conglomeraat-UITSNEDE-bew-niv-versch-1500-x-220-titel.jpg

College van de maand: Ondergrondse buizen van sediment!

Fig. 1Fig. 1: Schematische weergave van een zandsteen injectiet complex (lichtgrijze materiaal) waarbij het donkergrijze materiaal de niet-doorlatende laag voorstelt. De gele pijlen geven de zandlichamen aan van waaruit de injectieten zijn ontstaan. Dikes worden aangegeven door de rode pijlen, sills door de blauwe pijlen sills en de oranje pijlen geven grotere zandsteen intrusies aan. De zandvulkaan wordt aangegeven door de groene pijl. Dit figuur komt uit Hurst et al. (2011).Ontstaansproces

Sedimentaire dikes en sills, ook wel sedimentaire injectieten genoemd, ontstaan wanneer een zandlichaam met overdruk wordt geïnjecteerd in het bovenliggende gesteente. Om overdruk te creëren moet het zandlichaam worden omringd door een niet-doorlatende (klei)laag. Deze laag zorgt ervoor dat de druk in het zandlichaam nergens heen kan, waardoor er overdruk in het zandlichaam ontstaat. De overdruk wordt over het algemeen veroorzaakt door jongere sedimentaire lagen die bovenop het zandlichaam worden afgezet en met hun gewicht op het onderliggende gesteente drukken. Daarnaast kunnen andere processen, bijvoorbeeld compressie van het zandlichaam door tektonische activiteit of vloeistofmigratie (vloeistoffen die vanuit dieper gelegen lagen naar boven migreren en door het zandlichaam worden ingesloten), zorgen voor een opbouw van druk in een zandlichaam.

Wanneer de overdruk te hoog wordt kan het gebeuren dat de overdruk sterker wordt dan de omringende laag en deze ‘breekt’. Als dit gebeurt kan het zandlichaam zich omhoog migreren en vormt hierbij een dike. Doordat het zand onder grote druk staat gedraagt het zich tijdens de injectie als een vloeistof. Als het volume van het zandlichaam en de mate van overdruk groot genoeg zijn kunnen er zelfs sills ontstaan. Dan ontstaat er een systeem van aaneengesloten dikes en sills: een complex (Figuur 1). Als tijdens de injectie ook een connectie worden gemaakt met de oppervlakte, dan kan er zelfs een zogenoemde zand- of moddervulkaan ontstaan.

 

 

 

Hoe zien ze eruit?

Sedimentaire injectieten komen over de hele wereld voor en bevinden zich zowel boven als onder de grond. Ze zijn dus te vinden op seismische profielen, maar ze zijn ook in ontsluitingen te bestuderen (Figuren 2 & 3). Hierdoor weten we dat ze in alle soorten en maten voorkomen; van gigantische complexen (denk aan een injectiet complex wat een hele berghelling bedekt, Figuren 2A & 2D) tot kleine complexen (dunne dikes en sills van een paar meter lang en een paar centimeter breed, Figuren 2B & 2C).   

Fig. 2 aangepastFig. 2: Mooie voorbeelden uit Californië (USA) van zandsteen injectieten in het veld. Foto’s A en B zijn gemaakt bij Santa Cruz en foto’s C en D in de San Joaquin vallei. Figuur afkomstig uit Huuse et al. (2009).

Toepassing van injectieten

Wanneer de ondergrond wordt gebruikt voor exploratie kunnen sedimentaire injectieten mooie kansen bieden, maar ze kunnen ook voor problemen zorgen. Voor exploratie; de winning van olie, gas, of geothermie en de opslag van CO2 en waterstof, is een reservoir en een seal nodig. Het reservoir bestaat uit een grofkorrelig gesteente (bijvoorbeeld zand of een carbonaat) waar genoeg ruimte tussen de korrels aanwezig is om vloeistoffen of gassen in op te slaan. De seal ligt direct bovenop het reservoir en bestaat uit fijnkorrelig gesteente (bijvoorbeeld klei). Hierdoor kan de stof die in het reservoir zit niet kan ontsnappen.

Omdat voor het opbouwen van de overdruk een omringende niet-doorlatende laag nodig is, bevinden sedimentaire injectieten zich vaak in formaties die als seal worden gebruikt. Als het injectiet complex kleiner is dan de seal waar ze inzitten, dan kan een injectiet complex een perfect reservoir zijn. Het complex word dan namelijk omringt door de seal waardoor eventueel aanwezige stoffen niet kunnen ontsnappen. De problemen ontstaan wanneer het injectiet complex groter is dan de seal. Het injectiet complex kan dan bijvoorbeeld een reservoir gesteente dat onder de seal zit, verbinden met het materiaal wat boven de seal zit. Zo vormt het injectiet complex juist een ontsnappingsroute voor de stof die opgesloten zit in het reservoir.

 Fig. 3 bewerktFig. 3: Voorbeeld van een injectiet complex in de ondergrond, bestudeerd met behulp van seismiek. Het afgebeelde complex is gevonden in Austral-Magallanes bekken, gelegen in Chili en Argentinië. Naar dit specifieke injectiet complex wordt recentelijk meer onderzoek verricht omdat het zou kunnen dienen als een reservoir. Het figuur komt uit Serié & Pemberton (2021).

Kortom, kennis van sedimentaire injectieten is essentieel. Ondanks dat de eerste injectiet al in 1827 werd beschreven door Murchison, is er pas sinds de jaren 90 aandacht voor het bestaan ervan. Dit komt doordat het belang van sedimentaire injectieten voor de exploratie geologie toen pas werd erkend. Sindsdien wordt er steeds meer ontdekt over deze fascinerende sedimentaire complexen in ontsluitingen en in de ondergrond!

Referenties

Jolly, R. J., & Lonergan, L. (2002). Mechanisms and controls on the formation of sand intrusions. Journal of the Geological Society, 159(5), 605-617.

Huuse, M., Jackson, C., Cartwright, J., & Hurst, A. (2009). Large-scale sand injectites in the North Sea: Seismic and event stratigraphy and implications for hydrocarbon exploration. In: AAPG Annual Convention 2009, Denver, CO (pp. 7-10).

Hurst, A., Scott, A., & Vigorito, M. (2011). Physical characteristics of sand injectites. Earth-Science Reviews, 106(3-4), 215-246.

Murchison, R. I. (1827). On the Coal-field of Brora in Sutherlandshire, and some other Stratified Deposits in the North of Scotland. Transactions of the Geological Society of London, 2(2), 293-326.

Ogata, K., Weert, A., Betlem, P., Birchall, T., & Senger, K. (2023). Shallow and deep subsurface sediment remobilization and intrusion in the Middle Jurassic to Lower Cretaceous Agardhfjellet Formation (Svalbard). Geosphere, 19(3), 801-822.

Serié, C., & Pemberton, E. (2021). A new hydrocarbon exploration play: Upper Cretaceous–Paleocene sand injection complexes in the Austral-Magallanes Basin. Geological Society, London, Special Publications, 493(1), 29-45.