This study shows how the use of modern geological investigative techniques can reopen old, “drained” hydrocarbon fields. Specifically, it looks at the White Castle Field in South Louisiana. This field has pay sections ranging from late Oligocene to late Miocene. The late Oligocene package is underexplored and understudied and contains 3 primary reservoirs (Cib Haz (CH), MW, and MR). This study established the depositional history of these reservoirs. During most of the late Oligocene, the White Castle Salt Dome was located in a minibasin on the continental slope. The CH and MW deposited in this minibasin. The CH is an amalgamation of slumped shelfal limestones, sandstones, and shales deposited during a lowstand systems tract (LST). The MW comprises a shelf-edge delta that is part of a LST. The MR is an incised valley fill located in the continental shelf that was deposited during LST after the minibasin was filled.

The western portion of the Mississippi/Atwater fold belt in the Gulf of Mexico contains what is known as The Green Knoll Salt Dome. The creation and growth of this salt diapir is punctuated by salt deposition, salt migration, sediment loading, and is linked to the “Frampton” fold belt. An indicator of these growth periods is exhibited in an angular unconformity (halo-kinetic sequence boundary) that flanks the diapir. This unconformity developed during the Miocene-Pliocene chronostratigraphic boundary. The “Redwood” (Green Canyon 1001) prospect was drilled after the discovery of middle Miocene sands containing hydrocarbons in the Mad Dog field (GC 826). The objective Miocene sand in the “Redwood” borehole was thin due to this angular unconformity causing the sand to pinch out. An evaluation of seismic and well log data provided by Bureau of Ocean Energy Management indicated that the unconformity might not provide the seal needed to trap hydrocarbons on the flank of the salt dome, or it did not allow enough sand to be deposited. A palinspastic structural restoration of the Green Knoll Salt Dome revealed that the growth of the Green Knoll and Frampton are connected. It is still possible that if a well were to be drilled further down dip from where The “Redwood” prospect was drilled, one may find a potential hydrocarbon reservoir.

A evolução diagenética de dois reservatórios turbidíticos terciários da porção offshore da Bacia do Espírito Santo, foi influenciada tanto por processos meteóricos como por processos relacionados a domos salinos adjacentes aos reservatórios, que tiveram diferente impacto sobre sua qualidade. A precipitação de pirita framboidal, dolomita microcristalina e siderita ocorreram sob condições eodiagenéticas marinhas. A percolação por água meteórica ocorreu ainda durante a eodiagênese, e promoveu extensiva caulinização (δ18OSMOW=+15.3‰ a +18.2‰; δDSMOW=-51‰ a -66‰) e dissolução de feldspatos, micas e intraclastos lamosos. Durante o progressivo soterramento da sequência (profundidades atuais: 2600-3000m) e consequente compactação, fluidos oriundos dos lutitos circundantes, modificados por reações com a matéria orgânica e carbonatos, deslocaram gradualmente os fluidos salobros marinhos-meteóricos, levando à precipitação de calcita poiquilotópica (valores médios: δ18OVPDB= -6.6‰; δ13CVPDB= -1.2‰). A composição dos fluidos mesodiagenéticos foi progressivamente modificada pela proximidade dos domos de sal, promovendo ubíqua albitização dos feldspatos e precipitação localizada de quartzo, calcita (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) e dolomita em sela (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). A análise de inclusões fluidas nos crescimentos de quartzo indicou que os fluidos precipitantes tinham salinidade predominantemente entre 9 e 13 % de NaCl (em peso) e temperaturas de homogeneização na faixa de 1050 a 1450 C Estes valores são mais altos do que aqueles esperados para o gradiente geotérmico normal da área. A distribuição da albitização dos feldspatos sugere que as fraturas ao longo das margens dos domos de sal atuaram como caminho preferencial para a circulação das salmouras quentes. Os valores de δ13C e δ18O dos cimentos de calcita e dolomita seguem um padrão de covariância, mostrando um declínio desde daqueles representativos da água do mar (~0%), para δ13C =-5.9‰ e δ18O = -10.9‰ para a calcita, e δ13C = -5.4‰ e δ18O = -11.7‰ para a dolomita, o que sugere a progressiva participação da descarboxilação térmica da matéria orgânica dos lutitos com o soterramento. A compactação mecânica foi mais importante do que a cimentação na redução da porosidade, e a dissolução de feldspatos foi o processo mais importante na geração de porosidade nos reservatórios. Apesar da proximidade dos domos de sal, a intensidade dos processos diagenéticos foi moderada, já que não ocorreu autigênese de ilita, e a cimentação de quartzo foi limitada. Estas características podem estar relacionadas com o soterramento relativamente recente destes reservatórios. Este estudo mostra que a predição da diagênese e qualidade de reservatórios relacionados a domos de sal é uma função de múltiplas variáveis, incluindo as dimensões dos domos, o regime térmico regional da bacia, a condutividade térmica e de fluidos, e a composição mineral e propriedades geomecânicas dos reservatórios e litologias associadas. / The diagenetic evolution of two tertiary turbidite reservoirs from the offshore portion of the Espírito Santo Basin, eastern Brazil, was influenced by meteoric and salt dome-related processes, which had different impact on their quality. Marine eogenetic processes included the precipitation of framboidal pyrite, microcrystalline dolomite and siderite. Meteoric water influx during eodiagenesis occurred in response to relative sea-level falls that promoted extensive kaolinization (δ18O=+15.3‰ to +18.2‰; δD= -51‰ to -66‰) and dissolution of framework silicate grains. During progressive burial (present depths – 2600 m – 3000 m), connate marine fluids modified by reactions with organic matter and carbonates presented in the surrounding mudrocks gradually displaced brackish fluids generated by the meteoric influx and led to concretionary cementation by poikilotopic calcite (average δ18O= -6.6‰; δ13C= -1.2‰). Mesogenetic fluids were progressively modified by the proximity of salt domes, which led to ubiquitous feldspar albitization and localized quartz, calcite (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) and saddle dolomite precipitation (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). Fluid inclusion analysis in quartz overgrowths indicate that the precipitating fluids had salinities predominantly in the range 9-13 wt% NaCl equivalent and temperatures largely in the 105 – 145oC range These values are higher than those expected considering the normal geothermal gradient for the area. The distribution of feldspar albitization suggests that the fracture systems along the salt domes margins acted as preferential pathways for such hot, saline diagenetic fluids. Isotopic values for calcite and dolomite cements follow a co-variance trend of decreasing δ13C and δ18O from close to marine (~0‰) towards negative values (δ13C and δ18O down to -5.9‰ and -10.9‰ for calcite; -5.4‰ and -11.7‰ for dolomite), suggesting increasing contribution from thermal decarboxylation with increasing temperature and depth. Mechanical compaction was more important than cementation in reducing depositional porosity, and the dissolution of framework silicate grains is the most important processes for enhancing reservoir quality. Despite the proximity to the salt domes, the intensity of the influenced diagenetic processes is relatively mild, as illite authigenesis is lacking, and quartz cementation is limited, features that may be related to the recent burial of the reservoirs.

A evolução diagenética de dois reservatórios turbidíticos terciários da porção offshore da Bacia do Espírito Santo, foi influenciada tanto por processos meteóricos como por processos relacionados a domos salinos adjacentes aos reservatórios, que tiveram diferente impacto sobre sua qualidade. A precipitação de pirita framboidal, dolomita microcristalina e siderita ocorreram sob condições eodiagenéticas marinhas. A percolação por água meteórica ocorreu ainda durante a eodiagênese, e promoveu extensiva caulinização (δ18OSMOW=+15.3‰ a +18.2‰; δDSMOW=-51‰ a -66‰) e dissolução de feldspatos, micas e intraclastos lamosos. Durante o progressivo soterramento da sequência (profundidades atuais: 2600-3000m) e consequente compactação, fluidos oriundos dos lutitos circundantes, modificados por reações com a matéria orgânica e carbonatos, deslocaram gradualmente os fluidos salobros marinhos-meteóricos, levando à precipitação de calcita poiquilotópica (valores médios: δ18OVPDB= -6.6‰; δ13CVPDB= -1.2‰). A composição dos fluidos mesodiagenéticos foi progressivamente modificada pela proximidade dos domos de sal, promovendo ubíqua albitização dos feldspatos e precipitação localizada de quartzo, calcita (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) e dolomita em sela (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). A análise de inclusões fluidas nos crescimentos de quartzo indicou que os fluidos precipitantes tinham salinidade predominantemente entre 9 e 13 % de NaCl (em peso) e temperaturas de homogeneização na faixa de 1050 a 1450 C Estes valores são mais altos do que aqueles esperados para o gradiente geotérmico normal da área. A distribuição da albitização dos feldspatos sugere que as fraturas ao longo das margens dos domos de sal atuaram como caminho preferencial para a circulação das salmouras quentes. Os valores de δ13C e δ18O dos cimentos de calcita e dolomita seguem um padrão de covariância, mostrando um declínio desde daqueles representativos da água do mar (~0%), para δ13C =-5.9‰ e δ18O = -10.9‰ para a calcita, e δ13C = -5.4‰ e δ18O = -11.7‰ para a dolomita, o que sugere a progressiva participação da descarboxilação térmica da matéria orgânica dos lutitos com o soterramento. A compactação mecânica foi mais importante do que a cimentação na redução da porosidade, e a dissolução de feldspatos foi o processo mais importante na geração de porosidade nos reservatórios. Apesar da proximidade dos domos de sal, a intensidade dos processos diagenéticos foi moderada, já que não ocorreu autigênese de ilita, e a cimentação de quartzo foi limitada. Estas características podem estar relacionadas com o soterramento relativamente recente destes reservatórios. Este estudo mostra que a predição da diagênese e qualidade de reservatórios relacionados a domos de sal é uma função de múltiplas variáveis, incluindo as dimensões dos domos, o regime térmico regional da bacia, a condutividade térmica e de fluidos, e a composição mineral e propriedades geomecânicas dos reservatórios e litologias associadas. / The diagenetic evolution of two tertiary turbidite reservoirs from the offshore portion of the Espírito Santo Basin, eastern Brazil, was influenced by meteoric and salt dome-related processes, which had different impact on their quality. Marine eogenetic processes included the precipitation of framboidal pyrite, microcrystalline dolomite and siderite. Meteoric water influx during eodiagenesis occurred in response to relative sea-level falls that promoted extensive kaolinization (δ18O=+15.3‰ to +18.2‰; δD= -51‰ to -66‰) and dissolution of framework silicate grains. During progressive burial (present depths – 2600 m – 3000 m), connate marine fluids modified by reactions with organic matter and carbonates presented in the surrounding mudrocks gradually displaced brackish fluids generated by the meteoric influx and led to concretionary cementation by poikilotopic calcite (average δ18O= -6.6‰; δ13C= -1.2‰). Mesogenetic fluids were progressively modified by the proximity of salt domes, which led to ubiquitous feldspar albitization and localized quartz, calcite (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) and saddle dolomite precipitation (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). Fluid inclusion analysis in quartz overgrowths indicate that the precipitating fluids had salinities predominantly in the range 9-13 wt% NaCl equivalent and temperatures largely in the 105 – 145oC range These values are higher than those expected considering the normal geothermal gradient for the area. The distribution of feldspar albitization suggests that the fracture systems along the salt domes margins acted as preferential pathways for such hot, saline diagenetic fluids. Isotopic values for calcite and dolomite cements follow a co-variance trend of decreasing δ13C and δ18O from close to marine (~0‰) towards negative values (δ13C and δ18O down to -5.9‰ and -10.9‰ for calcite; -5.4‰ and -11.7‰ for dolomite), suggesting increasing contribution from thermal decarboxylation with increasing temperature and depth. Mechanical compaction was more important than cementation in reducing depositional porosity, and the dissolution of framework silicate grains is the most important processes for enhancing reservoir quality. Despite the proximity to the salt domes, the intensity of the influenced diagenetic processes is relatively mild, as illite authigenesis is lacking, and quartz cementation is limited, features that may be related to the recent burial of the reservoirs.

A evolução diagenética de dois reservatórios turbidíticos terciários da porção offshore da Bacia do Espírito Santo, foi influenciada tanto por processos meteóricos como por processos relacionados a domos salinos adjacentes aos reservatórios, que tiveram diferente impacto sobre sua qualidade. A precipitação de pirita framboidal, dolomita microcristalina e siderita ocorreram sob condições eodiagenéticas marinhas. A percolação por água meteórica ocorreu ainda durante a eodiagênese, e promoveu extensiva caulinização (δ18OSMOW=+15.3‰ a +18.2‰; δDSMOW=-51‰ a -66‰) e dissolução de feldspatos, micas e intraclastos lamosos. Durante o progressivo soterramento da sequência (profundidades atuais: 2600-3000m) e consequente compactação, fluidos oriundos dos lutitos circundantes, modificados por reações com a matéria orgânica e carbonatos, deslocaram gradualmente os fluidos salobros marinhos-meteóricos, levando à precipitação de calcita poiquilotópica (valores médios: δ18OVPDB= -6.6‰; δ13CVPDB= -1.2‰). A composição dos fluidos mesodiagenéticos foi progressivamente modificada pela proximidade dos domos de sal, promovendo ubíqua albitização dos feldspatos e precipitação localizada de quartzo, calcita (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) e dolomita em sela (valores médios: δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). A análise de inclusões fluidas nos crescimentos de quartzo indicou que os fluidos precipitantes tinham salinidade predominantemente entre 9 e 13 % de NaCl (em peso) e temperaturas de homogeneização na faixa de 1050 a 1450 C Estes valores são mais altos do que aqueles esperados para o gradiente geotérmico normal da área. A distribuição da albitização dos feldspatos sugere que as fraturas ao longo das margens dos domos de sal atuaram como caminho preferencial para a circulação das salmouras quentes. Os valores de δ13C e δ18O dos cimentos de calcita e dolomita seguem um padrão de covariância, mostrando um declínio desde daqueles representativos da água do mar (~0%), para δ13C =-5.9‰ e δ18O = -10.9‰ para a calcita, e δ13C = -5.4‰ e δ18O = -11.7‰ para a dolomita, o que sugere a progressiva participação da descarboxilação térmica da matéria orgânica dos lutitos com o soterramento. A compactação mecânica foi mais importante do que a cimentação na redução da porosidade, e a dissolução de feldspatos foi o processo mais importante na geração de porosidade nos reservatórios. Apesar da proximidade dos domos de sal, a intensidade dos processos diagenéticos foi moderada, já que não ocorreu autigênese de ilita, e a cimentação de quartzo foi limitada. Estas características podem estar relacionadas com o soterramento relativamente recente destes reservatórios. Este estudo mostra que a predição da diagênese e qualidade de reservatórios relacionados a domos de sal é uma função de múltiplas variáveis, incluindo as dimensões dos domos, o regime térmico regional da bacia, a condutividade térmica e de fluidos, e a composição mineral e propriedades geomecânicas dos reservatórios e litologias associadas. / The diagenetic evolution of two tertiary turbidite reservoirs from the offshore portion of the Espírito Santo Basin, eastern Brazil, was influenced by meteoric and salt dome-related processes, which had different impact on their quality. Marine eogenetic processes included the precipitation of framboidal pyrite, microcrystalline dolomite and siderite. Meteoric water influx during eodiagenesis occurred in response to relative sea-level falls that promoted extensive kaolinization (δ18O=+15.3‰ to +18.2‰; δD= -51‰ to -66‰) and dissolution of framework silicate grains. During progressive burial (present depths – 2600 m – 3000 m), connate marine fluids modified by reactions with organic matter and carbonates presented in the surrounding mudrocks gradually displaced brackish fluids generated by the meteoric influx and led to concretionary cementation by poikilotopic calcite (average δ18O= -6.6‰; δ13C= -1.2‰). Mesogenetic fluids were progressively modified by the proximity of salt domes, which led to ubiquitous feldspar albitization and localized quartz, calcite (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -3.9‰) and saddle dolomite precipitation (average δ18O= -10.2‰; δ13C= -4.2‰). Fluid inclusion analysis in quartz overgrowths indicate that the precipitating fluids had salinities predominantly in the range 9-13 wt% NaCl equivalent and temperatures largely in the 105 – 145oC range These values are higher than those expected considering the normal geothermal gradient for the area. The distribution of feldspar albitization suggests that the fracture systems along the salt domes margins acted as preferential pathways for such hot, saline diagenetic fluids. Isotopic values for calcite and dolomite cements follow a co-variance trend of decreasing δ13C and δ18O from close to marine (~0‰) towards negative values (δ13C and δ18O down to -5.9‰ and -10.9‰ for calcite; -5.4‰ and -11.7‰ for dolomite), suggesting increasing contribution from thermal decarboxylation with increasing temperature and depth. Mechanical compaction was more important than cementation in reducing depositional porosity, and the dissolution of framework silicate grains is the most important processes for enhancing reservoir quality. Despite the proximity to the salt domes, the intensity of the influenced diagenetic processes is relatively mild, as illite authigenesis is lacking, and quartz cementation is limited, features that may be related to the recent burial of the reservoirs.

Full tensor gravity (FTG) data are known for their high resolution but also for higher noise in its components due to the dynamic nature of the platform used for data acquisition. Although a review of the literature suggests steady increase in the success of gravity gradiometry, we still cannot take advantage of the full potential of the method, mostly because of the noise with the same amplitude and wavenumber characteristics as the signal that affects these data. Smoothing from common low pass filters removes small wavelength features and makes it difficult to detect structural features and other density variations of interest to exploration. In Kalman filtering the components of the FTG are continuously updated to calculate the best estimation of the state. The most important advantage of the Kalman filter is that it can be applied on gravity gradiometry components simultaneously. In addition, one can incorporate constraints. We use the Laplace’s equation that is the most meaningful constraint for potential field data to extract signal from noise and improve the detection and continuity of density variations. We apply the Kalman filter on the FTG data acquired by Bell Geospace over the Vinton salt dome in southwest Louisiana.

High-frequency wave phenomena is observed in many physical settings, most notably in acoustics, electromagnetics, and elasticity. In all of these fields, numerical simulation and modeling of the forward propagation problem is important to the design and analysis of many systems; a few examples which rely on these computations are the development of metamaterial technologies and geophysical prospecting for natural resources. There are two modes of modeling the forward problem: the frequency domain and the time domain. As the title states, this work is concerned with the former regime. The difficulties of solving the high-frequency wave propagation problem accurately lies in the large number of degrees of freedom required. Conventional wisdom in the computational electromagnetics commmunity suggests that about 10 degrees of freedom per wavelength be used in each coordinate direction to resolve each oscillation. If K is the width of the domain in wavelengths, the number of unknowns N grows at least by O(K^2) for surface discretizations and O(K^3) for volume discretizations in 3D. The memory requirements and asymptotic complexity estimates of direct algorithms such as the multifrontal method are too costly for such problems. Thus, iterative solvers must be used. In this dissertation, I will present fast algorithms which, in conjunction with GMRES, allow the solution of the forward problem in O(N) or O(N log N) time. / text