//img.uscri.be/pth/7e0ea8d5902c33a1b79169ae17ee8b0812a02380
Cet ouvrage fait partie de la bibliothèque YouScribe
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le lire en ligne
En savoir plus

Sedimentology and petroleum potential of the late Cretaceous Shiranish Formation in the Euphrates Graben, Syria [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Shirin Ismail

De
283 pages
Sedimentology and Petroleum Potential of the Late Cretaceous Shiranish Formation in the Euphrates Graben, Syria Vorgelegt von Diplom-Geologin Shirin Ismail aus Lattakia (Syrien) Von der Fakultät VI- Planen Bauen Umwelt der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Naturwissenscaften -Dr. rer. nat- genehmigte Dissertation Promotionsausschuss: Vorsitzender: Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Franz Berichter: Prof. Dr. rer. nat. Brian Horsfield Berichter: PD. Dr. rer. nat. Hans Martin Schulz Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 17. 01. 2011 Berlin 2011 D83 ii PhD-Dissertation by Shirin Ismail CURRICULUM VITAE Personal information Name: .................. Shirin Ismail Gender: ................ Female Birthday: ............. October 05th, 1978 Birthplace: ............Syria Nationality: .......... Syrian Marital status: ...... Single Education and Work Experience 2006-2010 PhD student in Organic Geochemistry Section - at the German National Research Central for Geosciences (GeoForschungsZentrum- Potsdam) Germany and TU-Berlin University- Germany. 2003-2004 Assistant in the Department of Applied Geology at the University of Aleppo, Syria. 2002-2003 Diploma in Geophysics, oil and gas exploration - University Damascus, Syria.
Voir plus Voir moins


Sedimentology and Petroleum Potential of
the Late Cretaceous Shiranish Formation
in the Euphrates Graben, Syria


Vorgelegt von
Diplom-Geologin
Shirin Ismail
aus Lattakia (Syrien)


Von der Fakultät VI- Planen Bauen Umwelt
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Naturwissenscaften
-Dr. rer. nat-
genehmigte Dissertation



Promotionsausschuss:
Vorsitzender: Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Franz
Berichter: Prof. Dr. rer. nat. Brian Horsfield
Berichter: PD. Dr. rer. nat. Hans Martin Schulz

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 17. 01. 2011


Berlin 2011

D83



































ii PhD-Dissertation by Shirin Ismail
CURRICULUM VITAE
Personal information
Name: .................. Shirin Ismail
Gender: ................ Female
Birthday: ............. October 05th, 1978
Birthplace: ............Syria
Nationality: .......... Syrian
Marital status: ...... Single

Education and Work Experience

2006-2010 PhD student in Organic Geochemistry Section - at the German National
Research Central for Geosciences (GeoForschungsZentrum- Potsdam) Germany and TU-
Berlin University- Germany.
2003-2004 Assistant in the Department of Applied Geology at the University of
Aleppo, Syria.
2002-2003 Diploma in Geophysics, oil and gas exploration - University Damascus,
Syria.
1997-2001 Bachelor in Applied Geology - University of Tishreen, Syria.








i PhD-Dissertation by Shirin Ismail






















ii PhD-Dissertation by Shirin Ismail
ABSTRACT

The Shiranish Formation (Campanian-Maastrichtian) was deposited during the pre- to synrift
phase of the Euphrates graben formation, and can reach a thickness of more than 1,000 m.
The calcareous to marly sediments are rich in organic carbon and are potential source rocks in
the Euphrates Graben (Syria).
The subdivision into a lower and an upper part of the Shiranish Formation (USF, LSF) is
overprinted by sedimentary cyclicity on high frequency (alternations of light-coloured and
dark clay-rich intervals). The LSF is characterized by minor-scale variations, whereas the
USF is characterized by intensified changes both reflected by petrophysical properties.
According to the mineralogical composition, the USF is composed of two submembers USF-1
and USF-2. The LSF and USF-2 resemble in higher kaolinite content and ankerite occurrence
13and lower δ C values, which indicate palaeo-methanogenesis. In contrast, USF-1 is charac-org
terised by intense organic matter and carbonate deposition pointing to a highstand situation.
A kerogen type II to II-III, and continuously increasing total organic carbon (TOC) contents
and hydrogen index (HI) values characterizes the USF. In the central graben the USF is
characterized by low diasterane indexes and Ts/(Ts+Tm) ratios, indicating anoxic mix clay-
carbonate source rocks. In contrast, the LSF is characterized by a kerogen type II-III, and
lower TOC contents and HI values. The oxygen index (OI) values are markedly higher than in
the LSF. Moreover, the LSF has relatively high diasterane index values and Ts/(Ts+Tm)
ratios, representing a fine-grained siliciclastic influence.
A high sedimentation rate prevailed during deposition of the USF, and higher amounts of
15marine organic matter were incorporated in the sediments compared to LSF. δ N values
increase from bottom to the top of the Shiranish Formation (from 3 ‰ to 7 ‰) and indicate a
progressively higher palaeo-productivity and water-column dentrification.
The major controls on the heterogeneities of organofacies are variations of the depositional
environment and bottom water oxygenation. A strong input of terrestrial organic matter under
shallow marine conditions prevailed during deposition of LSF sediments. This terrestrial
organic matter input delivered gas-prone material in contrast to the predominance of oil-prone
organic matter in the USF. During sedimentation of the USF extended bottom water anoxia
prevailed.
Maturity varies laterally from immature organic matter in the eastern and northeastern graben
to mature organic matter towards the central and northwestern graben that plot in the oil

iii PhD-Dissertation by Shirin Ismail
window zone and generated good potential petroleum.
The LSF in the central graben shows a good potential for hydrocarbons, and a higher potential
in the USF. Along the graben margins the LSF and USF-2 exhibit a good source rock
potential, whereas USF-1 has very good to excellent source rocks potential. These differences
are due to differences of abundant of organic matter and its types. The USF in the central
graben and the USF-1 in the margin contain abundant organic matter of type II or I and
provide with the sufficient burial depth a very good source rock in the central graben.
Open system pyrolysis reflects that the LSF and USF contain predominately-marine kerogen
with a strong aliphatic hydrocarbon signature and relatively small sulphur contents. They have
the potential to generate paraffinic-naphthenic-aromatic low, high and high paraffinic wax
crude oil. However, the Shiranish Formation in the northern graben contains higher amounts
of oxygen-containing functional groups and has a high proportion of aromatic hydrocarbons
and phenols. This is due to a higher terrigenous organic matter content and results in a
relatively higher gas-proneness.
Bulk kinetic investigations show a broad activation energy of the LSF (48 - 68 kcal/mol) and
a narrow activation energy pattern for the USF (52 - 60 kcal/mol) for hydrocarbon generation
+14in the central graben, while the frequency factors also show differences from 1.5 E to 8.7
+15 -1E min . Moreover, broad activation energy distributions is characterised in the USF and
the LSF in margin graben. These kinetic parameters were used to model the rates of natural
geological heating. The predicted petroleum formation began at 136 °C for the USF and at
144 °C for the LSF. This corresponds to ca. 360 m difference in burial depth for petroleum
formation.
Compositional kinetic modelling based on results of MSSV pyrolysis shows that gas
generation of the LSF requires activation energies of 59 - 63 Kcal/mol compared to the Upper
Shiranish Formation. In contrast, the Upper Shiranish Formation is characterized by a higher
oil potential coupled to lower activation energies (52 - 56 Kcal /mol).
Gas kicks during drilling the LSF can be interpreted by two scenarios. First, the LSF is a self-
sourced interval. Oil was generated and retained in the lower Shiranish Formation and cracked to gas
when buried to greater depth. Second, gas was generated in the underlying R‟mah Formation
and migrated upwards. The last scenario would imply that the shaly intervals within the lower
Shiranish Formation acted as trap for this gas.


iv PhD-Dissertation by Shirin Ismail
ZUSAMMENFASSUNG
Die Shiranish Formation (marine Fazies, Campanium-Maastrichtium) wurde während der
Synriftphase der Euphratgrabenentstehung abgelagert. Sie kann eine Gesamtmächtigkeit von
über 1000 m erlangen. Die kalkig bis mergeligen Sedimente haben einen hohen organischen
Kohlenstoffanteil und sind potentielle Muttergesteine im Euphratgraben (Syrien).
Der untere bzw. der obere Teil der Shiranish Formation (USF, LSF) ist durch hochfrequente
Ablagerungszyklen geprägt (Wechsellagerung von hellen und dunklen, tonreichen Inter-
vallen). Die LSF ist durch kleinräumige Variabilität gekennzeichnet, wohingegen die USF
durch intensive Änderungen gekennzeichnet ist. Beides spiegelt sich in den petrophysi-
kalischen Eigenschaften wieder. Aufgrund der Mineralzusammensetzung, wird die USF in
zwei Subforamtionen, die USF-1 und die USF-2, unterteielt. Die LSF und die USF-2 ähneln
13sich durch ihren hohen Tonanteil, im Auftreten von Ankerit und in niedrige δ C Werten, org
welche typisch sind für Paläomethanogenese. Im Gegensatz dazu, ist die USF-1 durch einen
hohen Organikanteil und Karbonatablagerungen und siliziklastische Gesteine gekennzeichnet,
was auf eine des Meeresspiegels hindeutet.
Die USF enthält den Kerogentyp II bis II-III und zeichnet sich durch einen kontinuierlich
ansteigenden organischen Kohlenstoffanteil (TOC) und Wasserstoffindex (HI) aus. Im
zentralen Graben ist die USF durch niedrige Diasteranindices und Ts/(Ts+Tm) Verhältnisse
gekennzeichnet, was auf anoxische, tonarme oder karbonatreiche Muttergesteine hindeutet.
Im Gegensatz dazu, enthält die LSF den Kerogentyp II-III und hat niedrigere TOC und HI
Werte. Der Sauerstoffindex (OI) ist auffällig höher als in der LSF. Des Weiteren hat die LSF
relativ hohe Diasteranindexwerte und Ts/(Ts+Tm) Verhältnisse, charakteristisch für Einflüsse
die bei der Ablagerung von feinkörinigen siliziklastische Gesteinen vorherrschen.
Während der Ablagerung der USF traten höhere Sedimentationsraten auf und es wurde mehr
15organisches Material abgelagert als in der LSF. Die δ N Werte steigen von der Basis zum
Top der Shiranish Formation von 3 ‰ auf 7 ‰ an, was auf eine zunehmend hohe Paläo-
produktivität und Wassersäulendenitrifikation hindeutet.
Die Haupteinflussfaktoren für die Heterogenität der Organofazies sind Änderungen der
Ablagerungsbedingungen und der Sauerstoffzufuhr im Tiefenwasser. Während der Abl-
agerung der LSF Sedimente herrschte der Eintrag von terrestrischem organischem Material
unter marinen Bedingungen vor. Dieser Eintrag terrestrischen organischen Materials führte zu

v PhD-Dissertation by Shirin Ismail
gasbildendem Muttergestein, im Gegensatz zum ölbildendem organischen Material der USF.
Während der Sedimentation der USF herrschte ausgedehnte Tiefwasseranoxia vor.
Die Muttergesteinsreife variiert lateral von unreifen organischem Material im Osten und
Nordosten des Grabens zu reifem organischen Material in Richtung Zentrum und Nordwesten
des Grabens, welche in das Ölfenster fallen und Petroleum von guter Qualität generierte.
Die LSF im zentralen Graben zeigt ein gutes Potential für Kohlenwasserstoffe, und ein
höheres Potential für die USF. Entlang der Grabenschultern zeigen die LSF und USF-2 gutes
Muttergesteinspotential, wohingegen die USF-1 sehr gutes bis exzellentes Mutter-
gesteinspotential aufweist. Diese Unterschiede sind auf Änderungen des Organikanteils und
Kerogentyps zurückzufuhren. Die USF im Grabenzentrum und die USF-1 an den
Grabenschultern enthalten organisches Material vom Typ II und I. Unter der Vorraussetzung
einer ausreichenden Versenkungsteufe bilden sie ein sehr gutes Muttergestein im zentralen
Graben.
Die Ergebnisse der offenen Pyrolyse widerspiegeln das vorwiegend marine organische
Material der LSF und USF, mit einer deutlichen aliphatischen Kohlenwasserstoffsignatur und
relativ geringen Schwefelanteilen. Sie haben das Potenital ein paraffinisch-naphtenisch-
aromatisches niedrig- bis vielwachs Rohöl zu generieren. Allerdings, enthält die Shiranish
Formation im nördlichen Graben höhere Mengen an sauerstoffreichen funktionellen Gruppen
und hohe Anteile an aromatischen Kohlenwasserstoffen und Phenolen. Dies liegt am erhöhten
Anteil terrestrischen organischen Materials, welches wiederum zu gasbildenden Eigen-
schaften des Muttergesteins führt.
Gesamtkinetikanalysen zeigen, dass die LSF breit verteilte Aktivierungsenergien (48-68
kcal/mol) und die USF eng zusammenliegende Aktivierungsenergien (52-60 kcal/mol) für die
Bildung von Kohlenwasserstoffen im Grabenzentrum haben. Die Frequenzfaktoren unter-
+14 +15 -1scheiden sich mit Werten von 1.5 E bis 8.7 E min . Des Weiteren gibt es breit verteilte
Aktivierungsenergien für die USF und LSF der Grabenschultern. Diese Kinetikparameter
wurden benutzt, um ein Model für die Umwandlung des organischen Materials für natürliche
geologische Heizraten zu erstellen. Der somit bestimmte Beginn der Ölbildung erfolgte bei
136°C in der USF und bei 144°C in der LSF. Das entspricht einem Versenkungs-
teufenunterschied von 360 m während der Kohlenwasserstoffgenese.
Kompositionelle Kinetikmodellierungen, basierend auf den Ergebnissen der MSSV Pyrolyse,
zeigen, dass die Gasgenese in der LSF Aktivierungsenergien von 59 – 63 kcal/mol benötigt.

vi PhD-Dissertation by Shirin Ismail
Im Gegensatz zur USF, welche sich durch ein hohes Ölpotential in Verbindung mit
niedrigeren Aktivierungsenergien (52-56 kcal/mol) auszeichnet.
„Gaskicks“ während des Abteufens von Bohrungen in die LSF können durch zwei Szenarien
interpretiert werden: erstens, die LSF ist ein self-sourced-Intervall. Das Öl wurde insitu gebildet
und blieb in der unteren Shiranish Formation. Dieses Öl wurde zum Gas an grüßen Tiefen gecrackt.
Zweitens, das Gas wurden in der darunter liegenden R'mah Formation gebildet und migrierte
aufwärts. Letzters Szenario würde darauf hinweisen, dass die tonigen Intervalle der unteren
Shiranish Formation eine Falle für das aufsteigende Gas bilden.


























vii PhD-Dissertation by Shirin Ismail

LIST OF PUBLICATIONS
Full paper
 Ismail, S.; Schulz, H.-M.; Wilkes, H.; Horsfield, B.; Di Primio, R.; Dransfield, M.;
Nederlof, P. (2009): Sedimentology, geochemistry and hydrocarbon potential of the Late
Cretaceous Shiranish Formation in the Euphrates Graben (Syria). Vining, B. A., Pickering,
S. C. (ed.) Petroleum Geology: From Mature Basins to New Frontiers. Proceeding of the
th7 Petroleum Geology Conference, London, 811-819.
Conference paper
 Ismail, S.; Schulz, H.-M.; Wilkes, H.; Horsfield, B.; Dransfield, M.; Nederlof, P. (2009):
What controlled the hydrocarbon potential of Late Cretaceous sediments in the Euphrates
Graben, Syria-a paleoceanographic reconstruction of the up to km-thick Shiranish
Formation (Campanian-Maastrichtian), 7th Petroleum Geology Conference: from Mature
Basins to New Frontiers (London 2009).
 Ismail, S.; Schulz, H.-M.; Wilkes, H.; Horsfield, B.; Nederlof, P.; Dransfield, M.;
Dominik, W. (2009): Sedimentary and diagenetic control on the hydrocarbon potential of
the Shiranish Formation (Campanian-Maastrichtian) in the Euphrates Graben (Syria), Book
of Abstracts, 24th International Meeting on Organic Geochemistry (IMOG) (Bremen
2009), 446 (P-341).
 Ismail, S.; Schulz, H.-M.; Wilkes, H.; Horsfield, B.; Dominik, W.; Nederlof, P. (2008):
Petroleum Source rock characteristics of the Shiranish Formation in the Euphrates Graben,
Syria, GEO 2008 - 8th Middle East Geoscience Conference and Exhibition (Manama,
Bahrain 2008).
 Ismail, S.; Schulz, H.-M.; Wilkes, H.; Horsfield, B.; Dominik, W.; Nederlof, P. (2007):
Source rock characteristics of the Shiranish Formation in the Euphrates Graben,
Syria., Book of Abstracts, 23rd International Meeting on Organic Geochemistry - IMOG
(Torquay, Devon, United Kingdom 2007).




viii