Sedimentology, Stratigraphy, and Reservoir Characterization of the Upper Jurassic Hanifa Formation, Central Saudi Arabia. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MAZIN) PhD_Thesis_NEW.pdf Restricted to Repository staff only until 14 August 2023. Download (9MB)

Arabic Abstract

تم تحليل ثمانية مكاشف لمتكون حنيفة من الجوراسي الأعلي بدقة ، و ذلك للحصول على نموذج شامل و عالي الدقة يصف تطور البيئة الترسيبية أثناء فترة الأوكسفورديان. تمتد هذه المكاشف عبر قطاع اقليمي يصل طوله الى 535 كلم بسمك عمودي يصل الى 461 م . تم تفسير تسع سحن رسوبية صخرية و ضمها في أربع مجموعات من التجمعات السحنية: مجموعة المنحدر الجيري الخارجي، مجموعة المنحدر الجيري الأوسط، مجموعة المنحدر الجيري الداخلي، و مجموعة المنحدر الداخلي المحتوية على السحن الرسوبية للشعب المرجانية، مجموعة المنحدر الخارجي تتضمن : 1) سحنة الطين الفتاتي الجيري، تتكون مجموعة المنحدر الأوسط من 2) سحنة الردستون المتكون من الكتل الصخرية، 3) سحنة الواكستون/باكستون المتكون من الفتات العضوي و ابر الاسفنج السيليكية، 4) صخور الطين الفتاتي المترقق، أما المنحدر الداخلي فيتكون من 5) سحنة الصخور الجيرية الحبيبية ذات التطبق المتقاطع والمحتوي على حبيبات الكوارتز والبيلويد، 6) الحجر الرملي الكلسي ذو التطبق المتقاطع الحوضي، 7) سحنة الحجر الجيري المرجاني ، 8) سحنة فتات الحجر الجيري المرجاني المتكون في مقدمة الشعاب المرجانية، 9) صخور الرودستون المتكونة في من حبيبات الأونكويد خلف حزام الشعب المرجانية. تتوزع هذه السحن الرسوبية عموديا لتكون طورين رسوبيين على طول متكون حنيفة بما يميز كلا من عضوي حوطة و عليا، يتكون حوطة من بيئة منحدر جيري ذو انحدار بسيط و متساوي ، بينما يتكون عليا من بيئة منحدر جيري مشابه غير أنه يحتوي على الشعاب المرجانية. تعتبر دراسة التتابعات الصخرية من أقوى السبل لإستكشاف النفط و تطوير حقوله، تتمييز صخور العمر الجوراسي بعدم تغيير أنماط قياسات الآبار فيها و ذلك لطبيعتها الطينية، مما يجعل المقارنة بين تكويناتها صعبا خصوصا في حال غياب بيانات المستحاثات من تلك التكوينات. تم دراسة طبقات متكون حنيفة بدقة عالية بما في ذلك نوعية الأسطح الفاصلة بين الطبقات في متكشفات بوسط المملكة العربية السعودية، درست التتابعات الطبقية من الدرجة الخامسة بدقة وتم استعمال مخطط فيشر للتعرف على التتابعات من الدرجة الرابعة. بإستخدام مباديء علم التتابعات الطبقية والإلمام بأنواع السحن الرسوبية السائدة وتغيراتها وبالإضافة لمخطط فيشر تم التعرف على ستة عشر تتابعا" طبقيا" ، أظهر مخطط فيشر ما يسمى بالتمايز السحني، حيث يحتوي كل جزء من المخطط على نوع معين من السحن الرسوبية، عموما أظعر مخطط فيشر تشابها كبيرا مع تغير مستوى سطح البحر أثناء فترة الأوكسفورديان، أظهرت التتابعات الطبقية لمتكون حنيفة ميلا" الى ضحالة سحنها الى الأعلى بالإنتقال من سحن المنحدر الخارجي (والتي تكون الصخور المتكونة أثناء تقدم البحر) للمنحدر الأوسط و الداخلي (لتكون صخور مستوى البحر العالي)، تم وصف التتابعات الفتاتية وذلك لأول مرة في متكون حنيفة، تمت المضاهاة بين التتابعات المفسرة بالاستعانة بالتتابعات الكيميائية لمتكون حنيفة، تم تفسير أربعة تتابعات كيميائية طبقية في متكون حنيفة بناء على التغيرات العمودية فعناصر السيليكون والألومينيوم والكالسيوم و المنجنيز و الحديد، يتغير عنصر المنجنيز بصورة مستقلة عن التغير الصخري لذا تمت مقارنته مع بيانات الآبار، هذه الدراسة أثبتت فعالية استخدام التتابعات الطبقية في فهم التطور الرسوبي وكذلك استخدام الطباقية الكيميائة للمضاهاة على نطاق اقليمي.

English Abstract

High-resolution (centimeter-scale) description and analysis of eight outcrop sections through the Oxfordian Hanifa Formation along a 535 km-long N-S transect in central Saudi Arabia are used to develop a comprehensive conceptual depositional model through time. The cumulative vertical thickness of the studied sections reaches 461 m. Nine sedimentary lithofacies are interpreted, which are grouped into four facies associations, i.e., I) outer-ramp association (FA1), II) mid-ramp association (FA2), III) inner-ramp grainy-facies association (FA3), and VI) inner-ramp reefal association (FA4). The outer-ramp association includes argillaceous carbonate mudstone (F1). The mid-ramp association includes intraclast rudstone (F2), skeletal sponge spiculitic wackestone/packstone (F3), and horizontally-laminated siltstone/claystone (F4). The grainy facies of the inner-ramp association includes cross-bedded skeletal quartz peloidal grainstone (F5) and trough cross-bedded calcareous sandstone (F6). In contrast, the inner-ramp reefal association includes reef-crest stromatoporoid/coral framestone (F7), gravel-dominated fore-reef floatstone (F8), and open back-reef oncoidal rudstone (F9). The lithofacies succession distinguishes two depositional phases, i.e., Phase 1 and Phase 2, corresponding lithostratigraphically to the middle Oxfordian Hawtah and late Oxfordian Ulayyah Members. Phase 1 represents deposition on a homoclinal carbonate ramp, whereas Phase 2 witnessed the transition from a grain-dominated carbonate ramp to a reef-bearing one, as indicated by reefal association (FA4). Hanifa Formation carbonate ramp evolution reflects coral reef expansion over the southern Neo-Tethys passive margin in the late Oxfordian. In the southern section of the studied transect, siliciclastic deposits are described for the first time from the Hanifa Formation (F4 and F6). Sequence stratigraphy is considered one of the most powerful hydrocarbon exploration and development tools. Due to its muddy nature, a continuous motif characterizes the well logs of the Jurassic succession in general and the Oxfordian Hanifa Formation. This continuous pattern makes it difficult to identify and correlate stratigraphic units of different orders, especially in the absence of biostratigraphic data. A high-resolution sequence and chemostratigraphic framework are presented for the Oxfordian Hanifa Formation outcrops in central Saudi Arabia. A total of sixteen fourth-order sequences (seq 1 - seq 16) were interpreted using sequence stratigraphic principles and by observing the lithofacies change and the bounding surfaces between sedimentary packages of the studied outcrops. Moreover, the strata stacking pattern of the fifth-order sequences is used to capture the fourth-order sequences through a Fischer plot. The plot shows facies partitioning and a similar pattern to the global sea level curve. The dominant depositional sequence types show a shallowing upward pattern, starting with an outer ramp argillaceous carbonate mudstone (transgressive systems tracts (TST)) that change to mid- and inner-ramp lithofacies (highstand systems tracts (HST)). Shallowing upward siliciclastic sequences are described for the first time within the Hanifa Formation southward. The correlation between interpreted sequences was guided by elemental chemostratigraphy. Four chemostratigraphic divisions (C1, C2, C3, and C4) were interpreted following the vertical variation of the major elements Si, Al, Ca, Mn, and Fe. The Mn chemical profile is lithology independent and highly correlatable between studied outcrops and subsurface data. The study provides a means for using strata stacking patterns to study the Hanifa Formation sequences and the elemental chemostratigraphy for regional correlation. Sedimentology, sequence stratigraphy, lithofacies petrophysical characterization, and 3D geostatistical modeling were used to understand the Hanifa reservoir lithofacies analogs in Wadi Mawan, south of the capital Riyadh. The 5th-order sequence boundaries were used as horizons and the interpreted lithofacies as input data to create 3D lithofacies models. The lithofacies model matches the regional trend. Each lithofacies' porosity and permeability are proportionate. Intragranular, intergranular, burrow, moldic, and fracture porosity are the common porosity types in the studied samples. The transgressive systems tract mid-ramp lithofacies have intragranular, moldic, burrow, and fracture porosity. The inner-ramp peloidal grainstone has better reservoir quality than coral/stromatoporoid framestone in the highstand systems tract. The grainstone has intergranular and intragranular porosity, while the framestone has intergranular and burrow porosity. On the lithofacies model skeleton, 3D porosity and permeability models were developed. Porosity and lithofacies models correspond well, while permeability does not.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Earth Sciences Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Kaminski, Michael
Committee Members:	Humphrey, John and Whattam, Scott and Makkawi, Mohammad Houssain and Swennen, Rudy
Depositing User:	MAZIN BASHRI (g201203820)
Date Deposited:	16 Aug 2022 10:59
Last Modified:	16 Aug 2022 10:59
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142190