什么是盐穹顶?它们如何形成?

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作者: Laura McKinney
创建日期: 7 四月 2021
更新日期: 1 七月 2024
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中侏罗统盐: 此横截面显示了位于俄克拉荷马州-德克萨斯州边界(左)和墨西哥湾海岸线(右)之间的东德克萨斯盆地的岩石。紫色岩石单元是中侏罗统盐,具有在压力下能够流动的岩石单元。盐覆盖着数千英尺的沉积物,这些沉积物对盐的表面施加了巨大的压力,并使其流动。在许多地方,盐都向上侵入上覆的沉积物中。这产生了小丘或高耸的盐柱,可能高达数千英尺。盐柱和较小的土丘称为“盐丘”。 USGS图片。

盐穹顶: 显示穿过两个岩石单元的穿孔和上方岩石单元的变形的盐穹顶的卡通。圆顶的生长是通过盐从周围区域迁移到圆顶中来实现的。盐迁移到穹顶中是因为它被上覆沉积物的重量压缩。

什么是盐穹顶?

盐穹顶是盐丘或盐柱,向上侵入上方的沉积物中。盐穹顶可以形成在沉积盆地中,在沉积盆地中,厚厚的一层盐被较厚的较年轻沉积物所覆盖。在条件允许的情况下,盐穹顶可以在其开始生长的盐层上方数千英尺处上升。插图中显示了一个示例。

在页面顶部的插图中,紫色岩石单位(Js)最初是一层盐。它是几根盐柱和几块较小的盐柱(已侵入上覆单元中)的盐分来源。

盐丘的形成会使岩石单元变形为可容纳石油和天然气的陷阱。它们通常被开采为盐和硫的来源。盐的不可渗透性使其成为地下储存或危险废物地下处置的重要场所。




盐在压力下的变形

与大多数其他类型的沉积物不同,在足够的压力下,盐具有改变形状和流动的能力。要形成盐穹顶,盐上的压力必须足够高,以使其能够侵入上覆的沉积物。压力必须足够大以克服几个障碍。这些因素包括上覆地层的重量,上覆地层的强度,摩擦力以及抵抗隆起的重力。

产生盐丘的两个压力源是上覆沉积物的向下压力和构造运动的侧向压力。

如果上面的沉积物出现弱化或不稳定的区域,则在足够压力下的盐分可能会侵入其中。这种弱点可能是由于伸展裂缝,发育中的背斜线,逆冲断层或侵蚀到上方地球表面的山谷所致。


一旦盐开始流动,只要盐上的压力足以克服阻力,它就可以继续流动。当盐上升到存在平衡条件的高度时,流量将停止。

“密度误解”

关于盐穹顶的许多解释表明,与上覆岩石单元的密度相比,盐密度较低是盐穹顶形成的驱动力。那是一个误解。

在沉积时,盐上方的碎屑沉积物是不致密的,具有明显的孔隙空间,并且密度低于盐。直到将其深埋,紧密压实和部分石化后,它们的密度才会超过盐的密度。届时它们将不再是软质沉积物。它们是合格的岩石单元,可能成为盐分入侵的障碍。

重量与密度: 空气的密度几乎可以忽略不计。但是,一根大气柱的重量足以驱动一根高度致密的汞柱,将其向上拉近玻璃真空管一米。

密度如何无关紧要

水银气压计说明密度如何无关紧要。 1643年,Evangelista Torricelli将一端封闭的玻璃管装满了汞。然后,他将其直立在水银盆中,将一端浸没。管子直立后,汞表面上的气氛重量提供了足够的压力来支撑几乎一米高的汞柱。随着大气压力的变化,汞将在管中上升和下降。

在水银气压计的情况下,管中水银与周围空气密度之间的密度差很大。但是,大气层的重量足以支撑汞柱。

就盐丘而言,数千英尺的沉积物压在地理上广泛的盐单元上,可以提供足够的能量来产生盐丘。



北极盐穹顶: 来自加拿大北部梅尔维尔岛表面的两个盐丘的卫星图像。圆顶是被灰色岩石包围的白色圆形特征。它们各自相距约2英里。该岛被海冰包围。在寒冷和干旱的气候中,盐分会残留在地表。图片由NASA提供。放大图像。

盐穹顶有多大?

盐穹顶可以是非常大的结构。盐芯的范围从1/2英里到5英里。用作盐源的母岩单元通常厚几百到几千英尺。盐丘从地表以下500到6000英尺(或更深)之间的深度上升。它们通常不会到达表面。如果这样做,可能会形成盐冰川。

墨西哥湾盐穹顶: 路易斯安那东南沿​​海墨西哥湾地面的浮雕图。红色和橙色代表浅水;红色和橙色代表浅水。蓝色代表更深的水。圆形的平顶结构是地下盐丘的表面表达。图片来自NOAA Okeanos Explorer程序。放大图像。


首次发现盐穹顶油

直到在1900年在得克萨斯州博蒙特附近的Spindletop山上钻探性油井并于1901年完工之前,盐丘几乎是未知的。Spindletop是一座低矮的山丘,约有15英尺的浮雕,游客可以在那里找到硫磺泉和天然气渗漏。

在约1000英尺的深度处,该井穿透了一个加压的油藏,该油藏将钻井工具从井中吹出,并用原油向周围的土地喷淋,直到可以控制该井为止。该油井的初始产量为每天超过100,000桶原油-比以前任何一口油井的产量都要高。

Spindletop的发现点燃了整个墨西哥湾沿岸地区类似结构的钻探狂潮。这些油井中的一些油井。这些发现激发了地质学家了解拥有如此巨大石油的地下结构。

仔细的井下地下测绘,以及后来的地震勘测,使地质学家能够发现盐穹顶的形状,提出关于盐穹顶形成方式的假设,并了解其在石油勘探中的作用。

波斯湾盐丘: 阿拉伯联合酋长国西海岸波斯湾的Bani Yas爵士岛。该岛是一个盐丘上升的土丘。圆顶已经冲破了小岛的表面,可以在小岛的中心看到圆顶的圆形核心。 NASA地球天文台提供的图片。点击查看大图。

盐丘的经济重要性

盐穹顶用作石油和天然气的储层,硫的来源,盐的来源,石油和天然气的地下储存场所以及危险废物的处置场所。

石油和天然气储层

盐丘对石油工业非常重要。随着盐丘的生长,其上方的盖岩向上拱起。该盖岩可以用作石油或天然气储层。

随着圆顶的生长,它穿透的岩石会沿着圆顶的侧面向上拱起(请参见本页顶部的两个插图)。这种向上的拱形结构使石油和天然气能够向盐穹顶迁移,在那里它会积聚在结构圈闭中。

盐分上升还会导致故障。有时,这些断层使可渗透岩石单元与不可渗透岩石单元密封在一起。该结构还可以用作油气储层。单个盐穹顶可以在该穹顶周围的各种深度和位置具有许多关联的储层。

地震勘测: 从船上勘测获得的盐丘的早期地震剖面。它显示了一个大约1-1 / 2英里宽的中央盐芯,并且岩石层由于盐的向上运动而变形。在美国地质调查局Parke D.Snavely之后修改了地震图像。

硫的来源

盐穹顶有时会被含有大量元素硫的盖层所覆盖。硫以结晶物质的形式存在,填充了裂缝和晶间孔,在某些情况下,它可以代替盖层岩。据认为,硫是由与盐结合的无水石膏和石膏通过细菌活性形成的。

一些盐丘在盖层中有足够的硫,可以经济地回收。可以通过在硫磺中钻一口井并将过热的水和空气向下泵入井中来进行回收。过热水的温度足以熔化硫。热空气将熔融的硫转化为泡沫,该泡沫足够浮力以向上升至地面。

如今,大多数硫是从原油精炼和天然气加工过程中产生的副产品。由盐穹顶生产硫通常与从石油和天然气生产的硫在成本上没有竞争力。

制盐

一些盐丘已被地下开采所利用。这些矿山生产的盐被用作化学工业的原料,并用作处理积雪的高速公路的盐。

已经通过溶液开采了一些盐丘。热水从井中抽入盐中。水将盐溶解,并通过生产井带回地面。在表面上,水被蒸发以回收盐,或者在化学过程中使用盐水。


地下储油库

在盐丘中开发的某些矿井已被仔细密封,然后用作石油,天然气和氢气的储存场所。

美国和俄罗斯的盐穹顶也用作政府氦气储备的国家储备库。盐是唯一一种渗透率非常低的岩石,可以容纳微小的氦原子。

废物处理

盐是一种不可渗透的岩石,具有流动和封闭可能在其中发生的裂缝的能力。因此,盐丘已被用作危险废物的处置场所。盐穹顶中的人造洞穴在美国和其他国家/地区已用作油田钻井废料和其他类型危险废料的存放地。还考虑将它们用于高级核废料处理,但是在美国没有站点接收到这种类型的废料。

美国盐矿: 美国层状盐矿床和盐穹顶盆地的位置。卢安盐沼是墨西哥湾沿岸包含三个盐穹顶盆地的大型连续沉积物。使用来自Argonne国家实验室的位置数据进行地图绘制。

盐丘在哪里发生?

盐丘可能发生在沉积盆地中,在该沉积盆地中至少有500英尺的其他类型的沉积物掩埋了厚厚的盐沉积物。墨西哥湾是世界上最大的盐丘地区之一。已在墨西哥湾的海底和海底发现了500多个盐丘。它们源自Louann Salt,Louann Salt是一种在整个区域横向持久的地下岩石单元。此页面右列中的地图显示了美国的层状盐矿床位置和三个盐穹田。在安哥拉,巴西,加拿大,加蓬,德国,伊朗和伊拉克也发现了大型盐丘。