Depositional facies, diagenetic clay minerals and reservoir quality of Rotliegend sediments in the Southern Permian Basin (North Sea): a review

Abstract

The Southern Permian Basin of the North Sea represents an elongate E-W oriented depo-centre along the northern margin of the Variscan Mountains. During Rotliegend times, three roughly parallel facies belts of a Permian desert developed, these following the outline of the Variscan Mountains. These belts were, from south to north, the wadi facies, the dune and interdune facies, and the sabkha and desert lake facies. The bulk of the gas reservoirs of the Rotliegend occur in the aeolian dune sands. Their recognition, and the study of their geometry, is therefore important in hydrocarbon exploration. Equally important is the understanding of diagenesis, particularly of the diageneticaily-formed clay minerals, because they have an important influence on the reservoir quality of these sands. Clay minerals were introduced to the aeolian sands during or shortly after their deposition in the form of air-borne dust, which later formed thin clay films around the grains. During burial diagenesis, these clay films may have acted as crystallization nuclei for new clay minerals or for the transformation of existing ones. Depending on their crystallographic habit, the clay minerals can seriously affect the effective porosity and permeability of the sands.

Resume

Le Bassin Permien méridional de la Mer du Nord forme un dépôt allongé et orienté E-W, le long de la frontière nord des Chaînes Varisques. A la période du Rothliegend trois zones à faciès le désert Permien ont été développees et suivent en grow le contour des Chaînes Varisques. Ces zones sont, du sud vers le nord, les faciès à wadi, à dunes et à inter-dunes, ainsi que ceux du type sabkha et à lac désertique. La partie la plus importante des réservoirs de gaz du Rothliegend se situe dans les sables des dunes éoliennes. Leur reconnaissance et l'étude de leur géométrie est donc importante en vue de l'exploration petrolière. De même importance est la compréhension de la diagénése, en particulier des argiles diagénétiques parce qu-ils ont une influence importante sur les qualités de ces sables en tant que réservoirs. Les minéraux argileux furent introduits dans les sables éoliens pendant et peu après leur dépôt sous forme de poussière éolienne. Ils formèrent ultérieurement des films argileux find autour des grains. Pendant la diagénèse de l'enfouissement ces films argileux ont pu jouer le rôle de germes vis-à-vis de nouveaux minéraux argileux ou vis-à-vis de la transformation de certains d'entre eux. Suivant leur forme cristalline, ces minéraux argileux peuvent affecter ultérieurement la porosité et la perméabilité de ces sables.

Kurzreferat

Das südliche Perm-Becken der Nordsee stellt einen in Ost-West Richtung ausgedehnten Ablagerungsraum entlang des Nordrandes Variszischen Gebirges dar. Im Rothliegenden entwickelten sich drei Faciesbereiche einer Perm Wüste, welche in grober Näherung dem äußeren Verlauf des Variszischen Gebirges folgt. Von Süden nach Norden unterteilen sich diese Bereiche in eine Wadi-Facies, eine Dünen- und Übergangsdünen-Facies und eine Wüstensee Facies. Die Hauptmasse an Gasvorkommen im Rotliegenden treten in den äolischen Dünensanden auf. Deshalb ist ihre Erkennung und die Erforschung ihrer räumlichen Ausdehnung für die Erkundung von Kohlenwasserstoffen wichtig. Gleichermaßen bedeutend ist das Verständnis der Diagenese, insbesonders der diagenetisch gebildeten Tonminerale, well diese einen wichtigen Einfluß auf die Speicherqualität der Sande ausüben. Tonminerale sind in die äolischen Sande während oder kurz nach deren Ablagerung in Form von Luftstaub gelangt, welcher später dünne Tonfilme um die Körner bildete. Während der Absenkungsdiagenese könnten diese Tonfilme als Keimzelle für neue Tonminerale, oder bei der Umformung vorhandener, eine Rolle gespielt haben. In Abhängigkeit von ihrer kristallographischen Beschaffenheit, können Tonminerale einen gravierenden Einfluß auf die wirksame Porosität und Permeabilität der Sande ausüben.

Resumen

La cuenca pérmica sur del Mar del Norte representa una zona profunda (depo-centre) con orientación Este-Oeste a lo largo del margen de los Montes Hercinicos. Durante el rotliegendiense se desarrollaron tres tipos de facies en el desierto pérmico, que siguen aproximadamente el contorno de los montes hercinicos. Estas franjas fueron, de sur a norte, la facies de wadis, dunas e interdunas, y la de sabkhas y lagos deserticos. Los yacimientos de gas del rotliegendense se encuentran en las arenas de dunas eólicas. Su reconocimiento y el estudio de su geometría es importante para la prospeccion de hidrocarburos. Igualmente importante es la comprensión de la diagénesis, particularmente de las arcillas formadas diagenéticamente, ya que tienen una importante influencia en la calidad de almacenamiento de las arenas. Los minerales de la arcilla se mezclan con las arenas eólicas durante o inmediatamente despues de su depósito en forma de polvo trasportado por el aire, que posteriormente forman peliculas delgadas sobre los granos de arena. Durante la diagénesis de enterramiento estas películas de arcilla pudieron actuar como núcleos para formar nuevos minerales de la arcilla o para sus trasformaciones. Dependiendo de su hábito cristalográfico los minerales de la arcilla pueden afectar seriamente a la porosidad y permeabilidad efectiva de las arenas.