Op zoek naar de geheimen van het Lula-veld, de grootste olie-vondst in het Westelijke Halfrond van de afgelopen 30 jaar.

FIGUUR 1

Toen de ontdekking van het Lula-olieveld in 2006 werd bekendgemaakt, reageerden de financiële markten euforisch: de grootste olievondst in de afgelopen 30 jaar met een totale inhoud van 7 500 miljoen vaten olie. In tegenstelling tot reeds ontdekte olievelden, bestaat het Lula-veld uit oude continentale carbonaten (een kalkrijke gesteentesoort die ontstaat op land) en dit zette geologen voor een raadsel. Vooraleer ingenieurs in staat zijn om aardolie uit dit veld te onttrekken, moeten de geologische kenmerken van dit type gesteente gekend zijn en dit was toen zeker niet het geval. Dergelijke karakterisatie gebeurt vaak aan de hand van de studie van analogen, zoals actieve of verlaten groeves. De gesteentes van deze analogen bevinden zich aan het aardoppervlak en bezitten gelijkaardige kenmerken als het reservoir.  

De Braziliaanse schatkamer

De ontdekking van het Lula-olieveld kadert in wat onder geologen gekend staat als de “Pre-Salt Play”. Dit is een verzamelnaam voor olievelden onder een tot twee kilometer dikke zoutlaag.  Het olie-reservoir bestaat uit carbonaatgesteenten die op land of in ondiepe meren werden afgezet en dit zo’n 150 miljoen jaar geleden. Deze gesteentesoort wordt gekenmerkt door een grote diversiteit, die zich vertaalt in verschillende soorten sedimenten, zoals zandsteen, kleisteen en travertijn. Hoewel de eerste twee gesteenten voor zich spreken, geniet travertijn toch iets minder bekendheid. Dit laatste gesteente ontstaat door de neerslag van kalk uit water, zoals kalkaanslag in een waterkoker. Een gekend voorbeeld van travertijnafzettingen is de UNESCO site van Pamukkale.

FIGUUR 2

Een onderzoeksteam van de afdeling geologie aan de KU Leuven heeft de afgelopen jaren dergelijke travertijnafzettingen uitvoerig bestudeerd. Aangezien deze afzettingen mogelijk een goed analoog vormen voor het Lula-veld kan dit type onderzoek zeer belangrijke inzichten opleveren. Tot verassing van de onderzoekers blijkt dat naast travertijn een groot volume van de analogen bestaat uit detritische sedimenten, die gevormd worden door de verwering en erosie van omliggende gesteenten. De reservoir analogen, gesitueerd in de buurt van Denizli (Turkije), worden omringd door vier verschillende detritische intervallen, waarvan er drie te zien zijn in figuur 3.

FIGUUR 3

Detritische sedimenten

Het finale doel van ons onderzoek was het bekomen van een representatieve voorstelling van de interne opbouw van het Lula-veld. Daarvoor is het noodzakelijk om alle sedimenten die deel uitmaken van het reservoirsysteem in detail te bestuderen. De verschillende types van sedimenten kunnen beschouwd worden als een LEGO®-blokje, waarmee we op het einde een volledig model kunnen opbouwen. Dit onderzoek focust zich zowel op de reservoirkenmerken (zoals porositeit en doorlatendheid) alsook de vormingsomstandigheden van de travertijn gesteenten en aanwezige sedimenten. De reservoirkenmerken enerzijds bepalen de hoeveelheid en de snelheid waarmee olie doorheen het gesteente kan stromen. Daarentegen geven de vormingsomstandigheden een idee over de ruimtelijke dimensies van een bepaald type sediment. In ons LEGO®-model zouden de reservoirkenmerken zich vertalen naar het aantal gaatjes in elk blokje, terwijl de vormingsomstandigheden de positie en dimensies van de blokjes bepalen. De vormingsomstandigheden van de detritische sedimenten wijzen erop dat ze werden afgezet in een oud rivier- of meersysteem. In dit artikel gaan we dieper in op de één miljoen jaar oude meerafzettingen, die een belangrijk deel uitmaken van het reservoir analoog en tot nu toe verscheidene geheimem verborgen hielden.

FIGUUR 4

Afzettingsmilieu van de meerafzettingen: een cyclisch verhaal

De meerafzettingen bestaan uit een opeenvolging van verschillende laagjes, wat typerend is voor seizoenschommelingen in meren. Deze laagjes zijn afwisselend bleekgeel en groenig van kleur. De combinatie van beide laagjes wordt ook wel een doublet genoemd. Deze doubletten ontstaan door een systematische variatie in de sedimentaanvoer naar het meer. De blekere laagjes wijzen op een toegenomen aanvoer van kalk, die afkomstig is van de nabijgelegen travertijn afzettingen. De groenige laagjes daarentegen zijn rijk aan kleimineralen. Om kleimineralen te laten sedimenteren op de bodem van een meer mag er bijna geen beweging in het water optreden. Dergelijke stratificatie kan bijvoorbeeld optreden gedurende de koudere winterperiodes, waar zich een ijslaag vormt. Deze laag doet als het ware dienst als een deksel waardoor er in de onderliggende waterkolom geen turbulentie kan optreden. De fijne gelaagdheid van de meerafzettingen is het enige dat vandaag de dag nog getuigt van deze cyclische processen die optraden in deze meren. 

Palygorksiet: het paspoort van de meerafzettingen

In tegenstelling tot de andere detritische sedimenten bevatten de meersedimenten veel kleimineralen, waarvan het mineraal palygorskiet het belangrijkste is. De aanwezigheid van dit kleimineraal is bevestigd aan de hand van twee verschillende technieken, waarvan de eerste techniek X-Stralen Diffractie is. Deze techniek wees ons erop dat palygorskiet mogelijk aanwezig was in deze sedimenten, maar om ons vermoeden te bevestigen werden er ook foto’s gemaakt met een Raster Elektronen  Microscoop. Deze  laat toe foto’s te maken op micrometer schaal (waarbij zelfs gefossiliseerde bacteriën zichtbaar zijn). Een voorbeeld van zo’n een foto waarin een gewoven netwerk van palygorskiet mineralen aanwezig is, wordt weergegeven in figuur 5.

FIGUUR 5

Aan de hand van beide technieken werd de aanwezigheid van palygorskiet doorheen de meersedimenten meermaals bevestigd. Maar wat maakt dit kleimineraal zo uniek? Het antwoord ligt in de gecombineerde aanwezigheid van zowel palygorskiet als het mineraal dolomiet, wat kenmerkend is voor bodemvormingsprocessen in meerafzettingen. Dit kleimineraal getuigt dus als het ware van het regelmatig opdrogen van deze meertjes.

Conclusie

Dit onderzoek heeft bevestigd dat er één miljoen jaar geleden meren aanwezig waren nabij de grootste travertijnafzettingen van Turkije. De verschillende kenmerken van deze laagjes wijzen erop dat de evolutie van deze meren sterk beïnvloed werd door het klimaat en dat ze zelfs geregeld droog kwamen te staan. Aan de hand van deze resultaten en interpretaties zijn onrechtstreeks de geheimen van het Lula-olieveld verder ontrafeld, aangezien daar soortgelijke fenomenen werden waargenomen. Dit geeft reservoiringenieurs betere inzichten en stelt hen in staat om een efficiënt productiemodel (zoals onze LEGO®-constructie) voor het Lula-veld te ontwikkelen, waardoor het mogelijk wordt om deze immense olievondst optimaal te exploiteren.