Analysis of Syn- and Post-Depositional Controls on Facies Distribution, Depositional Architecture and Reservoir Quality Modifications of Early Syn-rift Continental Deposits (Early Oligocene – Early Miocene), NW Saudi Arabia. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) PhD Dissertation - Muhammad Naveed Tahir Butt - Geology Dept. - Dec. 2022.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 31 December 2023. Download (17MB)

Arabic Abstract

انكشاف رواسب أولية متزامنة مع حدوث صدع أمر نادر وفهم توزيع السحنات وبنيويه التطبق واتصال المكامن في مابينها عموديا وافقيا والعوامل المتحكمة بالتغيرات الطباقية وجودة المكمن لهذه الأنظمة ضعيف. إنكشافات متكون الوجه المترسب من الأليجوسين المبكر إلى المايوسين المبكر في منطقة البحر الأحمر في السعودية تمثل فرصة لدراسة بنيويه الترسيب وجودة المكامن النفطية وأنظمة الترسيب المتزامنة مع أولية نشأة الصدوع في بيئات طميه ونهرية. استخدم في هذا البحث صورمن أقمار صناعية عالية الجودة ونماذج ثلاثية الأبعاد للإنكشافات, وصف رسوبي مفصل, وصف الشرائح الدقيقة للصخور, تحليل المجهر الإلكتروني, التحليل الكمي للمعادن بالمجهر الإلكتروني, وتحاليل حيود الأشعة السينية. تم التعرف على 11 سحنات (دملوك لا تطبقي فتاتي التماسك (F1), دملوك لا تطبقي لاحمي التماسك (F2), دملوك متدرج (F3), دملوك تقاطعي التطبق (F4), دملوك متوازي التطبق (F5), حجر رملي لا تطبقي (F6), حجر رملي متدرج (F7), حجر رملي متوازي تطبقي رقيق (F8), حجر رملي تقاطعي التطبق (F9), طين لا تطبقي (F10), طين تطبقي رقيق (F11)). والتعرف على أربعة مجموعات سحنيه (طميه مروحية (FA1), مروحية نهرية متشعبة (FA2), سهل الفيض (FA3), شاطئية ومقدمة الدلتا (FA4) من متكون الوجه في اربع احواض ثانوية (مقنا 1 – 2 ,سق و عفال), ترسبت في احواض طميه ومروحية نهرية متشعبة وشاطئية. توزيع السحنات المتتابعة والتغير النسبي لأحجام الحبيبات والتدفق الجنوبي للتيار القديم يشير إلى أن الاحواض الثانوية الشمالية هي القريبة والوسطى من المصدر(مقنا-1) بينما الأحواض الأبعد عن المصدر يمثلها الحوض الثانوي (مقنا-2) ترسبت في مروحية طميه ومروحية نهرية متشعبة كانت تتواجد في حوض مدين. وتم التعرف على ثلاث تتابعات سحنيه تتكون من حجر رملي سيلكوني, حجر جير سيلكوني وحجر جيري, والتي تمثل رواسب المنطقة الانتقالية بين متكوني الوجه ومصير ترسبت في رف جيري. أظهر تقييم جودة الخزان أن طبقات الحجر الرملي المترسبة في بيئات نهرية مروحية متشعبة تمثل مكامن مثالية بسبب أطوالها المترية, تواصلها على مسافات عشرات الأمتار, كون طبيعة الصخور خشن متحبب ذات حجوم حبيبات متجانسة, وذات مقدار اقل من الطين الحتاتي, بمتوسط مسامية قدره 23.2% ونفاذية قدرها 1884 ملي دارسي. وبين تحليل ما بعد النشأة للصخور الرملية أن العوامل الرئيسية المتحكمة بجودة المكمن تتمثل بطبيعة الترسب في الأحواض الرسوبية وبنسبة أقل العمليات نشأة ما بعدية. وأن الطين الفتاتي المتراوح نسبته بين 10% إلى 20% مؤثر سلباً على المسامية الأولية والنفاذية الأولية إلى قيم 10% مسامية و10 ملي دارسي نفاذية. الضغط الميكانيكي وذوبان الحبيبات أثرت جذريا على جودة الخزانات للحجر الرملي. تكونت المسامية الثانوية 13.5% بشكل رئيسي لذوبان معدن الفيلسبار. المعدن الطيني محلي النشأة في الحجر الرملي القاري هو الكاولنيت, بينما إسمكتايت هو المعدن الطيني محلي النشأة للحجر الرملي المترسب في البيئات البحرية الضحلة ويتواجد إسمكتايت الحتاتي كطبقة على حواف الحبيبات بسبب الارتشاح الميكانيكي وبإمكان هذه الطبقة منع تكون لاحم المرو عند الدفن العميق للطبقات. التحليل البتروغرافي والفيزيائية لرواسب صخور الجير الفتاتي (متوسط مسامية = 7%, متوسط نفاذية = 109 ملي دارسي) وصخور الجير (متوسط مسامية = 15%, ونفاذية = 46 ملي دارسي) الذي تمثل رواسب المنطقة الانتقالية من بيئات بحرية ضحليه فتاتية إلى بيئات بحرية جيرية, بين ان العوامل المتحكمة بالمسامية والنفاذية في هذه السحنات هي تغيرات نسيجية ونشأة ما بعدية. تقسم هذه الرواسب بناءً على علاقة الترابط من قراءات النفاذية في المنكشف إلى مطبقات مكمنية او غير مكمنية. الرواسب الفتاتية المتكونة من رواسب سميكة وممتدة أفقياً لمئات المترات تمثل خزانات مثالية مقارنة برواسب الجير الفتاتي والجير النحيفة التي قد تعمل كحد فاصل وحاجز, هذا يبين إمكانية تكون مكمن طباقي تحت السطح ليس في حوض مدين فقط ولكن في أحواض مشابهة بأماكن أخرى حيث تتغير الرواسب أفقيا من بيئات بحرية ضحلة فتاتية إلى بيئات بحرية ضحلة جيرية.

English Abstract

Exhumed earliest syn-rift deposits are rare and consequently understanding facies distribution, stratal architecture, reservoir connectivity, controls on stratigraphic development and reservoir quality assessment of these systems are poorly understood. The outcrops of the early Oligocene to early Miocene Al Wajh Formation in the Red Sea region of Saudi Arabia provide an opportunity to investigate the depositional architecture and reservoir potential of an early rift alluvial to fluvial system. This research has employed high resolution satellite imageries and 3D digital outcrop models, detailed sedimentary logging, thin-section petrography, QEMSCAN, XRD, and SEM-EDS analyses. Eleven lithofacies (clast-supported structureless conglomerates (F1), matrix-supported structureless conglomerates (F2), graded conglomerates (F3), cross-bedded conglomerates (F4) and parallel stratified conglomerates (F5), structureless sandstone (F6), graded sandstone (F7), parallel laminated sandstone (F8), cross-bedded sandstone (F9) lithofacies, structureless mudstone (F10) and laminated mudstone (F11)) and four facies associations (i.e., alluvial fan facies association (FA1), braided fluvial fan facies association (FA2), floodplain facies association (FA3) and shoreface/ delta front facies association (FA4)) are identified in pure siliciclastic deposits of Al Wajh Formation in four subbasins (Maqna 1-and 2, Sukk and Ifal), suggesting deposition in an alluvial-braided fluvial fan-nearshore depositional systems. Distribution of facies associations, relative reduction in the clast diameter, and general southward paleoflow direction suggest that the northern subbasins represent the proximal settings and southern subbasins represent medial (Maqna-1 subbasin) and distal settings (Maqna-2 subbasin) of two large alluvial-braided fluvial fan systems that existed in the Midyan Basin. Three major facies associations (i.e., siliciclastic-rich, mixed siliciclastic-carbonate and carbonate-rich facies association) were identified for mixed siliciclastic-carbonate interval representing the transitional contact between Al Wajh and Musayr formations. These facies associations correspond to a basinward shift from mainly continental alluvial fans, braided streams and shallow marine deltaic deposits into an open marine carbonate ramp. Reservoir quality assessment showed that the sandstone beds (m scale) of braided fluvial fan environment represent excellent reservoirs due to their substantial thickness (m scale at least), significant spatial connectivity (10s of m), coarse-grained nature, better sorting, less detrital clay matrix content, higher porosity (average porosity: 23.2 %) and permeability (average permeability = 1884 md). Diagenetic characterization of sandstones showed that the reservoir quality is mainly controlled by depositional characteristics and, to lesser degree, diagenetic processes. Clay matrix content (10 to 20 %) has been found to have adverse effect on lowering the initial porosity and permeability to less than 10 % and 10 mD, respectively. Mechanical compaction and grain dissolution have drastically affected the reservoir quality of the sandstones. Secondary porosity (up to 13.5 %) is formed mainly due to feldspar dissolution. Kaolinite is the principal authigenic clay in the continental sandstones, whereas grain replacive smectite was the main authigenic clay in the shallow marine sandstones. Detrital smectite is found as grain-coating clay that was mainly added into the system through mechanical infiltration and has the potential of preventing quartz cementation during deeper burial. Petrographic and petrophysical analyses of mixed siliciclastic-carbonate (average porosity = 7%; average permeability = 109 md) and carbonate (average porosity = 15%; average permeability = 46 md) deposits representing the transitional nature of contact suggest that permeability and porosity difference within these facies are mainly governed by the textural and diagenetic alterations. Outcrop-based permeability correlation divided these deposits into reservoir (excellent or good) and non-reservoir (baffles or barriers) elements. Relatively thick (tens of meters) and laterally continuous (hundreds of meters) siliciclastic deposits make exceptional reservoirs in comparison to the thinner (1–2 m) mixed siliciclastic-carbonate and carbonate beds, which may behave as baffles and barriers. The reservoir-seal configuration emphasizes the capacity of stratigraphic trap formation in the subsurface not only in the Midyan Basin but also in the comparable settings elsewhere, where continental to shallow marine siliciclastic deposits laterally transition into shallow marine carbonates.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Earth Sciences Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Al-Ramadan, Khalid Abdulsamad
Committee Members:	Humphrey, John Dean and Soupios, Panteleimon and Olariu, Cornel
Depositing User:	MUHAMMAD N BUTT (g201407400)
Date Deposited:	01 Jan 2023 06:49
Last Modified:	01 Jan 2023 06:49
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142292