Pétrole et gaz

Qu'est-ce qu'un dôme de sel?



Colonnes de sel qui pénètrent dans les sédiments sus-jacents.

Sel du Jurassique moyen: Cette coupe transversale montre des roches du bassin est du Texas entre la frontière Oklahoma-Texas (à gauche) et le littoral du golfe du Mexique (à droite). L'unité de roche violette est le sel du Jurassique moyen, une unité de roche qui a la capacité de couler sous pression. Le sel est recouvert par des milliers de pieds de sédiments qui exercent une énorme pression sur la surface du sel et le font couler. À de nombreux endroits, le sel a pénétré vers le haut dans les sédiments sus-jacents. Cela a produit de petits monticules ou d'immenses colonnes de sel qui peuvent atteindre des milliers de pieds de hauteur. Les colonnes de sel et les monticules plus petits sont appelés «dômes de sel». Image USGS 1.

Dôme de sel: Caricature d'un dôme de sel montrant le perçage à travers deux unités rocheuses et la déformation de l'unité rocheuse immédiatement au-dessus. La croissance du dôme est réalisée par 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 a pénétré 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'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 croître. Un exemple est montré dans l'illustration.

Dans l'illustration en haut de la page, l'unité de roche violette (Js) était à l'origine une couche de sel. Il est la source de sel de plusieurs colonnes de sel et de plusieurs petits monticules de sel qui ont pénétré dans les unités sus-jacentes.

Le développement de dômes de sel peut déformer les unités rocheuses en pièges qui contiennent 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 des sites importants pour le stockage souterrain ou l'élimination souterraine des déchets dangereux.

La déformation du sel sous pression

Contrairement à la plupart des autres types de sédiments, le sel a la capacité de changer de forme et d'écoulement lorsqu'il est placé sous une pression suffisante. Pour développer un dôme de sel, la pression sur le sel doit être suffisamment élevée pour lui permettre de pénétrer les sédiments sus-jacents. La pression doit être suffisamment importante pour surmonter plusieurs obstacles. Ceux-ci incluent le poids des strates sus-jacentes, la force des strates sus-jacentes, les forces de friction et la force de gravité résistant au soulèvement.

Deux sources de pression qui ont produit des dômes de sel sont la pression vers le bas des sédiments sus-jacents et la pression latérale du mouvement tectonique.

Si une zone de faiblesse ou d'instabilité se développe dans les sédiments sus-jacents, du sel sous une pression adéquate peut y pénétrer. La faiblesse pourrait être causée par des fractures d'extension, un anticlinal en développement, une faille de poussée ou une vallée érodée à la surface de la Terre au-dessus.

Une fois que le sel commence à couler, il peut continuer tant que la pression sur le sel est suffisamment élevée pour surmonter les forces de résistance. L'écoulement s'arrêtera lorsque le sel aura atteint une hauteur où les conditions d'équilibre existent.

La "conception erronée de la densité"

De nombreuses explications sur les dômes de sel suggèrent que la plus faible densité de sel, par rapport 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 siginficant 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. D'ici là, ce ne sont plus des sédiments mous. Ce sont des unités rocheuses compétentes qui peuvent être 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 près d'un mètre dans un tube à vide en verre.

Comment la densité peut ne pas être pertinente

Un baromètre à mercure illustre comment la densité peut ne pas être pertinente. En 1643, Evangelista Torricelli a rempli un tube de verre, fermé à une extrémité, avec du mercure. Il l'a ensuite mis debout dans un bassin de mercure, en gardant une extrémité immergée. Une fois le tube redressé, 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 montait et descendait dans le tube à mesure que la pression de l'atmosphère changeait.

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 sédiments, en appuyant sur une unité de sel géographiquement étendue, peuvent fournir suffisamment d'énergie pour produire un dôme de sel.

Dômes de sel arctique: 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 des éléments blancs ronds entourés de roches grises. Ils ont chacun environ 2 miles de diamètre. 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 4. 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 varient de 1/2 mile à 5 miles de diamètre. 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 montent à des profondeurs comprises entre 500 et 6 000 pieds (ou plus) sous la surface 2. 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 l'eau peu profonde; le bleu représente une eau plus profonde. Les structures rondes à sommet plat sont l'expression de la surface des dômes de sel souterrains. 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 exploratoire soit foré sur Spindletop Hill près de Beaumont, 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 suintements de gaz naturel.

À une profondeur d'environ 1 000 pieds, le puits a pénétré dans un réservoir de pétrole sous pression qui a fait sauter les outils de forage du puits et aspergé le terrain environnant de pétrole brut jusqu'à ce que le puits puisse être maîtrisé. La production initiale du puits était de plus de 100 000 barils de pétrole brut par jour - un rendement supérieur à celui de n'importe quel puits précédent.

La découverte de Spindletop a déclenché une série de forages sur des structures similaires à travers la région de la côte du Golfe. Certains de ces puits ont heurté le pétrole. Ces découvertes ont motivé les géologues à se renseigner sur les structures en dessous qui contenaient de si grandes quantités de pétrole 3.

Une cartographie minutieuse du sous-sol des données de puits, et plus tard 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 montant. Le dôme a percé la surface de l'île et le noyau rond du dôme est visible au centre de l'île. Image de la NASA Earth Observatory 5. 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 sources 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 qu'un dôme de sel se développe, le rocher du chapeau au-dessus est arqué vers le haut. Cette roche de couverture peut servir de réservoir de pétrole ou de gaz naturel.

À mesure qu'un dôme grandit, les roches qu'il pénètre sont arquées vers le haut le long des côtés du dôme (voir les deux illustrations en haut de cette page). Cette arche vers le haut permet au pétrole et au gaz naturel de migrer vers le dôme de sel où ils peuvent s'accumuler dans un piège structurel.

Le sel montant peut également provoquer des défauts. Parfois, ces défauts permettent à une unité de roche perméable d'être scellée 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 emplacements autour du dôme.

Levé sismique: Un premier profil sismique d'un dôme de sel acquis à partir d'un levé à bord d'un navire. Il montre un noyau central de sel d'environ 1 1/2 miles de large et des couches rocheuses 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 cap 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 calotte rocheuse. On pense que le soufre s'est formé à partir d'anhydrite et de gypse associés au sel par l'activité bactérienne.

Certains dômes de sel contiennent suffisamment de soufre dans la roche de couverture pour pouvoir être récupérés économiquement. 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 à la surface d'un puits.

Aujourd'hui, la majeure partie du soufre est produite comme 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 par rapport au soufre produit à partir du pétrole et du gaz naturel.

Production de sel

Certains dômes de sel ont été exploités par l'exploitation minière souterraine. Ces mines produisent du sel utilisé comme matière première par l'industrie chimique et comme sel pour le traitement des routes enneigées.

Quelques dômes de sel ont été extraits par solution. L'eau chaude est pompée dans un puits dans le sel. L'eau dissout le sel et est ramenée à la surface par des puits de production. À la surface, l'eau est évaporée pour récupérer le sel, ou l'eau salée est utilisée dans un processus chimique.

Informations sur le dôme de sel
1 Modèles géologiques et évaluation des ressources conventionnelles et continues de pétrole et de gaz non découvertes: craie supérieure du Crétacé Austin, côte du golfe des États-Unis; Krystal Pearson, United States Geological Survey, Scientific Investigations Report 2012-5159, 2012.
2 Les cavernes de sel et leur utilisation pour l'élimination des déchets des champs pétrolifères: brochure produite par le National Petroleum Technology Office, Argonne National Laboratory, 1999.
3 Spindletop: The Original Salt Dome: Michel T. Halbouty, article publié sur le site WorldEnergySource.com, 2009.
4 Dômes de sel sur l'île Melville: Jesse Allen, Observatoire de la Terre de la NASA, Image du jour du 27 août 2006.
5 Île Sir Bani Yas, Émirats arabes unis: photographie d'un astronaute de la Station spatiale internationale, Observatoire de la Terre de la NASA, image du jour du 15 mars 2010.

Réservoirs de stockage souterrains

Certaines des mines développées dans des dômes de sel ont été soigneusement scellées puis utilisées comme sites de stockage pour le pétrole, le gaz naturel et l'hydrogène.

Les dômes de sel aux États-Unis et en Russie servent également de dépôts nationaux pour les réserves gouvernementales d'hélium gazeux. Le sel est le seul type de roche dont la perméabilité est si faible qu'elle peut contenir les minuscules atomes d'hélium.

Traitement des déchets

Le sel est une roche imperméable qui a la capacité de couler et de 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. Aux États-Unis et dans d'autres pays, des cavernes artificielles dans des dômes de sel ont été utilisées comme dépôts de déchets de forage de gisements de pétrole et d'autres types de déchets dangereux. Ils ont également été envisagés pour l'élimination des déchets nucléaires de haute activité, mais aucun site aux États-Unis n'a reçu ce type de déchets.

Dépôts de sel aux États-Unis: Emplacement des gisements de sel et des bassins de dôme de sel aux États-Unis. Le grand gisement continu le long de la côte du golfe qui contient les trois bassins salés est sous-jacent au sel de Louann. Carte de Geology.com avec les données de localisation du laboratoire national d'Argonne 2.

Où se trouvent les dômes de sel?

Des 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. L'une des plus grandes régions de dômes de sel au monde est le golfe du Mexique. Plus de 500 dômes de sel ont été découverts à terre et sous le fond marin du golfe du Mexique. Ils proviennent du sel de Louann, une unité rocheuse souterraine qui est latéralement persistante dans toute la région. Une carte dans la colonne de droite de cette page montre l'emplacement des gisements de sel de litière aux États-Unis et 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.