Integrated palynostratigraphical, palynofacies and geochemical analysis of some subsurface neogene rocks at Nile Delta, Egypt /
Rehab Ahmed Abd El Fattah Ali Saleh,
Integrated palynostratigraphical, palynofacies and geochemical analysis of some subsurface neogene rocks at Nile Delta, Egypt / دراسات متكامله للبالينواستراتجرافيه والسحنات البالينوجيه والتحليل الجيوكيميائي لبعض صخور النيوجين التحت سطحية في منطقة دلتا النيل – مصر by Rehab Ahmed Abd El Fattah Ali Saleh ; Supervisor Prof. Dr. Nabil Mohamed Aboul Ela, Prof. Dr. Sameh Samir Tahoun, Prof. Dr. Tarek Fouad Mostafa, Prof. Dr. Walid Ahmed Makled. - 130 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 108-127.
The present thesis aims to construct a model for the stratigraphical, depositional, environmental and economical aspects of the Neogene rocks in the Nile Delta Basin. The understanding of the local differences in this wide basin requires effective methods for stratigraphic correlation. The numerical (quantitative) biozonation is introduced in this study to solve the application problems of Neogene biostratigraphical zonation based on the palynomorphs in Baltim-1 and NDOB-1 wells. The numerical biozonation is a type of constrained single linkage cluster analysis that aims to discriminate the geological record into biozones based on the statistical characteristics of the taxa rather than certain bioevents of some of these taxa. The Neogene rocks from both wells are 9discriminated into 11 numerical biozones. These numerical biozones are found correlatable within the time frame of the depositional phases in the Nile Delta. The previous nannoplankton biozonation of both wells is used to calibrate the identified numerical biozone. The numerical biozones can be extended all over the Nile Delta following some procedures to unify the application among workers.
The hydrocarbon exploration in the Nile Delta entered a major phase in the recent years not only in the Egyptian territories but also in the eastern Mediterranean countries. The hydrocarbon system in the Nile Delta incorporate essentially on Neogene rocks especially the rock units extend from Late Miocene to Pleistocene and the environmental conditions controlled the accumulation of organic matter. The depositional history in this region is related to the activity of sediment input by the different phases of the Nile River and their ability to transfer the sediment and terrigenous organic matter. The depositional phases of the Nile Delta determine the ability to produce and preserve the organic carbon. These depositional phases are investigated based on the palynofacies and geochemical analyses in samples from two wells Baltim-1 and NDOB-1 wells. The statistical analysis of the palynofacies revealed four types that are distal-oxic type A, proximal-suboxic type B, proximal-dysoxic type C and distal-oxic type D. In addition, the analysis leads to the identification of the proximal-distal and oxygen depletion trends based on the values of the principal component analysis (axis 1). The characterization of the palynofacies types incorporates with the inorganic geochemical analysis by trace elements to determine the environmental gradients. The environmental gradients were compared to the values of organic matter (0.27-1.18 wt% TOC). The organic matter concentrations are found to be low in most phases despite the active transportation of terrigenous organic matter and productivity of marine organic matter. This was explained in relation to the depositional phases in the Nile Delta region. The palynofacies types and major elements oxides are used to identify these depositional phases. It is found that the Nile River was able to deliver high rate of sediments into the basin in addition to nutritious material that increased the sea surface paleoproductivity of marine organic matter. However, the high rate of sedimentation during the different phases was not the optimum to preserve the organic carbon in high concentration.
The Neogene succession in the off shore Nile Delta region is an important element in the hydrocarbon petroleum system. Up-to-the date, a little is known about the nature and distribution of the organic matter, and its ability to generate hydrocarbon. These abilities are tested through extensive palynofacies and organic geochemical analyses. The palynofacies analysis is used as environmental framework for hydrocarbon source rock evaluation. This evaluation is discussed by the organic geochemical parameters such as Rock Eval, gas chromatography pyrolysis and Fourier transform infrared. This study reveals that, the dominant kerogen type is IV and III that are remarked by the opaque and brown translucent phytoclasts palynofacies types A and D respectively. The kerogen type II is present in minor abundances in palynofacies types B and C that is distinguished with AOM. However, it is much diluted with kerogen type IV and III that lead to poor to fair quality organic geochemical parameters like S2 and hydrogen index. The maturity levels are detected in both wells within the Kafr El Shiekh Formation. Nevertheless, the poor source quality becomes important if considered with the volume and thickness of the Neogene sediment, it has been indicated by the source potential index that has a cumulative value 2.5 t HC/m2 in NDOB-1 well and 2.8 t HC/m2in Baltim-1 well. These values are comparable to some of prolific hydrocarbon fields in other places. لقد أصبح حوض دلتا النيل الوجهة الجديدة للاستثمارات في مجال التنقيب عن الهيدروكربونات في السنوات الأخيرة مع الاحتياطيات الواعدة التى تم استكشافها حتى الان وتستهدف الحكومه المصريه زيادة الانتاج من الغاز الطبيى تماشيا مع خطة الدوله 2030 لتغطية الاستهلاك المحلى. يهدف هذا العمل إلى بناء نموذج للجوانب الطبقية والترسيبية والبيئية والاقتصادية لصخور النيوجين في حوض دلتا النيل لتسهيل عمليه استكشاف الغاز وتقليل المخاطر اثناء الحفر. يتطلب فهم الاختلافات المحلية(local differences) في هذا الحوض الواسع أساليب فعالة للمضاهاه الطبقيه والتى تعد مهمه وفعاله اثناء الدراسات السيزميه لتنمية الحقول. يتم تقديم التقسيم الحيوي العددي (الكمي) في هذه الدراسة لحل مشاكل تطبيق التقسيم الحيوي الطبقي فى النيوجين بناءً على البالينومورف (Palynomorphs)في آبار Baltim-1و NDOB-1فى شمال ووسط الدلتا.
التقسيم الحيوي العددي (The numerical biozonation)هو نوع من التحليل العنقودي المقيد ذي الارتباط الفردي(constrained single linkage cluster analysis) والذي يهدف إلى التمييز بين السجل الجيولوجي إلى مناطق حيوية استنادًا إلى الخصائص الإحصائية للأنواع بدلاً من أحداث حيوية معينة لبعض هذه الأنواع (species). يتم التمييز بين صخور النيوجين فى كلتا من البئرين إلى 11 منطقة حيوية عددية.وجدت هذه النطق الحيوية العددية قابلة للمضاهاه الطباقيه ضمن الإطار الزمني للمراحل الترسيبية في دلتا النيل.تم استخدام التقسيم الحيوي بناء على دراسه سابقه اعتمدت على الحفريات النانويه (Nannofossils) لكلتا البئرين لمعايرة المنطقة الحيوية العددية المحددة زمنيا. يمكن تمديد المناطق الحيوية العددية في جميع أنحاء دلتا النيل باتباع بعض الإجراءات لتوحيد التطبيق بين الباحثين فى هذا المجال.
لقد دخلت عمليات التنقيب عن الهيدروكربونات في دلتا النيل مرحلة رئيسية في السنوات الأخيرة ليس فقط في الأراضي المصرية بل وأيضاً في دول شرق البحر الأبيض المتوسط. إن النظام الهيدروكربوني في دلتا النيل يتكون أساساً من صخور النيوجين وخاصة الوحدات الصخرية الممتدة من أواخر عصر الميوسين إلى عصر البليستوسين وكانت الظروف البيئية تتحكم فى تراكم المواد العضوية.
يرتبط تاريخ الترسيب في هذه المنطقة بنشاط الرواسب المنقوله من المراحل المختلفة لنهر النيل وقدرته على نقل الرواسب والمواد العضوية القاريه. تحدد المراحل الترسيبية المرتبطه بالمناخ لدلتا النيل القدرة على إنتاج الكربون العضوي والحفاظ عليه. يتم دراسة هذه المراحل الترسيبية على أساس السحنات البالينولوجيه (palynofacies)والتحليلات الجيوكيميائية .كشف التحليل الإحصائي للسحنات البالينولوجيه عن أربعة أنواع وهي النوع distal- high Oxic type A ، والنوع proximal-suboxic type B ، والنوع proximal-dysoxic type C والنوع distal- oxic type D. بالإضافة إلى ذلك، نتج عن هذه الدراسه تحديد متجه النقص الاكسجينى ومتجه القرب والبعد من مصدر الترسيب (proximal-distal and oxygen deplation trends)بناءً على قيم تحليل التجاه الرئيسى(principle component analysis) (المحور 1).
تكامل تحديد أنواع السحنات البالينولوجيه (palynofacies)مع التحليل الجيوكيميائي غير العضوي بالعناصر الندرة لتحديد التدرجات البيئية. تمت مقارنة التدرجات البيئية بقيم المادة العضوية (0.27-1.18 wt% TOC). وجد أن تركيزات المادة العضوية منخفضة في معظم المراحل على الرغم من النقل النشط للمادة العضوية الأرضية وإنتاجية المادة العضوية البحرية. تم تفسير ذلك فيما يتعلق بالمراحل الترسيبية في منطقة دلتا النيل. يتم استخدام أنواع البالينولوجيه (palynofacies) وأكاسيد العناصر الرئيسية لتحديد هذه المراحل الترسيبية. وجد أن نهر النيل كان قادرًا على توصيل معدل مرتفع من الرواسب إلى الحوض بالإضافة إلى المواد المغذية التي زادت من إنتاجية سطح البحر القديمة للمادة العضوية البحرية. ومع ذلك، فإن المعدل المرتفع للترسيب خلال المراحل المختلفة لم يكن الأمثل للحفاظ على الكربون العضوي بتركيز عالٍ.
إن التتابع الصخرى لصخور النيوجين في منطقة دلتا النيل البحرية هو عنصر مهم في نظام البترول الهيدروكربوني. وحتى الآن، لا يُعرف إلا القليل عن طبيعة وتوزيع المادة العضوية وقدرتها على توليد الهيدروكربون. ويتم اختبار توليد الهيدروكربون من خلال تحليلات السحنات البالينولوجيه(palynofacies analysis)والجيوكيميائية العضوية على نطاق واسع. ويستخدم تحليل السحنات البالينولوجيه هذا كإطار بيئي لتقييم صخور المصدر الهيدروكربونية.
يتم هذا التقييم من خلال المعايير الجيوكيميائية العضوية مثل تقييم الصخور وكروماتوغرافيا الغاز والتحلل الحراري وتحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء(Rock Eval and gas chromatography pyrolysis and Fourier transform infrared). تكشف هذه الدراسة أن نوع الكيروجين السائد هو IV وIII الذي يتميز بوجود طحالب نباتية شفافة معتمة وبنية اللون A وD على التوالي. يوجد نوع الكيروجين II بكميات ضئيلة في طحالب B وC التي تتميز بوجود AOM. ومع ذلك، يتم تخفيفه كثيرًا باستخدام نوع الكيروجين IV وIII مما يؤدي إلى معايير جيوكيميائية عضوية ذات جودة رديئة إلى متوسطة مثل S2 ومؤشر الهيدروجين. تم تحديد مستويات النضج في كلا البئرين داخل تكوين كفر الشيخ. ومع ذلك، فإن جودة المصدر الرديئة تصبح مهمة إذا ما تم أخذها في الاعتبار مع حجم وسمك رواسب النيوجين كما أشارت إلى ذلك مؤشرات إمكانات المصدر التي تبلغ قيمتها التراكمية 2.5 طن من الهيدروكربونات/م2 في بئر NDOB-1 و2.8 طن من الهيدروكربونات/م2 في بئر بلطيم-1. وهذه القيم قابلة للمقارنة ببعض حقول الهيدروكربونات الوفيرة في أماكن أخرى.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Geology
الجيولوجيا
palynostratigraphy Neogene Dinoflagellates palynofacies Geochemical Analysis paleoenvironment Nile Delta Egypt
551
Integrated palynostratigraphical, palynofacies and geochemical analysis of some subsurface neogene rocks at Nile Delta, Egypt / دراسات متكامله للبالينواستراتجرافيه والسحنات البالينوجيه والتحليل الجيوكيميائي لبعض صخور النيوجين التحت سطحية في منطقة دلتا النيل – مصر by Rehab Ahmed Abd El Fattah Ali Saleh ; Supervisor Prof. Dr. Nabil Mohamed Aboul Ela, Prof. Dr. Sameh Samir Tahoun, Prof. Dr. Tarek Fouad Mostafa, Prof. Dr. Walid Ahmed Makled. - 130 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 108-127.
The present thesis aims to construct a model for the stratigraphical, depositional, environmental and economical aspects of the Neogene rocks in the Nile Delta Basin. The understanding of the local differences in this wide basin requires effective methods for stratigraphic correlation. The numerical (quantitative) biozonation is introduced in this study to solve the application problems of Neogene biostratigraphical zonation based on the palynomorphs in Baltim-1 and NDOB-1 wells. The numerical biozonation is a type of constrained single linkage cluster analysis that aims to discriminate the geological record into biozones based on the statistical characteristics of the taxa rather than certain bioevents of some of these taxa. The Neogene rocks from both wells are 9discriminated into 11 numerical biozones. These numerical biozones are found correlatable within the time frame of the depositional phases in the Nile Delta. The previous nannoplankton biozonation of both wells is used to calibrate the identified numerical biozone. The numerical biozones can be extended all over the Nile Delta following some procedures to unify the application among workers.
The hydrocarbon exploration in the Nile Delta entered a major phase in the recent years not only in the Egyptian territories but also in the eastern Mediterranean countries. The hydrocarbon system in the Nile Delta incorporate essentially on Neogene rocks especially the rock units extend from Late Miocene to Pleistocene and the environmental conditions controlled the accumulation of organic matter. The depositional history in this region is related to the activity of sediment input by the different phases of the Nile River and their ability to transfer the sediment and terrigenous organic matter. The depositional phases of the Nile Delta determine the ability to produce and preserve the organic carbon. These depositional phases are investigated based on the palynofacies and geochemical analyses in samples from two wells Baltim-1 and NDOB-1 wells. The statistical analysis of the palynofacies revealed four types that are distal-oxic type A, proximal-suboxic type B, proximal-dysoxic type C and distal-oxic type D. In addition, the analysis leads to the identification of the proximal-distal and oxygen depletion trends based on the values of the principal component analysis (axis 1). The characterization of the palynofacies types incorporates with the inorganic geochemical analysis by trace elements to determine the environmental gradients. The environmental gradients were compared to the values of organic matter (0.27-1.18 wt% TOC). The organic matter concentrations are found to be low in most phases despite the active transportation of terrigenous organic matter and productivity of marine organic matter. This was explained in relation to the depositional phases in the Nile Delta region. The palynofacies types and major elements oxides are used to identify these depositional phases. It is found that the Nile River was able to deliver high rate of sediments into the basin in addition to nutritious material that increased the sea surface paleoproductivity of marine organic matter. However, the high rate of sedimentation during the different phases was not the optimum to preserve the organic carbon in high concentration.
The Neogene succession in the off shore Nile Delta region is an important element in the hydrocarbon petroleum system. Up-to-the date, a little is known about the nature and distribution of the organic matter, and its ability to generate hydrocarbon. These abilities are tested through extensive palynofacies and organic geochemical analyses. The palynofacies analysis is used as environmental framework for hydrocarbon source rock evaluation. This evaluation is discussed by the organic geochemical parameters such as Rock Eval, gas chromatography pyrolysis and Fourier transform infrared. This study reveals that, the dominant kerogen type is IV and III that are remarked by the opaque and brown translucent phytoclasts palynofacies types A and D respectively. The kerogen type II is present in minor abundances in palynofacies types B and C that is distinguished with AOM. However, it is much diluted with kerogen type IV and III that lead to poor to fair quality organic geochemical parameters like S2 and hydrogen index. The maturity levels are detected in both wells within the Kafr El Shiekh Formation. Nevertheless, the poor source quality becomes important if considered with the volume and thickness of the Neogene sediment, it has been indicated by the source potential index that has a cumulative value 2.5 t HC/m2 in NDOB-1 well and 2.8 t HC/m2in Baltim-1 well. These values are comparable to some of prolific hydrocarbon fields in other places. لقد أصبح حوض دلتا النيل الوجهة الجديدة للاستثمارات في مجال التنقيب عن الهيدروكربونات في السنوات الأخيرة مع الاحتياطيات الواعدة التى تم استكشافها حتى الان وتستهدف الحكومه المصريه زيادة الانتاج من الغاز الطبيى تماشيا مع خطة الدوله 2030 لتغطية الاستهلاك المحلى. يهدف هذا العمل إلى بناء نموذج للجوانب الطبقية والترسيبية والبيئية والاقتصادية لصخور النيوجين في حوض دلتا النيل لتسهيل عمليه استكشاف الغاز وتقليل المخاطر اثناء الحفر. يتطلب فهم الاختلافات المحلية(local differences) في هذا الحوض الواسع أساليب فعالة للمضاهاه الطبقيه والتى تعد مهمه وفعاله اثناء الدراسات السيزميه لتنمية الحقول. يتم تقديم التقسيم الحيوي العددي (الكمي) في هذه الدراسة لحل مشاكل تطبيق التقسيم الحيوي الطبقي فى النيوجين بناءً على البالينومورف (Palynomorphs)في آبار Baltim-1و NDOB-1فى شمال ووسط الدلتا.
التقسيم الحيوي العددي (The numerical biozonation)هو نوع من التحليل العنقودي المقيد ذي الارتباط الفردي(constrained single linkage cluster analysis) والذي يهدف إلى التمييز بين السجل الجيولوجي إلى مناطق حيوية استنادًا إلى الخصائص الإحصائية للأنواع بدلاً من أحداث حيوية معينة لبعض هذه الأنواع (species). يتم التمييز بين صخور النيوجين فى كلتا من البئرين إلى 11 منطقة حيوية عددية.وجدت هذه النطق الحيوية العددية قابلة للمضاهاه الطباقيه ضمن الإطار الزمني للمراحل الترسيبية في دلتا النيل.تم استخدام التقسيم الحيوي بناء على دراسه سابقه اعتمدت على الحفريات النانويه (Nannofossils) لكلتا البئرين لمعايرة المنطقة الحيوية العددية المحددة زمنيا. يمكن تمديد المناطق الحيوية العددية في جميع أنحاء دلتا النيل باتباع بعض الإجراءات لتوحيد التطبيق بين الباحثين فى هذا المجال.
لقد دخلت عمليات التنقيب عن الهيدروكربونات في دلتا النيل مرحلة رئيسية في السنوات الأخيرة ليس فقط في الأراضي المصرية بل وأيضاً في دول شرق البحر الأبيض المتوسط. إن النظام الهيدروكربوني في دلتا النيل يتكون أساساً من صخور النيوجين وخاصة الوحدات الصخرية الممتدة من أواخر عصر الميوسين إلى عصر البليستوسين وكانت الظروف البيئية تتحكم فى تراكم المواد العضوية.
يرتبط تاريخ الترسيب في هذه المنطقة بنشاط الرواسب المنقوله من المراحل المختلفة لنهر النيل وقدرته على نقل الرواسب والمواد العضوية القاريه. تحدد المراحل الترسيبية المرتبطه بالمناخ لدلتا النيل القدرة على إنتاج الكربون العضوي والحفاظ عليه. يتم دراسة هذه المراحل الترسيبية على أساس السحنات البالينولوجيه (palynofacies)والتحليلات الجيوكيميائية .كشف التحليل الإحصائي للسحنات البالينولوجيه عن أربعة أنواع وهي النوع distal- high Oxic type A ، والنوع proximal-suboxic type B ، والنوع proximal-dysoxic type C والنوع distal- oxic type D. بالإضافة إلى ذلك، نتج عن هذه الدراسه تحديد متجه النقص الاكسجينى ومتجه القرب والبعد من مصدر الترسيب (proximal-distal and oxygen deplation trends)بناءً على قيم تحليل التجاه الرئيسى(principle component analysis) (المحور 1).
تكامل تحديد أنواع السحنات البالينولوجيه (palynofacies)مع التحليل الجيوكيميائي غير العضوي بالعناصر الندرة لتحديد التدرجات البيئية. تمت مقارنة التدرجات البيئية بقيم المادة العضوية (0.27-1.18 wt% TOC). وجد أن تركيزات المادة العضوية منخفضة في معظم المراحل على الرغم من النقل النشط للمادة العضوية الأرضية وإنتاجية المادة العضوية البحرية. تم تفسير ذلك فيما يتعلق بالمراحل الترسيبية في منطقة دلتا النيل. يتم استخدام أنواع البالينولوجيه (palynofacies) وأكاسيد العناصر الرئيسية لتحديد هذه المراحل الترسيبية. وجد أن نهر النيل كان قادرًا على توصيل معدل مرتفع من الرواسب إلى الحوض بالإضافة إلى المواد المغذية التي زادت من إنتاجية سطح البحر القديمة للمادة العضوية البحرية. ومع ذلك، فإن المعدل المرتفع للترسيب خلال المراحل المختلفة لم يكن الأمثل للحفاظ على الكربون العضوي بتركيز عالٍ.
إن التتابع الصخرى لصخور النيوجين في منطقة دلتا النيل البحرية هو عنصر مهم في نظام البترول الهيدروكربوني. وحتى الآن، لا يُعرف إلا القليل عن طبيعة وتوزيع المادة العضوية وقدرتها على توليد الهيدروكربون. ويتم اختبار توليد الهيدروكربون من خلال تحليلات السحنات البالينولوجيه(palynofacies analysis)والجيوكيميائية العضوية على نطاق واسع. ويستخدم تحليل السحنات البالينولوجيه هذا كإطار بيئي لتقييم صخور المصدر الهيدروكربونية.
يتم هذا التقييم من خلال المعايير الجيوكيميائية العضوية مثل تقييم الصخور وكروماتوغرافيا الغاز والتحلل الحراري وتحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء(Rock Eval and gas chromatography pyrolysis and Fourier transform infrared). تكشف هذه الدراسة أن نوع الكيروجين السائد هو IV وIII الذي يتميز بوجود طحالب نباتية شفافة معتمة وبنية اللون A وD على التوالي. يوجد نوع الكيروجين II بكميات ضئيلة في طحالب B وC التي تتميز بوجود AOM. ومع ذلك، يتم تخفيفه كثيرًا باستخدام نوع الكيروجين IV وIII مما يؤدي إلى معايير جيوكيميائية عضوية ذات جودة رديئة إلى متوسطة مثل S2 ومؤشر الهيدروجين. تم تحديد مستويات النضج في كلا البئرين داخل تكوين كفر الشيخ. ومع ذلك، فإن جودة المصدر الرديئة تصبح مهمة إذا ما تم أخذها في الاعتبار مع حجم وسمك رواسب النيوجين كما أشارت إلى ذلك مؤشرات إمكانات المصدر التي تبلغ قيمتها التراكمية 2.5 طن من الهيدروكربونات/م2 في بئر NDOB-1 و2.8 طن من الهيدروكربونات/م2 في بئر بلطيم-1. وهذه القيم قابلة للمقارنة ببعض حقول الهيدروكربونات الوفيرة في أماكن أخرى.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Geology
الجيولوجيا
palynostratigraphy Neogene Dinoflagellates palynofacies Geochemical Analysis paleoenvironment Nile Delta Egypt
551