Stratigraphy, facies and depositional history of the Colonus Shale Trough, Skåne, southern Sweden

Abstract (Swedish)

Colonustråget är en viktig tektonisk enhet i den s.k. Sorgenfrei-Tornquistzonen i Skåne, södra Sverige. Den sedimentära sekvensen består av en kambrisk till silurisk succession dominerad av finkorniga klas-tiska sediment samt en mindre del kalksten. Tre hål borrades 2009–2010 av Shell med avsikt att finna skiffergas i den kambrisk-ordoviciska alunskiffern. Borrhålen, benämnda Oderup C4-1, Lövestad A3-1 och Hedeberga B2-1, är viktiga för att utvidga den stratigrafiska kunskapen av Colonustråget. Den här studien omfattar litostratigrafiska korrelationer av lagerföljden med hjälp av gamma ray loggar, borrkax och biostratigrafi. Den sedimentära lagerföljden består av 19 formationer som kan delas in i fem storskaliga stratigrafiska enheter vilka är relaterade till den regionala bassängutvecklingen: den kambriska sandstensassociationen, den kambrisk-ordoviciska alun-skifferassociationen, den ordoviciska skiffer- och kalkstensassociationen, den siluriska skifferassociationen, och den siluriska kalkstens- och sandstensassociationen. Gamma ray loggarna visar små värdeförändringar i API för den siluriska skifferassociationen, men undantag av en del distinkta ledbäddar finns. Den ordoviciska skiffer- och kalkstensassociationen består av en litologiskt heterogen enhet som ger skiftande utslag i API värdena där Kom-stadkalkstenen är den viktigaste ledbädden. Den kambrisk-ordoviciska alunskifferformationen består av en organ-iskt rik skiffer som ger extremt stora utslag på gamma ray loggarna, speciellt under tidsavsnittet furongian. Baserad på borrdata genomfördes en tektonisk subsidensmodell, s.k. backstripping, i avsikt att rekonstruera den palaeozo-iska tektoniska utvecklingen i Skåne. Tre tektoniska faser identifierades: en tidig kambrisk fas karakteriserad av relativt höga subsidenshastigeter (17 m/Ma), en passiv fas karakteriserad av extremt låga subsidenshastigeter (2–4 m/Ma), och slutligen en fas karakteriserad av exceptionellt höga subsidenshastigeter, uppemot 120 m/Ma, relaterat till kollisionen mellan Baltica och Avalonia. En lokal höjning av jordskorpan observerades i den äldre ordoviciska Tøyenskiffern.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning
Skåne skiljer sig i många avseenden från övriga landet och variationerna i landskapets topografi och geologi är stora. Skåne rymmer därför många olika naturtyper. Tryck- och tänjningsrörelser i berggrunden har resulterat i de stora horstarna (”åsarna”), som genom förkastningsrörelser höjts över omgivande berggrund och bildar stora, långsträckta ryggar i landskapet. Horstarna sträcker sig i nordvästlig-sydöstlig riktning och följer den s.k. Sorgenfrei-Tornquistzonen, en tektonisk enhet längs vilken rörelser i jordskorpan har pågått sedan åtminstone permperioden för mer än 275 miljoner år sedan. Förkastningsrörelserna har resulterat i att vissa områden höjts medan andra sänkts och fyllts med sediment. En av sänkorna är Colonustråget som kan följas från Bornholm till nordvästra Skåne. I Colonustråget har havssediment från tidig kambrium till sen silur bevarats. I mellankambrium till tidig ordovicium avsattes alunskiffer, en svart lerskiffer rik på organiskt material. Denna skiffer har varit intressant för Shell eftersom man i andra delar av världen kan utvinna naturgas ur liknande skiffrar. Därför borrades tre hål mellan 2009 och 2011, av Shell benämnda Oderup C4-1, Lövestad A3-1 samt Hedeberga B2-1, för att undersöka geologin i Colonustråget. Borrhålen har varit viktiga för att utöka kunskapen om den sedimentära lagerföljden i Colonustråget.
Denna studie har omfattat korrelationer av lagerföljden med hjälp av gamma ray-loggar (naturlig strålning), borrkax och biostratigrafi. Lagerföljden består av 19 formationer som kan delas in i fem storskaliga stratigrafiska enheter som avspeglar havsmiljön då sedimenten avsattes: den kambriska sandstensassociationen, den kambrisk-ordoviciska alunskifferassociationen, den ordoviciska skiffer och kalkstensassociationen, den siluriska skifferassociationen, samt den siluriska kalkstens- och sandstensassociationen.
Inom många delar av jordskorpan sker det en naturlig insjunkning p.g.a. av dess egen tyngd. Denna insjunkning kan ökas och minskas beroende på tektonik samt hur mycket sediment som läggs på. En insjunkningsanalys, s.k. backstripping, har genomförts från data tagen från Shell-borrningarna. I modelleringen tar man bort den sedimentära pålagringen samt vattnets tyngd och får på så sätt fram den tektoniskt styrda insjunkningen av jordskorpan. Tre tektoniska faser upptäcktes: en tidig kambrisk fas karakteriserad av relativt höga insjunkningshastigheter (17 m/miljon år), en passiv fas karakteriserad av extremt låga insjunkningshastigheter (2–4 m/miljon år), och slutligen en fas karakteriserad av exceptionellt höga insjunkningshastigheter, uppemot 120 m/miljon år. Den sistnämnda fasen är relaterad till bildandet av en gammal bergskedja, de nordtyska-polska kaledoniderna som bildades i silur. I samband med bildandet av bergkedjan skapades en s.k. förlandsbassäng över Skåne och nuvarande Östersjön där mängder med sediment pumpades ut. Det var under denna period som den mäktiga siluriska skifferassociationen samt den siluriska kalkstens och sandstensassociationen avsattes.

Abstract

The Colonus Shale Trough (CST) is an important tectonic entity in the Sorgenfrei-Tornquist Zone (STZ) in Skåne, southernmost Sweden. The fill comprises a Cambrian through Silurian succession dominated by fine-grained clastic sediments and subordinate limestone. Three deep wells were drilled in 2009–2010 by Shell in order to investigate the possibilities of extracting shale gas from the Cambrian-Ordovician Alum Shale Formation. The three wells Oderup C4-1, Lövestad A3-1 and Hedeberga B2-1 are important in providing the first continuous strati-graphic data from the CST. The study presents lithostratigraphic correlation of the strata by means of gamma ray logs, cuttings and biostratigraphy. The sedimentary fill constitute 19 formations that can be subdivided into five larger-scale stratigraphic associations related to the major depositional development of the basin. The Cambrian Sandstone Association, Cambrian-Ordovician Alum Shale Association, Ordovician Shale and Limestone Associa-tion, Silurian Shale Association, and the Silurian Limestone and Sandstone Association. The gamma ray logs show little variation in the API values for the Silurian Shale Association, although a few marker beds are present. The Ordovician Shale and Limestone Association is a heterogenous unit recording a great variation in API value with the Komstad Limestone as the most important marker bed. The Cambrian-Ordovician Alum Shale Association con-sists of an organic-rich shale and record extremely high API values, especially in the Furongian part. In order to reconstruct the Palaeozoic tectonic evolution of Skåne a tectonic subsidence model was produced from backstrip-ping analysis of the well data. Three successive tectonic phases have been identified: An early Cambrian post-rift phase characterized by relatively high subsidence rates (17 m/Ma). A Late post-rift phase that is characterized by extremely low subsidence rates (2–4 m/Ma). And lastly, a collisional phase related to the development a foreland basin due to the collision between Baltica and Avalonia plates. The latter tectonic phase is characterized by an ex-ceptionally high subsidence rate, reaching a maximum of 120 m/Ma and represents the final infill of the Baltoscandian foreland basin. A local uplift is observed in the Early Ordovician Tøyen Shale.

• author: Eriksson, Magnus
• supervisor: Mikael Calner; Per Ahlberg
• organization: Department of Geology
• alternative title: Stratigrafi, facies- och depositionsutveckling i Colonustråget, Skåne, södra Sverige
• course: GEOR02 20121
• year: 2012
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Sweden, tec-tonic subsidence, gamma ray, backstripping, Lower Palaeozoic, Colonus Shale Trough, Sorgenfrei-Tornquist Zone, Colonustråget, Sorgenfrei-Tornquistzonen, underpaleozoikum, tektonisk subsidens, Sverige
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 310
• language: English
• id: 3044900
• date added to LUP: 2012-09-25 18:09:52
• date last changed: 2014-09-25 03:45:18