– Innen konvensjonell leting etter olje og gass har elektromagnetiske målinger (EM) blitt utnyttet for å kartlegge resistivitet i prospekter – hydrokarboner er mer resistive (leder strøm dårlig) enn salt formasjonsvann. Når vi skal lete etter mineraler, er det det motsatte som gjelder. Da ser vi etter kropper som er konduktive (leder strøm godt). Dette er sammenliknbart med å bruke en metalldetektor for å lete etter mynter på stranden, forklarer Dag Helland-Hansen, EVP Global Sales og Exploration Advisor i EMGS.
EMGS er blant selskapene som har posisjonert seg for en mulig ny industri på norsk sokkel.
I dyphavet på norsk sokkel er «myntene på stranden» representert ved metallrike massive sulfidforekomster (seafloor massive sulfides, SMS).
Slike forekomster dannes langs spredningsryggen der kokhett, mineralrikt vann trenger opp til havbunnen. Når det varme vannet som har sirkulert i dypet møter det iskalde sjøvannet, avsettes mineralene. Over tid kan store metallforekomster bygges opp på denne måten (geoforskning.no: «Et spektakulært syn»).
Den midtoseaniske spredningsryggen strekker seg 65 000 km gjennom verdenshavene og er verdens desidert lengste fjellkjede. Om lag fem prosent av denne fjellkjeden ligger i norske farvann (økonomisk sone) og omfatter i hovedsak Mohns- og Knipovichryggene mellom Jan Mayen og Svalbard. Det innebærer at Norge potensielt kan kontrollere store mineralressurser.
Deep Sea Minerals 2023
Helland-Hansen og Kjølhamar holder foredraget Key Takeaways as partners in the Atlab-3 North-Atlantic Geophysical Cruise, seismic & CSEM on Seafloor Massive Sulfides (SMS) under konferansen Deep Sea Minerals 2023 i Bergen 5. – 7. desember 2023.
Seismikk og EM – en elegant løsning
Tradisjonelle geofysiske letemetoder som EM kan spille en viktig rolle for å finne de skjulte sulfidforekomstene. Elektromagnetiske målinger er imidlertid ikke den eneste letemetoden som egner seg for marin mineralkartlegging.
– Seismiske data er avgjørende for å få et bilde av strukturene og lagene på og under havbunnen. Med geologisk forståelse om hvordan og hvor sulfidene opptrer i bakhodet, kan seismikken fortelle oss hvilke geologiske kropper som stikker seg ut som mulige mål, forteller Bent Kjølhamar, seniorgeolog i TGS.
TGS har – som EMGS – viet tid og ressurser de seneste årene til å undersøke hvorvidt selskapets teknologi kan anvendes for å kartlegge SMS-forekomster.
Kjølhamar legger til at seismiske data også kan gi en pekepinn på hva slags bergart en gitt geometrisk kropp som er identifisert i seismiske data består av.
– Publiserte data forteller oss at sulfidforekomster ofte har noe høyere seismisk hastighet (de seismiske bølgene reiser raskere gjennom laget) og de vil typisk ha høyere tetthet enn de sedimentære eller delvis omdannede vulkanske lagene rundt. Dette vil normalt gi en god kontrast og en sterk seismisk refleksjon.
Han medgir imidlertid at det også finnes andre strukturer ved midthavsryggene som har lignende signaturer, nemlig ferske vulkanske bergarter (størknet lava eller intrusjoner).
– Men her kommer EM til unnsetning. Den kan skille mineralforekomster fra vulkanitter fordi førstnevnte er langt mer konduktive enn sistnevnte. Kombinasjonen av seismikk og EM er en elegant løsning for å identifisere sulfider, fremholder seniorgeologen.
Helland-Hansen nikker anerkjennende og legger til:
– Et EM-signal i seg selv er ikke tilstrekkelig. Det er lavfrekvent og kan ikke gi en presis posisjon av en mulig konduktiv kropp. Men om vi legger EM-dataene oppå de seismiske dataene, får vi kartlagt de geologiske kroppene og avgjort hvilke av dem som er konduktive. Da har vi avgrenset dem til interessante mål for leteselskapene.
Konsortium for dyp avbildning
At serviceselskaper som TGS og EMGS bør gå sammen og levere felles geofysiske løsninger vedrørende leting etter sulfidforekomster, er åpenbart for Kjølhamar og Helland-Hansen.
Ikke bare har de begge jobbet flere år med å forstå hvordan teknologiene til deres respektive selskaper kan brukes innenfor dyphavsmineraler. De har også hatt mulighet til å teste teknologiene i samspill på norsk sokkel gjennom det NTNU-ledede konsortiet ATLAB, som senest gjennomførte et tokt langs Mohnsryggen sensommeren 2022. Et nytt tokt kan finne sted i 2024.
ATLAB startet som et rent forskningsprosjekt der målet blant annet var å oppnå ny forståelse for dannelsen av Atlanterhavet. I 2019 publiserte Ståle Johansen (som prosjekteier i NTNU) med flere en artikkel i det anerkjente tidsskriftet Nature der de demonstrerte at de hadde klart å lage avbildninger ned til 120 km dyp under midthavsryggen (geoforskning.no: «Ser 120 km under jordoverflaten»).
Det ble etter hvert klart at forskningen var svært relevant for å forstå de hydrotermiske systemene under havbunnen og derfor også dannelsen av mineralforekomstene i dette unike miljøet. Både Helland-Hansen og Kjølhamar var sentrale i å utvide konsortiets fokus også mot anvendt forskning på dyphavsmineraler. Med det kom også flere industriselskaper (og mer midler) til i konsortiet.
ATLAB-toktene i 2021 og 2022 har latt selskapene teste ut mange typer teknologi på én båt. Et slikt spleiselag er en kostnadseffektiv løsning, og helt nødvendig, all den tid det ennå ikke finnes et marked å konkurrere i.
– Samtidig er det slik at når båttiden først er betalt, er kostnadene for å ta med ytterligere utstyr marginale. Derfor valgte vi å i tillegg til geofysiske data, også samle inn betydelige mengder miljødata som selvfølgelig vil være viktige for å øke kunnskapsgrunnlaget i dyphavet, sier EMGS-direktøren.
Under toktet i 2022 lærte EMGS at det er konvensjonell innsamling med noder på havbunnen og en kilde som taues dypt, nær havbunnen, som er mest kostnadseffektivt for god EM-avbildning.
Kupert terreng byr på utfordringer
– Utfordringen er terrenget, påpeker Helland-Hansen.
De hydrokarbon-prospektive områdene på norsk sokkel ligger gjerne der havbunnen er relativt flat og jevn og med underliggende sedimentpakker. Landskapene ved midthavsryggen står i sterk kontrast til dette, og minner mer om de vest- og nordnorske fjellområdene med spisse tinder og dype daler. I «dalene» finner vi sedimenter som er avsatt av havstrømmene. Disse kan bli 300 meter tykke. I bratt terreng og på toppene er de som oftest fraværende, der er havbunnsskorpen som regel blottet.
EM-kilden bør taues så nært havbunnen som mulig for at signalene ikke skal bli absorbert i vannkolonnen, men kunne trenge ned i lagene under havbunnen. Samtidig må operatøren selvfølgelig unngå å kollidere med en fjellvegg i det svært kuperte terrenget.
Til tross for dette, er Helland-Hansen fornøyd med dataene de har fått samlet inn så langt, og har planer for hvordan de skal taue kilden saktere og nærmere havbunnen i all slags terreng ved fremtidige innsamlinger.
Kjølhamar legger til at det er vanskelig å unngå denne typen topografi om en skal finne sulfider. Prospektene har nemlig, grunnet geologiske prosesser, en tendens til å befinne seg langsmed stupbratte skråninger.
– Vi har sett at de interessante segmentene som kan være mineralholdige, gjerne ligger der Oljedirektoratet forventer at de skal kunne finnes. Det er hovedsakelig på siden av eller over dype forkastningsplan som kan ses på seismikk.
Forklaringen ligger i at forkastningene ofte utgjør gode traseer for dyptsirkulerende mineralrikt vann til å nå opp til havbunnen. Røft terreng til tross, sulfidforekomster som ligger på aktive forkastninger (flankeforekomster), er godt egnet i lete- og utvinningsøyemed fordi det faktum at de relativt sett løftes opp i takt med forkastningsbevegelsene, hindrer dem i å bli begravet av sedimenter eller lava. De er dermed lettere tilgjengelig for geofysisk leting, for visuell observasjon, for prøvetaking og for utvinning.
Sulfider opptrer også som aksialforekomster, det vil si på vulkanrygger sentralt i aksedalene. Oljedirektoratet skrev i ressursvurderingen fra januar 2023 at frekvensen av flankeforekomster er betydelig høyere enn for aksialforekomster, basert på nåværende kunnskap. De regner også flankeforekomster som overlegne med hensyn på tonnasje og gehalter.
Også vedrørende seismisk innsamling kan kupert og bratt terreng by på utfordringer. Kjølhamar mener bestemt at 3D innsamling er nødvendig for å få tilstrekkelig gode data. Under ATLAB-3-toktet ble dog bare 2D seismiske data samlet inn.
– Når vi samler 2D seismikk i kupert terreng, får vi et problem med såkalt sidesveip. Kort fortalt er dette refleksjoner fra et bratt terreng ved siden av og over havbunnen som ankommer før refleksjonen av selve havbunnen eller de primære lagene i den grunne seksjonen. Disse fremtrer da som lite fokuserte refleksjoner/lag over den reelle havbunnen i seismikken, og de er umulige å prosessere bort i 2D data. Dette er imidlertid ikke et problem med 3D seismikk.
En annen ulempe med 2D målinger er selvfølgelig at de kun dekker et smalt felt langs innsamlingslinjen. Ettersom sulfidforekomstene er langt mindre (størrelsesorden 0,1 – 1 km2) enn de fleste hydrokarbonakkumulasjoner av kommersiell interesse, er det lettere å «bomme på dem».
– Det kan for så vidt løses ved å kjøre mange parallelle 2D-linjer, eller tette 2D grid, men da vil det fort lønne seg å heller samle inn 3D seismikk for å være sikker på å få kartlagt alle tilstedeværende forekomster innenfor et gitt område, bemerker seniorgeologen.
Helland-Hansen skyter inn at også for EM-data gir 3D innsamling et bedre produkt. 3D EM gir kort og godt bedre presisjon i romlige dimensjoner. Dette ble for øvrig testet og bekreftet under toktet i 2022 med en mini-3D innsamling.
Kjølhamar og TGS har videre fått bekreftet gjennom toktene at grunne mål krever langt mindre seismiske kilder med kortere tauede kabler enn ved tradisjonell innsamling rettet mot dypereliggende hydrokarboner. Mindre kilder gir en miljømessig fordel ved at de avgir mindre støy, som kan påvirke dyrelivet i vannsøylen og på havbunnen.
Ett av datasettene som skulle samles inn under ATLABs 2022-tokt var seismikk med noder på havbunnen. Dropp og gjenopphenting av nodene fra 3 000 meters dybde var vellykket, men dataene ble noe amputert. Utfordringen var av en art som selskapene som vil drive aktiviteter på store dyp i Norskehavet kan støte på – sjøvannet holdt minusgrader.
– Nodene var rett og slett ikke innstilt for temperaturer under 0 °C. Kun én av nodene samlet inn data, da temperaturen rundt denne med nød og neppe lå på plussiden (0,1 °C). Men dette er ikke et stort problem, så lenge vi er bevisste på at slike kalde vannmasser kan være til stede i dyphavet og justerer dette på noden, sier Helland-Hansen.
Mulig å skille mellom metaller
Som nevnt er EM-teknologien basert på å måle elektrisk strøm i undergrunnen. Vi vet godt at metaller er ypperlige når det kommer til å lede strøm – de har høy konduktivitet. Men kan EM-signalene fortelle noe om hva slags metaller som finnes i en forekomst, og i hvor høye konsentrasjoner?
– Per i dag er ikke dette informasjon vi har forsøkt å få ut av EM-datasett. Men teoretisk skal det absolutt være mulig, og dette vil være neste steg for oss innen teknologiutvikling, sier Helland-Hansen.
– EMGS har erfaring med å bestemme bergartssammensetninger fra den tradisjonelle virksomheten innen olje og gass, og en del av en fremtidig løsning som gir informasjon om innholdet i sulfidforekomster, kan være bruken av IP.
EMGS-direktøren snakker om indusert polarisasjon, en geofysisk metode som er beslektet med EM og som blant annet brukes av bergindustrien på land for å finne malmer.
Kort fortalt fungerer metoden ved å sende elektriske signaler ned i undergrunnen, for så å måle responsen som kommer tilbake til mottakerne. Sulfider kan bevare et elektrisk felt en kort tid etter at det elektriske signalet er sendt, og denne effekten, indusert polarisasjon, kan måles og brukes for å skille for eksempel kobber fra jern.
Det sistnevnte metallet er ikke av verdi for leteselskapene, og slik kan IP for eksempel brukes til å luke ut «dårlige» prospekter.
Krever mange forekomster
Oljedirektoratet «lover» store mulige mineralressurser i sulfidene på norsk sokkel. Og godt er det. For beregninger viser at store ressurser og en høy årsproduksjon kan være helt nødvendig for å forsvare investeringskostnadene for produksjonsskip og avansert utstyr for utvinning i dyphavet.
Helland-Hansen forteller at han har vært med på å gjøre kommersielle kalkulasjoner som indikerer at prospekter på rundt 20 millioner tonn kobbermalm i ressurser må til for å sikre lønnsomhet. Det tilsvarer nesten reservene til Nussir (24,4 millioner tonn malm), den planlagte kobbergruven i Finnmark.
Kalkylene var basert på forutsetningen om en årlig produksjon på rundt to millioner tonn kobbermalm, som er kapasiteten ved bruk av et produksjonsskip (FPSO). Om en antar gehalter på 5 prosent, gir det en årlig produksjon på 100 000 tonn kobber, som ifølge Det internasjonale energibyrået kan dekke behovet i årsproduksjonen av ca. 1,9 millioner elektriske biler eller rundt 1 500 offshore vindturbiner med 8 GW kapasitet.
Han poengterer imidlertid at vi ikke er avhengige av å finne én sulfidforekomst av denne størrelsen – ressursene kan fint være fordelt på mange mindre forekomster. De færreste vil trolig være økonomisk drivverdige alene.
– Dette er en klar fordel kontra gruvedrift på land, hvor man er mer bundet til ett geografisk område. I dyphavet vil all lukket-kretsløp-infrastruktur være mobilt og kan nokså enkelt flyttes fra én forekomst til en annen, legger Kjølhamar til.
– Fra TAG-forekomsten i Atlanterhavet vet vi dessuten at sulfidforekomstene kan opptre i flere intervaller under havbunnen. Ett område kan dermed bestå av flere forekomster, ikke bare lateralt, men også vertikalt.
TAG (Transverse-Atlantic Geotraverse) er en aktiv sulfidforekomst midt mellom Karibien og Vest-Afrika (geoforskning.no: «Slow cooking gives better results»). Den er en av de best studerte i verden, og utgjør grunnlaget for modellene i Oljedirektoratets ressursvurdering.
Det er per i dag et åpent spørsmål hvor dypt det vil være mulig og økonomisk å grave eller bore for å utvinne dypereliggende sulfider. Teknologien er under utvikling. Helland-Hansen påpeker at det uansett er viktig for EMGS å levere datasett der de er identifisert. Så får det være opp til leteselskapene å planlegge for utvinning.
– Jeg er teknologioptimist, og tror at hvis vi påviser rike forekomster som ikke ligger altfor dypt under havoverflaten, vil det la seg gjøre å bore dem ut i lukkede kretsløp. Høye gehalter er et godt incentiv for teknologiutvikling knyttet til operasjoner, fortsetter Kjølhamar.
Mindre miljøavtrykk
Seniorgeologen påpeker at sulfidenes høye konsentrasjoner av metaller som kobber, sink, sølv og gull, ikke bare kan bidra til bedre prosjektøkonomi, men også legger til rette for et mindre miljøfotavtrykk.
– Høyere gehalter innebærer at mindre masser må tas ut, transporteres og prosesseres per produserte kg metall.
Kobbergruver på land driver i dag på forekomster med en gjennomsnittlig gehalt på rundt 0,6 prosent. I tillegg må rundt to ganger så mye overdekning tas vekk før selve malmen kan utvinnes. Det betyr at det tas ut rundt 500 (!) kg gråberg og malm for hvert kg kobber som produseres ved gruvedrift på land. Kjølhamar mener det skal være mulig å utvinne sulfidmalmer i dyphavet med gehalter på rundt 5 prosent kobber uten betydelig overdekning, noe som kan redusere mengden avgangsmasser med 90 – 95 prosent.
Av hensyn til sosial aksept kan det også være viktig for leteselskapene og andre involverte parter å understreke at eventuell gruvedrift på norsk sokkel aldri vil finne sted i mer enn en brøkdel av området som Olje- og energidepartementet har foreslått åpnet (281 000 km2).
Ebbe Hartz, geolog i Aker BP, har tidligere uttalt at en gruveoperasjon på norsk sokkel som produserer 2 millioner tonn malm per år vil oppta et areal på under 1 km2 (geo365.no: «1 km2 kan gjøre Norge selvforsynt»). En slik operasjon kunne ifølge Hartz’ kalkulasjoner gjøre Norge mer enn selvforsynt av kobolt, kobber, sink, gull og sølv.
EY indikerte i en rapport de utarbeidet på oppdrag av Oljedirektoratet at utvinning av sulfider vil legge beslag på mindre enn 0,002 prosent av området som først ble foreslått åpnet. En nål i den berømte høystakken.
Men selv innenfor de begrensede områdene marin gruvedrift kan finne sted på en dag i fremtiden, vil betingelsen være at selskapene kan dokumentere at det kan gjøres med akseptabel grad av miljøpåvirkning.
– Et av de viktigste aspektene ved de nye teknologiene er at de kan beskytte dyrelivet i vannmassene og på havbunnen innenfor politisk definerte og akseptable rammer. Dette er essensielt for at denne industrien skal få lov til å starte, mener Kjølhamar.
– Før vi kan fastslå akseptable rammer må kunnskapsnivået om dyrelivet regionalt og lokalt økes kraftig. Myndighetene anbefaler et bredt samarbeid mellom marinbiologer, geologer og geofysikere i det videre arbeidet. For å kunne skaffe til veie treffsikre data, må det gjøres målinger på flere identifiserte utdødde massive sulfidforekomster, ergo må disse bli funnet først.
Klare for mulig åpning
Arbeidet som kan lede frem til en åpning for mineralvirksomhet på norsk sokkel har allerede foregått over flere år. Den forrige regjeringens forslag til havbunnsminerallov ble lagt ut på høring i 2017 og vedtatt i 2019. Året etter igangsatte de åpningsprosessen. Høsten 2022 ble konsekvensutredningen lagt frem, og frem til januar 2023 lå den ute på høring. Parallelt med dette har Oljedirektoratet og flere forskningsmiljøer gjennomført en rekke tokt for å skaffe mer kunnskap.
I juni 2023 la regjeringen ved Olje- og energidepartementet frem stortingsmeldingen som kan åpne for mineralvirksomhet på norsk sokkel (geo365.no: «Leting vil gi økt kunnskapsgrunnlag»). Forslaget er under behandling av Stortinget, og en eventuell åpning vil i første omgang legge til rette for at private aktører kan starte kartlegging og datainnsamling (leting). Eventuell utvinning ligger fortsatt flere år frem i tid.
– Om det åpnes for leting etter dyphavsmineraler på norsk sokkel, er vi klare til å levere, bekrefter Kjølhamar.
De seneste årenes forskning og teknologiuttesting har tydelig demonstrert effekten av å kombinere seismikk og EM, og Helland-Hansen understreker at samarbeidet mellom TGS og EMGS er «liv laga».
– Jeg ser for meg at vi vil kunne gå sammen for å levere et multiklientprodukt med seismikk og EM i én pakke for de mest aktuelle områdene. Dette fordrer selvfølgelig at noen er villige til å betale for det. Med en eventuell åpning for leting på norsk sokkel, ser vi definitivt et potensial for kommersiell interesse fra leteselskapene.
Vi vet nå at det finnes store metallressurser på norsk sokkel. Det gjenstår mye arbeid før vi kan fastslå om de vil være økonomisk utvinnbare, og at de kan utvinnes med minimal miljøforringelse. En eventuell åpning av norsk sokkel vil bidra til at private aktører kan samle inn helt nødvendige data om miljøet og ressursene i dyphavet og på den måten bidra til å raskere tette store kunnskapshull.
Samtidig må fortsatt teknologier knyttet til leting, utvinning og prosessering utvikles, testes og optimaliseres. En fullskala verdikjede må bygges opp. Dette jobber industrien, forvaltning og akademia sammen for å oppnå gjennom en rekke prosjekter og plattformer.
Norsk oljeteknologi er verdensledende. Det blir stadig mer klart at mye av denne teknologien vil være til avgjørende nytte for den potensielle nye industrien på norsk sokkel. Olje- og gassnasjonen Norge har nå en unik sjanse til å også bli ledende innenfor leting og utvinning av havbunnsmineraler.
Store metallressurser i sulfidene
38 millioner tonn kobber. 45 millioner tonn sink. 2 317 tonn gull. 85 000 tonn sølv. 1 million tonn kobolt.
Dette er Oljedirektoratets forventede tilstedeværende ressurser av metaller i sulfidforekomster på norsk sokkel. Metallressursene i manganrike skorper på undersjøiske fjell, som også er påvist på norsk sokkel, kommer i tillegg. Tallene ble publisert i en ressursvurdering i januar 2023 (geo365.no: «Store tilstedeværende ressurser»).
Oljedirektoratet presenterte ressursrapporten i et nokså nøkternt ordlag, men bekreftelsen på at ressursene er til stede og i et betydelig omfang har gitt fornyet optimisme og er et stort skritt fremover for den gryende norske havbunnsmineralindustrien.
For flere av metallene tilsvarer ressursene flere år med dagens globale forbruk. For eksempel utgjør kobberressursene den globale etterspørselen for nærmere to år. Til sammenlikning kan vi også nevne at den planlagte kobbergruven i Finnmark, Nussir, har planer om å produsere 165 000 tonn kobber gjennom sin levetid. Røros Kobberverk produserte 118 000 tonn av det røde metallet gjennom 333 år (1644 – 1977).
Det er forventet at etterspørselen etter kobber (og flere av de andre metallene som finnes i forekomster i dyphavet) vil øke betydelig i årene som kommer. Årsaken er det grønne skiftet, som betyr flere elektriske biler, mer fornybar energiproduksjon og storstilt utbygging av overføringsnettet. Alt dette er metallintensivt, og analysebyråer som Wood Mackenzie og Det internasjonale energibyrået har stilt seg tvilende til hvorvidt landbaserte kobbergruver kan levere tilstrekkelige mengder de kommende årene for å nå nullutslippsmålet. Dyphavsmineraler kan bli redningen.
Oljedirektoratets vurdering av dyphavsmineralressursene er bare ett ledd i en mer tids- og ressurskrevende lete- og kartleggingsprosess. For per i dag kjenner vi ikke til mange sulfidforekomster, og de som er og vil bli påvist, må fortsatt studeres nærmere og ikke minst kjernebores før vi kan bestemme tonnasje og gehalter med høy presisjon, som er nødvendig for å kunne fastslå økonomisk drivverdighet.
De aller fleste av sulfidforekomstene vi har funnet, har blitt påvist fordi de er aktive kilder der det varme, mineralrike vannet danner gjenkjennbare signaturer i vannsøylen. De befinner seg dessuten på, og ikke under havbunnen.
I et ressursperspektiv er det imidlertid de inaktive forekomstene som er av interesse. Årsakene er at det biologiske mangfoldet og den totale biomassen er betydelig mindre ved fossile sulfidsystemer enn ved de aktive, at de inaktive statistisk sett vil være større (de har bygget seg opp over lenger tid), at svært høye temperaturer kan være operasjonelt krevende og fordi leteselskapene selv har kommunisert at deres interesse ligger i de utdødde forekomstene.
Ikke minst vil statistisk sett et overveldende flertall av sulfidforekomstene på norsk sokkel være inaktive fordi aktive kilder har en begrenset levetid. Oljedirektoratet har indikert at det kan finnes om lag 1 000 forekomster langs den norske delen av spredningsryggen (geo365.no: «10 kan bli til 1 000»).
Inaktive forekomster vil imidlertid i mange tilfeller for lengst være begravet av sedimenter og/eller gamle lavastrømmer. De kan heller ikke identifiseres basert på «varmesignaturer» i vannkolonnen.