Kartografia wgłębna i powierzchniowa: Przekroje geologiczne. Mgr inż. Bartosz Papiernik

Transkrypt

1 Kartografia wgłębna i powierzchniowa: Przekroje geologiczne Mgr inż. Bartosz Papiernik papiern@geol.agh.edu.pl

2 Przekroje geologiczne Przekrój geologiczny jest to dwuwymiarowy model odwzorowujący budowę wgłębna w płaszczyźnie pionowej, skonstruowany na podstawie interpretacji wyników wierceń, badań geofizycznych (geofizyki wiertniczej, interpretacji sejmiki, badań magnetotellurycznych itp.) i czasami powierzchniowych badań geologicznych. Istnieje wiele typów przekrojów geologicznych. Ich zawartość, dokładność i zastosowanie są uzależnione przede wszystkim od posiadanych danych wejściowych i przeznaczenia przekroju. Przekroje można klasyfikować w różnorodny sposób, ze względu na: - skalę ( = dokładność), - treść geologiczną (= zawartość) - orientację linii przekroju względem struktur geologicznych

3 Typy przekrojów Ze względu na skalę można wydzielić: przekroje poglądowe (w małych skalach) przekroje dokumentacyjne (wielkoskalowe)

4 Przekroje poglądowe i dokumentacyjne I I SW [m.n.p.m.] 500 NE Rzeki IG1 Granice -2 Gidle -1 [m.n.p.m.] 500 Granice Przekrój g eo lo giczny I - I II II SW NE [m.n.p.m.] 500 Milianów IG-1 Milianów -2 Boża Wola IG-1 Pągów IG-1 0 [m.n.p.m.] Przek rój geologiczny II - II III III SW [m.n.p.m.] 500 NE Ślęzany 1L Secemin IG-1 Biała Wielka IG-1 [m.n.p.m.] 500 Włoszczowa IG Przek ró j geolog iczny III - III Skala poz iom a L ege nda : Q - Czwartorzęd N - Neogen, torton + sarmat km T3 - Trias m łodszy D3 - Dew on m łodszy T2 - Trias środkow y D2 - Dewon środkowy T1 - Trias starszy D1 - Sylur m łodszy - Sylur starszy K2 - Kreda m łodsza K1 - Kreda starsza P2 - Perm m łodszy S2 J3 - Jura m łodsza P1 - Perm starszy S1 J2 - Jura środkowa C2 - Karbon m łodszy J1 - Jura starsza C1 - Karbon starszy O Cm - Dewon starszy - Ordow ik - Kam br

5 Typy przekrojów Ze względu na zawartość można wydzielić: przekroje strukturalne i geofizyczno - strukturalne przekroje stratygraficzne

6 Przekroje strukturalne Współczesny rozkład wskaźnika refleksyjności witrynitu (%Ro) Ślęzany 1L Biała Wielka IG-1 Secemin IG-1 Włoszczowa IG-1

7 Przekroje geofizyczno - strukturalne Qp Qp Trp Tr K J Pcz Trw Trn Trp Trn Trp J Trp K Ps K J J

8 Przekroje geofizyczno - strukturalne Najdokładniejszą odmianą PS są przekroje geofizyczno-strukturalne, PGS. Na ogół powstają one na podstawie interpretacji sejsmiki 2D lub 3D w domenie głębokościowej. PSG wykazują najwyższą wiarygodność rekonstrukcji geometrii (bodowy strukturalno- tektonicznej). Aby stworzyć wiarygodny geologicznie PS na podstawie interpretacji profilu sejsmicznego, niezbędne jest poprawne skorelowanie horyzontu refleksyjnego z odpowiadającą mu granicą geologiczną w profilu wiercenia. Odmianą PGS są przekroje powstałe w wyniku interpretacji sejsmiki refleksyjnej w domenie czasowej. Przekroje te mają skalę głębokościową wyskalowaną w sekundach bądź milisekundach, nie odzwierciedlają więc prawdziwych kątów nachylenie warstw czy ich miąższości. Główne ich zastosowanie geologiczne to interpretacja sekwencji genetycznych czy też tzw. sejsmostratygrafia.

9 Przekroje stratygraficzne Przekroje stratygraficzne odzwierciedlają w uproszczony sposób budowę wgłębna. Na ogół zafałszowują one stosunki geometryczne kąty nachylenia i miąższości warstw, oraz tektonikę. Nacisk kładziony jest na symboliczne wyeksponowanie wybranych typów jednostek stratygraficznych ( bio-, lito- lub chronostratygraficznych). Głównym zadaniem stawianym przed PST jest możliwość wykonania korelacji międzyotworowej na podstawie krzywych geofizycznych. Korelacja litofacjalna na podstawie danych z odsłonięć powierzchniowych i wyników profilowań geofizyki wiertniczej Przekrój strukturalny na podstawie danych otworowych z uwzględnieniem geofizyki wiertniczej Przykład komputerowego przekroju stratygraficznego. (Stratworks: Correlation). Korelacja między otworami w rejonie Drohobyczka - Jodłówka

10 Typy przekrojów Ze względu na orientację linii przekrojowej względem struktur wydzielamy przekroje: prostopadłe do osi struktur równoległe do osi struktur skośne do osi struktur a także: przekroje wytyczone wzdłuż linii prostej lub łamanej

11 Przekroje prostopadłe do osi struktur

12 Przekroje równoległe (PR) do osi struktur Przekroje równoległe do osi struktur odzwierciedlają w większości przypadków geometrię struktur geologicznych. Przykładowo na obszarach monoklinalnych, PR nie mogą ukazywać kąta zapadania warstw, a tym samym miąższości rzeczywistych. Przekroje PR często wyznacza się w celu skorelowania (powiązania) dwóch sąsiednich, prostopadłych przekrojów strukturalnych. W przypadku geologicznej interpretacji sejsmiki, PR wiążą ze sobą profile sejsmiczne wyznaczone prostopadle ( w miarę możliwości) do osi struktur.

13 Przekroje przez otwory wyznaczone wzdłuż linii łamanej

14 Dane wejściowe do przekrojów obejmują: dane otworowe (wydzielenia chronostratygraficzne, litostratygraficzne i biostratygraficzne) wyniki interpretacji geofizyki wiertniczej (np. korelacje pików na krzywych PG czy PS) interpretacje sejsmiki refleksyjnej w domenie głębokościowej, rzadziej interpretacje sondowań magnetotellurycznych w stosunkowo rzadszych przypadkach (np. w niecce miechowskiej, Karpatach, Sudetach) dane z odsłonięć terenowych (miąższości warstw, kąty nachylenia warstw) mapy topograficzne i mapy wgłębne (głównie strukturalne) Do opracowania płytkich przekrojów wgłębnych można używać danych pozyskiwanych innymi metodami powierzchniowymi, np. profilowań geoelektrycznych

15 Przygotowanie danych wejściowych Dane używane do opracowania przekrojów geologicznych muszą podlegać wszechstronnej weryfikacji obejmującej m.in.: a) weryfikację współrzędnych wierceń (i/lub profili terenowych) b) ujednolicenie stratygrafii c) w przypadku otworów kierunkowych (lub silnie skrzywionych) oraz w strefach silnie sfałdowanych i zuskokowanych przeliczenie miąższości i głębokości występowania granic stratygraficznych do miąższości rzeczywistych (lub wprowadzenie poprawek na krzywiznę otworu). d) interpretację krzywych geofizycznych w profilach wierceń. e) dowiązanie obrazu falowego sejsmiki refleksyjnej do profilu wiercenia.

16 Przygotowanie danych wejściowych Nazwa otworu: SZCZEBRZESZYN - 1 Współrzędne geograficzne: Fi: La: Układ 1942/Odwzorowanie Gaussa-Krügera Wsp-x: lub Wsp-y: lub Wsp-x15: Wsp-y15: lub lub Głębokość całkowita: 4100 m Wysokość n.p.m.: WERYFIKACJA WSPÓŁRZĘDNYCH

17 Przygotowanie danych wejściowych WERYFIKACJA i UJEDNOLICENIE WYDZIELEŃ STRATYGRAFICZNYCH Str : Spg : Str : Spg : Str : Spg : Str : Spg : Str : Spg : Str : Spg : Str : Spg : Km 1 Km_ 1 Kkp 1 Kkp_ 1 Kst 1 Kst_ 1 Kkn 1 Kkn_ 1 Kt 1 Kt_ 1 Kc 1 Kc_ 1 Kal3 1 Kal3_ 1 Mastrycht margle,wapienie Mastrycht margle,wapienie Kampan wapienie Kampan wapienie Santon wapienie Santon wapienie Koniak wapienie Koniak wapienie Turon wapienie Turon wapienie Cenoman wapienie Cenoman wapienie Alb grn piaskowce Alb grn piaskowce

18 Przygotowanie danych wejściowych TVT- True Vertical Thickness (Rzeczywista miąższość pionowa) TST- True Vertical Thickness (Miąższość stratygraficzna) TVDT - True Vertical Depth Thickness (Miąższość wyznaczona przez pionową głębokość stropu i spągu warstw (TVT- dla warstw poziomych) MLT- Measured Log Thickness (Miąższość zmierzona w odwiercie. W otworach pionowych i dla warstw horyzontalnych = TVT i TST)

19 Przygotowanie danych wejściowych Przeliczenie miąższości przewiercanych na rzeczywiste (stratygraficzne): mr = cosα ma ma = miąższość pozorna mr = miąższość rzeczywista cosα = kąt upadu warstw

22 Przygotowanie danych wejściowych Poprawne określenie głębokości i pozycji nawiercenia warstw wymaga uwzględnienia profilowania krzywizny otworu, które pozwala przeliczyć trajektorię odwiert. Spełnienie tego warunku jest niezbędne do wykorzystania wierceń kierunkowych

23 Przygotowanie danych wejściowych W przypadku przekrojów stratygraficznych opartych na interpretacji geofizyki wiertniczej, pod pojęciem przygotowanie danych będziemy rozumieli odpowiednią wizualizację krzywych, w profilach wierceń, czy też głębiej interpretacje litologiczno-złożową krzywych (tzn. interpretację zmienności litologicznej przewiercanych kompleksów (zailenia, zapiaszczenia i udziału węglanów itp., interpretację porowatości (PHI i nasycenia przestrzeni porowej węglowodorami. Odpowiednie zestawienie krzywych w profilach wierceń umożliwia korelację kompleksów genetycznych czy też kompleksów zbiornikowych i uszczelniających. Krzywa zailenia (litologia)

24 Przygotowanie danych Ujednolicenie poziomu odniesienia w przypadku przekrojów strukturalnych poziomem odniesienia najczęściej jest POZIOM MORZA w przypadku przekrojów stratygraficznych (korelacji) i znacznie rzadziej przekrojów strukturalnych poziomem odniesienia interpretacji bywają regionalnie śledzone POZIOMY IZOCHRONICZNE (przekrój paleostrukturalny/paleotektoniczny) profile sejsmiki refleksyjnej mają na ogół poziomy odniesienia dostosowane do wykształcenia morfologii w badanym rejonie (np.. obrzeżenie Gór Świętokrzyskich 210 m n.p.m., zapadlisko przedkarpackie 170 m n.p.m.) jeżeli opracowany przekrój geologiczny ma inny poziom odniesienia niż poziom morza, należy to uwypuklić w objaśnieniach

25 POZIOM ODNIESIENIA Współczesny przekrój strukturalny Współczesny przekrój paleostrukturalny odniesiony do stropu horyzontu izochronicznego. (Umożliwia obserwację ewolucji struktur)

26 Przekroje przewyższone krótkie przekroje strukturalne, rozpoznające płytką budowę geologiczną w obszarach o stosunkowo zrównoważonych miąższościach przedstawianych warstw mogą być NIEPRZEWYŻSZONE regionalne przekroje strukturalne rozpoznające głęboko położone warstwy powinny być PRZEWYŻSZONE korelacje międzyotworowe [przekroje stratygraficzne] na ogół muszą być PRZEWYŻSZONE ZALETY możliwość wprowadzenia szczegółowego podziału stratygraficznego (większa precyzja interpretacji) zwiększenie czytelności krzywych geofizyki wiertniczej (większa precyzja interpretacji) lepsza czytelność skomplikowanej budowy geologicznej

27 Przekroje przewyższone WADY W wyniku wprowadzenia przewyższenia przekroju następuje zaburzenie stosunków geometrycznych przedstawianego obszaru: kątów upadu warstw kątów zapadania dyslokacji miąższości przedstawianych warstw i odległości pomiędzy elementami strukturalnymi PORÓWNANIE PRZEKROJÓW PRZEWYŻSZONEGO (góra) i NIEPRZEWYŻSZONEGO (dół - w ramce) V=8

28 Przekroje przewyższone Krzywa zailenia (litologia) Krzywa zailenia (litologia)

29 Przekroje przewyższone - przykład zmiany stosunków kątowych x 200 y o 6 I 28 V= A o C D B x 200 II y 20 V=4 o C o 12 D A B

30 Przekroje przewyższone - pozorny spadek miąższości na skrzydle fleksury V= 1 Pozorna redukcja miąższości w skrzydle fleksury V= 2

31 Przekroje przewyższone W trakcie interpretacji przewyższonych przekrojów geologicznych należy brać pod uwagę wymienione czynniki wprowadzając korektę Przeliczenie kątów upadu w przypadku przewyższenia przekroju tgδ = tgδa/v δ = rzeczywisty kąt upadu δa = pozorny kąt upadu V - współczynnik przewyższenia

32 Czynniki wpływające na zaburzenie geometrii przekrojów Odchylenie linii przekrojowej od kierunku upadu warstw (powoduje wydłużenie i spłaszczenie struktury). Uważa się, że zafałszowania te można uznać za nieistotne jeśli kąt pomiędzy linią przekroju, a kierunkiem upadu warstw jest mniejszy niż 5o

33 Czynniki wpływające na zaburzenie geometrii przekrojów Wyznaczenie przekroju przebiegającego przez wiercenia, wzdłuż linii łamanej powoduje zwiększenie rozmiaru (długości) struktury, poważne zniekształcenie stosunków kątów, a także powstawanie nieistniejących struktur niższego rzędu 200 NW SE I 0 A 200 A poziom morza -1-2 NW 200 II B 0 SE 200 poziom morza -3 I przekrój biegnący przez odwierty, wzdłuż linii łamanej II- przekrój prostolinijny poprowadzony wzdłuż linii maksymalnego upadu warstw B

34 Zaburzenie geometrii struktur dla skośne do osi struktur Uważa się, że zafałszowania te można uznać za nieistotne jeśli kąt pomiędzy linią przekroju, a kierunkiem upadu warstw jest mniejszy niż 5o

35 N b1 a E W S b2 mp a d = b1 + b2 w d linia profilu w h h =a - n n a w mg = mp * cosd * sinh mg