie een goed gematureerd gesteente voor organisch materiaal is en hierdoor een uitstekend moedergesteente vormt in de bodem van Irak.

4) Maturatie

20

Conclusie De Chia Gara formatie is een moedergesteente met bruin tot donkere schalie lagen en kalksteen. Deze organisch rijke formatie kent zijn ontstaan door de afzetting van sedimenten en organisch materiaal in de Zuidelijke Neo-Tethys. Deze formatie is afgezet in een diep mariene milieu. Door de gunstige diepte is deze formatie goed gematureerd en is het organisch materiaal omgezet naar koolwaterstoffen. In deze bachelor onderzoek zijn de resultaten van de boring Saddam-8 gebruikt om de relatie tussen organisch materiaal en het TOC gehalte in de Chia Gara formatie te onderzoeken. De conclusie van de onderzoek wijst er op dat de organisch materiaal lineaire invloed heeft op het TOC gehalte. Ook in deze onderzoek wordt geconcludeerd, dat de aanwezige uranium gehalte in de organisch materiaal en in het TOC gehalte met elkaar in verband zijn. Hierdoor kan met behulp van de “wireline Logs” en de chemische elementen in het gesteente een schatting van het TOC gehalte gedaan worden. Deze methode is minder exact dan de andere methodes in het laboratorium, niettemin geeft deze methode een schatting van het TOC gehalte in het gesteente. Door meerdere onderzoeken te verrichten, is de conclusie dat dit moedergesteente als goed tot (zeer) uitstekende gesteente kan worden beschouwd. Dit wijst er op dat dit moedergesteente hoog TOC gehalte bevat.

21

Litaratuur

T.K Al-Amiri (2011). “Khasib and Tannuma oil sources, East Baghdad oil field, Iraq”. Marine and Petroleum Geology 28 (2011) 880-894. Saad Al Shdidi, Gérard Thomas, and Jean Delfaud (1999). “Sedimentology, Diagenesis, and Oil Habitat of Lower Cretaceous Qamchuqa Group, Northern Iraq”. AAPG Bulletin, V. 79, No. 5 (May 1995), P. 763–779. Ibrahim M.J. Mohyaldin(Jaar onbekend). “Stratigraphy and sedimentology of organic-rich limestones of the Chia Gara Formation, Rania area, Sulaimani, Kurdistan Region, NE Iraq”. University of Sulaimani, College of Science, Department of Geology, Kurdistan Region, Iraq. Ibrahim M.J.Mohyaldin and Fawzi M. Al-Beyati (2007). “SEDIMENTOLOGY AND HYDROCARBON GENERATION POTENTIAL OF MIDDLE TITHONIAN-BERRIASSIAN CHIA GARA FORMATION, WELL K-109, KIRKUK OIL FIELD, NE IRAQ”. Journal of Kirkuk University,2007, Vol.2, No.1, pp.27-43. F. N. Sadooni and A. S. Alsharhan (2003). “Stratigraphy, microfacies, and petroleum potential of the Mauddud Formation (Albian–Cenomanian) in the Arabian Gulf basin”. AAPG Bulletin, v. 87, no. 10 (October 2003), pp. 1653–1680. Geology of Kurdistan (2007). “Basic Principle of Geology of Iraq”. Micheal K. Howarth (1992). “Tithonian and Berriasian ammonites from the Chia Gara formation in Northern Iraq”. Palaeontology, vol. 35. Part 3, 1992, pp.597-655, 12 pls. Fadhil N. Sadooni (1997). “Stratigraphy and petroleum prospects of Upper Jurassic carbonates in Iraq”. Petroleum Geoscience 1997, v.3; p233-243 T. K. Al-Ameri, J. Zumberge and Z. M. Markarian (2011). “HYDROCARBONS IN THE MIDDLE MIOCENE JERIBE FORMATION, DYALA REGION, NE IRAQ”. Journal of Petroleum Geology, Vol. 34(2), April 2011, pp 199 - 216 S. Luthi (1984). Boringen Saddam-8 en Balad-1 (Schlumberger) Schlumberger (1975): “Arabia Well Evaluation Conference, Services Techniques”. Schlumberger, Paris, France. R. W. Boyle (1982), Geochemical prospecting for thorium and uranium deposits (EIsevier Scientific Publishing Company)

22

Bijlagen A) TOC Analyse van enkele samples Diepte(m)

TOC

3166

5,39

3167,3

13,28

3168,3

6,85

3169,3

8,98

3170,3

5,63

3171,3

7,04

3172,3

9,05

3172,3

3,58

3172,8

7,28

3173,3

0,68

3173,7

10,71

3174,4

8,76

TOC Saddam-8 (S. Luthi 1984)

Diepte (m) 3129 3139 3149 3159 3166 3167 3168 3169 3169,2 3170 3171 3172 3173 3174

Diepte (m) 2781,3 2788,9 2795 2804,1 2811,8 2822,5 2839,2 2843,8 2862,1 2935,2 2977,9 3017,5 3075,4 3089,1

TOC (%) 0,69 0,69 0,69 0,66 0,62 0,76 0,73 0,7 1,42 1,23 1,54 2,34 2,99 7,26

TOC K109 (Ibrahim M.J.Mohyaldin and Fawzi M. Al-Beyati, 2007)

TOC (%) 0,32 0,097 2,27 1,59 8,7 12,73 8,19 8,22 8,93 13,93 6,26 18,5 17,69 15,02

TOC Aj-8 (T. K. Al-Ameri, J. Zumberge and Z. M. Markarian, 2011)

23

B) Interpolatie van dikte Noord

EB-1 Ba-1 Aj-8 k-109 TT-1 Am-1

Zuid

11,2 10,8 10,4 10 9,6 9,2 8,8 8,4 8 7,6 7,2 6,8 6,4 6 5,6 5,2 4,8 4,4 4 3,6 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0

232 233 235 236 237 238 238 239 239 240 241 243 244 245 243 241 240 229 214 203 191 179 167 153 142 138 135 133 132 0 West

230 232 234 235 239 241 244 243 246 247 249 250 256 255 253 249 245 232 219 208 199 183 170 157 148 140 136 135 134 0,4

224 226 228 229 232 238 243 246 250 253 257 260 262 261 258 250 249 241 225 212 200 194 175 166 153 143 140 138 135 0,8

206 209 212 221 229 234 243 245 252 259 264 269 270 269 261 253 250 245 226 214 203 195 178 167 153 145 141 140 140 1,2

195 198 200 202 208 219 240 247 254 263 271 280 277 274 270 260 248 227 212 194 177 163 149 145 140 138 138 138 138 1,6

168 173 176 180 184 191 214 248 250 253 268 291 286 281 275 262 240 216 206 193 170 151 145 140 138 137 137 138 138 2

153 149 148 151 154 159 178 218 255 282 302 305 302 300 281 265 246 220 204 198 171 152 145 140 138 137 137 138 138 2,4

130 129 124 123 124 130 141 162 243 286 300 310 305 300 282 266 245 220 205 198 172 156 146 140 138 138 138 138 139 2,8

128 127 125 122 123 126 140 160 193 246 299 308 302 299 280 265 245 219 205 196 170 153 145 140 140 140 139 139 139 3,2 Oost

24

C) Interpolatie van diepte Noord

EB-1 Ba-1 Aj-8 k-109 TT-1

Zuid

9,2 8,8 8,4 8 7,6 7,2 6,8 6,4 6 5,6 5,2 4,8 4,4 4 3,6 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0

-2940 -2909 -2898 -2864 -2829 -2821 -2843 -2869 -2849 -2870 -2902 -2936 -3024 -3134 -3236 -3272 -3263 -3268 -3273 -3336 -3283 -3292 -3289 -3296 0 West

-2943 -2928 -2916 -2841 -2810 -2813 -2831 -2872 -2845 -2873 -2896 -2929 -3020 -3125 -3232 -3286 -3373 -3349 -3361 -3416 -3368 -3323 -3318 -3360 0,4

-2969 -2943 -2929 -2849 -2821 -2820 -2825 -2765 -2828 -2868 -2904 -2921 -3026 -3128 -3230 -3303 -3386 -3445 -3453 -3603 -3532 -3683 -3657 -3797 0,8

-2981 -2956 -2937 -2881 -2843 -2829 -2816 -2758 -2813 -2862 -2919 -2927 -3031 -3131 -3236 -3319 -3402 -3506 -3650 -3738 -3752 -3943 -4047 -4068 1,2

-3006 -2971 -2953 -2890 -2848 -2821 -2802 -2748 -2796 -2857 -2916 -2938 -3034 -3136 -3243 -3327 -3433 -3528 -3689 -3813 -3896 -4006 -4119 -4126 1,6

-3023 -2989 -2961 -2896 -2854 -2816 -2796 -2742 -2789 -2854 -2923 -2943 -3041 -3139 -3247 -3339 -3448 -3553 -3706 -3862 -3958 -4111 -4176 -4189 2

-3094 -3031 -2981 -2910 -2869 -2794 -2788 -2739 -2772 -2849 -2918 -2953 -3045 -3143 -3251 -3351 -3463 -3589 -3709 -3853 -3989 -4180 -4203 -4213 2,4

-3100 -3110 -3035 -3038 -2987 -2998 -2915 -2924 -2875 -2887 -2838 -2849 -2782 -2796 -2728 -2741 -2765 -2779 -2835 -2853 -2906 -2932 -2968 -3001 -3049 -3084 -3147 -3163 -3259 -3276 -3363 -3382 -3476 -3498 -3603 -3651 -3712 -3761 -3826 -3873 -4014 -4062 -4225 -4273 -4353 -43360 -4430 -4400 2,8 3,2 Oost

25

D) Gamma Ray Log

Gamma Ray log en uranium gehalte uit boring Saddam-8 (S. Luthi 1984) Door een hoog uranum gehalte zoals het te zien in de middelste kolom onderin, is de Gamma Ray log hoog. Ook de aanwezigheid van radioactieve elementen in kalksteen zorgen er voor dat de GR log hoge waarde heeft. De lage GR log in het midden van de linker kolom is te danken aan de kalksteen. Het hoog uranium gehalte geeft aan dat het TOC percentage hoog is.

26