アルコマ盆地

アルコマ盆地は、アーカンソー州中央西部からオクラホマ州南東部にかけて広がる周辺の前地盆地です。盆地は、北はオザーク隆起とオクラホマ台地、南はウォシタ山脈の間に位置し、面積は約33,800平方マイルです^。盆地の南端には、チョクトー断層​​が山脈と盆地を分ける境界となっています。この盆地は、ウォシタ山脈とアパラチア山脈の前面にある7つの盆地のうちの1つです。^[1]この盆地は、天然ガスの生産量ではオクラホマ州で4番目に大きい盆地です。石油は地元で採掘されていますが、商業規模ではありません。石炭は、盆地内で商業的に使用された最初の天然資源です。20世紀初頭の炭層の表面マッピングにより、天然ガスの存在を示す地下の特徴が発見されました。アーカンソー州マンスフィールドは1902年に初めて天然ガスが発見された場所でした。^[2]

アルコマ盆地が位置する地域は、カンブリア紀初期に地溝の形成が始まった。この地溝の形成により、デボン紀後期まで続いた深海盆が形成された。専門家は、海盆がいつ閉鎖し始めたかを正確に特定することはできないが、デボン紀後期から石炭紀初期頃に盆地の閉鎖が始まったと推測できる。ペンシルバニア紀初期における沈み込みとそれに続く付加体の形成により、盆地全体で正断層運動が起こった。アトカン期後期までには、沈み込み複合体が地層に対して北向きに押されたため、前地型の衝上断層運動が優勢になった。その結果、ウォシタ山脈の前面衝上断層帯に沿って隆起が起こり、前地盆地の形成が完了した。^[3]このため、ウォシタ山脈の北面の南端に向かうにつれて、盆地の変形特徴がより顕著になる。

先カンブリア代の花崗岩は、アルコマ層の基盤岩として機能しています。古生代前期に存在した海洋盆地は、基盤岩の上に少量の石灰岩と石英質砂岩および層状チャートを含む深海頁岩で示されます。これらの層は、まとめて「ウォシタ相」と呼ばれています。 ^[4]ミシシッピ紀から初期アトカンの地層は、浅い海洋環境を示しています。中期アトカンは主に深海の砕屑層で構成され、盆地のヒンジラインの南側と構造帯に限定されています。レッドオーク砂岩は、これらの貯留層の中で最もよく研​​究されています。最も新しいグループ（デスモイン紀と上部アトカン）は、主に河川デルタ堆積物（例：ハーツホーン層）で構成され、その一部は大きな潮汐の影響を示しています（例：ブーチ砂岩）。^{[5] [6]}ポストアトカン地層は、前地盆地の堆積作用の最終段階で堆積した頁岩、砂岩、石炭層である。これらの地層は南に向かって厚くなるが、正断層を横切って急激に厚くなることはなく、シンデ^[7]の位置的断層運動が停止したことを示している。

地層の記録では、 4 つの主要な侵食不整合が観察されています。オクラホマ州に存在する地層は、アーカンソー州に存在するものとは大きく異なります。盆地の東部と西部では、下部アトカン砂岩とウッドフォード/フェイエットビル頁岩が観察されます。

アルコマ盆地には、盆地が沈降（ペンシルバニア紀）し、オザーク隆起が起こった際に張力によって生じたブロック断層がある。^[1]これらの断層は、そのほとんどが南向きに傾斜しており、断層を挟んだ地層が著しく厚くなったことからわかるように、アトカン層下部から中部の堆積期に活動していた。^[4]この特徴は、盆地の北部でより一般的である。

これは、圧縮テクトニクスと北向きの逆断層運動の結果として、盆地の南部に存在しています。^[5]アルコマ盆地内では、狭い背斜で区切られた広い向斜が盆地の表面を支配しています。リストリック逆断層は、褶曲部分の多くを覆っており、多くの背斜の頂上に沿って地表に向かって傾斜していることが知られています。^[4]これらの圧縮特性は、ワシタ隆起の直接的な結果です。

石炭は 1879 年に発見された最初の炭化水素でした。天然ガスの需要が広がるまで、石炭は盆地から採掘される主要な天然資源でした。石炭層は、デスモイン紀の堆積物のハーツホーン砂岩の上にあります。アーコマ盆地の石炭層の地表探査により、閉じた背斜を示す地図が提供され、探鉱者が石油とガスを掘削するようになりました。^[1]ガスは、1902 年 3 月にアーカンソー州セバスチャン郡で初めて発見されました。^[1]オクラホマで掘削された最初のガス商業井戸は 1910 年に完成しました。^[5]アーカンソー州とオクラホマ州の両方で、天然資源はデボン紀から石炭紀の岩石から生産されています。アトカ砂岩は、盆地のオクラホマ州とアーカンソー州の両方で継続的に見ることができます。ガスの形成は、逆断層の前に起こったと考えられています。^[2]

アルコマ盆地の地層は、ビトリナイト反射率 (R _o ) 値からもわかるように、熱熟成度が高いことが分かります。この値は、盆地内で西から東に行くほど高くなります。^[2]引用文献では、レッドオークガス田の岩石は R _o値が 3.0% で、熟成が進んでいると考えられます。しかし、この地域ではガスの生産が盛んです。

ウッドフォード/チャタヌーガ頁岩は、中期デボン紀から前期ミシシッピ紀にかけて堆積し、先ミシシッピ紀から前期ミシシッピ紀の岩石の主な根源岩である。ペンシルバニア紀の頁岩は、チャタヌーガ/ウッドフォード/カニー起源の炭化水素の影響をいくらか受けたペンシルバニア紀の貯留層を源としている。^[8]この層の石油生成は、モロワン期（3億2000万～3億年）に盆地中央で始まった。この期間中、盆地中央では堆積速度が増加し、有機物が深く埋没した。その結果、盆地の地層は高い熱熟成度を示している。盆地中央の炭化水素は、乾燥ガスの特徴であるタイプIIIケロジェンに分類される。盆地の北/北西の角には、石油と湿潤ガスを生産するタイプIIケロジェンがあることが観察されている。ミシシッピ紀にガス生成が遅れた後、堆積の減少を伴う4つの主要な浸食イベントが発生した。盆地にあった石油は1000万～3000万年前にガスに変化しました。^[8]盆地の歴史を通じて起こった侵食は盆地の北部/北西部にさらに大きな影響を及ぼし、炭化水素がガスウィンドウの下限に留まる原因となっています。

盆地の貯留岩には、さまざまな砂岩と炭酸塩岩が含まれています。スピロ砂岩より上の貯留岩はすべて、岩石質または亜岩質の砂岩で、その部分には炭酸塩岩は存在しません。古い地層では、貯留岩は石英質砂岩（スピロ、クロムウェル、シンプソン）または石灰岩/ドロストーン（ワパナッカ、ミシシッピアン、ハントン、アーバックル）のいずれかです。^[9]

2010年のUSGSの研究では、ウッドフォード/チャタヌーガ頁岩内の貯留層の可能性を評価しました。この研究では、デボン紀-ミシシッピ紀の岩石内に26兆立方フィートの液化天然ガスが存在するとされています^。 [ ^10]

最初の炭層メタン（CBM）井は、1998年に水平掘削で掘削されました。^[5]これにより、盆地内でのガス抽出に対する新たな関心が高まりました。炭層メタン井と水平井への転換は短期間しか続かず、2005年にピークに達しました。 ^[5]その後、これらの技術の追求はほぼ消滅しました。

レッドオークガス田は、オクラホマ州ラティマー郡レッドオークの町の北と北東のブラジル背斜の軸上にあります。^[11]北端に沿って位置する南傾斜のサンボイス断層は、このガス田に関連する2番目の地域構造です。この正断層に関連する変位のほとんどは、スピロ砂岩とファンショー砂岩の間にあるアトカ層の堆積中に発生しました。これは、断層に沿ったその部分の成長によって示されています。^[2]このガス田は、深海相が沈み込みによって消費されなかった盆地の中心に位置しています。レッドオークガス田は、アルコマ盆地内で最大のガス田であり、オクラホマ州で4番目に大きいガス田です。最初の井戸は、ハーツホーン層をターゲットにして1912年に合計深さ1,500で掘削されました。^[2] 1959年より前には、1,000フィートから1,500フィートの浅い井戸が掘削されました。 1959年5月、ミッドウェスト石油会社は第1オールを掘削し、後にレッドオーク砂岩と呼ばれるようになった地域を掘削した。第1オールは11,510フィートを超えて掘削を続け、スピロ砂岩に到達した。^[9] 2年以内に25の開発井が完成し、パイプラインがまだ敷設されていなかったためすべての井が閉鎖されていたにもかかわらず、最終的なガス回収量はすでに1.1 tcf以上と推定されていた。推定埋蔵量のうち、938 bcfはレッドオーク砂岩に割り当てられ、182 bcfはスピロ砂岩に割り当てられていた。^[9]

レッドオークフィールドでの掘削により、アトカ層内の以下の生産性の高い砂岩を特定することができました：ファンショー、レッドオーク、パノラ、ブラジル、スピロ。しかし、スピロ、ハーツホーン、レッドオークの砂岩が最も重要です。^[9]

存在するトラップは、貯留層がブロック断層によって閉じ込められ、その後急速に若い地層によって覆われたため、地層学的であると思われます。