Petroleum dannes ved nedbrytning av organisk materiale, i første rekke fra fotosyntetiserende mikroorganismer (planteplankton) som lever i havet, men til en viss grad også fra organisk materiale som blir ført ut i havet fra landområdene (pollen, planterester m.m.). (Naturgass kan også dannes ved modning av kull, som består av landavsatt organisk materiale). Det organiske materialet brytes ned av bakterier og andre organismer mens det synker mot bunnen, og nedbrytningsprosessene fortsetter etter at det har havnet i sedimentene. Der tilgangen på oksygen er god, vil nedbrytningen bli nærmest fullstendig, der det er mangel på oksygen i bunnvannet vil den bli mindre effektiv, og en fett- og hydrogenrik organisk rest vil akkumuleres i sedimentet.

Det er ofte en meget stor produksjon av plankton i grunne havområder, bare i Svartehavet dannes det årlig 2,7 milliarder tonn plankton. Noe av denne produksjonen avleirer seg på bunnen som en gytje, sammen med mineralpartikler og leire. I bergarter som dannes av slike sedimenter kan innholdet av organisk materiale være over 5 % (volum). Det er slike bergarter som kan bli kildebergarter for petroleum.

Under avsetningen av stadig nye lag vil sedimentene bli presset sammen til faste bergarter, sand til sandstein og leire til leirskifer. Dette skjer ved et dyp på noen få hundre meter (opptil 2000 m) og ved moderate temperaturer (under 50 °C) i en prosess som kalles diagenese. Det organiske materialet gjennomgår samtidig en fortsatt biokjemisk nedbrytning hvor metan (biogen gass), CO2 og vann drives av og restproduktet er en uløselig makromolekylær forbindelse kalt kerogen. Kerogenet inneholder karbon, hydrogen, litt oksygen og mindre mengder svovel og nitrogen, vanligvis innenfor grensene 77–83 % karbon, 5–10 % hydrogen og 10–15 % oksygen.

I de store sedimentasjonsbassengene har jordskorpen sunket inn etter hvert som kilometertykke lag med sedimenter er blitt avsatt gjennom lange tidsrom. Kerogenet følger med som en integrert del av bergartene og vil etter hvert som temperaturen stiger under eventuell videre overleiring, gjennomgå modning til hydrokarboner (petroleum). Modningen skjer over lang tid (millioner år), særlig går prosessene langsomt ved lave temperaturer.

Ved dyp hvor temperaturen når 60 °C vil modningen av kerogen skyte fart. I intervallet 60–130 °C dannes det hovedsakelig olje (oljevinduet). Fra 130–180 °C dannes det gass fra kerogenet, og tidligere dannet olje omdannes til gass (gassvinduet). Disse prosessene kalles katagenese. Ved høyere temperaturer nås metagenesetrinnet, hvor alle flytende hydrokarboner er nedbrutt og gassdannelsen avtar. Ved temperaturer nær 250 °C er også all gass nedbrutt og bare en karbonrest (grafitt) er tilbake.

Dypet hvor disse temperaturene nås er avhengig av den geotermiske gradient, som vanligvis er om lag 20–40 °C/km i den øverste del av jordskorpen. I Nordsjøen er gradienten mellom 30–40 °C/km. Dette betyr at i de fleste sedimentbassenger starter oljedannelsen først når kildebergarten er begravd til om lag 2000 m.

Olje og gass dannet ved modningen vil sive langsomt gjennom porene i kildebergarten og ut til tilstøtende bergartslag, hvor poretrykket er mindre (primær migrasjon). De fleste kildebergarter er tette skifre med lav porøsitet og permeabilitet, og migrasjonen er forsøkt forklart bl.a. ved pulsvis oppsprekking og påfølgende sammensveising av kildebergarten som følge av trykkøkning under modningen. De primære migrasjonsprosesser er imidlertid ikke fullstendig forstått.

Når hydrokarbonene har forlatt kildebergarten, kommer de inn i bergarter med større porerom. Disse er fylt med formasjonsvann, og oljen/gassen vil nå bevege seg oppover (sekundær migrasjon) gjennom porene til den møter et tett bergartslag (forseglingsbergart) eller evt. siver ut på jordoverflaten.

Et tett lag vil styre migrasjonen i en bestemt retning, og kan i kombinasjon med et underliggende porøst lag (reservoarbergart) fungere som en endelig geologisk felle for hydrokarbonene, hvis det har en passende romlig utbredelse (konveks form).

Oljen og gassen opptar porerommene og evt. sprekker i reservoarbergarten. Gassen vil innta den øverste delen av reservoaret med en horisontal kontakt til oljen under (gass/oljekontakten). Oljen vil på sin side ha en tilsvarende kontakt (olje/vannkontakten) til formasjonsvannet nedenfor. Hvis petroleum pumpes ut av reservoaret, vil vannet vanligvis trenge inn nedenfra og oppta den ledige plassen i porene.

De geologiske fellene kan deles i strukturelle og stratigrafiske feller.

Strukturelle feller dannes ved deformasjon (folding, forkastning) av bergartslagene ved sterk kompresjon eller strekning (tensjon) av jordskorpen. Den klassiske fellen er antiklinalfellen, hvor forseglingsbergarten leirskifer ligger over et reservoar av sandstein. Denne typen er vanlig i de store oljefeltene i Midtøsten, men ikke på norsk sokkel. Forkastningsfellen er dannet ved innsynkning eller oppskyvning av store bergblokker (forkastningsblokker) langs hellende bruddflater. Derved kan en tett bergart avskjære videre migrasjon i det porøse laget. I nordlige deler av Nordsjøen er nesten alle fellene oppstått ved normalforkastninger i forbindelse med dannelsen av Vikinggraben og Sentralgraben.

En spesiell type deformasjon er knyttet til saltstokker og saltdomer (diapirer). Steinsalt er en forholdsvis lett og plastisk bergart som vil begynne å flyte oppover når den blir overleiret av tykke sedimentmasser. Saltet kan trenge seg gjennom bergartslag, gi oppsprekking og oppdoming av overliggende lag. Feller kan dannes både ved flankene og over diapiren. Fellene i Ekofisk-området er av sistnevnte type. Vekstfeller er dannet ved folding og langsom forkastning knyttet til avsetning av store mengder sedimenter, og omfatter både antiklinal- og forkastningsfeller. Petroleumsfeltene i Niger-deltaet har slike feller.

Disse skyldes forhold under avsetningen av de sedimentære lagene, f.eks. facies-vekslinger som kan gi utkiling av porøse lag i tettere sedimenter. Gassen i Friggfeltet er utbredt i opptil 170 meters tykkelse i en vifteformet, 115 km2 stor delta-avleiring av sandstein i omgivende leirskifer. Sandavleiringen skriver seg fra et landområde omkring Shetland, og toppflaten er utformet som en flat antiklinal, idet den omgivende skifer er presset sterkere sammen (kompaksjonsstruktur).

En annen type er feller under ukonformiteter, dvs. erosjonsgrenser der yngre avleiringer overleirer betydelig eldre, ofte skråttstilte og eroderte lag. Statfjordfeltet hører til denne typen, idet oljen her opptrer i tre skråttstilte sandsteinslag som alle er overleiret av tett skifer.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.