ベンドアーチ - フォートワースベイスン

ベンドアーチ・フォートワース盆地州
国	アメリカ合衆国
地域	北中部テキサス
オフショア/オンショア	陸上
オペレーター	デボン・エナジー、チェサピーク・エナジー、EOGリソーシズ、 オービンティブ、レンジ・リソーシズ、コノコフィリップス、エクソンモービル
フィールド履歴
発見	1900年代
生産開始	1917
生産のピーク	1960年代
生産
現在のガス生産量	200 × 10 6 立方フィート/日 (5.7 × 10 6 立方メートル/日) (2002)^^
フォーメーションの作成	バーネット頁岩、ペンシルベニア紀、ペルム紀

ベンドアーチ・フォートワース盆地地域は、主にテキサス州北中部とオクラホマ州南西部に位置する主要な石油生産地質システムです。米国地質調査所(USGS)によって正式に地域 045 に指定され、バーネット・古生代全石油システム (TPS) に分類されています。

045 地区の石油とガスは、オルドビス紀からペルム紀までの炭酸塩岩と砕屑岩の貯留層から産出されます。1995 年のUSGS による未発見で技術的に回収可能な石油とガスの評価では、045 地区に 6 つの従来型鉱床が特定され、表 1 に一覧表示されています。^[1]連続した非従来型鉱床である「ミシシッピアン バーネット シェール」(4503) も検討対象となりました。従来型鉱区の未発見資源の累計平均は、石油3億8,100万バレル（ 60.6 × 10 ⁶  m ^{3 ）、}天然ガス液1億360万バレル（16.47 × 10 ⁶  m ³）、随伴ガス4,790億立方フィート（13.6 × 10 ⁹  m ³）、非随伴ガス1,0290億立方フィート（29.1 × 10 ⁹  m ³）であった。 ^^^^

注:
1. 評価単位番号は地層単位の時間範囲も示します。

米国地質調査所による、州045内の未発見の従来型の石油とガス、および未発見の連続（非従来型）ガスの評価の結果、未発見の天然ガスの平均推定値は26.7兆立方フィート（760 × 10 ⁹  m ³）（Tcf）、未発見の石油の平均推定値は9850万バレル（15.66 × 10 ⁶  m ³）、未発見の天然ガス液の平均推定値は11億バレル（170 × 10 ⁶  m ³）でした。未発見のガス資源のほぼすべて (98%、2.62 × 10 ¹³立方フィートまたは7.4 × 10 ¹¹ m ³ )は、3 つのミシシッピ紀バーネット シェール評価ユニット (AU) のうち 2 つの地層、グレーター ニューアーク イースト フラック バリア連続バーネット シェール ガス AU と拡張連続バーネット シェール ガス AU (合わせて2.62 × 10 ¹³立方フィート) に閉じ込められた非関連ガスの連続集積であると考えられています。州内の残りの未発見のガス資源 4670 億立方フィート (13.2 × 10 ⁹  m ^{3 ) は、従来の非随伴ガス集積}(3586 × 8 ⁹億立方フィートまたは1.015 × 10 ¹⁰ m ³ )と従来の石油集積内の随伴/溶解ガス ( 1084 × 10 ⁸億立方フィートまたは3.07 × 10 ⁹ m ³ )です。バーネット-パレオゾイック TPS には、平均 4092 億立方フィート (11.59 × 10 ⁹  m ³ ) の従来型ガス (未発見の従来型ガス全体の約 88%) と、約 6460 万バレル (10.27 × 10 ⁶  m ³ ) の従来型石油 (州 045 内の未発見石油全体の約 65%) が含まれると推定されています。 ^^^^^^

連続型集積には、破砕頁岩および破砕石灰岩の石油とガス、盆地中心ガス、炭層ガス、タイト貯留層ガスが含まれます。これらは通常、広い範囲を覆い、これらの非従来型貯留岩と密接に関連する根源岩を持ち、その範囲全体にガス（場合によっては石油）が充填されています。^[2]連続集積には、より従来型の集積へと移行する遷移帯が一般的にあります。^[3]

フォートワース盆地とベンド・アーチは、 54,000平方マイル (140,000 km ² )の面積を占める北中部テキサス州内に完全に位置しています。南と東の境界は、ウォシタ構造前面に概ね沿う郡境で定義されていますが、この構造的特徴のかなりの部分はダラスの近くに含まれています。北の境界は、東部ではテキサス州とオクラホマ州の州境に沿うもので、州にはシャーマン盆地とミュンスター・アーチの一部が含まれます。西部では、北の境界はオクラホマ州の南西部 3 郡 (ハーモン郡、ジャクソン郡、ティルマン郡) の北東の郡境に沿うもので、ウィチタ山脈の南側とホリス盆地が含まれます。西部の境界は、パーミアン盆地との接合部を定義する郡境に沿って南北に伸びており、パーミアン盆地の東棚の一部は州 045 にあります。

主要な構造的特徴としては、北のミュンスター・アーチとレッド・リバー・アーチ、および州045の中央部に沿ったベンド・アーチとランパサス・アーチがある。東部には、イースタン・シェルフとコンチョ・アーチを含む地域があり、総称してコンチョ・プラットフォームと呼ばれている。ミネラル・ウェルズ断層は、パロ・ピント、パーカー、ワイズ、デントンの各郡を北東から南西に走り、ニューアーク・イースト断層系と合流する。断層系はニューアーク・イースト・フィールド（NE-F）を二分し、バーネット・シェール・ガス貯留層の生産量の少ない地域を作り出している。州南部の基盤岩と下部古生代岩を切断するいくつかの断層は、オルドビス紀エレンバーガー・グループの地層レベルで特定されている。これらの断層と関連構造は、ラノ隆起とフォートワース盆地の発達中に形成され、ミズーリ紀初期までに断層活動は終了した。^[4]

フォートワース盆地とベンドアーチ構造の進化は、埋没史と炭化水素生成を理解する上で極めて重要である。非対称のくさび形のフォートワース盆地は、ミュンスターアーチとウォシタ構造帯に隣接する最北東部に約12,000フィート（3,700メートル）の地層が保存されている、周辺の古生代 の前地盆地である。この盆地は、前進するウォシタ構造帯が北アメリカの縁辺に押し出された際に形成された、ブラックウォリアー盆地、アルコマ盆地、バルベルデ盆地、マーファ盆地などのウォシタ構造帯の他の盆地に似ている。この押し出しは、古生代後期のプレート収束期に発生した。^[4]

ベンド アーチは、ラノ隆起から北に伸びています。これは、地下の広い、北に傾斜した正の構造です。このアーチは、ミシシッピ紀後期のウォシタ構造帯の発達の初期段階でフォート ワース盆地が沈下し、ミッドランド盆地を形成した後期古生代に西に傾いたために、東側が下方に反り返ってヒンジ ラインとして形成されました。ベンド アーチの構造史については意見が分かれています。フリッペン (1982) は、これが支点として機能し、屈曲部および構造上の高所であり、この地域で発生した隆起はわずかで、バーネットの上に直接堆積したチェスター時代の石灰岩に浸食面を形成したと示唆しました。対照的に、クラウドとバーンズ (1942) は、中期オルドビス紀から初期ペンシルベニア紀にかけてのベンド屈曲部の周期的な上方反りが、いくつかの不整合をもたらしたと示唆しました。レッドリバーアーチとミュンスターアーチもミシシッピ紀後期からペンシルベニア紀初期にかけて主要な構造物となった。^[4]

オルドビス紀とミシシッピ紀の層からの炭化水素の生産は主に炭酸塩貯留層からであるのに対し、ペンシルベニア紀から前期ペルム紀のウルフキャンプの生産は主に砕屑岩貯留層からである。フォートワース盆地の堆積層は先カンブリア時代の花崗岩と閃緑岩で覆われている。カンブリア紀の岩石には花崗岩礫岩、砂岩、頁岩が含まれ、その上に海洋炭酸塩岩と頁岩が覆っている。カンブリア紀の岩石からの生産は報告されていない。シルル紀、デボン紀、ジュラ紀、三畳紀の岩石はフォートワース盆地には存在しない。^[4]

カンブリア紀からミシシッピ紀にかけて、フォートワース盆地地域は安定したクラトン棚の一部であり、堆積物は炭酸塩岩が優勢であった。エレンブルガー群の炭酸塩岩は、前期オルドビス紀にテキサス州の大部分と北アメリカ中央部を覆った広範な海面炭酸塩プラットフォームである。後期オルドビス紀から初期ペンシルベニア紀の間のいつかの時期の海面の顕著な低下は、おそらく広範な中期北アメリカ、中期石炭紀の不整合に関連しており、プラットフォームの長期にわたる露出をもたらした。この浸食イベントにより、存在していた可能性のあるシルル紀とデボン紀の岩石がすべて除去された。 ^[5]バーネット頁岩は、結果として生じた不整合の上に堆積した。バーネット頁岩を構成する陸源物質の起源は、ウォシタ衝上断層シートと、ミュンスターアーチなどの古い構造物の再活性化であった。バーネット後の堆積は、非常に硬く密度の高い一連の石灰岩が堆積したため、中断することなく続いた。これらの石灰岩は、しばしばその上にあるマーブルフォールズ層（ペンシルベニア紀初期）の下部と混同されており、正式に命名されたことはないが、文献では「フォレストバーグ層」として広く言及されている。^[6]下にあるバーネット層は一般に後期ミシシッピ紀チェスター層と推定されているため、その上にあるフォレストバーグ層は非公式に「チェスター石灰岩」と呼ばれることがある。

沈降するオクラホマ南部オーラコゲンから南西に広がる浅い後期ミシシッピ紀の海は、不均一な前期古生代の表面を覆い、ほぼ即座にサンゴ礁を形成する有機コミュニティの成長を開始した。ボーリングによって基部が貫通されたミシシッピ紀のサンゴ礁複合体はすべて、例外なく、その下にあるオルドビス紀の岩石の上に直接載っていることがわかった。しかし、サンゴ礁の成長はバーネット頁岩の堆積と同時に始まったが、サンゴ礁はバーネット時代の終わりまで生き残らなかった。既知のチャペルサンゴ礁はすべて、アトカン以前の侵食によって非常に深く破壊されたクレイ郡中央部のごく少数を除いて、典型的なバーネット頁岩相に直に覆われている。サンゴ礁複合体は、サンゴ礁コア、サンゴ礁側面、サンゴ礁間領域の 3 つの構成相に細分できる。リーフ コアは、石油やガスの地層トラップとして機能するほど多孔質で、フォート ワース盆地の北部で 75 年間にわたって優れた生産をもたらしてきました。チャペルの堆積物は「尖峰リーフ」と呼ばれることがよくありますが、これは誤った呼び方です。誇張された垂直スケールの断面では尖峰のように見えるかもしれませんが (上記の断面 AA′ と BB′ を参照)、実際には、目玉焼きのフライド チキン エッグとほぼ同じ高さ/幅のアスペクト比を持っています。リーフ コアは、もちろん卵の黄身で表され、リーフの側面の破片は卵の白身で表されます。リーフ間の相は、黒色の石灰質の瀝青質頁岩で表されます。ジャック郡で発生する場所では、通常 30 ～ 40 フィート (9 ～ 12 メートル) の厚さがあり、バーネットの石灰質基底頁岩層と同義です。その結果、バーネットの下部層に方解石がどの程度浸透しているかによって、特定のボーリング孔と近くの岩礁群の近さを定性的に推定することができる。^[7]

バーネットに似た起源を持つ砕屑岩は、ベンドアーチ-フォートワース盆地の地層セクションのペンシルベニア紀部分を支配しています。ペンシルベニア紀の間に盆地が徐々に沈下するにつれて、西部盆地ヒンジラインと炭酸塩棚は西に移動し続けました。アトカ層、ストローン層、キャニオン層の厚い盆地砕屑岩の堆積はこの時期に起こりました。 ^{[8]これらの中期および後期ペンシルベニア紀の岩石は、ほとんどが砂岩と礫岩で構成され、}石灰岩層は少なく、より薄いです。

炭化水素層は、19世紀半ばに水井戸を掘削しているときに、045州で初めて発見されました。南北戦争後に散発的な探査が始まり、最初の商業用石油が発見されたのは1900年代初頭でした。^[1] 1917年、レンジャー油田の発見は、テキサス州で最大の探査および開発「ブーム」の1つを引き起こしました。レンジャー油田は、バーネット層の真上にある砂岩礫岩貯留層であるアトカベンド層から産出しています。オペレーターは、レンジャーの成功を再現しようと、フォートワース盆地内および周辺で1,000を超える野外掘削を行いました。これらの野外掘削の努力により、ストローン河川/デルタ砂岩、マーブルフォールズ炭酸塩バンク石灰岩、バーネット珪質頁岩、および時折上部エレンブルガードロマイト石灰岩を含む多数の他の貯留層からのより多くの油田と生産が発見されました。 1960 年までに、この州は探査と開発の成熟段階に達し、そのことは、油井の高密度と分布、そして生産井の分布からも明らかです。商業用炭化水素の大部分は、ペンシルバニア州の油層にある石油です。

州 045 は、1973 年のOPEC 石油禁輸後に始まった国内掘削の復活の中で、最も活発な掘削地域の一つです。完成した井戸と掘削された距離の点で最も活発な 10 州のリストに常に登場しています。1974 年から 1980 年にかけて、この地域では 9,100 を超える油井と 4,520 を超えるガス井が掘削され、完成しました。

1995年のUSGS評価以前の045州の従来型貯留層からの累計生産量は、石油20億バレル（320 × 10 ⁶  m ^{3 ）、ガス7.8兆立方フィート（220} × 10 ⁹  m ³）、天然ガス液5億バレル（79 × 10 ⁶  m ³）であった。2002年上半期のバーネットシェールからの累計ガス生産量は940億立方フィート（2.7 × 10 ⁹  m ³）であった。^{[9] 2002年の年間生産量は2000億立方フィート（5.7} × 10 ⁹  m ³ ）と推定された。 ^^^^^

ベンド・アーチ・フォートワース盆地の主な根源岩は、ミシシッピ紀チェスター期のバーネット頁岩で、おそらくその上にあるチェスター紀フォレストバーグ層も含まれる。バーネットは一般に、異常に高いガンマ線ログ応答を示す。二次的に重要な他の潜在的な根源岩は、ペンシルベニア紀初期で、マーブルフォールズ石灰岩内の暗色の細粒炭酸塩岩と頁岩ユニット、およびスミスウィック/アトカ頁岩の黒色頁岩相を含む。^{[10]バーネット頁岩は北中部テキサスの大部分に堆積したが、堆積後の}浸食により、現在バーネットの分布は州 045 に限定されている。^[11]バーネット/フォレストバーグチェスター紀の区間は、ミュンスター・アーチの南西側面に沿って 1,000 フィート (300 m) 以上の厚さである。^[12]北はレッド川・エレクトラ・アーチとミュンスター・アーチに沿った地域、南は露出しているラノ隆起、そしてバーネットがイースタンシェルフ・コンチョ・プラットフォームに打ち寄せる州の最東端の地域で侵食されています。

バーネット頁岩の平均全有機炭素（TOC）含有量は約4％で、フォートワース盆地の南側にあるラノ隆起に沿った露頭のサンプルではTOCが12％にも達します。^[13]これは、米国の他の場所で発見された他のデボン紀-ミシシッピ紀の黒色頁岩（ウッドフォード層、バッケン層、ニューアルバニー層、チャタヌーガ層など）と同様の地球化学的特徴を持っています。これらの黒色頁岩はすべて、TOC 1グラムあたり炭化水素350ミリグラムを超える水素指数に基づくと、油になりやすい有機物（タイプIIケロジェン）を含み、同様のタイプの高品質石油（低硫黄、> 30 API比重）を生成します。ケロジェンのクラッキング分解はバーネット頁岩からの石油とガスの供給源ですが、ニューアークイーストフィールドのガスの主な供給源は石油とビチューメンのクラッキングです。^[14]

バーネット頁岩の熟成度は低く、ビトリナイト反射率 (Ro) は 0.6～0.7% と推定され、ブラウン郡 ではAPI 比重38° の石油が産出されます。シャッケルフォード郡、スロックモートン郡、キャラハン郡、およびモンタギュー郡で見つかった石油は、石油生成帯 (石油ウィンドウ) の熱熟成度 (≈0.9% Ro) の中央にあるバーネット頁岩から産出されます。コンデンセートはワイズ郡のガス生産と関連していますが、バーネットの根源岩の熟成度は通常 1.1% Ro 以上です。湿性ガス生成帯は1.1～1.4% Ro の範囲ですが、乾性ガス生成の主要帯 (メインガスウィンドウ) は 1.4% の Ro から始まります。

バーネット シェールの熱熟成度は、TOC および Rock-Eval (Tmax) 測定から導き出すこともできます。Tmax は、高熟成度のケロジェンの場合、熱分解ピーク収率とピーク形状が悪いため、あまり信頼できませんが、ケロジェン変換の程度は利用できます。たとえば、4.5% TOC および水素指数 100 未満のバーネット シェールは、湿性または乾燥ガス ウィンドウにあり、同等の Ro 値は 1.1% TOC を超えています。対照的に、ランプアサス郡の露頭からの低熟成度のバーネット シェールは、初期の TOC 値が平均約 12% で、炭化水素ポテンシャルは平均 9.85 体積% です。バーネット シェールの適切な平均値は、ブラウン郡のミッチャム #1 井戸から得られ、TOC は 4.2%、炭化水素ポテンシャルは 3.37 体積% です。これらのデータから、未成熟段階からガス生成ウィンドウまでの成熟中に TOC 値が 36% 減少すると判断できます。ニューアーク イースト ガス生産地域の TP Simms 油井のサンプルの平均 TOC 値は 4.5% ですが、有機物の 90% 以上が炭化水素に変換されています。したがって、元の TOC は約 7.0% で、初期の推定潜在容量は 5.64% でした。生成された石油は、西側や北側のように浅い (またはより深い) 層に排出されるか、測定されたビトリナイト反射率が 1.1% Ro を超える場所ではガスに分解されます。

バーネット頁岩は、そのほとんどの領域で炭化水素生成に適した熱的成熟度を備えています。バーネットの根源岩は現在、州の北部と西部に沿った石油生成ウィンドウ内にあり、バーネット-古生代TPSの東半分ではガスウィンドウ内にあります。バーネットからの高品質石油の噴出は断続的で、低い熱的成熟度（Ro = 0.6%）で始まりました。ワイズ郡とジャック郡の32の石油を分析し、生成根源岩の特性を判定しました。API比重と硫黄含有量は、高解像度ガスクロマトグラフィー（GC）とガスクロマトグラフィー質量分析（GCMS）分析で統合されました。石油のAPI比重は35°～62°で、硫黄含有量は低く（<0.2%）、これは高熱的成熟度の石油の特徴です。GCMS分析からのバイオマーカーは、ステラン分布とジアステランの存在に基づいて、石油が海洋頁岩から供給されたことを示しています。飽和炭化水素と芳香族炭化水素の炭素同位体分析は、炭化水素が単一の発生源から生成されたことを裏付けています。破砕されたバーネット シェールの主なガス生産地域では、ガス生成ウィンドウはウォシタ断層前面とほぼ平行な傾向にあります。Jarvie (2001) は、バーネット ガスの英国熱量単位(BTU) 含有量が Ro レベルに正比例すると報告しました。

貯留岩には、オルドビス紀からペルム紀前期までの砕屑岩と炭酸塩岩が含まれます。従来型の貯留層からの生産のほとんどはペンシルバニア紀の岩石から行われ、非従来型の集積物からの生産が認められているのは、ミシシッピ紀の破砕されたバーネット頁岩とペンシルバニア紀前期 (モロワン) の破砕されたマーブルフォールズ石灰岩のみです。ペンシルバニア紀ベンドグループの礫岩は、ブーンズビルベンドフィールドの主な生産貯留層であり、2001年までの累計生産量は3兆立方フィート (85 × 10 ⁹  m ³ ) を超えています。バーネット頁岩を源とする石油は、バーネット頁岩、キャド層、キャニオングループ、マーブルフォールズ層、チャッペル石灰岩、ベンドグループ、エレンバーガーグループなど、ベンドアーチ-フォートワース盆地の多数の貯留岩から生産されています。 ^

バーネット-パレオゾイックTPSのシールロックは、主に頁岩と高密度で透水性の低い炭酸塩岩で、地域規模と局所規模の両方で分布しています。これらの地層は、密で水に濡れていない地域ではシールロックとは見なされませんが、水圧破砕を制限する障壁（フラッキングバリア）として機能し、坑井刺激中に地層圧力を維持するのに役立ちます。^[15]

従来の炭化水素集積のトラップは、炭酸塩岩貯留層ではほとんどが地層学的であり、砕屑岩貯留層では構造的および地層学的である。炭酸塩岩の地層学的トラップは、岩相と堆積地形、浸食、岩相の上方ピンチアウト、および続成作用によって制御された浸透性と多孔性が向上したゾーンの組み合わせによって生じる。炭酸塩岩の地層学的トラップの良い例は、チャッペル石灰岩のピナクルリーフトラップで、ここでは局所的な多孔質のグレインストーンとパックストーンが、浸食されたエレンブルガーグループの孤立した堆積物またはリーフクラスターに限定されています。チャッペルのピナクルリーフは、上にあるバーネット頁岩に覆われ、密閉されています。ペンシルバニア紀アトカ砂岩と礫岩の地層学的トラップは、主に岩相の変化または浸食による切断に関連するピンチアウトです。

州の北部と西部にあるバーネット シェールからは、少量ですが高品質の石油 (API 比重 35～40°、低硫黄) が産出されます。バーネット シェールは熱熟成度が低い (Ro ≈ 0.6%) ためです。同様の品質の石油 (API 比重 40～50°) とガスに関連する凝縮物は、バーネットの熱熟成度が高いワイズ郡で産出されます。ガスは、水圧破砕された黒色珪質シェールから産出されます。NE -F からのガスの発熱量は、通常 1,050～1,300 BTU の範囲です。^[16]バーネットの主な産出相は、黒色で有機物に富んだ珪質頁岩で、平均組成は石英45%、粘土（主にイライト/スメクタイトとイライト） 27% 、炭酸塩（方解石、ドロマイト、シデライト）10%、長石5%、黄鉄鉱5% 、TOC5%です。^[17]産出部分の平均多孔度は約6%で、マトリックスの浸透性はナノダルシーで測定されます。^[18]

バーネット頁岩連続堆積層については、それぞれ地質学的および生産特性が異なる 3 つの評価単位が提案されています。

1. バーネットが珪質で厚く、ガス生成ウィンドウ内にあり、わずかに過剰圧力がかかっており、密でタイトな上部のフォレストバーグ石灰岩と、その下のビオラ石灰岩とシンプソングループによってフラッキングバリアとして囲まれているNE-Fガスの「スイートスポット」。
2. バーネットがガス発生範囲内にあるが、下層が多孔質のエレンバーガーであり、その上にあるマーブルフォールズ石灰岩の障壁が存在しない可能性がある周辺地域。
3. 潜在性が低い地域で、上部および下部の障壁が存在しない可能性があり、生産には破砕されたバーネット頁岩からの石油とガスが含まれます。

ランカスターは、バーネット頁岩の珪質の性質と、それが北東-南東の断層における亀裂の拡大と関係していることに注目した。^[19]また、バーネット頁岩のサブクロップであるエレンブルガーグループの炭酸塩岩を含む第2の評価ユニットは、複数の事業者によってテストされている。ユニットの資源の潜在性は、ガス回収のための最適な完了技術を決定するために、方向性井戸とさまざまな完了方法による現在のテスト結果によって導かれる。^[15]

歴史的に、NE-F の Barnett ガス井戸の推定最終回収量 (EUR) は、次のように時間とともに増加しました。

1. 1990年以前には3億～5億立方フィート（8.5 × 10 ⁶～ 1.4 × 10 ⁷ m ³）のガスが存在した。
2. 1990年から1997年の間に6億から10億立方フィート（1.7×10 ⁷から2.8×10 ⁷ m ³）のガス
3. 1998年から2000年の間に8億～12億立方フィート（2.3×10 ⁷～3.4×10 ⁷ m ³）のガスが生産されました。

2002年、デボン・エナジーは、ニューアーク・イースト・バーネットのガス井の平均EURは12億5千万立方フィート（35 × 10 ⁶  m ³）であると報告した。バーネットの井戸のEURが徐々に増加しているのは、バーネットの連続ガス田開発を導く地質学的および工学的概念の改善の結果である。さらに、生産開始から約5年後に井戸を再完成させると、通常、EURに7億5千9百万立方フィート（21.5 × 10 ⁶  m ³）が追加される。^[15]^^

• 東テキサス油田
• バーネットシェール

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