Forvitret grunnfjell

I et varmt og fuktig klima gjennom trias og jura ble den skandinaviske berggrunnen utsatt for tropisk forvitring. Harde, krystallinske bergarter ble omdannet til ukonsoliderte masser. For anleggsbransjen har dette resultert i store problemer under bygging av tunneler, men for oljeindustrien skaper det nye, interessante muligheter.

Med en tidsmaskin kunne vi sust tilbake og spradet rundt i badebuksen sammen med dinosaurene i mesozoikum (trias, jura og kritt). På den tiden, for 65 til 250 millioner år siden, var det et helt annet klima på Jorden enn det vi opplever i dag.

Kontinentet Baltikum, inkludert det landområdet med prekambriske og kaledonske bergarter som senere skulle bli Norge, lå i tillegg mye lengre sør enn det gjør i dag. Helt siden sent i kambrium (for omtrent 500 millioner år siden) har Baltikum fra en posisjon sør for ekvator flyttet seg nordover. I stedet for snøkledte fjelltopper må vi se for oss et ”tropisk paradis” når vi skal gjenskape det norske, mesozoiske landskapet inne i hodene våre.

I jura lå Norge omtrent på samme breddegrad som India i dag, og det varme og fuktige klimaet la grobunn for vidstrakte regnskoger. Restene finner vi nå igjen som bl.a. tykke kullag i Nordsjøen og Norskehavet.

I erkjennelsen om at det har vært både varmere og fuktigere i tidligere tider, ligger også nøkkelen til å forstå et lite påaktet fenomen i den norske berggrunnen: tynne, langstrakte soner med ”råttent” fjell.

– Ingeniørgeologene, som planlegger og bygger tunneler, kjenner imidlertid denne problematikken fra innsiden, bokstavelig talt. Det er jo nettopp disse sprekkene og svakhetssonene som ofte er det store problemet under tunneldriving, fremholder Odleiv Olesen, geofysiker ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

I den senere tid har petroleumsgeologene også blitt klar over at de krystallinske bergartene, ”basement”, som ligger under de sedimentære bergartene på kontinentalsokkelen, ikke nødvendigvis er harde og tette. De kan i stedet være reservoarbergarter for olje og gass slik vi kjenner til fra andre steder i verden.

– I mer enn 50 brønner har det på norsk sokkel blitt påvist krystallinske bergarter som er forvitret eller oppsprukket og som derfor kan ha et potensial som reservoarbergart, forteller geolog Dag Bering i Oljedirektoratet. Han kan også opplyse om at den aller første brønnen på norsk sokkel, 8/3-1 fra 1966, påtraff forvitret grunnfjell.

Melbudone

Nei da, dette er ikke kvartære løsmasser, slik det er lett å få inntrykk av. Dette er forvitret, prekambrisk gneis i Vesterålen hvor forskerne må bruke spade i stedet for hammer under prøvetakingen.

Forvitringsjorden er bevart

Ved Universitetet i Stockholm har professor Karna Lidmar-Bergstrøm forsket på forvitring av krystallinske bergarter. Basert på 20 års innsats i bl.a. Sør-Sverige, har hun konkludert med at gneisene på Det baltiske skjoldet har forvitret i et tropisk klima.

Lidmar-Bergström har vist at det i Skåne ligger et opptil 60 meter tykt lag av forvitringsmateriale under sedimentære bergarter av sen jura og kritt alder. Det er en overraskelse for oss nordmenn som kun er kjent med kvartære morener og andre glasiale avsetninger over det faste fjellet.

– Dyprforvitret gneis ligger også under jura-krittbergartene på Andøya. Dette ble oppdaget allerede på 1970-tallet, da det ble boret flere brønner gjennom de sedimentære bergartene, sier Bering.

Forvitringen av de krystallinske bergartene i de nordiske landene henger sammen med beliggenheten i et tropisk klima på den tiden da dinosaurene regjerte. For å skjønne hva de to geologene mener, må vi derfor forflytte oss sørover på kloden.

– I enkelte sumpområder i tropiske strøk kan det dannes ekstremt surt vann. Syrer dannet i organisk materiale som løses i vannet er årsaken. Fargen på vannet kan bli helt svart. Derfor har slike sumper fått navnet ”blackwater”, forteller Olesen.

– I det sure vannet lever det verken bakterier eller sopp. Det gjør at løv og planter som faller ned på bunnen ikke blir brutt ned i den livløse gjørmen. Gjennom tusenvis av år hoper planterestene seg opp, og det organiske laget kan bli mange meter tykt.

Forskerne tror nå at et tilsvarende surt og ”aggressivt” vann ble dannet i store sumpområder gjennom store deler av mesozoisk tid både på fastlandet og grunnfjellshøyder på kontinentalsokkelen. Vannet angrep silikatmineralene som langsomt ble brutt ned til leirmineralene smektitt (svelleleire) og kaolin.

Kraftig erosjon

Forvitringsprosessen foregikk gjennom millioner av år, og den var virksom langs hele overflaten. Gneis, granitt og andre bergarter ble omdannet til leirmineraler, sand og grus. I svakhetssonene, dannet under tidligere forkastningsaktivitet, vulkanisme eller hydrotermal omvandling, kunne det sure vannet trenge langt ned i berggrunnen. Derfor har prosessen fått betegnelsen dypforvitring.

Prosessen med dypforvitring foregikk i trias og jura, og det ble dannet tykke lag leire, grus og reststein fra krystallinske bergarter. Men da havet steg med 300-400 meter, og fløt inn over fastlandet i kritt tid, ble datidens berggrunn og forvitringsprodukter begravd av leirstein og kritt av samme type som vi finner i Nordsjøen. Det samme gjaldt ”basementhøyder” på kontinentalsokkelen.

I tertiær sank havnivået på Jorden, og et stykke ut i perioden startet landhevningen med påfølgende erosjon. Noen av produktene fra den tropiske dypforvitringen kan likevel ha blitt bevart helt frem til de store istidene satte inn for ca. to millioner år siden.

Under istidene i kvartær sank havnivået ytterligere fordi vannmassene ble bundet opp i isbreer. På grunn av isens bevegelser, samt de store mengdene med smeltevann, ble de siste restene av bløte avsetningsbergarter på land fjernet. Erosjonen tok til slutt også med seg forvitringslaget fra trias og jura.

– På sokkelen var erosjonen betydelig mindre enn på land, og derfor kan den forvitrede berggrunnen fortsatt være bevart under et dekke av mesozoiske bergarter, mener Bering.

På land nådde derimot ikke de eroderende kreftene ned i de dype sprekkesonene hvor det kan ligge bevart mer enn 300 meter med forvitringsprodukter.

– Dypforvitringen kommer derimot til syne når vi bygger tunneler opptil 300 meter under dagens fjelloverflate, påpeker Olesen.

Tunnelbransjen kan spare milliarder

Siden byggingen av Romeriksporten på 90-tallet har publikum fått en klar forståelse av at det kan oppstå problemer under driving av tunneler. Vannlekkasjer, drenering av vassdrag, senkning av grunnvannstanden og påfølgende setninger med skader på bebyggelsen var gjengangere i media gjennom flere år da jernbanetunnelen mellom Oslo og Lillestrøm ble sprengt ut.

Det ble raskt klart at vi ikke bare stod overfor et ingeniørproblem. Vi ble eksponert for et samfunnsproblem.

– Historien viser at det på Østlandet har vært vanskeligheter med ras og vannlekkasjer i mer enn hundre år. Titt og ofte treffer tunnelbyggerne svakhetssoner, påpeker Olesen.

Det mangler ikke på eksempler som underbygger påstanden. De fleste vil nikke gjenkjennende når vi nevner Hanekleivtunnelen, sent på 90-tallet var det Oslofjordtunnelen som skapte overskrifter, og enda lenger tilbake i tid var jernbanetunnelen under Lieråsen mellom Asker og Drammen en gjenganger. I det siste tilfellet var problemene så store at det var nødvendig å endre traseen.

– Ekstra kostnader i forbindelse med tunnelprosjekter på Østlandet beløper seg til flere milliarder 2011-kroner. Med tanke på at vi står overfor investeringer for bygging av et 40-talls tunneler, vil det være samfunnsøkonomisk lønnsomt å bedre kunnskapen om hvor svakhetssonene ligger, hvordan de ble dannet og hvordan de opptrer nedover i dypet, mener Olesen.

Ny letemodell definert

Det varme klimaet på lave breddegrader gjennom mesozoikum var som vi vet den direkte foranledningen til rikdommene på kontinentalsokkelen i form av både kildebergarter (svart organisk rik skifer og kull) og reservoarbergarter (sandstein og kritt).

Men klimaet var også ideelt for forvitring av de krystallinske bergartene på land. Resultatet var tykke lag med leire, sand og løs stein som kan ha dekket store områder. Akkurat slik vi kan se der det er et tropisk klima i dag.

Derfor skal vi ikke være overrasket over at det også på kontinentalsokkelen er påvist forvitringsprodukter på steder der grunnfjellet har vært eksponert gjennom lengre tid.

– Kunnskapen vår om dypforvitring i de krystalline bergartene på sokkelen er begrenset, men boringene så langt viser at flere brønner har påvist reservoar i dypforvitret og oppsprukkent grunnfjell. Forvitret ”basement” kan også ha hatt betydning for migrasjon og forsegling nedover i lagrekken, sier Bering.

Og oppsprukket grunnfjell med bidrag fra forvitrede soner er nå blitt reservoar i en helt ny letemodell.

– I den geofaglige rapporten Oljedirektoratet ga ut i 2010 for Lofoten og Vesterålen antas det at det dypforvitret grunnfjell kan ha reservoarpotensial. En slik letemodell er allerede bekreftet med Lancaster-funnet vest av Shetland i 2009 hvor oljeselskapet Hurricane påviste et godt reservoar, opplyser Bering. Dette var første gang det på britisk sokkel at ble boret et prospekt hvor det primære målet var reservoar i grunnfjellet.

Å finne prospekter med forvitret grunnfjell som reservoarbergart er derimot ikke så enkelt. Oljeselskapet Lundin Norway har med brønn 16/1-12 påvist reservoar i en brønn på Utsirahøyden og jobber aktivt med denne problematikken. Brønnen påviste olje i sprekker selv om forvitret reservoar også er nevnt i brønnrapporten Tidligere brønner har påvist hydrokarboner i grunnfjell, uten å være kommersielle.

– Utfordringen ligger i å avbilde og kartlegge de oppsprukne og dypforviterede sonene seismisk. På Utsirahøyden har Lundin benyttet en kombinasjon av reflektert og refraktert energi fra konvensjonell streamerseismikk samt høyoppløselige gravimetriske data for å kartlegge disse sonene. Resultatene av denne multidata-syntesen er meget lovende og vil forhåpentligvis åpne for videre boring på denne nye letemodellen på norsk sokkel, sier Jan-Erik Lie i Lundin.

På ”vondt og godt”

At den norske berggrunnen har vært utsatt for tropisk forvitring gjennom mesozoikum ble forstått for svært lenge siden (se rammetekst). Men det tok lang tid før denne kunnskapen fikk sin renessanse.

Situasjonen på fastlandet er at tunnelbransjen er blitt oppmerksom på at forkastninger, sprekker og svakhetssoner kan være fylt av forvitringsmateriale, og derfor utgjøre en trussel under driving av nye tunneler.

Situasjonen på sokkelen er at de samme ”løsmassene” kan ha gode reservoaregenskaper og derfor inneholde hydrokarboner som kan bli produsert. Petroleumsgeologene har fått en ny letemodell å leke med.

Dekket av kritt

Hans Henrik Reusch (1852-1922) hører med til en celeber gruppe av norske geologer som satte et sterkt preg på utviklingen av kunnskapen om norsk geologi i siste halvdel av 1800-tallet og første del av 1900-tallet. Reusch var i flere år også direktør for Norges geologiske undersøkelse (1888-1921), og i 1905 ble han hedret med den prestisjetunge Lyell-medaljen (”Lyell Medal”), oppkalt etter den britiske geologen Charles Lyell.

Det var altså en anerkjent geolog som i 1902 publiserte en artikkel hvor han argumenterte for at Østlandet var dekket av sedimentære bergarter fra kritt, helt i tråd med det NGU nå mener er en korrekt virkelighetsforståelse.

– Han baserte hypotesen blant annet på et trekk i landskapet som han kalte “påtvungne daler”. Numedalslågen kunne for eksempel ikke ha funnet veien gjennom Skrimfjella uten at elveløpet allerede hadde blitt fastlagt i overliggende, bløtere bergarter, sier Olesen.

– Funn av flint i morenemateriale på Østlandet ledet ham til å foreslå at det overliggende, bløtere laget kunne ha bestått av krittbergarter som han visste var flintførende i Danmark.

Senere, på 1940-tallet, observerte professor Jul Låg ved universitetet på Ås at det kunne dyrkes rug og poteter i forvitringsjord innenfor et flere kvadratkilometer stort område nord for Larvik.

Tanken om at Fastlands-Norge har vært dekket av sedimentære bergarter fra mesozoikum er altså langt fra ny. Reusch hadde forstått det. Det er også gammelt nytt at det er utviklet forvitringsjord flere steder på Østlandet. Låg skjønte det.

Det som er nytt er at vi nå kan forholde oss til langt flere observasjoner som gjør det lettere å akseptere teorien om at svakhetssonene i berggrunnen er fylt med leirjord dannet som følge av tropisk forvitring.

Samtidig med erkjennelsen om at tropisk forvitring i trias og jura har påvirket berggrunnen, har vi lært litt mer om den geologiske utviklingen av både Fastlands-Norge og sokkelbergartene. Det er interessant å observere at våre aller første geologer var inne på disse tankene for mange, mange år siden.

X