Contenu
- Qu'est-ce qu'un dôme de sel?
- La déformation du sel sous pression
- La "idée fausse de la densité"
- Comment la densité peut être sans importance
- Quelle est la taille des dômes de sel?
- La première découverte d'huile de dôme de sel
- Importance économique des dômes de sel
- Réservoirs de pétrole et de gaz naturel
- Une source de soufre
- Production de sel
- Réservoirs de stockage souterrains
- Traitement des déchets
- Où se trouvent les dômes de sel?
Sel du Jurassique moyen: Cette section transversale montre des roches du bassin est du Texas situées entre la frontière entre l'Oklahoma et le Texas (à gauche) et la côte du golfe du Mexique (à droite). L'unité de roche pourpre est le sel du Jurassique moyen, une unité de roche capable de s'écouler sous pression. Le sel est recouvert de milliers de pieds de sédiment qui exercent une pression énorme sur la surface du sel et le font couler. À de nombreux endroits, le sel s’est introduit dans les sédiments sus-jacents. Cela a produit de petits monticules ou de hautes colonnes de sel pouvant atteindre des milliers de pieds de hauteur. Les colonnes de sel et les petites buttes sont appelées "dômes de sel". Image USGS.
Dôme de sel: Caricature d'un dôme de sel montrant la perforation à travers deux unités rocheuses et la déformation de l'unité rocheuse immédiatement au-dessus. La croissance du dôme est réalisée par la migration de sel dans le dôme à partir des zones environnantes. Le sel migre dans le dôme car il est comprimé par le poids des sédiments sus-jacents.
Qu'est-ce qu'un dôme de sel?
Un dôme de sel est un monticule ou une colonne de sel qui s'est infiltré vers le haut dans les sédiments sus-jacents. Des dômes de sel peuvent se former dans un bassin sédimentaire où une épaisse couche de sel est recouverte par des sédiments plus jeunes d’une épaisseur importante. Lorsque les conditions le permettent, les dômes de sel peuvent s'élever à des milliers de pieds au-dessus de la couche de sel à partir de laquelle ils ont commencé à pousser. Un exemple est montré dans l'illustration.
Dans l'illustration en haut de la page, l'unité de roche pourpre (Js) était à l'origine une couche de sel. C'est la source de sel pour plusieurs colonnes de sel et plusieurs monticules de sel plus petits qui ont pénétré dans les unités sus-jacentes.
Le développement de dômes de sel peut déformer les unités rocheuses en des pièges contenant du pétrole et du gaz naturel. Ils sont souvent exploités comme sources de sel et de soufre. La nature imperméable du sel peut en faire un site important pour le stockage souterrain ou l’élimination souterraine de déchets dangereux.
La déformation du sel sous pression
Contrairement à la plupart des autres types de sédiments, le sel peut changer de forme et de débit lorsqu'il est soumis à une pression suffisante. Pour développer un dôme de sel, la pression sur le sel doit être suffisamment élevée pour lui permettre de pénétrer dans les sédiments sus-jacents. La pression doit être suffisamment forte pour surmonter plusieurs obstacles. Celles-ci incluent le poids des couches superposées, la force des couches superposées, les forces de friction et la force de gravité résistant au soulèvement.
Les deux sources de pression qui ont produit des dômes de sel sont la pression descendante des sédiments sus-jacents et la pression latérale du mouvement tectonique.
Si une zone de faiblesse ou d’instabilité se développe dans le sédiment sus-jacent, le sel sous une pression adéquate peut y pénétrer. La faiblesse peut être causée par des fractures en extension, un anticlinal en développement, une faille poussée ou une vallée érodée à la surface de la Terre.
Une fois que le sel commence à couler, il peut continuer tant que la pression sur le sel est suffisamment élevée pour vaincre les forces qui résistent. Le flux s'arrête lorsque le sel a atteint une hauteur où des conditions d'équilibre existent.
La "idée fausse de la densité"
De nombreuses explications concernant les dômes de sel suggèrent que la densité plus faible du sel, comparée à la densité des unités rocheuses sus-jacentes, est la force motrice de la formation du dôme de sel. C'est une idée fausse.
Au moment du dépôt, les sédiments clastiques au-dessus du sel ne sont pas compactés, contiennent un espace poreux important et ont une densité inférieure à celle du sel. Leur densité ne dépasse pas la densité du sel jusqu'à ce qu'ils soient profondément enfouis, compactés et partiellement lithifiés. À ce moment-là, ils ne sont plus des sédiments meubles. Ce sont des unités rocheuses compétentes qui peuvent constituer des obstacles à l’intrusion de sel.
Poids vs densité: L'air a une densité presque négligeable. Cependant, une colonne d’air atmosphérique pèse suffisamment pour entraîner une colonne de mercure extrêmement dense à près d’un mètre d’un tube à vide en verre.
Comment la densité peut être sans importance
Un baromètre à mercure montre à quel point la densité peut être sans importance. En 1643, Evangelista Torricelli remplit un tube de verre, fermé à une extrémité, avec du mercure. Il l'a ensuite placé verticalement dans un bassin de mercure, en maintenant une extrémité immergée. Une fois le tube en position verticale, le poids de l'atmosphère à la surface du mercure fournissait suffisamment de pression pour supporter une colonne de mercure de près d'un mètre de hauteur. Le mercure augmenterait et diminuerait dans le tube lorsque la pression de l'atmosphère changerait.
Dans le cas d'un baromètre à mercure, la différence de densité entre le mercure dans le tube et la densité de l'air ambiant est énorme. Mais le poids de l'atmosphère est suffisamment élevé pour supporter la colonne de mercure.
Dans le cas d'un dôme de sel, des milliers de pieds de sédiment, pressés sur une unité de sel géographiquement étendue, peuvent fournir suffisamment d'énergie pour produire un dôme de sel.
Dômes de sel arctique: Une image satellite de deux dômes de sel qui ont éclaté à la surface de l'île Melville, dans le nord du Canada. Les dômes sont les traits blancs ronds entourés de roches grises. Ils sont chacun environ 2 miles à travers. L'île est entourée de glace de mer. Le sel peut persister à la surface dans les climats froids et arides. Image de la NASA. Agrandir l'image.
Quelle est la taille des dômes de sel?
Les dômes de sel peuvent être de très grandes structures. Les noyaux de sel vont de 1/2 mile à 5 miles de large. Les unités de roche mère qui servent de source de sel ont généralement une épaisseur de plusieurs centaines à quelques milliers de pieds. Les dômes de sel remontent à des profondeurs comprises entre 500 et 6000 pieds (ou plus) sous la surface. Ils n'atteignent généralement pas la surface. S'ils le font, un glacier de sel pourrait se former.
Dômes de sel du golfe du Mexique: Une carte en relief du sol du golfe du Mexique au large de la côte sud-est de la Louisiane. Les couleurs rouge et orange représentent les eaux peu profondes; le bleu représente une eau plus profonde. Les structures arrondies à sommet plat sont l'expression de la surface des dômes de sel sous la surface. Image du programme NOAA Okeanos Explorer. Agrandir l'image.
La première découverte d'huile de dôme de sel
Les dômes de sel étaient presque inconnus jusqu'à ce qu'un puits de pétrole d'exploration ait été foré sur Spindletop Hill, près de Beaumont, au Texas, en 1900 et achevé en 1901. Spindletop était une colline basse avec un relief d'environ 15 pieds où un visiteur pouvait trouver des sources de soufre et des infiltrations de gaz naturel.
À une profondeur d'environ 1 000 pieds, le puits a pénétré dans un réservoir de pétrole sous pression qui a soufflé les outils de forage hors du puits et a aspergé la terre environnante de pétrole brut jusqu'à ce que le puits puisse être contrôlé. La production initiale à partir du puits était supérieure à 100 000 barils de pétrole brut par jour - un rendement supérieur à celui de tous les puits antérieurs.
La découverte de Spindletop a déclenché une frénésie de forage sur des structures similaires à travers la région de la côte du golfe. Certains de ces puits ont touché du pétrole. Ces découvertes ont incité les géologues à se renseigner sur les structures situées en dessous qui contiennent de telles quantités de pétrole.
Une cartographie minutieuse des données de puits sous la surface, puis l'utilisation de levés sismiques, ont permis aux géologues de découvrir la forme des dômes de sel, de formuler des hypothèses sur leur formation et de comprendre leur rôle dans l'exploration pétrolière.
Dôme de sel du golfe Persique: L'île Sir Bani Yas dans le golfe Persique, sur la côte ouest des Émirats arabes unis. L'île est un monticule poussé par un dôme de sel en hausse. Le dôme a traversé la surface de l’île et on peut voir son noyau rond au centre de l’île. Image de l'observatoire de la Terre de la NASA. Cliquez pour agrandir l'image.
Importance économique des dômes de sel
Les dômes de sel servent de réservoirs de pétrole et de gaz naturel, de sources de soufre, de sel, de sites de stockage souterrains de pétrole et de gaz naturel et de sites d'élimination de déchets dangereux.
Réservoirs de pétrole et de gaz naturel
Les dômes de sel sont très importants pour l'industrie pétrolière. Au fur et à mesure que le dôme de sel se développe, la calotte rocheuse au-dessus de celle-ci est arquée vers le haut. Cette roche de couverture peut servir de réservoir de pétrole ou de gaz naturel.
Au fur et à mesure que le dôme se développe, les roches qu'il pénètre sont arquées le long des côtés du dôme (voir les deux illustrations en haut de cette page). Cette arche ascendante permet au pétrole et au gaz naturel de migrer vers le dôme de sel où il peut s'accumuler dans un piège structurel.
La montée du sel peut aussi causer des défauts. Parfois, ces failles permettent de sceller une unité de roche perméable contre une unité de roche imperméable. Cette structure peut également servir de réservoir de pétrole et de gaz. Un seul dôme de sel peut avoir de nombreux réservoirs associés à différentes profondeurs et à divers endroits autour du dôme.
Levé sismique: Profil sismique précoce d’un dôme de sel acquis lors d’une enquête effectuée à bord d’un navire. Il montre un noyau central de sel d'environ 1 km de large et des couches de roche déformées par le mouvement ascendant du sel. Image sismique modifiée d'après Parke D. Snavely, United States Geological Survey.
Une source de soufre
Les dômes de sel sont parfois recouverts par une roche de couverture qui contient des quantités importantes de soufre élémentaire. Le soufre se présente sous la forme d'un matériau cristallin qui remplit les fractures et les pores intergranulaires et, dans certains cas, il remplace la roche mère. On pense que le soufre s'est formé à partir d'anhydrite et de gypse associé au sel par l'activité bactérienne.
Certains dômes de sel contiennent suffisamment de soufre dans la roche pour qu’ils puissent être récupérés de manière économique. Il est récupéré en forant un puits dans le soufre et en pompant de l’eau surchauffée et de l’air dans le puits. L'eau surchauffée est suffisamment chaude pour faire fondre le soufre. L'air chaud convertit le soufre fondu en une mousse suffisamment flottante pour remonter un puits à la surface.
Aujourd'hui, la majeure partie du soufre est produite en tant que sous-produit du raffinage du pétrole brut et du traitement du gaz naturel. La production de soufre à partir de dômes de sel n'est généralement pas compétitive sur le plan des coûts avec le soufre produit à partir de pétrole et de gaz naturel.
Production de sel
Certains dômes de sel ont été exploités par les mines souterraines. Ces mines produisent du sel qui est utilisé comme matière première par l'industrie chimique et pour le traitement des routes enneigées.
Quelques dômes de sel ont été extraits par solution. L'eau chaude est pompée dans le sel. L'eau dissout le sel et est ramenée à la surface par des puits de production. En surface, l'eau est évaporée pour récupérer le sel ou l'eau salée est utilisée dans un processus chimique.
Réservoirs de stockage souterrains
Certaines des mines développées dans des dômes de sel ont été soigneusement scellées puis utilisées comme sites de stockage de pétrole, de gaz naturel et d'hydrogène.
Les dômes de sel aux États-Unis et en Russie servent également de dépôt national pour les réserves de gaz d'hélium du gouvernement. Le sel est le seul type de roche ayant une perméabilité si faible qu'il puisse contenir les infimes atomes d'hélium.
Traitement des déchets
Le sel est une roche imperméable qui peut couler et sceller les fractures qui pourraient s'y développer. Pour cette raison, les dômes de sel ont été utilisés comme sites d'élimination des déchets dangereux. Des cavernes artificielles dans des dômes de sel ont été utilisées comme dépôts pour les déchets de forage de puits de pétrole et autres types de déchets dangereux aux États-Unis et dans d'autres pays. Ils ont également été envisagés pour l'élimination de déchets nucléaires de haute activité, mais aucun site aux États-Unis n'a reçu ce type de déchets.
Dépôts de sel des États-Unis: Emplacement des dépôts de sel et des bassins à dôme de sel aux États-Unis. Le grand gisement continu le long de la côte du golfe qui contient les trois bassins à dôme de sel repose sur le sel de Louann. Carte de avec les données géographiques du laboratoire national d'Argonne.
Où se trouvent les dômes de sel?
Les dômes de sel peuvent se trouver dans des bassins sédimentaires où d’épais dépôts de sel ont été enfouis par au moins 500 pieds d’autres types de sédiments. Le golfe du Mexique est l’une des plus grandes régions au monde à dôme de sel. Plus de 500 dômes de sel ont été découverts sur la côte et sous le fond marin du golfe du Mexique. Ils proviennent du sel de Louann, une unité de roche souterraine persistante dans toute la région. Une carte dans la colonne de droite de cette page indique l'emplacement des dépôts de sel stratifiés aux États-Unis et de trois champs de dôme de sel. De vastes champs de dômes de sel ont également été découverts en Angola, au Brésil, au Canada, au Gabon, en Allemagne, en Iran et en Irak.