KFUPM ePrints

Fractures System Within Quasiba Shale Outcrop and its Relationship to the Geomechanical and Lithological Properties, Qasim Area, Central Saudi Arabia.

l Fractures System Within Quasiba Shale Outcrop and its Relationship to the Geomechanical and Lithological Properties, Qasim Area, Central Saudi Arabia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (MSc Thesis) - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 29 January 2018.

30Mb

Arabic Abstract

يعد الجزء السفلي من عضو قصيباء الغني بالمواد العضوية والتابع لمتكون القليبة من أهم صخور المصدر في نظام البترول التابع للعصر الباليوزوي في المنطقة العربية, وأحد أهداف استكشاف النفط الصخري غير التقليدي. تقوم هذه الدراسة على فهم نظام الكسور التكتونية وغير التكتونية لعضو قصيباء في متكشفات صخرية تقع غرب قرية قصيباء في منطقة القصيم بالمملكة العربية السعودية. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو دراسة وفهم توزيع الكسور الطبيعية على الصخور ذات الخصائص الجيولوجية المختلفة, وعلاقتها بالخصائص الميكانيكية والفيزيائية لهذه الصخور. تم استخدام أوراق الوصف التفصيلي من أجل وصف الخصائص التركيبية لعضو قصيباء الطيني على متكشفين صخريين رئيسيين. جهاز أشعة جاما تم استخدامه في الحقل لاختبار التكرار الدوري للخصائص التركيبية الصخرية, وجهاز مطرقة شميدت لاختبار قوة السطح ومقاومة الاختراق للأنواع المختلفة من الصخور المكونة للعضو. توصيف الصخور في حقل الدراسة تم عمله عن باستخدام طريقة المسح الخطي. تم أخذ ستين عينة صخرية من المتكشفين الصخريين الرئيسيين لاجراء التحاليل الميكانيكية والفييائية المختبرية. تم اجراء اختبار حيود الأشعة السينية واستخدام مجهر المسح الالكتروني والعينات الرقيقة المجهرية للمساعدة في تحديد السحنات الصخرية المختلفة في المنطقة. تم تصميم نموذج جيوإحصائي ثلاثي الأبعاد باستخدام محاكاة مؤشر المتابعة ومحاكاة اقتطاع جاوس لوصف توزيع السحنات الصخرية المختلفة على منطقة الدراسة عن طريق حساب سُمك واستمرارية الطبقات في اثني عشرة سجلاً اضافياً. تم استخدام صورتين جوييتين سبوت-7 ولاندسات حرارية من أجل متابعة الأشكال الخطية وتحليلها على المستوى الاقليمي. عضو قصيباء الطيني في منطقة الدراسة يتكون من خمس سحنات رئيسية تم تقسيمها بناءً على التراكيب الجيولوجية والخصائص الفيزيائية, وتترتب من أسفل الى أعلى كما في المتكشفات الصخرية كالآتي: سحنة الطين الانشطاري و سحنة الغرين المايكي ذو الحبيبات الناعمة جداً و سحنة الطين المحتوي على آثار حيوية و سحنة الحجر الرملي المحتوي على الهاموكي ذو الحبيبات الناعمة جداً الى الناعمة و سحنة الحجر الرملي المحتوي على الزوايا التخطيطية ذو الحبيبات الناعمة الى المتوسطة. تفسير الأشكال التخطيطية في الصور الجوية سبوت-7 ولاندسات الحرارية أظهر اتجاهين رئيسيين للكسور في منطقة الدراسة: 320° في اتجاه الشمال الغربي و 20° في اتجاه الشمال الشرقي حيث يمكن أن يرتبط الاتجاه الأول بنظام نجد الصدعي والاتجاه الثاني بسلسلة الأنشطة التمديدية التي حدثت في المنطقة العربية بعد تصادم عَمَار. تحليل الكسور في منطقة الدراسة أظهر أن الكثافة الأعلى لها توجد في سحنتي الطين الانشطاري والطين المحتوي على آثار حيوية, وعلى النقيض تماماً فان المسافة بين الكسور في هاتين السحنتين هما الأقل بين جميع السجن. الكسور الخطية الجوية والكسور واسعة النطاق هي كسور لا يمكن تحديدها بالسحنات الصخرية وتتعامل مع المنطقة على أساس أنها وحدة ميكانيكية واحدة, بينما الكسور ضيقة النطاق هي كسور يمكن أن تحد بالقواعد الصخرية للسحنات المختلفة وتقترح هذه الصخور عدة وحدات ميكانيكية في المنطقة. خصائص القوة الميكانيكية كمطرقة شميدت ومؤشر نقطة الحمولة وقوة الضغط المحورية ومعامل الحيوية أظهرت قيم عالية في سحنات الحجر الرملي بالمقارنة مع السحنات الأخرى في المنطقة. متكشفات عضو قصيباء الطيني في منطقة الدراسة تم تقسيمها الى خمس وحدات ميكانيكية (وحدة-1 الى وحدة-5) بناءً على كثافة الكسور والخصائص الفيزيائية والميكانيكية. هذه الدراسة يمكن أن تشكل أهمية معتبرة في عمليات تخطيط استكشاف النفط الصخري في باطن الأرض عن طريق تقديم المعلومات عن التصرف الميكانيكي لصخور عضو قصيباء الطيني التابع لمتكون القليبة.

English Abstract

The basal Qusaiba hot shale member of Qalibah formation is considered to be an important source rock in the Paleozoic petroleum system of Saudi Arabia and an exploration target for tight shale as one of the unconventional resources of petroleum. The aim of this study is to define and understand the fractures network of Qusaiba shale member in outcrops located to the west of Qusayba’ village in Al-Qasim area, Central Saudi Arabia. The main objective of studying fractures in Qusaiba shale member was to understand its relationship with lithology, geomechanical characteristics, and petrophysical properties. Fractures were studied in different scales in the study area from Lineaments to rock samples; Lineaments were analyzed and interpreted in a GIS environment using Spot-7 and Landsat-ETM+ high-resolution satellite images on a regional scale, and linear scanline method was used to characterize fractures on an outcrop- and bed-scale. Description data sheets were used for the detailed lithological description of Qusaiba shale member on two outcrops of 40m and 20m height respectively. Spectral gamma ray tool was used in the field to examine the fine cyclicity of the lithology, and Schmidt hammer to test the surface hardness and penetration resistance of different rock types. 60 rock samples of different lithologies were taken from the two outcrops for further geomechanical and petrophysical measurements. X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM), and thin sections were used to define different lithofacies in the study area. A 3D geostatistical model has been generated using Sequential indicator simulation (SIS) and Truncated Gaussian Simulation (TGS) to describe the distribution of the lithofacies in the area by studying thickness and continuity of the layers in 12 pseudo-logs. Qusaiba shale member in the study area consists of 5 main lithofacies, divided based on their sedimentary structures and petrographic properties, from base to top; fissile shale lithofacies, very fine-grained micaceous siltstone, bioturbated mudstone, very fine to fine-grained hummocky cross-stratified sandstone, and fine to medium-grained low/high angle cross-stratified sandstone. Lineaments interpretation of the Spot-7 and Landsat ETM+ satellite images showed two major directions in the study area; 320º that follows the direction of Najd fault system and 20º that follows the direction of the extensional activities that took place after Amar collision. Higher density of fractures is within the fissile shale and mudstone lithofacies than sandstones lithofacies, and spacing is smaller in the fissile shale and mudstone lithofacies when compared to sandstones. Lineaments and large-scale fractures are Non-Stratabound fractures and they deal with the area as one big mechanical unit, whereas small-scale fractures are Stratabound fractures that propose different mechanical units within Qusaiba shale member in the study area. Strength geomechanical parameters such as Schmidt hammer, point load index, uniaxial compressive strength, and dynamic young modulus have greater values in the hummocky cross-stratified sandstone, low/high angle cross-stratified sandstone, and pebbly sandstone than in fissile shale, mudstone, and siltstone. Accordingly, the outcrops of Qusaiba shale member in the study area were divided into Five geomechanical units; from unit-1 to unit-5 based on their fractures density, petrophysical properties, and geomechanical properties. This work would have a significant contribution to tight shale exploration plans in the subsurface by providing some knowledge about the mechanical behavior of the lower part of Qusaiba shale member of Qalibah formation.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Earth Sciences
Divisions:College Of Sciences > Earth Sciences Dept
Committee Advisor:Hariri, Mustaffa
Committee Members:Makkawi, Mohammad and Abdullatif, Osman
ID Code:140193
Deposited By:MOHAMED MAHGOUB (g201403500)
Deposited On:15 Jan 2017 11:51
Last Modified:09 May 2017 10:14

Repository Staff Only: item control page