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Erdöl und Erdgasgeologie > Altklausurfragen > Flashcards

Altklausurfragen Flashcards

(149 cards)

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1
Q

Nennen Sie die Isotope des Kohlenstoffs, das Verhältnis der beiden Stabilen zu einander, die Halbwertszeit des Radioaktiven und sein Ausgangselement, sowie die Valenzelektronen des Kohlenstoffs. (4P)

A

11C (instabil) 12C (stabil), Protonen 6; Neutronen 6; Elektronen 6 13C (stabil), Protonen 6; Neutronen 7; Elektronen 6 14C (instabil), Protonen 6; Neutronen 8; Elektronen 6 99:1 (12C:C13) Halbwertszeit: 5700 Jahre Zerfällt zu 14N Valenzelektronen: 4

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2
Q

Was ist der kritische Punkt bei der Erdölbildung? (2P)

A

180°C

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3
Q

Wann gab es (ungefähr) die ersten: a) Bäume

b) Photosynthese
c) Einzeller,
d) Hartschalentiere (2P)

A

a) 350 Ma
b) 2500 Ma
c) 3500 Ma
d) 600 Ma

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4
Q

Welche Temperaturen, Drücke und Vitrinitreflexionen kennzeichnen Anfang und Ende des Erdölfensters? (3P)

A

Anfang:

T = 80°C

P = 2 km Überlagerungsdruck

V = 0,5

Ende:

T = 180°C

P = 5 km Überlagerungsdruck

V = 1,3

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5
Q

Welcher Naturstoff kommt nur in Pflanzen vor? (2P)

A

Lignin

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6
Q

Wann im Jahr wird das meiste OM abgelagert und wo gibt es diese jahreszeitliche Unterscheidung nicht? (2P)

A

Im Sommer Innerhalb der Wendekreise

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7
Q

Nennen Sie Arten der Kerogenanalyse/ -klassifizierung und ihre Vor- und Nachteile. Welche Verfahren eignen sich besonders zur Reifebestimmung? (5P)

A

Elementanalyse

Vorteile: Kerogen wird isoliert angeschaut

Nachteile: S-Gehalt kann nicht bestimmt werden, viel Aufwand,

Voraussetzung: Kerogentrennung und Herauslösen der Minerale

Rock-Eval-Pyrolyse

Vorteile: Bestimmung O-Gehalt, Thermische Reife Nachteile: Wassergehalt ist unbestimmt, Gesamte Probe wird angeschaut, anstatt nur Kerogen

Organische Petrologie

Vorteile: ob Probe Gas- oder Erdölbildner ist (Vitrinit=Gas, Liptinit=Öl), Herkunft durch vorhandene Mazerale eingrenzbar, Rückschlüsse auf O/C und H/C Verhältnisse

Nachteile:

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8
Q

Erklären Sie detailliert die Vorgehensweise der Rock-Eval-Pyrolyse. Wie werden die Peaks bestimmt, welcher Parameter bestimmt den O-Gehalt und welche die thermische Reife? (7P)

A

Gesteinspulver wird ohne Sauerstoff erhitzt Bei 300°C wird eine Probe drei Minuten lang erhitzt, um die meisten KW zu verdampfen -> Menge an ausgetretenen freie KW ist S1-Wert

Anschließend wird die Temperatur mit einer Heizrate von 25K/min auf 550°C erhöht wodurch Crack-Reaktionen stattfinden, die dann verdampfen -> Menge an ausgetretenen freie KW ist S2-Wert -> Temperatur, bei der die Menge der verdampften Stoffe am höchsten ist, ist Tmax

Der Ofen wird wieder abgekühlt -> Beim Durchfahren des Bereichs von 390-300°C wird CO2 frei -> Menge ist S3-Wert

O-Gehalt bestimmt durch OI-Parameter (S3/TOC) Thermische Reife: PI-Parameter (S1/(S1+S2))

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9
Q

Nennen Sie Orte hoher Bioproduktion an Land und zu Wasser. Wo entsteht mehr OM pro Quadratmeter? (4P)

A

An Land: Wälder Zu Wasser: Auftriebsgebiete Auf dem Land herrscht eine 3-4 Mal höhere Bioproduktion als im Wasser

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10
Q

Nennen Sie 7 Gase im tieferen Untergrund (Sedimentbecken), davon min. 4 KW und jeweils einen Entstehungsprozess. (6P)

A

Methan (CH4) -> Mikrobielle Bildung aus OM, v. a. bei T = 20-60°C möglich, bedingt auch durch Mantelentgasung und vulkanische Prozesse

Ethan (C2H6)

Propan (C3H8)

Butan (C4H10)

Alle entstehen durch thermische Degradation von OM, bei T = 130-280°C

Molekularer Stickstoff (N2) -> OM (Kerogen), ca. 1-2%N Buddingtonit und NH4-Illite Entsteht bei T > 200°C

Kohlenstoffdioxid (CO2) -> Lösung von Carbonaten (z.B. saures Milieu/ große Tiefen) Durch Methanogenese (C6H12O6 -> 3CH4 + 3CO2) Thermische Bildung aus OM meist bei T = 60-120°C Wichtiges vulkanisches Gas

Schwefelwasserstoff (H2S) -> Bakterielle Sulfatreaktion (SO4 + CH4 -> H2S + CO2), erfolgt bei T <= 100°C Thermische Sulfatreaktion (s.o.), erfolgt bei T >= 120°C und hat als Quelle Anhydrit (CaSO4) Kommt als Süß- und Sauergas vor (Sauergas hat höheren H2S-Gehalt)

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11
Q

Erläutern Sie 2 Arten von stratigraphische Fallen. (4P)

A

Vertonung: Sand geht lateral in Ton über Entstehung z.B. an Flüssen: Sand lagert sich eher in Flussnähe ab, weiter entfernt lagern sich zeitgleich Ton/ Silt ab Tonschicht grenzt an Sandschicht und somit entsteht eine Falle

Burried hills: Hartes Gestein (z.B. Granit) wird von Sedimentschichten überlagert und zerklüftet mit der Zeit, wenn Erdölmuttergestein darunter liegt, kann in diesem Burried Hill eine Lagerstätte entstehen, da die Sedimente (Ton) als Abdichtungsschicht fungieren

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12
Q

Definieren Sie Reserven und Ressourcen. Erklären Sie die statische Reichweite und zwei Gründe, warum sie nicht der Realität entspricht. Wie hoch ist die tägliche Erdölförderung und welches Land verbraucht 25% des weltweiten Öls? (4P)

A

Reserven sind Vorkommen, welche in der Gegenwart mit verfügbaren Techniken wirtschaftlich gefördert werden können und juristisch freigegeben sind.

Ressourcen sind bekannte Vorkommen welche zu Reserven zählen, aber auch solche, die in der Gegenwart nicht wirtschaftlich oder technisch gefördert werden können (oder juristisch nicht rechtlich freigegeben sind).

Die statische Reichweite wird aus dem heutigen Verbrauch/ Förderung und den heutigen Reserven berechnet. Allerdings werden fast täglich Ressourcen zu Reserven und vise versa, da sich die Marktpreise ändern, neue Techniken auf den Markt kommen und, wenn die Reserven/ Ressourcen knapp werden, kommt es zu neuen Explorationen, bei denen häufig neue Lagerstätten entdeckt werden.

80 Mio. Barrel/d

USA

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13
Q

Nennen Sie 3 Länder mit hoher Erdölförderung in Afrika. (3P)

A

Nigeria Angola Algerien

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14
Q

Nenne Sie zwei bedeutende spätpaleogene Sedimentbecken. (2P)

A

Südlicher Oberrheingraben

Alpines Molassebecken

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15
Q

Klassifizieren Sie Öle und nennen Sie die 2 Häufigsten. (7P)

A

Chemische Zusammensetzung

Viskosität

Dichte: schwer, leicht (API-Grad)

Schwefelgehalt: Süß (< 1%), Sauer (> 1%)

2 Häufigste:

  • parafinisch-Naphtenische Öle (Nordsee) Muttergestein:Marin, tonig
  • Aromatisch-intermediäre Öle (Arabische Plattform) Muttergestein: Karbonatisch
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16
Q

Wo wird terrestrisches organisches Material abgelagert und welche Kerogentypen erwarten Sie?

A

Moore

Typ III = Kohlen (alles terrestrische), O-reich, Gasbildner, aus höheren Landpflanzen

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17
Q

Zu welcher Gruppe der Naturstoffe gehören Cellulose und Fette? Charakterisieren Sie beide Stoffe hinsichtlich Chemismus, Herkunft, strukturellem Aufbau (mit Skizze!) und Stabilität

A

Cellulose: Kohlenhydrate Chemismus: O2 reich alle Pflanzen, mittlere Stabilität Struktur: EEG 1 s.26 Fette: Lipide Chemismus: H2 reich Algen, Schutzorgane, stabil KW Kette mit Carboxylgruppe am Ende

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18
Q

Wie unterscheidet sich der Arktische Ozean von den anderen Meeren hinsichtlich Bioproduktion und Erhalt von organischem Material?

A

Sehr hohe Bioproduktion in kurzer Zeit (Sommermonate)

äquatornähe=gleiche Verteilung der Biomasse über das Jahr

Nordatlantik= Maxima Frühling, Herbst

Nordpazifik= Maxima Sommer, Winter Erhaltung von organischem Material schlechter in kaltem Wasser

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19
Q

Wie hängen Sedimentationsrate und der Gehalt an Corg zusammen?

A
  • Hohe Sedimentationsrate bewirkt, dass abgelagertes Corg schnell überdeckt und somit geschützt wird. Höherer Gehalt möglich
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20
Q

Welche Mazeralgruppen gibt es und wie können diese chemisch und petrographisch unterschieden werden?

A
  • Vitrinite
  • >H/C=mittel
  • >O/C=Hoch
  • >Hauptbestandteile: Cellulose, Lignin
  • Liptinite
  • >H/C=Hoch
  • >O/C=niedrig
  • >HBS: Algen, Sporen, Wachse
  • Inertinite
  • >H/C=niedrig
  • >O/C=niedrig
  • >Holzkohle, Pilze
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21
Q

Was ist „Nassgas“ und was bedeutet „Sauergas“?

A

Nassgas: erhöhter Anteil (>15%) an schweren Kohlenwasserstoffen (C3H8+x) Sauergas: hoher Schwefelwasserstoffgehalt ( >1%)

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22
Q

Nennen Sie 2 Sedimentbecken in denen Erdgaslagerstätten zu finden sind und Salzgesteine eine wichtige Rolle spielen.

A
  • European Permian Basin (Groningen) - CEBS/ Norddeutsches Becken - South Pars (Katar/ Iran)
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23
Q

Wie lange werden (große) Erdöllagerstätten gefördert und warum?

A

Werden 50 bis 100 Jahre gefördert

Wenn das Öl zu schnell gefördert wird, dringt Wasser ein und es kann somit nicht das volle Potential ausgeschöpft werden

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24
Q

Wie ist der Zusammenhang zwischen Porosität und Permeabilität? Welche Gesteine besitzen eine besonders hohe/ niedrige Permeabilität, warum? In welcher Einheit wird die Permeabilität gemessen?

A

Die Permeabilität ist in der Regel linear abhängig von der Porosität (z.B. in Sandstein), Ausnahmen sind Kalkstein (hohe Porosität, niedrige Permeabilität) und Karst (hohe Permeabilität, geringe Porosität) Hohe: Karst, da Klüfte relativ groß und i.d.R. gut verbunden Geringe: Tonsteine, Porenräume sehr klein; die max. Permeabilität von Tonstein ist beispielsweise die min. Permeabilität von einem Sandstein (Permeabilität ist erst gegeben, sobald die Porosität 20-Vol.% beträgt) Wird in (Milli)Darcy gemessen

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25
Erklären Sie Diffusion und warum ist diese bei der Migration von Erdöl wichtig?
Ist der ohne äußere Einwirkung eintretende Ausgleich von Konzentrationsunterschieden als natürlich ablaufender physikalischer Prozess Wichtig für die Migration von Erdöl, da teils nur Konzentrationsunterschiede vorhanden sind und ohne diese würde das Erdöl nicht migrieren können, da keine anderen Prozesse/ Einwirkungen vorliegen
26
Was ist Primärproduktion und wie ist sie in den Bezug zum Erhalt von Corg zu setzen?
Produktion von Biomasse durch die Produzenten (Pflanzen, autotrophe Bakterien) mithilfe von Licht oder chemischer Energie aus anorganischen Substanzen Bezug zu Erhalt von Corg: das meiste wird von Konsumenten und Destruenten wieder zu anorganischem C umgesetzt.
27
Was ist „Shale-Gas“-Förderung, wie wird sie durchgeführt, wie unterscheidet sie sich von der konventionellen Erdgasförderung und in welchen Regionen wird sie vor allem betrieben?
Ist eine unkonventionelle Art der Gasförderung Erfolgt durch Fracking, also Aufspaltung von Schiefergesteinen, damit das Gas durch Bohrungen an die Oberfläche gefördert werden kann Cracks werden durch Bohrspülungen aus Sand, Mineralen und Chemikalien offengehalten, damit das Gas aus diesen in das Bohrloch gelangen kann Wird vor allem in den USA betrieben (Mittlerer Westen)
28
Wovon hängt die Wirtschaftlichkeit einer Erdöllagerstätte ab?
Kosten für Förderung (geologische Lage), Aufbereitungskosten (Chemische Zusammensetzung), Transport (geographisch, politisch), Verfügbarkeit von Technik, Marktpreis
29
Wie viel Liter sind ein Barrel?
159 l
30
Korngrößen Wo liegt das Fenster von Erdölmuttergestein?
Ton: \< 0,002 mm Silt: 0,002-0,063 mm Feinsand: 0,063 - 0,2 mm Mittelsand: 0,2-0,63 mm Grobsand: 0,63-2mm Kies: \>2mm Ton bis Mittelsilt
31
Bei der Verbrennung von organischem Material wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Nennen Sie noch weitere Verbrennungsedukte, welche CO2 freisetzen
Kohlenstoffdioxid wird auch bei der Verbrennung von Karbonaten freigesetzt, zum Beispiel: Kalzit, Dolomit, Ankerit und Siderit
32
Berechnen Sie den Kohlenstoffanteil von CaCO3 bei einem TIC von 2%
Atommasse für Ca= 40 ; O= 16; C=12 CaCO3= 40+12+ 3\*(16) = 100 (Molare-Masse) Molare-Masse/Atommasse Kohlenstoff= 100/12= 8,333 8,333\*2%= 16,66% Folglich ist der Kohlenstoffanteil bei einem TIC bei Kalzit bei 16,66%
33
Warum ist 14C nach 40000 Jahren nicht mehr nachweisbar?
Durch den Zerfall von 14C entsteht 14N. Da die Halbwertszeit von 14C 5700 Jahre beträgt, ist alles 14C nach 40000 Jahren zu 14N zerfallen
34
Photosynthesereaktion
6CO2 + 6H2O -\> C6H12O6 + 6O2
35
Nennen Sie die Organismen im Watt (marin).
Nekton (Schwimmen aktiv im Wasser-\>Fische) Plankton (Treiben mit der Strömung-\> Algen) Benthos (Leben auf/im Sediment des Meeres-\>Schnecken, Würmer; Benthos unterschieden in endo Benthos und epi Benthos)
36
Welches sind die vier Stoffe neben Erdöl in denen Kohlenstoff vermehrt vorkommt?
Diamant, Graphit, Koks, Steinkohle, Anthrazit (fast reines Corg)
37
Naturstoffe des Lebens + Besonderheiten nennen.
Proteine (viel Sauerstoff; kommen vor in N-haltigen Pflanzen und Tieren, mehr in Bakterien und Algen, wenig in höheren Landpflanzen) Lipide (viel H2 reiche Org. Verbindungen; kommen in Algen vor und Schutzorgane von Pflanzen; stabil) Kohlenstoffhydrate (Cellulose/sauerstoffreich/mittlere Stabilität) Lignin (aromatischer Kern; Stützgewebe höherer Landpflanzen; sehr stabil)
38
Was beeinflusst die Photosynthese unter Wasser?
-Schwebestoffe im dreckigen Wasser -Photosynthesegrenze bei 100m -Einfallswinkel -Sonnenintensität
39
Zu welcher Tageszeit ist die Bioproduktion am größten?
Auf Grund des Sonnenstandes erfolgt Photosynthese tagsüber, demnach ist die Bioproduktion in der Nacht am höchsten. Der Hochpunkt der Bioproduktion ist gegen 04:00!
40
Wofür steht DIC ?
Dissolved Inorganic Carbon
41
Wie sind die Anteile der Bioproduktion von organischem Material im terrestrischen und im aquatischem Milieu?
terrestrisch: Wälder 65% Landwirtschaft 18% Steppe/Grasland 13% Wüste 4% aquatisch: Auftriebsgebiete 50% Schelfgebiete 49% Offener Ozean 1% ,,An Land ist die Bioproduktion 3-4mal größer als im Wasser" (Bioproduktion ist heute deutlich hoher als vor 50 Jahren -\> CO2 Ausstoß und höhere Temperaturen regen die Bioproduktion an -\> Pflanzen wachsen schneller)
42
Beispiel: gegeben: Std.: 1,1% 13C, Pro.: 1,07% 13C d13C = ((13C/12C)Pro. - (13C/12C)Std. / (13C/12C)Std.) \* 1000
Ergebnis: d13C = ((1,07%/98,93%) - (1,1%/98,9%) / (1,1%/98,9%)) \* 1000 = -27,57 Promille
43
C3- Pflanzen haben eine Fraktionierung von -26,5%. C4 Pflanzen -12,5%. Welche Größenordnung in d13C [%.] haben Microbial Gas, Bakterien, Karbonate und in welchem Bereich liegt das Kerogenfeld?
Microbial Gas: -100 bis -60 Bakterien: -55 bis -45 Karbonate: -5 bis +20 (Hauptteil liegt bei 0) Der Durchschnitt der Erde liegt bei d13C -7%. Das Kerogenfeld liegt im Fenster der C3- Pflanzen bei -30 bis -24%.
44
Durch welche Events wurde die gleichförmige Evolution unterbrochen?
K/T-Grenze: Yucatan-Meteroit Perm/Trias: Stärkstes Aussterbeevent Frasne/ Famenne (im Devon): Schwarzschieferbildung CTBE (Kreide): Schwarzschieferbildung
45
Was bedeutet autotroph und in welche zwei Arten von autotroph lassen sich solche Organismen unterteilen?
Bezieht sich auf Pflanzen Entwickeln sich gut selber Sonnenlicht als Energiequelle (-\> photoautotroph) Photoautotroph sind meist grüne Pflanzen Chemoautotroph: S-/N-Verbindungen als Quelle Einige Bakterien sind chemoautotroph
46
Was bedeutet heterotroph und in welche zwei Arten lassen sich solche Organismen unterteilen?
Bezieht sich auf Tiere und Bakterien Besonderes Merkmal: Fressen Pflanzen und andere Tiere für den Bau einiger Substanzen Photoheterotroph: Nutzen Sonnenlicht als Quelle Nur S-freie Purpurbakterien sind photoheterotroph Chemoheterotrpoh: Nutzen O2, SO4 etc. zur Verbrennung Alle Tiere, fast alle Bakterien und nichtgrüne Pflanzen sind Chemoheterotroph
47
Nennen Sie die genaue Atommasse des Kohlenstoffs sowie seine Hauptgruppe
Atommasse: 12,0107u Vierte Hauptgruppe
48
Aus welchen Stoffen bestand die Uratmosphäre?
Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und Ammoniak Auffallend ist das kein Sauerstoff vorhanden war, heute liegt der Sauerstoffgehalt innerhalb der Atmosphäre bei 21% (seit 400 Mio a)
49
Was waren/sind ursprünglichen Energiequellen?
Sonnenstrahlung, Radioaktivität, vulkanische Aktivität und Impakte
50
Was sind die fünf quantitativ wichtigsten Elemente von OM?
C (12u), H(1u), O(16u), N(14u), S(32u)
51
Wann kommt es zu Regressionen, wann zu Transgressionen? Was passiert bei diesen Vorgängen bezüglich des Nährstofftransports?
Regressionen: Eiszeiten und geringer ozeanischer Vulkanismus Transgressionen: Warmzeiten und hoher ozeanischer Vulkanismus Regression: Bildung von Torf Transgression: Nährstoffe werden von Land ins Wasser transportiert -\> Bildung von Kohle (Überflutung kann max. 200m Mächtigkeit erschaffen)
52
Wo findet die marine Bioproduktion statt?
Küstengebiete, Schelfgebiete, Flüsse, Kontinentalränder Offenes Meer -\> keine Bioproduktion, da nur sehr wenige Nährstoffe, kaum Fische
53
Wie entsteht Flysch?
Turbiditströme -\> Sedimentmasse durch Suspension des Wassers transportiert -\> grobes Material setzt sich ab (Bouma-Zyklus)
54
Chemische Zusammensetzung von Buttersäure bzw. Palmitinsäure
15C 31H (Pentadecan) mit COOH-Rest
55
Wofür sind Lipide, Kohlenstoffhydrate und Lignin jeweils die Ausgangsstoffe?
Lipide: Erdöl Kohlenstoffhydrate: Kohle Lignin: Kohle und Gas
56
Wie korreliert die Wassertemperatur mit der Viskosität?
Höhere Viskosität des Wassers bei geringerer Temperatur
57
Geg: 1) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 100\*10^-6m 2) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 1\*10^-3m 3) Org. Partikel 2,65g/cm^3 ; 100\*10^-6m Alle Partikel haben 1,5\*10^-3 Pa\*s Berechnen Sie die Fallzeit der organischen Partikel?
Formel Stoke´sches Gesetz: v= (D^2/18) \* (S2-S1) \* g v= (2r^2/g) \* [((S1-S2) \* g)/Dynamische Viskosität] Einheiten: v= [m/s] S1= [kg/m^3] Wasser S2= [kg/m^3] Partikel g= [m/s] Dynamische Viskosität [Pa\*s=kg/m\*s] Lösung: 1) 1,09 mm/s 2) 100 mm/s 3) 6 mm/s Zusatzwissen: -kugelig schnellste Fallzeit, platte Partikel durch Aerodynamik langsamer - Der Golfstrom fließt im Vergleich mit 10m/s
58
Was besagt das Hjülström-Diagramm?
Abb. Seite 35 unten, EEG 1
59
An welchen Kontinentalrändern (passiv/ aktiv) findet man Erdöl- und Erdgasvorkommen? (Begründung)
An Passiven, da u. a. an diesen die Sedimentmächtigkeiten viel größer sind als an den aktiven Kontinentalrändern
60
Geg: 1) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 100\*10^-6m 2) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 1\*10^-3m 3) Org. Partikel 2,65g/cm^3 ; 100\*10^-6m Alle Partikel haben 1,5\*10^-3 Pa\*s Berechen Sie die Fallzeit der organischen Partikel?
Formel Stoke´sches Gesetz: v= (D^2/18) \* (S2-S1) \* g v= (2r^2/g) \* [((S1-S2) \* g)/Dynamische Viskosität] Einheiten: v= [m/s] S1= [kg/m^3] Wasser S2= [kg/m^3] Partikel g= [m/s] Dynamische Viskosität [Pa\*s=kg/m\*s] Lösung: 1) 1,09 mm/s 2) 100 mm/s 3) 6 mm/s Zusatzwissen: -kugelig schnellste Fallzeit, platte Partikel durch Aerodynamik langsamer - Der Golfstrom fließt im Vergleich mit 10m/s
61
Schwarzpelit-Bildung: Erhaltungsmodell von Seen an Kontinentalrändern
Oben im See oxische Süßwasser Verhältnisse (O2+SO4^2-) und unten anoxische, euxinische Salzwasser Verhältnisse (SO4^2-&H2S). Organismen können unter anoxischen Bed. nicht leben -\>gute Erhaltung von OM am Seeboden-\>Entstehung von Schwarzpeliten bzw. Sapropel Beispiele: Schwarzes Meer, Ostsee
62
Hochproduktivitätsmodell (Auftriebzonen/ Upwelling)
Nahe der Oberfläche findet eine hohe Bioproduktion statt Darunter liegt die Extended-O2-Minimum-Zone (-\> C6H12O6 + 6O2 -\> 6CO2 + 6H2O, liegt in 200-2000m Wassertiefe), in der sich Schwarzpelite (Faulschlämme) ablagern Bsp.: Kontinentalränder vor Ecuador/ Peru und Nord-West-Afrika
63
Wie ist der O2- Gehalt in Oberflächenwasser?
Wegen dem Austausch mit der Atmosphäre liegt der O2- Gehalt bei 6-8ml/l
64
Wie ist das Verhältnis [mL/L] O2 für: Aerob Dysoxisch Exoxisch/ Exaerob Anaerob Anoxisch/ Euxinisch
Aerob: 1-8 Dysoxisch/ Dysaerob: 0,3-1 Exoxisch/ Exaerob: 0,1-0,3 Anaerob: 0-0,1 Anoxisch/ Euxinisch: H2S
65
In welcher Tiefe liegt die CCD (Carbonat-Kompensations-Tiefe)?
4000m
66
Was benötigt man für die Erhaltung von OM?
Hohe Bioproduktion Gehemmte Wasserzirkulation Ausgedehnte Sauerstoffminimumzonen Geringe Korngrößen Hohe Sedimentationsrate
67
Was sind die typischen Eigenschaften von Erdölmuttergesteinen?
Hauptminerale: Ton, Karbonat, Quarz, Pyrit OrgC: Meist 3-30% Sedimentäres Milieu: Marine Schichtfolge (19 aus 20), lakustrine Schichtfolgen (1 aus 20) Ausdehnung: Fast beliebig Pyrit (FeS2): Häufig 1-7%/ Markasit Art des OM: Planktonisch (Algen) -\> Bentisch und terrestrisch Farbe: Braun-grau-schwarz Keine weißen/ roten Gesteine, da diese OM enthalten Sedimentstrukturen: Laminiert/ massiv (bioturbiert, da noch zu viel Zirkulation vorhanden ist) Zusatzwissen: Erdölmuttergestein auch in Vulkankratern möglich
68
In welche Zonen können Sedimente mit der Tiefe in ihrer chemischen Umwandlungsprozesse eingeteilt werden? Wie laufen diese ab? Was ist die optimale Temperatur für Bakterien?
Oxidationszone (kann von wenigen cm bis 10er m reichen) -\> Energetisch günstigste Form Reduktionszone Fermentationszone/Methanogenese-Zone -\> Energetisch ungünstigste Form Thermischer Abbau (T \>= 80-100°C) Laufen immer nacheinander und nie nebeneinander ab Temperaturoptimum für Bakterien: ca. 30°C
69
Wie ist das Löslichkeitsverhalten von Sauerstoff in Abhängigkeit von der Wassertemperatur?
Mit zunehmender Temperatur -\> Sauerstoffgehalt wenig löslich -\> Besser für die Erhaltung von organischem Material Warme Zeiten der Erdgeschichte -\> Bildung von Schwarzschiefer -\> Im tiefen (1000m) Wasser immer ca. 4°C
70
Frühdiagenetische Prozesse
1) Rekristallisation (Aragonit, die unstabile Phase von Kalzitcarbonat) 2) Ersetzung (Kalzitcarbonat durch anderes (Ursprung) ersetzt 3) Einkrustung 4) Imprägnation (Minerale werden in Porenraum ausgefüllt) 5) Abguss (Pseudomorphose) 6) Spurenfossilien (Wildspuren, Bohrlöcher von Organismen)
71
Stabilität von Sandstein innerhalb der Metamorphose?
Sandstein besteht aus Quarz und Feldspat. Quarz in Metamorphose stabil und Feldspat unstabil. Zusatzwissen: Entstehung von Zement bei der Metamorphose von Sandstein möglich
72
Wie ist der Schwefelgehalt in Salz-, bzw. Süßwasser? Wie verhalten sich Kohlenstoff, Schwefel und Eisen in einem System?
Gering im Süßwasser, Hoch im Salzwasser In abgeschlossenen Becken (z.B. Schwarzes Meer) -\> Sulfatreaktion läuft schon im Wasser und nicht erst im Sediment -\> Sulfatgehalt deutlich höher S will Bindung mit Fe zu Pyrit (FeS2) eingehen -\> wenn genug Fe vorhanden, entsteht schwefelarmes Kerogen Wenn kein Fe vorhanden: Bildung von S-reichem Kerogen, wobei: Je mehr Kohlenstoff im System, desto mehr S kann gebunden werden
73
Was bedeuten oligotroph, mesotroph und eutroph und in welche Moortypen sind typisch für solche Nährstoffverhältnisse?
Oligotroph: Nährstoffarm, Hochmoore Mesotroph: Mittlerer Nährstoffgehalt, Zwischenmoore Eutroph: Nährstoffreich, Niedermoore
74
Wie ist das Verhältnis von Torf- zu Steinkohlemächtigkeit?
Aus 10m Torf entstehen 1m Steinkohle
75
In welche vier Typen wird Kerogen untergliedert?
Typ I: H-reich, Aliphaten-reich, hohes H/C-Verhältnis, geringer Schwefelgehalt, hohes Erdöl- und Erdgasbildungspotential, aus Algen und Phytoplankton (meist aus Seeablagerungen) Typ II: H-reich, höherer Aromatenanteil als Typ I -\> geringeres H/C-Verhältnis, hohes Erdöl- und Erdgasbildungspotential höherer S-Gehalt als Typ I, aus Algen und Phytoplankton (meist aus marinen Ablagerungen), sehr viel häufiger als Typ I Typ III: Kondensierte Polyaromaten, Ursprung sind Landpflanzen (-\> Lignin-reich), O-reich, geringes Erdölbildungspotential, Gasbildner Typ IV: inert, Ursprung sind höhere Landpflanzen, die stark oxidiert wurden, kein Erdöl- und Erdgasbildungspotential
76
Geben Sie die vier API-Gravity-Werte und die jeweilige Erdölklassifikation an.
Schweröle: \<25 Medium Oil: 25-35 Leichtöle: 35-45 Kondensat: \>45
77
Was ist Gas-Hydrat? Wie entsteht es?
Kristalliner Körper, Wassermoleküle schließen kleinere "Gastmoleküle" ein Gastmoleküle: Methan, Ethan, Propan, Schwefelwasserstoff... 1m² Gashydrat = 164m² Methan Riesiges Energiepotenzial, noch nicht gefördert Tiefseesedimente: ideale Bedingungen für Hydrat-Bildung Permafrostklima
78
Was bedeutet nieder- und hochkalorisch?
Auf Gase bezogen: Niederkalorisch: Viel N Hochkalorisch: Wenig N
79
Wie ist die Zusammensetzung an Aliphaten, Aromaten und Heteroketten am Anfang und Ende des thermischen Fensters von Erdöl und welche Arten an Kohlenstoffketten überwiegen?
Anfang: Dominanz von Heteroatomen, mittlerer Anteil von Aliphaten und nur wenige Aromaten; Ungradzahlige Kohlenstoffketten dominieren Ende: Dominanz von Aromaten, ungefähr ein Viertel Aliphaten und nur wenige Heteroatome; Überwiegend kurzkettige Verbindungen
80
Wo bzw. bis zu welcher Temperatur ist Biodegradation möglich und welche Arten an KW werden bevorzugt?
Nahe der GOK; Lagerstätten, die mehr als 80°C erfahren sind frei von Bakterien Bakterien bevorzugen geradkettige und verzweigte Ketten, degradieren jedoch keine aromatischen Verbindungen
81
Wie sieht ein konventionelles petroleum System aus?
- Abdichtende Schicht (cap rock, seal) {40% der Fehlschläge} - Reservoir-Gestein {20%} - Transport (Migration) - Muttergestein (source rock) {40%} Fehlt eines von den vier=keine Lagerstätte
82
Was sind die zwei Haupttypen von Fallen in konventionellen Systemen?
1. Strukturelle Fallen (Tektonisch bedingt) - Antiklinalfalle (seismisch gut erkennbar) -\>Größte Lagerstätten (Gawar in S.A.) - Störungen (Auf-, Ab- und Überschiebung) - Diskonformitäten 2. Stratigraphische Falle (sedimentell) - Vertonung (Grenze Küste-Überflutungsebene) - Diagenetisch (Zementierung) - Burried hills (Granit) - Riffe (Kalk, Korallen) - Salzstöcke
83
Woraus wird bei einem unkonventionellen System gefördert und wie heißt dieses Verfahren?
Es wird direkt aus dem Muttergestein gefördert, welcher allerdings eine sehr geringe Durchlässigkeit besitzt -\> Fracking
84
Ab welcher Gesteinsporosität ist eine konventionelle Förderung möglich?
Ab ca. 10%
85
Wo an Salzstöcken können Lagerstätten entstehen?
1) Salzrandlagerstätten 2) unter überhängendem Salz 3) Diagenetische Falle 4) unter Salzstock 5) Antiklinale über Salz
86
Nennen Sie die sechs Gruppen der Rohöle.
1. Parafinische Öle (Terrestrische SR; Green-River-Formation, USA) 2. Naphtenische Öle (Sehr selten) 3. Parafinische-Naphtenische Öle (Marine, tonige SR; Nordseeöle) 4. Aromatisch-Intermediäre Öle (Karbonatische SR; Arabische Plattform) 5. Aromatisch-Naphtenische Öle (Eher selten) 6. Aromatisch-Asphaltische Öle (Schweröle; Athabasca)
87
Was ist der Unterschied zwischen Anthrazen und Naphthalin?
Anthrazen ist ein Verbrennungsprodukt und Naphthalin ist ein natürliches Produkt
88
Was ist ein "Abiogenic petroleum origin"?
Bedeutet, dass ein Gas aus dem Erdmantel kommt Ist eine These, noch nicht wissenschaftlich anerkannt
89
Nenne drei Salzablagerungen in Europa
1. Zechstein -6 Zyklen im Perm (250 Ma) - 1000-1500 m mächtig 2. Messinian (Mittelmeer) - 5 bis 6 Ma - 2000m mächtig 3. Südlicher Oberrheingraben - Süßwasser=\>Edelsalze -Oligozän (25 Ma)
90
Wie tief muss ein Riff versenkt werden, damit eine Lagerstätte entstehen kann?
Muss in 10er bis 100er km Tiefe versenkt werden
91
Welche Gesteinstypen machen 95% aller konventionellen Lagerstättengesteine aus und welche Gesteinsart macht die restlichen 5% aus?
Sandsteine und Karbonate Geklüfteter Granit
92
Wie ändert sich die Porosität mit der Tiefe bei Sand?
An Oberfläche 40% Porosität; in 6km Tiefe nur noch 2-3% als Sandstein Doch erfährt Sandstein bei Temperaturerhöhung eine Sekundäre Porosität: Feldspat wird gelöst
93
Nennen Sie die Zementationsarten für Sandsteine und ob diese nicht destruktiv oder destruktiv sind.
- Quarz-Zement (sehr häufig, nicht destruktiv, wächst weiter) - Radiale Illite (sehr häufig, nicht destruktiv, Tonminerale) - Dolomitrhomboeder (nicht destruktiv) - Festbitumen (eher nicht destruktiv, organisch, 2 CH2 -thermo-\> CH4+C) - Kaolinite (destruktiv) - Kalzit (destruktiv, nicht-rechtwinklige Spaltbarkeit) - Anhydrit (destruktiv, rechtwinklige Spaltbarkeit)
94
Was bedeutet eine nicht destruktive Zementation (bzgl. Sandsteinen)?
Nicht destruktive Zementation füllt nicht den kompletten Porenraum aus, sodass noch Platz für Fluide vorhanden ist
95
In welchen Milieus werden Karbonate abgelagert?
Warmes flachmarines Milieu -Schalentiere
96
Porenarten von Karbonaten
- Interpartikel (Ooide) - Interkristallin (kubisch) - Intrapartikel (ursprünglich aus Muscheln, gelöster Innenraum) - Lösungsporen (gelöste Schalen) - Schutzporen - Karst (durch meteorologisches Wasser) - Klüfte - Dolomitisierung (Kalzit-\> Dolomit, 15 % Vol. Verlust)
97
Stabilität von Karbonaten von instabil zu Stabil
Aragonit Hoch Mg-Kalzit Kalzit Dolomit Zusatzwissen: weit aus größter Teil der von Organismen produziert wird ist hoch Mg Kalzit und Aragonit
98
Wie ist ein Ölunternehmen aufgebaut?
Aufbau Petroleum Company ist unterteilt in Upstream und Downstream. Upstream: -Exploration (Geologen, Geophysiker, Reservoir-Ingenieure, Bohrtechnik- Ingenieure) -Produktion Downstream: Transport, Raffinerien, Verkauf/Vertrieb, Umweltprobleme
99
Wie groß können die Größenunterschiede bei der Permeabilität sein?
10^12 Mal
100
Was an den Poren bestimmt die maximale Geschwindigkeit von Fluiden?
Der Durchmesser der Porenhälse
101
Welche 3 Transportarten gibt es in einer Lagerstätte?
1. Primäre Migration (Exploration)-\> im S.R. 2. Sekundäre Migration -\> im R.R. 3. Tertiäre Migration -\> Seal
102
Herleitung der Einheiten von P= (S2-S1)\*h\*g
[(kg\*m\*m)/(m^3\*s^2)] = [(kg\*m^2)/(m^3\*s^2)] = [kg/(m\*s^2)]
103
Wovon sind die drei Migrationsprozesse jeweils abhängig?
Primäre: Auftrieb, Migration entlang von Kerogen Stylolithen (Durchlässigkeitsbahnen), (Mikro)Klüfte, Diffusion (-\> Ausgleich der Konzentration; findet immer und überall statt und steigt mit steigender T) Sekundäre: Dichte-Unterschied (Wasser-Öl / Wasser/Gas), Höhe der Ölsäule, Erdanziehung, Schneller als Primäre und Tertiäre Tertiäre: Auftrieb, (Mikro)Klüfte, Diffusion
104
Was ist die "Drainage Area"?
Der Bereich, an dem Öl/ Gas zufließen kann
105
Wo (surface, slight burial, deep burial) ist der Porenraum am größten?
Porenraum im surface am größten.
106
Was führte in der Sedimentologie zu enormen Hebungen und Senkungen im zentraleuropäischem Becken?
Durch Eiszeit wurden die Druckverhältnisse der Kohlenwasserstoffe geändert. Großer Einfluss -\> Durch Eismassen gab es große Absenkungen; als das Eis geschmolzen war -\> große Hebungen
107
Vortrag: Blow-Out-Preventer
Der hydrostatische Druck im Bohrloch muss größer als der Gebirgsdruck sein, ansonst Kick (Fluss von Fluid im Bohrloch -\> führt zu Blow-Out) -\> deshalb Blow-Out-Preventer Sitzt direkt auf Bohrloch (-\> An Land auf GOK, zu See auf Meeresboden) Besteht aus mehreren Ventilen, um Stahl des Bohrlochgestänges zusammenzudrücken
108
Gründe für Horizontalbohrung
-man kann von einem Ort viele Bereiche erschließen - Steigerung der Erdölförderung -Bohrung unter Naturschutzgebiete und Besiedelte- Gebiete möglich -nur durch Erdölschicht kann gebohrt werden-\> Kostenersparnis
109
Vortrag: Fracking
Aufbrechen von Gestein durch Einpressen von Wasser-Sand-Mineralien-Gemisch unter hohem Druck Angewandt, um Schiefergas zu fördern Erstes Fracking: 1947, Kansas Vorteile: Verlässlich, günstig, neue Ressourcen entstehen Risiken: Chemikalien können ins GW gelangen, immenser Wasserverbrauch, mögliche Erdbeben Reserven in D. mit Fracking: 2,5 Billionen m³ Gas und Öl
110
Nennen Sie drei Richtbohrsysteme?
1) Autotrak- System 2) Powerdrive System 3) Geopilot
111
Vortrag: Kerogen
95% des OM = Kerogen Bildung: allmähliche Degradation biologischer Substanz von Pflanzen, z.B. Wachse Kerogenbildung über Fluvin-, Huminsäuren und Humin
112
Vortrag: Liquified Natural Gas (LNG)
Vol. Gas = 600\*Vol. Öl Erdgas ist bei -160°C verflüssigt Besteht aus fast reinem Methan (-\> Kein Stick- und Schwefeloxid) -\> umweltschonend Erdgas 20% weniger CO2 als Öl, 50% weniger als Braunkohle
113
Vortrag: Gaschromatographie
Gasphase wird analysiert T = 350°C Als mobile Phase wird ein Inertgas benutzt (Edelgase) -\> reaktionsträge Detektoren: FID (Flammenionisationsdetektor) MS (Massenspektrometer) IR (Infrarotdetektor)
114
Aufbau Horizontalbohrung
Aufbau: -Bohrmast mit Hebewerk -Drehtisch mit Kellystange (Top Drive) -Bohrgestänge mit Gewinde verbunden, Zugbelastung -Bohrmeißel (Blattmeißel, Rollenmeißel, Diamantenmeißel) -Spülungssystem (Tanks, Spülkopf, Siebe, Zyklone; Gemisch aus Wasser und Additiven z.B. Baryt; Druckbohrloch\>DruckGebirge; kühlt den Meißel) Zusatzwissen: Reihenfolge der Verrohrung: Standardrohr-\> Ankerrohr-\> Zwischenrohr (eingießen von Zement)-\> Produktionsrohr
115
Vortrag: Verbrauch organischer Substanz
99,9% alles OM wird remineralisiert -\> CO2 und H2O entstehen Selektiver Abbau stabiler Substanzen führt zu Kerogen
116
Vortrag: Groningen
Größte Gasfeld im Norddeutschen Becken (10. größtes weltweit) Muttergesteine: aus dem Oberkarbon Host rock: Rotliegend (Perm) Seal: Zechstein
117
Vortrag: Präwestfälische Muttergesteine
Westfalium vor 312-305 Ma Magnetotellurik: Magnetfeld auf elektrisches Feld bezogen -\> Leitfähigkeit der Gesteine wird gemessen -\> Potentielle Muttergesteine haben gute Leitfähigkeit
118
Vortrag: Erhaltung org. Material
-TOC gibt Bezug zum Sauerstoff und Kohlenstoffgehalt - Wassersäuleneffekt: Betrachtung der Wassersäule gibt Auskunft über den TOC und die organischen Erhaltprodukte - Eutrophierung: unerwünschte Zunahme eines Gewässers an Nährstoffen -Anoxizität: kein Sauerstoff mehr vorhanden Zusatzwissen: Torfbildung entsteht wegen Sauerstoffmangel im Boden -\> org. Material stirbt ab
119
Elementaranalyse WICHTIG
- bei 1000°C pyrolysieren - freigesetzte Gase bei 1100°C-1500°C -Gaschromatographie messen - Kerogen kann Wasser enthalten und kann heterogen sein - Trocknen notwendig - Verwitterung beeinflusst org. Material - Van-Krevelen-Diagramm - Ablagerungsmedium kann abgeleitet werden
120
Paleochemistry
-Auffinden von Fossilien-\>Analysen-\>Ursachenforschung -Erde deutlich älter als org. Material? -Bei normaler DNA-\> normal Protein -mutierte DNA-\> abnormaler Protein
121
Vortrag: Isotopenverteilung
Analysierbar durch Massenspektrometrieanalyse Isotopenverhältnis wird sedimentiert und konserviert, dann -\> gibt Ursprung des Lebensgebietes, Ursprung der Pflanze und damalige Sedimentationsbedingungen wider
122
Vortrag: Massenspektrometrie
Fraktionierung von Erdölen sehr wichtig Ergebnis ist ein Massenspektrum Probe wird dabei verbrannt Sehr kurze, aber auch sehr genaue Messung
123
erkläre
fdgfdgf
124
Van krevelen
sa
125
aaaa
126
-----
127
-----
-----
128
129
Wie sehen naphtalin, Anthracen und Phenantren aus?
130
Chemische Struktur eines Kohlenstoffhydraten
131
Chemische Struktur von einem Lipiden
132
.---
blub
133
SChwefelzyklus
--
134
---
135
Antiklinalfalle mit Störung, Migration
136
Strukturelle Störungstypen
137
Relative Permeabilität von Öl und Wasser in Sandstein und Tonstein
138
Porosität-Permeabilität Korelation bei Sandstein, Kalkstein und Tonstein
139
Erkläre
---- Migration
140
Erkläre
* Abdichtende Störungen auf der linken Seite, an denen die Öl-/ Gaslagerstätten liegen à Bestätigung, dass die Störungen abdichtend sind, da Öl/ Gas sonst weiter migriert wäre und wahrscheinlich verschwunden wäre, allerdings ist zu beachten, dass das Öl/ Gas auch an den Störungen zumindest zu Teilen vertikal migrieren konnte, da es sonst nicht in die oberen RR hätte gelangen können, da diese durch Seals voneinander getrennt sind * Rechts liegt der SR zu nah an der Oberkante (unreif)-\> deswegen keine Öl-/ Gasbildung, im Gegensatz zum linken, der zumindest im mittleren Teil größtenteils tief genug versenkt wurde
141
Erkläre
* Links: Keine Lagerstättenbildung möglich, da kein Seal mehr vorhanden ist und da SR schon überreif, Öl ist vertikal nach oben raus (vertically drained) * Auf der rechten Seite sind Lagerstätten zu sehen, die von Seals abgedeckt sind * Linke Seite vor allem durch Überschiebungen geprägt * Ölbildung hat vor Orogenese stattgefunden, da Lagerstätten oberhalb des Öl- und Gasfensters liegen
142
* Auf der linken Seite und in der Mitte sind abdichtende Störungen, wobei die Störung in an der mittleren oberen Lagerstätte wahrscheinlich auch als Migrationspfad gedient hat * Großteil des SR liegt zu flach, um Öl zu bilden * Linke Lagerstätte ist wahrscheinlich entstanden, indem das Öl entlang der Störung migriert ist, da direkt unter dieser Lagerstätte kein SR liegt
143
Erkläre
* Im linken Teil liegt keine Lagerstätte vor, da der Seal unvollständig ausgeprägt ist und das Gas so an der GOK austreten konnte, ohne eine Lagerstätte zu bilden * Öl und Gasfenster mitgefaltet-\> Orogenese nach Ölbildung * Lagerstätte im unreifen -\> Öl ist lateral von links (Ölfenster) dorthin migriert
144
Erkläre-
* Lagerstätten auf der rechten Seite sind von SR auf linker Seite gefüllt worden, da das Öl zunächst vertikal in porösen Karbonat aufgestiegen ist, dann Vertikalbewegung von Seal gestoppt -\> lateral am Seal entlang migriert, bis es eine Lagerstätte bilden konnte
145
Erkläre
* Öl im RR (Sandstein) lateral nach rechts migriert * Durchlässige Störungen im RR, allerdings abdichtend im Seal, da Lagerstätten auch noch auf der rechten Seite zu finden sind (und diese nur so mächtig sind, wie es das Seal vertikal gibt ?)? -\> wenn Störungen im Seal nicht abdichtend wären, würde es keine Lagerstätten geben, da Öl dann an Oberfläche ausgetreten wäre * (Wieso API Werte gegeben?)
146
Erkläre
* Links sind Lagerstätten, da Störungen abdichtend wirken und sie von einem Seal überdeckt sind * Wieso rechts keine Lagerstätten? -à Vielleicht einfach weiter nach rechts migriert? Wenn doch das Karbonat da so einfach zu durchfließen ist bevorzugt Öl migration vor Anreicherung?
147
Erkläre
Öl entlang Störung nach oben. Danach Salz durch Diapirismus diese Störung von unten aufgefüllt Störung verschwunden
148
Eerkläre
Migration vertikal entlang Störungen
149
Dreieck der Ölklassifikationen

Erdöl und Erdgasgeologie (1 decks)

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