ANALIZA CHARAKTERU MATERII ORGANICZNEJ W REJONIE PRZYGRANICZNYM KARPAT ZACHODNICH I WSCHODNICH

Transkrypt

1 ANALIZA CHARAKTERU MATERII ORGANICZNEJ W REJONIE PRZYGRANICZNYM KARPAT ZACHODNICH I WSCHODNICH Irena Matyasik Instytut Nafty i Gazu, Kraków Katarzyna Jarmo³owicz-Szulc Pañstwowy Instytut Geologiczny Pañstwowy Instytut Badawczy, Warszawa Leszek Jankowski Pañstwowy Instytut Geologiczny Pañstwowy Instytut Badawczy, Oddzia³ Karpacki, Kraków STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki wielokierunkowych badañ dotycz¹cych stref melan y tektonicznych rozpoznanych w obszarze bieszczadzkim Karpat w strefie pogranicza polsko-ukraiñskiego oraz z jednostki dukielskiej na obszarze S³owacji. Badania minera³ów i bituminów, które wystêpuj¹ w y³ach kwarcytowych w Karpatach s¹ prowadzone od dawna, poniewa mog¹ wnieœæ wiele cennych informacji dla poznania procesów migracji i akumulacji wêglowodorów w obrêbie sfa³dowanych Karpat. 1. Wprowadzenie Przedmiotem prowadzonych badañ jest rozpoznanie charakteru materii organicznej i minera- ³ów zarówno w strefach melan y tektonicznych, które s¹ jednym z wielu rodzajów kompleksów chaotycznych rozpoznanych ostatnio w Karpatach Zewnêtrznych [5, 6], jak i na obszarze otaczaj¹cych je jednostek [2]. Badania skoncentrowano na obszarze bieszczadzkim Karpat w strefie pogranicza polsko-ukraiñskiego, siêgniêto tak e dla celów porównawczych na po- ³udnie do ods³oniêcia jednostki dukielskiej na obszarze S³owacji. Badania minera³ów i bituminów buduj¹cych y³y w Karpatach prowadzone s¹ od lat pod ró nym k¹tem. Dotyczy to zw³aszcza kwarcu od czasu analizy tzw. diamentów marmaroskich przez Tokarskiego [15]. Zainteresowanie diamentami marmaroskimi rozwija siê w ci¹gu ostatnich dziesiêcioleci, poniewa na Ukrainie inkluzje wêglowodorowe badane s¹ pod k¹tem wskaÿnikowoœci migracji i akumulacji wêglowodorów w obrêbie sfa³dowanych Karpat [8, 9, 14]. ¹czono je ze zjawiskiem bituminizacji Podhala [13]. Badania termometryczne i kriometryczne [11] wykaza³y w nich obecnoœæ metanu i prawdopodobnie azotu. Coraz czêœciej kwestie migracji wêglowodorów wi¹ e siê z badaniami inkluzji wêglowodorowych. Takie wrostki wêglowodorów wystêpuj¹ przede wszystkim w kwarcu o euhedralnym pokroju oraz w minera³ach y³ kalcytowo-kwarcowo-bitumicznych p³aszczowin karpackich (np. [3, 4]). Z prac ró nych badaczy na obszarze Polski i Ukrainy [1, 10] wynika, e w Karpatach wiêk- SEKCJA I Poszukiwania z³ó wêglowodorów

2 szoœæ inkluzji bogatych w wêglowodory wspó³wystêpuje z inkluzjami bogatymi w wodê. Bituminy wspó³wystêpuj¹ z minera³ami, w ró nej wzajemnej relacji [6, 9]. Ostatnio badania materia³u z y³ kalcytowych i bituminów oraz analizê inkluzji fluidalnych przeprowadzano we wschodniej czêœci polskich Karpat i w zachodniej Ukrainie [6, 7]. Na obszarze S³owacji w Karpatach Zachodnich pochodzenie metanu w kwarcu i aspekty charakterystyki materii organicznej badali V. Hurai i inni [3, 4]. Badania bituminów na obszarze Karpat fliszowych prowadzone by³y na przyk³ad przez A. Kotarbê i innych [12]. Celem niniejszej pracy jest skupienie siê na okreœleniu charakteru bituminów wspó³wystêpuj¹cych z mineralizacj¹ w obrêbie strefy melan u we wschodniej czêœci Karpat, jak te okreœlenie warunków ich tworzenia w najbardziej po³udniowo-wschodniej czêœci obszaru Polski i przylegaj¹cym Ukrainy, g³ównie w rejonie miêdzy miejscowoœciami Jab³onki i Ustrzyki Górne, Stavne i Dara. 2. Metody badañ geochemicznych Prace geochemiczne polega³y na oznaczeniu iloœciowym i jakoœciowym substancji organicznej (analiza pirolityczna Rock Eval), oznaczeniu stopnia dojrza³oœci termicznej w oparciu o pomiar T max skorelowany z oznaczeniami biomarkerów. Ponadto wykonano badania genetyczne ekstrahowalnej substancji organicznej stosuj¹c metody GC i GCMS pod k¹tem sk³adu i dystrybucji poszczególnych grup biomarkerów. 3. Charakterystyka geochemiczna materii organicznej Próbki te reprezentuj¹ ró ne ods³oniêcia, które odznaczaj¹ siê ró norodn¹ histori¹ termiczn¹, co wyraÿnie odzwierciedla parametr T max. Dwie próbki pobrane z rejonu, gdzie pojawiaj¹ siê melan e tektoniczne, odznaczaj¹ siê wysokim poziomem dojrza³oœci termicznej, niskim potencja³em wêglowodorowym i nisk¹ zawartoœci¹ wêgla kerogenowego, na skutek wyczerpania pocz¹tkowego potencja³u wêglowodorowego. Podobnie wysokim poziomem dojrza³oœci charakteryzuje siê próbka pobrana z rejonu Jab³onek (Ru), lecz jej potencja³ generacyjny jest znacznie wy szy i wynosi 11,84 mghc/g ska³y, a zawartoœæ TOC jest równa 3,48%. Najni sz¹ dojrza³oœci¹ charakteryzuj¹ siê próbki ³upków menilitowych pobranych z jednostki skolskiej z rejonu Bandrowa. Utwory menilitowe reprezentuj¹ce to ods³oniêcie zawieraj¹ II typ kerogenu o wysokim potencjale generacyjnym 16,65 mg HC/g ska³y i wysokim wskaÿniku wodorowym HI. Tego typu ska³y nale ¹ do ropotwórczych. Na tle omówionych ju próbek, znacznie gorszymi w³aœciwoœciami cechuj¹ siê próbki reprezentuj¹ce kredê doln¹ Bystre, dla których potencja³ generacyjny jest znacznie ni szy, o s³abszych mo liwoœciach generacyjnych dla wêglowodorów (tab. 1, rys. 1). Z badañ ekstrahowanej substancji organicznej wynika, i najwy sz¹ zawartoœci¹ bituminów odznaczaj¹ siê próbki warstw menilitowych z jednostki skolskiej (1 412 ppm) i dukielskiej (1 056 ppm), przy czym te z jednostki dukielskiej wyró nia przewaga wêglowodorów nasyconych i aromatycznych nad zwi¹zkami ywiczno-asfaltenowymi, co wskazuje na zaawansowany stopieñ dojrza³oœci termicznej (tab. 2). Próbki reprezentuj¹ce melan e tektoniczne zawieraj¹ ni sze iloœci bituminów, ale z przewag¹ zwi¹zków wêglowodorowych, stosownie do wysokiej dojrza³oœci termicznej. I. Matyasik, K. Jarmo³owicz-Szulc, L. Jankowski 676 Analiza charakteru materii organicznej w rejonie przygranicznym Karpat zachodnich i wschodnich

3 Próbka T max [ C] Objaœnienia: TOC ca³kowity wêgiel organiczny Tabela. 1. Wyniki badañ pirolitycznych Rock-Eval S 1 [mg HC/g ska³y] S 2 [mg HC/g ska³y] S 3 [mg CO 2 /g ska³y] PI [S 1 / (S 1 +S 2 )] PC [%] RC [%] TOC [%] HI [mg HC/g TOC] OI [mg CO 2 /g TOC] A1 Melan e 462 0,21 0,89 0,16 0,19 0,10 0,85 0, Melan e 461 0,07 0,70 0,61 0,09 0,08 1,29 1, Rub 1/ ,27 10,57 0,70 0,11 1,02 7,68 8, Bandrów ,15 16,50 0,59 0,01 1,43 2,05 3, Bystra Leœn ,12 1,20 0,45 0,09 0,12 1,23 1, Dara ,35 1,54 0,25 0,19 0,17 2,05 2, ebracze ,60 3,15 0,29 0,16 0,32 1,87 2, Aksmanice ,30 3,82 2,12 0,07 0,47 2,78 3, Niedzica ,10 0,84 0,63 0,10 0,10 0,59 0, Polany ,08 3,60 0,30 0,02 0,32 1,68 2, Rys. 1. Klasyfikacja kerogenu zawartego w próbkach powierzchniowych na podstawie wspó³zale noœci wskaÿników wodorowego i tlenowego HI OI Tabela 2. Charakterystyka bituminów Sk³ad grupowy bituminów [%] ESO HC Nazwa TOC ESO HC wêglowodory HC heterozwi¹zki HZ TOC TOC próbki [%] [ppm] HZ nasycone aromatyczne ywice asfalteny [mg/g] [mg/g] 6-05 Melan e 1, ,5 15,3 38,0 2,0 24,4 14,6 1,5 Bandrów-1 3, ,1 19,4 49,4 2,1 40,6 19,7 0,9 Dara-5 2, ,1 19,1 30,3 6,5 36,0 22,8 1,7 ubracze-2 2, ,8 22,3 21,7 4,2 48,2 35,7 2,9 Objaœnienia: TOC ca³kowity wêgiel organiczny, ESO ekstrahowalna substancja bitumiczna SEKCJA I Poszukiwania z³ó wêglowodorów 677

4 Rys. 2. Klasyfikacja typu kerogenu w próbkach powierzchniowych na podstawie wskaÿników HI T max Literatura [1] Bratus M.D., Mamczur H.P., Kowalyszyn Z.I., Szabo Z.V. Carbon isotopic composition of the organic minerals from the hydrothermal ore deposits from Zakarpacie. Dop. AN URSR, Ser. B, 6, pp (ros.), 1975 [2] Decker K., Jankowski L., Kopciowski R., Nescieruk P., Rauch M., Reiter F., Œwierczewska A., Tokarski A.K. Tectonics of the Polish Outer Carpathians Final report. University of Vienna, Medusa Oil & Gas. (niepubl.), 1999 [3] Hurai V., Œwierczewska A., Tokarski A. Warunki pt w trzeciorzêdowej pryzmie akrecyjnej w Karpatach Zachodnich na podstawie badañ inkluzji wêglowodorowych, Prz. Geol., nr 49 (4): 340, 2001 [4] Hurai V., Kihle J., Kotulova J., Marko F., Œwierczewska A. Origin of methane in quartz crystals from the Tertiary accretionary edge and forc-arc basin of the Western Carpathians. Applied Geochemistry, 17: , 2002 [5] Jankowski L. Budowa geologiczna przedpola jednostki magurskiej pomiêdzy Wis³ok¹ a Dunajcem ze szczególnym uzglêdnieniem utworów chaotycznych. Praca doktorska. Arch. PIG, 2003 [6] Jankowski L., Jarmo³owicz-Szulc K. Wstêpna charakterystyka melan y tektonicznych w Bieszczadach. Materia³y konferencyjne LXXV Zjazdu PTG, Iwonicz-Zdrój 2004 [7] Jarmo³owicz-Szulc K. Characteristic features of vein fillings in the southeastern part of the Polish Carpathians (calcite, quartz, bitumens). Przegl. Geol., nr 49, pp (pol.), 2001 [8] Jarmo³owicz-Szulc K., Dudok I.V. Minera³y y³owe polskich i ukraiñskich Karpat fliszowych. Prz. Geol., nr 49 (4): , 2001 [9] Jarmo³owicz-Szulc K., Dudok I.V. Migration of palaeofluids in the contact zone between the Dukla and Silesian units, Western Carpathians evidence from fluid inclusions and stable isotopes in quartz and calcite. Geol. Quart. 49: , 2005 I. Matyasik, K. Jarmo³owicz-Szulc, L. Jankowski 678 Analiza charakteru materii organicznej w rejonie przygranicznym Karpat zachodnich i wschodnich

5 [10] Kaliuznyj V.A., Sachno B.E. Prospects for prognostics of the useful materials on the base of typomorphic features of the hydrocarbon and carbon dioxide fluidinclusions. Geochimia i Geologia goriuczych kopalin, 3: (ros.), 1998 [11] Koz³owski A. Hydrocarbons in the fluids penetrating sedimentary rocks, on the base of gasliquid inclusions. In: Materia³y Konf. Nauk. Serock (in Polish), 1982 [12] Kotarba A., Kowalski A., Kowalski T., Wiêc³aw D., Nowak-Bator M. Geochemical analyses of the organic matter in the Flysch Carpathians. Unpublished materials, Centr. Arch. Geol. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa 2000 [13] Mastella L., Kojsar B. Zwi¹zek objawów bitumicznych fliszu z budow¹ tektoniczn¹ wschodniego Podhala. Kwart. Geol., ss , 1975 [14] Ripun M.B. On the orientation, timing and connections of the oil-gas contents in the mineral fissures from the flysch deposits in the Carpathians. Geologia i Geochimia, 23: (ros.), 1970 [15] Tokarski J. O dyamentach marmaroskich, Kosmos 30: , 1905 Analysis of character of organic matter in borderland of the western and eastern Carpathians ABSTRACT: Results of multidirectional studies conducted in the tectonic mélange zones recognized in the Bieszczady region in the Carpathians have been shown in the present paper. The locality comprises the borderland area of Poland and Ukraine, and a part of the Dukla unit in Slovakia. Studies on minerals and bitumens have been conducted for years there, since they may bring a lot of valuable information to the recognition of the hydrocarbon migration and accumulation processes within the folded Carpathians. Recenzent: dr in. Grzegorz Leœniak SEKCJA I Poszukiwania z³ó wêglowodorów 679

6 NOTATKI