Sandstein, leire og skifer

Typiske avsetningsmiljøer for sandstein er elvesletter, strender og deltaer, men også ørkener. På norsk sokkel er de fleste sandsteinsreservoarene, som for eksempel Statfjord, Gullfaks, Oseberg og Brage, avsatt i elver eller delta.

Meandrerende elver avsetter sanden i elvebanker. Disse avsetningene danner med tiden kanaler av porøs sandstein (kanalsander).

Et delta er landformen som dannes der en større elv møter havet. I møte med havet mister elven gradvis framdriften og dermed evnen til å frakte grove sedimenter. Stein og sand faller til bunnen når framdriften blir for liten. Det dannes sandlag som bygger seg utover i havet.

Dette medvirker til en naturlig sortering av sandkorn etter størrelsen. Hvis sedimentene blir liggende uforstyrret, dannes det en velsortert bergart. Dersom bølger, strømninger og andre ytre krefter roter i sanden, vil det medføre dannelse av en dårligere sortert bergart.

De enkelte sandkornene i en sandstein består ofte kun av mineralet kvarts. Dette mineralet er så bestandig (hardhet 7) at det vanskelig brytes ned.

Selv om bergarten i fjellene der sanden opprinnelig ble erodert fra har bestått av mange forskjellige mineraler, er det gjerne kun kvartskornene som overlever den harde medfarten løsmassene får på veien fra fjellet ned mot kysten. De øvrige mineralene er knust ned til fint steinmel som gir opphav til leira vi finner ute i dyphavet.

Enkelte sandsteiner kan også inneholde mineralet feltspat som også er bestandig (hardhet 6), og noen sandsteiner kan inneholde metalliske mineraler.

I sandsteinen ligger sandkornene og støtter seg på hverandre som klinkekuler i et glass.

På grunn av vekten og trykket av overlagret masse, presses sandkornene så hardt mot hverandre at noe av materialet de er sammensatt av løses opp. Dette danner en forbindelse med vannet rundt sandkornene og «limer» dem sammen. Prosessen kalles sementering eller diagenese og beskriver herdingen fra sand til sandstein. Dersom sandsteinen er sterk i limet kalles den godt konsolidert bergart.

Mellom sandkornene er det åpninger som kalles porer. Porene gir plass til væske innvendig i bergarten på samme måte som kaffe får plass innvendig i en sukkerbit.

Bergartens porøsitet er et mål på hvor stor del av volumet som er porer og hvor stor del som er mineraler og kvarts. Det måles i prosent. Dersom sementeringsfasen danner mye sementeringsmateriale, vil det redusere porøsiteten i bergarten.

En godt sortert bergart har tilnærmet lik størrelse på sandkornene. Dersom det er lite sement i porene, har den høy porøsitet. Dermed kan den romme mye hydrokarboner. Hvor runde sandkornene er blitt på veien fra erosjonsstedet til avsetningsstedet, vil også påvirke porøsiteten. Dette er fordi runde korn vil gi større porerom enn kantete korn.

Et godt sandsteinsreservoar som har runde, godt sorterte sandkorn, har typiske porøsitetsverdier på 20 til 30 prosent. I sandsteinsbergarten kan olje og gass lagres i porerommet mellom sandkornene.

Permeabilitet er en viktig egenskap for kvaliteten til en reservoarbergart. Permeabilitet beskriver hvor lett en væske kan strømme gjennom en bergart. For at en porøs bergart skal ha permeabilitet, må porene henge sammen med åpne kanaler mellom sandkornene.

For mye sementeringsmateriale kan redusere permeabiliteten betraktelig. Permeabilitet oppgis i enheten darcy (D) eller millidarcy (mD). En god sandsteinsreservoarbergart kan ha permeabilitet mellom 100 og 10.000 mD.

Permeabilitet deles opp i horisontal og vertikal permeabilitet. Den er som oftest høyest langs bergartslagene og lavere på tvers av lagene. Dette er et resultat av at bergarten er avsatt lagvis.

Leire består av små og lette korn. Også leirkorn transporteres med elver til havet. Leire er mye lettere enn sandkorn og holder seg flytende lenger ut i havet, der partiklene etter hvert avsettes på havbunnen.

Til forskjell fra de runde kornene i en sandstein, er leiremineralene formet som avlange plater. De legger seg om hverandre som kortene i en kortstokk som blir kastet på gulvet. I porerommene som oppstår mellom mineralene, fanges det mye vann. Mye av dette presses ut etter hvert som leiren presses sammen av nye lag med leire.

I løpet av millioner av år begraves leiren, og den herdes til bergarten leirstein. Dersom leirsteinen utsettes for høy nok temperatur og høyt nok trykk, omdannes den videre til bergarten skifer.

Skiferen er en tett og ugjennomtrengelig bergart. Den kan ha en rimelig høy porøsitet, men har svært lav permeabilitet. Det gjør den til en godt egnet takbergart. En takbergart er det som ligger over et reservoar og hindrer hydrokarbonene fra å strømme videre opp mot overflaten.

Skifer kan også være en god kildebergart. I spesielle tilfeller kan skifer inneholde store mengder alger, plankton og planterester blandet inn med leiremineralene. Dette kan omdannes til hydrokarboner, som kan «svette ut» av skiferen dersom den sprekker opp etter å ha blitt utsatt for høyt trykk og høy temperatur.

Den viktigste kildebergarten på norsk sokkel ble avsatt i perioden for ca. 150 millioner år siden, i øvre Jura. Kildebergarten kalles Draupneformasjonen, eller Draupneskiferen. Draupneskiferen dekker store deler av Vest-Europa.