Clays, Cations, and Geophysical Log Response of Gas-Producing and Nonproducing Zones in the Gammon Shale (Cretaceous), Southwestern North Dakota

Abstract

The Upper Cretaceous Gammon Shale has served as both source bed and reservoir rock for accumulations of natural gas. Gas-producing and nonproducing zones in the Gammon Shale are differentiated on the basis of geophysical log interpretation. To determine the physical basis of the log responses, mineralogical, cation-exchange, textural, and chemical analyses were conducted on core samples from both producing and nonproducing portions of a well in the Gammon Shale from southwestern North Dakota. Statistical treatment (2 sample t-test and discriminant function analysis) of the laboratory data indicate that the producing and nonproducing zones differ significantly in mixed-layer clay content (7 vs. 12%), weight proportion of the clay-size (0.5-1.0 μm) fraction (5.3 vs. 6.3%) ratio of Ca²⁺ to Na⁺ extracted during ion exchange (1.4 vs. 1.0), and abundance of dolomite (10 vs. 8%). The geophysical logs apparently record subtle differences in composition and texture which probably reflect variations in the original detrital constituents of the Gammon sediments. Successfully combining log interpretation and clay petrology aids in understanding the physical basis of log response in clay-rich rocks and enhances the effectiveness of logs as predictive geologic tools.

Резюме

Верхний медовый Гаммонский Сланец использовался как источниковый пласт так и порода-резервуар для аккумуляции натурального газа. Продукционные и непродукционные зоны в Гаммонском Сланце различаются геофизической интерпретацией разрезов буровой скважины. Для получения физической основы характеристик разрезов проводились минералогические, катионообменные, текстуральные и химические анализы на образцах из продукционных и непродукционных частей скважины в Гаммонском Сланце юго-западной области Северной Дакоты. Статистическая обработка (2 образца, t-тест и анализ при помощи функции дискриминации) лабораторных данных показала, что продукционные и непродукционные зоны отличаются по: содержанию переслаивающихся глин (7 против 12%), весовой пропорции глиновой фракции размером 0,5 до 1,0 gм (5,3 против 6,3%), отношению ионов Са²⁺ к Nа⁺, выделенных во время обмена ионов (1,4 против 1,0), и обилию доломита (10 против 8%). Каротаж, повидимому, регистрирует тонкие различия в составе и текстуре, что, вероятно, отражает изменения в начальных детритальных компонентах Гаммонских осадков. Успешное сочетание интерпретации каротажа и петрологии глин помагает понять физические основы данных из разрезов в породах, обогащенных глинами, и увеличивает эффективность разрезов как подсказывающих геологических инструментов. [Е.С.]

Resümee

Der Gammon Schieferton aus der Oberkreide hat als Muttergestein und als Speichergestein für Anreicherungen von natürlichem Gas gedient. Gas-liefernde und Gas-nichtliefernde Zonen im Gammon Schieferton werden aufgrund von Geophysikalischen Log-Interpretationen unterschieden. Um die geophysikalische Grundlage für die Log-Aufnahmen zu bestimmen, wurden mineralogische, Ionenanstausch-, Textur-, und chemische Untersuchungen an Bohrkernen aus dem Gasliefernden und -nichtliefernden Gammon Schieferton von SW North Dakota durchgeführt. Statistische Auswertungen (Zwei-Proben-t-Test und diskriminierende Funktionsanalyse) der Labordaten deuten darauf hin, daß die Gas-liefernden und -nichtliefernden Zonen sich erheblich unterscheiden und zwar im Gehalt an Wechsellagerungen (7 vs. 12%), im Gewichtanteil der Tonfraktion (0,5–1,0 µm) (5,3 vs. 6,3%), im Ca²⁺ zu Na⁺-Verhältnis, das bei Ionenaustausch extrahiert wurde (1,4 vs. 1,0), und im Dolomitgehalt (10 vs. 8%). Die geophysikalischen Logs registrieren offensichtlich feine Unterschiede in der Zusammensetzung und der Textur, die wahrscheinlich Schwankungen in den ursprünglichen detritischen Komponenten des Gammon Sedimentes widerspiegeln. Eine erfolgreiche Kombination der Log-Interpretation und der Tonpetrologie ist eine Hilfe beim Verstehen der physikalischen Grundlage der Log-Aufnahmen in Ton-reichen Gesteinen und vergrößert die Effektivität von Logs bei geologischen Vorhersagen. [U.W.]

Résumé

Le shale Gammon du Haut Crétacé a servi à la fois de lit source et de roche réservoir pour des accumulations de gaz naturel. Les zones produisant du gaz et celles qui sont non-productives sont differenciées sur la base de d’interprétations d’analyses géophysiques. Pour déterminer la base physique des résultats de ces analyses, des analyses minéralogiques, d’échange de cations, texturales, et chimiques ont été faites sur des échantillons de carottes provenant à la fois des portions prôduisant du gaz et de celles qui n’en produisent pas d’un puits dans le shale Gammon du sud ouest du Dakota du Nord. Une analyse statistique (test t à 2 echantillons et analyse par étude du discriminant) des données de laboratoire indique que les zones productives et non-productives sont significativement différentes en ce qui concerne le contenu en argile de couche melangée (7 vs. 12%), la proportion en poids (5,3 vs. 6,3%) de la fraction de taille de l’argile (0,5–1,0 µm), la proportion de Ca²⁺ vis à vis de Na⁺ extraite pendant l’échange d’ion (1,4 vs. 1,0), et l’abondance de dolomite (10 vs. 8%). Les analyses géophysiques enregistrent apparemment des différences subtiles en composition et en texture qui reflètent probablement des variations dans les constituants détritiques originaux des sédiments Gammon. La succès de la combinaison d’interpétations d’analyses géophysiques et de la pétrologie de l’argile aide la compréhension de la base physique des résultats des analyses géophysiques dans les roches riches en argile et augmente l’efflcacité des analyses géophysiques en tant qu’outils géologiques de prédiction. [D.J.]