Contenuto
- Cos'è una Salt Dome?
- La deformazione del sale sotto pressione
- Il "malinteso sulla densità"
- Come la densità può essere irrilevante
- Quanto sono grandi le cupole di sale?
- La prima scoperta di petrolio a cupola di sale
- Importanza economica delle cupole di sale
- Serbatoi di petrolio e gas naturale
- Una fonte di zolfo
- Produzione di sale
- Serbatoi di stoccaggio sotterraneo
- Smaltimento dei rifiuti
- Dove si verificano le cupole di sale?
Sale giurassico medio: Questa sezione trasversale mostra le rocce del bacino del Texas orientale tra il confine tra Oklahoma e Texas (a sinistra) e la costa del Golfo del Messico (a destra). L'unità di roccia viola è il sale giurassico medio, un'unità di roccia che ha la capacità di fluire sotto pressione. Il sale è ricoperto da migliaia di piedi di sedimento che esercitano un'enorme pressione sulla superficie del sale e ne fanno fluire. In numerose località il sale è penetrato verso l'alto in sedimenti sovrastanti. Ciò ha prodotto piccoli tumuli o imponenti colonne di sale che possono essere alte migliaia di piedi. Le colonne di sale e i tumuli più piccoli sono chiamati "cupole di sale". Immagine USGS.
Salt Dome: Cartone animato di una cupola di sale che mostra la perforazione attraverso due unità di roccia e la deformazione dell'unità di roccia immediatamente sopra. La crescita della cupola è realizzata dalla migrazione del sale nella cupola dalle aree circostanti. Il sale migra nella cupola perché è compresso dal peso dei sedimenti sovrastanti.
Cos'è una Salt Dome?
Una cupola di sale è un tumulo o colonna di sale che si è intromessa verso l'alto in sedimenti sovrastanti. Le cupole saline possono formarsi in una vasca sedimentaria in cui uno strato spesso di sale viene ricoperto da sedimenti più giovani di spessore significativo. Dove le condizioni lo consentono, le cupole di sale possono sollevarsi di migliaia di piedi sopra lo strato di sale da cui hanno iniziato a crescere. Un esempio è mostrato nell'illustrazione.
Nell'illustrazione nella parte superiore della pagina, l'unità di roccia viola (Js) era originariamente uno strato di sale. È la fonte di sale per diverse colonne di sale e diversi piccoli cumuli di sale che si sono introdotti in unità sovrastanti.
Lo sviluppo di cupole saline può deformare le unità rocciose in trappole che trattengono petrolio e gas naturale. Sono spesso estratti come fonti di sale e zolfo. La natura impermeabile del sale può renderli siti importanti per lo stoccaggio sotterraneo o lo smaltimento sotterraneo di rifiuti pericolosi.
La deformazione del sale sotto pressione
A differenza della maggior parte degli altri tipi di sedimenti, il sale ha la capacità di cambiare forma e flusso quando viene sottoposto a una pressione sufficiente. Per sviluppare una cupola di sale, la pressione sul sale deve essere abbastanza elevata da permettergli di intromettersi nei sedimenti sovrastanti. La pressione deve essere abbastanza grande da superare diversi ostacoli. Questi includono il peso degli strati sovrastanti, la forza degli strati sovrastanti, le forze di attrito e la forza di gravità che resiste all'elevazione.
Due fonti di pressione che hanno prodotto cupole saline sono la pressione al ribasso dei sedimenti sovrastanti e la pressione laterale del movimento tettonico.
Se si sviluppa un'area di debolezza o instabilità nel sedimento sovrastante, il sale sotto adeguata pressione può penetrare in esso. La debolezza potrebbe essere causata da fratture da estensione, un'anticlinazione in via di sviluppo, una faglia di spinta o una valle erosa nella superficie terrestre sopra.
Una volta che il sale inizia a fluire, può continuare fino a quando la pressione sul sale è abbastanza elevata da superare le forze resistenti. Il flusso si arresterà quando il sale è salito a un'altezza in cui esistono condizioni di equilibrio.
Il "malinteso sulla densità"
Molte spiegazioni delle cupole di sale suggeriscono che la densità più bassa di sale, rispetto alla densità delle unità rocciose sovrastanti, è la forza trainante della formazione della cupola di sale. Questo è un malinteso.
Al momento della deposizione, i sedimenti clastici sopra il sale non sono compattati, contengono spazio pori originale e hanno una densità inferiore rispetto al sale. La loro densità non supera la densità del sale fino a quando non sono profondamente sepolti, compattati e parzialmente litificati. Ormai non sono più sedimenti molli. Sono unità rocciose competenti che possono essere ostacoli all'intrusione di sale.
Peso vs densità: L'aria ha una densità quasi trascurabile. Tuttavia, una colonna di aria atmosferica pesa abbastanza da pilotare una colonna di mercurio estremamente denso a quasi un metro di altezza da un tubo a vuoto di vetro.
Come la densità può essere irrilevante
Un barometro a mercurio fornisce un'illustrazione di come la densità può essere irrilevante. Nel 1643, Evangelista Torricelli riempì un tubo di vetro, chiuso ad un'estremità, con mercurio. Quindi lo rimise in piedi in una bacinella di mercurio, mantenendo un'estremità sommersa. Dopo che il tubo era in posizione verticale, il peso dell'atmosfera sulla superficie del mercurio forniva una pressione sufficiente per sostenere una colonna di mercurio di quasi un metro di altezza. Il mercurio si alzava e cadeva nel tubo quando la pressione dell'atmosfera cambiava.
Nel caso di un barometro a mercurio, la differenza di densità tra il mercurio nel tubo e la densità dell'aria circostante è enorme. Ma il peso dell'atmosfera è abbastanza alto da sostenere la colonna di mercurio.
Nel caso di una cupola di sale, migliaia di piedi di sedimento, premendo su un'unità di sale geograficamente estesa, possono fornire energia sufficiente per produrre una cupola di sale.
Cupole del sale artico: Un'immagine satellitare di due cupole salate che sono esplose sulla superficie dell'isola di Melville, nel nord del Canada. Le cupole sono le caratteristiche bianche rotonde circondate da roccia grigia. Sono ciascuno di circa 2 miglia di diametro. L'isola è circondata dal ghiaccio marino. Il sale può persistere in superficie in climi freddi e aridi. Immagine della NASA. Ingrandisci l'immagine.
Quanto sono grandi le cupole di sale?
Le cupole di sale possono essere strutture molto grandi. Le anime di sale vanno da 1/2 miglio a 5 miglia di diametro. Le unità di roccia madre che fungono da fonte di sale sono solitamente spesse da alcune centinaia a qualche migliaio di piedi. Le cupole salate salgono da profondità comprese tra 500 e 6000 piedi (o più) sotto la superficie. Di solito non raggiungono la superficie. Se lo fanno, potrebbe formarsi un ghiacciaio salato.
Cupole di sale del Golfo del Messico: Una mappa in rilievo del fondo del Golfo del Messico al largo della costa sud-orientale della Louisiana. I colori rosso e arancione rappresentano acque poco profonde; il blu rappresenta l'acqua più profonda. Le strutture tonde piatte sono l'espressione superficiale delle cupole di sale sotterranee. Immagine tratta dal NOAA Okeanos Explorer Program. Ingrandisci l'immagine.
La prima scoperta di petrolio a cupola di sale
Le cupole di sale erano quasi sconosciute fino a quando un pozzo petrolifero esplorativo fu perforato su Spindletop Hill vicino a Beaumont, in Texas nel 1900 e completato nel 1901. Spindletop era una bassa collina con un rilievo di circa 15 piedi dove un visitatore poteva trovare sorgenti di zolfo e infiltrazioni di gas naturale.
A una profondità di circa 1000 piedi, il pozzo penetrò in un serbatoio di olio in pressione che fece esplodere gli strumenti di perforazione dal pozzo e inondò la terra circostante di petrolio greggio fino a quando il pozzo non fu messo sotto controllo. La produzione iniziale dal pozzo era di oltre 100.000 barili di petrolio greggio al giorno - una resa maggiore di qualsiasi altro pozzo precedente avesse mai prodotto.
La scoperta di Spindletop ha innescato un'ondata di trivellazioni su strutture simili nell'area del Golfo. Alcuni di questi pozzi hanno colpito l'olio. Queste scoperte hanno motivato i geologi a conoscere le strutture sottostanti che contenevano così vaste quantità di petrolio.
Un'attenta mappatura del sottosuolo dei dati dei pozzi, e in seguito l'uso di indagini sismiche, ha permesso ai geologi di scoprire la forma delle cupole di sale, sviluppare ipotesi su come si formano e comprendere il loro ruolo nell'esplorazione petrolifera.
Cupola del sale del Golfo Persico: Sir Bani Yas Island nel Golfo Persico sulla costa occidentale degli Emirati Arabi Uniti. L'isola è un tumulo sollevato da una cupola di sale in aumento. La cupola ha sfondato la superficie dell'isola e il nucleo rotondo della cupola è visibile al centro dell'isola. Immagine di NASA Earth Observatory. Clicca per ingrandire l'immagine.
Importanza economica delle cupole di sale
Le cupole saline fungono da serbatoi di petrolio e gas naturale, fonti di zolfo, fonti di sale, siti sotterranei di stoccaggio di petrolio e gas naturale e siti di smaltimento di rifiuti pericolosi.
Serbatoi di petrolio e gas naturale
Le cupole di sale sono molto importanti per l'industria petrolifera. Man mano che cresce una cupola di sale, la roccia del cappuccio sovrastante è arcuata verso l'alto. Questa roccia a tappo può servire da serbatoio per petrolio o gas naturale.
Man mano che una cupola cresce, le rocce che penetra sono arcuate verso l'alto lungo i lati della cupola (vedi entrambe le illustrazioni nella parte superiore di questa pagina). Questo arco verso l'alto consente al petrolio e al gas naturale di migrare verso la cupola del sale dove può accumularsi in una trappola strutturale.
Anche il sale che sale può causare guasti. A volte questi guasti consentono a un'unità di roccia permeabile di essere sigillata contro un'unità di roccia impermeabile. Questa struttura può anche fungere da serbatoio di petrolio e gas. Una singola cupola di sale può avere molti serbatoi associati a una varietà di profondità e posizioni intorno alla cupola.
Sondaggio sismico: Un primo profilo sismico di una cupola di sale acquisito da un sondaggio a bordo. Mostra un nucleo centrale di sale largo circa 1-1 / 2 miglia e strati di roccia che sono stati deformati dal movimento verso l'alto del sale. Immagine sismica modificata dopo Parke D. Snavely, Indagine geologica degli Stati Uniti.
Una fonte di zolfo
Le cupole saline sono talvolta sovrastate da una roccia a tappo che contiene quantità significative di zolfo elementare. Lo zolfo si presenta come un materiale cristallino che riempie fratture e pori intergranulari e in alcuni casi sostituisce la roccia del cappuccio. Si pensa che lo zolfo si sia formato dall'anidrite e dal gesso associati al sale dall'attività batterica.
Alcune cupole di sale hanno abbastanza zolfo nella roccia cap che può essere recuperato economicamente. Si recupera perforando un pozzo nello zolfo e pompando acqua surriscaldata e aerando il pozzo. L'acqua surriscaldata è abbastanza calda per sciogliere lo zolfo. L'aria calda converte lo zolfo fuso in una schiuma sufficientemente galleggiante da sollevare un pozzo in superficie.
Oggi la maggior parte dello zolfo è prodotta come sottoprodotto dalla raffinazione del petrolio greggio e dalla lavorazione del gas naturale. La produzione di zolfo dalle cupole saline non è generalmente competitiva rispetto allo zolfo prodotto da petrolio e gas naturale.
Produzione di sale
Alcune cupole di sale sono state sfruttate dalle miniere sotterranee. Queste miniere producono sale che viene utilizzato come materia prima dall'industria chimica e come sale per il trattamento delle autostrade innevate.
Alcune cupole di sale sono state estratte dalla soluzione. L'acqua calda viene pompata giù nel pozzo nel sale. L'acqua dissolve il sale e viene riportata in superficie attraverso pozzi di produzione. In superficie, l'acqua viene evaporata per recuperare il sale o l'acqua salata viene utilizzata in un processo chimico.
Serbatoi di stoccaggio sotterraneo
Alcune delle miniere sviluppate nelle cupole di sale sono state accuratamente sigillate e quindi utilizzate come siti di stoccaggio di petrolio, gas naturale e idrogeno.
Le cupole di sale negli Stati Uniti e in Russia fungono anche da depositi nazionali per le riserve statali di gas elio. Il sale è l'unico tipo di roccia che ha una permeabilità così bassa da contenere i piccoli atomi di elio.
Smaltimento dei rifiuti
Il sale è una roccia impermeabile che ha la capacità di fluire e sigillare le fratture che potrebbero svilupparsi al suo interno. Per questo motivo, le cupole di sale sono state utilizzate come siti di smaltimento di rifiuti pericolosi. Le caverne artificiali nelle cupole di sale sono state utilizzate come depositi per i rifiuti di trivellazioni petrolifere e altri tipi di rifiuti pericolosi negli Stati Uniti e in altri paesi. Sono stati anche considerati per lo smaltimento di scorie nucleari di alto livello, ma nessun sito negli Stati Uniti ha ricevuto quel tipo di scorie.
Depositi di sale negli Stati Uniti: Posizione di depositi di sale a letto e bacini di sale a cupola negli Stati Uniti. Il grande deposito continuo lungo la costa del Golfo che contiene i tre bacini della cupola del sale è sostenuto dal sale di Louann. Mappa con dati di localizzazione del laboratorio nazionale Argonne.
Dove si verificano le cupole di sale?
Cupole di sale possono verificarsi in bacini sedimentari in cui sono stati sepolti spessi depositi di sale da almeno 500 piedi di altri tipi di sedimenti. Una delle regioni con cupola di sale più grandi del mondo è il Golfo del Messico. Più di 500 cupole salate sono state scoperte a terra e sotto il fondo del Golfo del Messico. Provengono dal Louann Salt, un'unità rocciosa sotterranea che è lateralmente persistente in tutta l'area. Una mappa nella colonna di destra di questa pagina mostra la posizione dei giacimenti di sale a letto negli Stati Uniti e tre campi a cupola di sale. Grandi campi di cupole salate sono stati scoperti anche in Angola, Brasile, Canada, Gabon, Germania, Iran e Iraq.