Szczegółowe wydzielenia litofacjalne na podstawie danych geologicznych i profilowań geofizyki otworowej na obszarze Niecki Nidziańskiej.

Transkrypt

1 RÓŻA BARTOLEWSKA Szczegółowe wydzielenia litofacjalne na podstawie danych geologicznych i profilowań geofizyki otworowej na obszarze Niecki Nidziańskiej. Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, AGH - Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków, al. Mickiewicza 30; roza.bartolewska@gmail.com 1. Cel badań Celem projektu było wyróżnienie szczegółowych wydzieleń litofacjalnych na podstawie analizy danych geologicznych i profilowań geofizyki otworowej z obszaru Niecki Nidziańskiej. Przeprowadzona interpretacja obejmowała dane z dwóch otworów: B-1 i C-1. Była wykonana na podstawie informacji uzyskanych z szeregu publikacji dotyczących budowy geologicznej obszaru badań. 2. Wprowadzenie teoretyczne Koncepcja zakładająca wyróżnianie facji w budowie geologicznej zaczęła znajdować zastosowanie wiele lat temu. Było to następstwo wprowadzania przez geologów podziału skał ze względu na cechy charakterystyczne danych jednostek geologicznych, na podstawie których można było przewidzieć występowania złóż węgla, ropy naftowej oraz minerałów rudnych (Reading 1978) Facja Termin facja ten został wprowadzony przez Gressly ego w 1838 roku i przez długi czas ulegał wielu korektom (Reading 1978). Obecnie, jako fację rozumie się warstwę lub zespół warstw, które różnią się od sąsiednich litologią, strukturą, teksturą, zawartością materii organicznej oraz uwarunkowaniami sedymentacyjnymi (Reading 1978). W sytuacji, gdy głównym wskaźnikiem do kwalifikowania facji są cechy litologiczne danej jednostki skalnej, stosuje się dla wydzieleń pojęcie litofacji (Reading 1978) Litofacja Interpretacja profilowań geofizyki otworowej stanowi istotny etap w procesie klasyfikowania szczegółowych wydzieleń litofacjalnych. Głównym celem podejścia jakościowego jest identyfikacja litologii w kolejnych interwałach głębokościowych, które charakteryzuje spójność w pewnym wąskim zakresie. Wynik interpretacji stanowi słupek litologiczny, który tworzy sekwencja litofacji. Jest to ogólna informacja będąca podstawą do późniejszej interpretacji jakościowej, ale pomaga zorientować się w budowie geologicznej danego obszaru. Wyniki rejestracji wielkości fizycznych w otworze są jedynie przesłanką do definiowania cech danej litofacji Elektrofacja Pomiary geofizyki otworowej pozwalają na determinowanie elektrofacji, czyli wydzieleń, które mają charakterystyczne cechy ukazujące się w zapisach parametrów sond wykonujących pomiar w otworze (Ellis & Singer 2007). Bazując na analizie profilowań geofizyki otworowej i znając budowę geologiczną danego obszaru można próbować określać szczegółowe wydzielania facjalne w odpowiednich interwałach głębokościowych (Ellis & Singer 2007). 3. Wykorzystane profilowania geofizyki otworowej Prawidłowa interpretacja w kontekście identyfikacji litologicznej wymaga zapoznania się z szeregiem wyników, które zostały uzyskane podczas pomiarów wykonanych w otworze. Podstawowym, powszechnie wykorzystywanym profilowaniem jest pomiar naturalnej promieniotwórczości skał (GR), która wywołana jest obecnością promieniotwórczego izotopu 40 K i izotopów z rodzin promieniotwórczych 238 U i 232 Th (Jarzyna et al. 1999). Wysokie wskazania na

2 profilowaniu GR są najczęściej podyktowane występowaniem minerałów ilastych, co pomaga w identyfikacji wydzieleń o podwyższonej ich koncentracji. Powszechnie w skałach ilastych, mogą się tworzyć wymycia występujące na ściance otworu. Bardzo istotne jest skontrolowanie profilowania średnicy otworu (CALA) w zestawieniu ze zmianami średnicy urządzenia wiercącego (BSM). Powyższe pomiary są szczególnie związane z mechanicznymi lub chemicznymi właściwościami skał (Serra 1984). Urządzenie pomiarowe reaguje na zmiany średnicy otworu, co pozwala określić, czy skały w danym interwale są słabo zwięzłe, w wyniku czego dochodzi do obsypywania się ścianki otworu, czy też mamy do czynienia z bardziej zwięzłą litologią, co jest charakterystyczne np. dla piaskowców na większych głębokościach. Kolejne istotne pomiary stanowią sterowane profilowania oporności w strefie niezmienionej filtracją (LLD) i w strefie filtracji (LLS). Jest to zestaw pomiarów, w których znacznie ograniczony został wpływ otworu na oporność pozorną, za pomocą specjalnej konstrukcji sond pomiarowych (Jarzyna et al. 1999). W wyniku tego zabiegu, na mierzony sygnał wpływa w dużej mierze część ośrodka, która nie została zmieniona poprzez filtrację (Jarzyna et al. 1999). W celu uzupełnienia informacji analizuje się również mikroprofilowania oporności (MSFL), które dostarczają zapis ze strefy przyotworowej. Orientację na temat porowatości poszczególnych wydzieleń litofacjalnych w poniższej pracy dostarczają profilowania gamma gamma gęstościowe (RHOB), profilowania neutronowe (NPHI) oraz profilowanie akustyczne (DTM). 4. Budowa geologiczna obszaru badań Obszar Niecki Nidy usytuowany jest w centralnej części segmentu miechowskiego należącego do synklinorium szczecińsko miechowskiego. Według ściślejszych podziałów tektonicznych omawiany obszar należy do niecki miechowskiej (Pożaryski 1974). Rozkład facji basenu jurajskiego niecki miechowskiej był uzależniony od synsedymentacyjnej aktywności struktur podłoża kaledońskowaryscyjskiego (Złonkiewicz 2006). Podłoże niecki miechowskiej stanowi zachodnia część bloku małopolskiego. Osady budujące Nieckę Nidy formowały się w okresie od permu do paleogenu (Jurkiewicz et al. 1969). Profil stratygraficzny Niecki Nidy charakteryzuje się licznymi hiatusami. Analizowane w pracy otwory B-1 i C-1 nie przewiercają w całości osadów jury górnej, osiągając głębokość około 1000 m wg pomiarów geofizyki wiertniczej. Profile przewierconych serii osadowych reprezentowane są przez osady jury górnej oksford i kimeryd oraz cenoman i senon (santonmastrycht), należące do kredy górnej. Z tego względu omówione zostanie jedynie wykształcenie litofacjalne wymienionych wyżej wydzieleń Jura W okresie od retyku do batonu obszar Niecki Nidy został wyniesiony i poddany intensywnej erozji (Jurkiewicz et al. 1969). Brak osadów jury dolnej na tym obszarze jest podyktowany ekspozycją na warunki lądowej erozji w najniższej jurze środkowej. Osady jury środkowej są związane z transgresją zaznaczającą się terygenicznymi osadami batonu przechodzącymi stopniowo w osady węglanowe keloweju (Jurkiewicz et al. 1969). Formacje typowo węglanowe uwidaczniają się w wykształceniu osadów oksfordu i kimerydu. Dolna część kimerydu jest związana z płytkowodną platformą węglanową (Złonkiewicz 2006). Miąższość utworów jurajskich była uzależniona od występującej na przemian z erozją subsydencji akwenu morskiego (Złonkiewicz 2006). Jurajski cykl sedymentacyjny na obszarze Niecki Nidy jest niepełny, co zaznacza się szczególnie w braku osadów najwyższej jury górnej.

3 Oksford Duże miąższości oksfordu są zapisem powolnego pogłębiania zbiornika morskiego (Jurkiewicz et al. 1969). Dolna część oksfordu jest wykształcona w postaci wapieni i wapieni marglistych. Środkowa i najwyższa część oksfordu należy do facji pelitycznej (Złonkiewicz 2009) Kimeryd Osady kimerydu odznaczają się dużym zróżnicowaniem wśród facji węglanowej. Od spągu sukcesja kimerydu rozpoczyna się najniższym poziomem marglistym (wapienie margliste i margle o miąższości ok m), który przykrywa dolny i górny oolit (o miąższości ok m) wykształcony w postaci grainstonów o dominującym udziale ooidów (Złonkiewicz 2009). Bezpośrednio na tych osadach zalega kompleks oolitowo-płytowy (ok m) reprezentowany przez osady pelityczno-margliste mudstony i wackstony (Złonkiewicz 2009). Kolejnym wydzieleniem wśród osadów kimerydu są muszlowce skorkowskie, które są kompleksem urozmaiconym, wykształconym w postaci detrytycznych wapieni i wapieni marglistych z wkładkami margli, iłów marglistych z licznymi skamieniałościami (Złonkiewicz 2009). Wydzieleniami kończącymi zapis sedymentacji datowanej na kimeryd są: wapień płytowy górny (margle i wapienie margliste), iły stropowe oraz muszlowce stropowe Kreda Na osadach zerodowanej jury górnej spoczywają niezgodnie transgresywne osady albu i cenomanu (Jurkiewicz et al. 1969). Transgresję w albie i cenomanie poprzedziły ruchy wznoszące blokowo cały obszar mezozoiku Niecki Nidy (Jurkiewicz et al. 1969). Prawdopodobnie ten czynnik zadecydował o braku zapisu sedymentacji dolnej kredy. Wydzielenia reprezentujące profil kredy charakteryzują się istotną obecnością glaukonitu w składzie mineralnym. Osady albu nie występują w profilach analizowanych otworów Cenoman Piętro cenomanu na obszarze niecki miechowskiej cechuje się zróżnicowanym profilem litologicznym reprezentowanym przez utwory silikoklastyczno-węglanowe. Najczęściej profil cenomanu jest wykształcony w postaci margli piaszczystych, marglistych piaskowców glaukonitowych, wapnistych piaskowców glaukonitowych z przewarstwieniami gez i piaszczystego wapienia bioklastycznego, wapnistych piaskowców z przewarstwieniami piasków glaukonitowych i wapieni bioklastycznych z czertami (Świdrowska & Hakenberg 2008). Okres od turonu do koniaku jest związany ze zmianą stylu sedymentacji z terygenicznej na węglanową (Jurkiewicz et al. 1969). Osady te charakteryzują się przeławiceniem margli piaszczystych z piaskowcami glaukonitowymi ich miąższości są jednak niewielkie (Jurkiewicz et al. 1969). W santonie i kampanie nastąpiła szybka sedymentacja utworów marglistych. W mastrychcie doszło do maksymalnego spłycenia sukcesji osadowej (Jurkiewicz et al. 1969) Cykl I (santon kampan dolny) Kompleks ten jest utworzony w swojej spągowej części z margli glaukonitowych, miejscami z otoczakami rozmytych skał podłoża i niekiedy z fosforytami. Ku górze przechodzą one w miękkie szare margle o charakterze pelitycznym lub ze znaczną domieszką włókien inoceramów, co nadaje im charakter drobnodetrytyczny. W wyższej części dolnego kampanu występują wapienie margliste i opoki przewarstwiane marglami (Rutkowski 1965).

4 Cykl II (górny kampan- niższa część dolnego mastrychtu) Spągowa część kampanu górnego jest wykształcona w postaci margli glaukonitowych ze zlepieńcem skał węglanowych w spągu. Pozostała część piętra to częste przewarstwienia margli z opokami z licznymi wtrąceniami gez wapnistych czy margli glaukonitowych zapiaszczonych (Rutkowski 1965). W profilu osadów często występują skamieniałości. Niższa część dolnego mastrychtu rozpoczyna się marglami i opokami sporadycznie zapiaszaczonymi. Nad nimi zalegają wapniste gezy silnie glaukonitowe z fosforytami. Stropowa część cyklu II odznacza się występowaniem margli i opok (Rutkowski 1965) Cykl III (wyższa część mastrychtu dolnego) Spąg wyższej części mastrychtu dolnego jest wykształcony w postaci piaskowców, gez wapnistych i margli piaszczystych z glaukonitem i fosforytami. Górna część profilu cyklu III jest reprezentowana przez wapniste gezy i opoki z przerostami wapieni (Rutkowski 1965). 5. Szczegółowe wydzielenia litofacjalne 5.1. Przygotowanie profilowań geofizyki otworowej do interpretacji Interpretacja profilowań geofizyki otworowej została przeprowadzona na podstawie krzywych zestawionych w programie Techlog. Informacje dotyczące rozmieszczenia danych na poszczególnych ścieżkach zostały zamieszczone w Tabeli 1. Profilowania zostały wzbogacone o dane z raportów wiertniczych w postaci profilu litologicznego sporządzonego na podstawie opisu zwiercin. Ze względu na podobieństwo litofacji w artykule zaprezentowano tylko wyniki dla otworu B-1. Tabela 1. Zawartość ścieżek na figurach 1 i 2 z profilowaniami i danymi. Nr ścieżki Dane Zakres Skala 1. Głębokość - liniowa 2. CALA, BSM mm liniowa 3. GR 0 80 API liniowa 4. Interpretacja Litofacja LLS, LLD Ωm logarytmiczna 7. MSFL Ωm logarytmiczna 8. RHOB g/cm 3 liniowa 9. DTM µs/m liniowa 10. PE 0-6 liniowa 11. NPHI % liniowa 12. Obserwacje Litologia Interpretacja wybranych litofacji Profilowania geofizyki otworowej wykazują dużą zmienność w obrębie otworów B 1 i C 1. Cały interpretowany interwał podzielono na 8 litofacji. W celu znalezienia analogii do wyników otrzymanych z literatury, raportów wiertniczych i krzywych geofizycznych, usystematyzowano dane i określono zakresy wartości parametrów odpowiadających każdej wydzielonej litofacji. W artykule przedstawiono przykładowe wyniki otrzymane dla litofacji oznaczonych numerami 1 oraz 5. Zakresy profilowań geofizyki otworowej określone dla tych wydzieleń przestawiono w Tabeli 2). Całość interpretacji jest zamieszona w projekcie inżynierskim autora (Bartolewska 2016). Tabela 2. Zestawienie zastosowanych przybliżonych zakresów profilowań dla wybranych wydzieleń litofacjalnych.

5 Przybliżone zakresy wartości z profilowań geofizyki otworowej LLS, Piętro Litofacje Wydzielenia GR LLD, RHOB DTM NPHI [API] MSFL [g/cm 3 PE [b/e] ] [µs/m] [%] [Ωm] wapienie ,60-2, ,00-5, pelit./dolomity Oksford margle/wapieni ,42-2, ,75-4, e margl. 2 wapienie pelit ,45-2, ,95-5, piaskowce ,10-2, ,80-2, glauk. Cenoman 5 margle/piaskow ,40-2, ,10-2, ce margl Oksford (B 1, głębokości poniżej 811 m) Interwał obejmujący piętro oksfordu charakteryzują dwie litofacje, które na podstawie opisu zwiercin i informacji o budowie geologicznej Niecki Nidy można przypisać do wapienia. Facje wapieni charakteryzują niskie wskazania naturalnej promieniotwórczości (ok API). Profilowanie GR odzwierciedla się wcięciami i ząbkami skoki o wyższych wartościach GR (ok API) reprezentują przewarstwienia margliste (Pawellek & Aigner 2003) Litofacja nr 1: wapienie pelityczne z wkładkami margli/wapieni marglistych Pierwszą litofację stanowią wapienie pelityczne przewarstwione prawdopodobnie wapieniami marglistymi bądź marglami. O takim wykształceniu oraz o prawdopodobnym uławiceniu świadczy ząbkowaty przebieg krzywej gamma, podkreślony częstymi, znacznie wyższymi wskazaniami GR (Fig. 1). O dwudzielności interwału oksfordu informuje wyraźnie odmienny przebieg krzywych oporności pozornej (LLD, LLS, MSFL), który dla tej litofacji zaznacza się dynamicznymi zmianami oporności sięgającymi do wartości Ωm. Biorąc pod uwagę znacznie wyższe oporności i minimalnie wyższe wskazania GR, może to sugerować obecność dolomitu (Fig. 1). Interwały o wyższych opornościach pozornych pokrywają się z podwyższeniem gęstości na krzywej RHOB. Wyższe wskazania oporności wiążą się na krzywej NPHI ze spadkiem porowatości neutronowej do wartości bliskich zeru. Podwyższone wartości porowatości neutronowej NPHI są podkreślone przez spadki wartości indeksu absorbcji fotoelektrycznej (spadek z wartości ok. 5,0 do ok. 3,75-4,0 b/e). Figura 1. Fragment zestawienia profilowań geofizyki otworowej dla litofacji nr 1.

6 Cenoman (B-1, m) Dla piętra cenomanu wyróżniono jedną litofację, ze względu na małe zróżnicowanie litologiczne. Względna jednorodność tego interwału stanowi zdecydowany kontrast w stosunku do dynamicznej zmienności sąsiadujących litofacji należących do innych pięter. Wnioski o budowie geologicznej na tym odcinku profilu znajdują odzwierciedlenie w ustabilizowanym i zgodnym z pewnym trendem w zachowaniu krzywych profilowań geofizyki otworowej Litofacja nr 5: piaskowce glaukonitowe Profilowania geofizyki otworowej bardzo wyraźnie wyznaczają powyższą litofację, interpretowaną jako piaskowce glaukonitowe, poprzez zdecydowanie odmienne zakresy przyjmowanych wartości w stosunku do pomiarów w pozostałej części otworu. Większość krzywych, za wyjątkiem DTM i NPHI, na których obserwuje się spadek wartości, charakteryzuje w zapisie tendencja wzrostowa z głębokością. Obecność glaukonitu w piaskowcach znacznie podwyższa ich naturalną promieniotwórczość za sprawą potasu występującego w składzie chemicznym tego minerału (Rider 2002). W profilu cenomanu wartości wskazań dla piaskowca glaukonitowego oscylują w wąskim zakresie ok. 23 do 28 API (Fig. 2). Intensywne zmiany profilowania średnicy otworu (CALA) w stropowym odcinku, informują o wymyciach w piaskowcu związanych z niskim stopniem zwięzłości na niedużych głębokościach. Ponadto filtrat płuczki wnika do ośrodka skalnego, dlatego też między profilowaniami oporności pozornej LLD i LLS obserwujemy rozejście, świadczące o obecności strefy filtracji (Fig. 2). Indeks absorpcji fotoelektrycznej przyjmuje wartości ok. 1,8 do 2,1 b/e, podczas gdy reszta profilu otworu charakteryzowana jest przez wartości powyżej 4,0 b/e. W rejestracji GR występują wąskie piki o wysokich wskazaniach (od ok. 28 do 53 API), które są podkreślone przez wyższe wskazania oporności pozornej, niższe porowatości neutronowe, wzrost gęstości objętościowej i PE. Biorąc pod uwagę opracowania geologiczne oraz przebieg krzywych na innych odcinkach, wskazania te można wiązać z występowaniem przewarstwień marglistych o małej miąższości. Figura 2. Fragment zestawienia profilowań geofizyki otworowej dla Litofacji nr Podsumowanie Przeprowadzona analiza danych z wcześniejszych badań obszaru Niecki Nidziańskiej, raportów z wierceń i ich zestawienie z profilowaniami pozwoliło na powiązanie pomiarów geofizyki otworowej ze szczegółowymi wydzieleniami litofacjalnymi wraz z określeniem zakresów wartości parametrów fizycznych skał. Znalezienie analogii między rzeczywistym wykształceniem litologicznym a zapisem

7 profilowań geofizyki otworowej, mogłoby znacznie udoskonalić analizy sedymentologiczne przy ograniczonej ilości rdzeni na obszarze Niecki Nidziańskiej. Potwierdzenie zaproponowanych wydzieleń litofacjalnych byłoby możliwe za pomocą analizy większej ilości danych pochodzących z obszaru Niecki Nidziańskiej oraz syntezy tych wyników z opisem sedymentologicznym rdzeni. Spis literatury 1. BARTOLEWSKA R., Szczegółowe wydzielenia litofacjalne na podstawie danych geologicznych i profilowań geofizyki otworowej na obszarze Niecki Nidziańskiej. Projekt inżynierski, WGGIOŚ, AGH, Kraków 2. ELLIS D.V. & SINGER J.M., Well Logging for Earth Scientists. Springer-Verlag, Dordrecht, JARZYNA J., BAŁA M. & ZORSKI T., Metody geofizyki otworowej, pomiary i interpretacja. AGH, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo Dydaktyczne, Kraków, JURKIEWICZ H., KOWALCZEWSKI Z. & WIERZBOWSKI A., Przekrój geologiczny przez osady permsko-mezozoiczne Niecki Nidziańskiej. Geological Quarterly, 3, PAWELLEK T. & AIGNER T., Stratigraphic architecture and gamma ray logs of deeper ramp carbonates (Upper Jurassic, SW Germany). Sedimentary Geology, 159, POŻARYSKI W., Podział obszaru Polski na jednostki tektoniczne. Jednostki tektoniczne w epoce alpejskiej. W: Budowa geologiczna Polski. T. IV, Tektonika. Cz. 1, Niż Polski. Wyd. Geol., READING H.G., Sedimentary Environments and Facies. Elsevier, New York, RIDER M.H., Geological application of well logs. Second edition. Rider-French Consulting Ltd., RUTKOWSKI J., Senon okolicy Miechowa. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 35, SERRA O., Fundamentals of Well-log Interpretation: 1. The acquisition of logging data. Developments in Petroleum Science, 15A. Elsevier, ŚWIDROWSKA J. & HAKENBERG M., Evolution of the Mesozoic basins on the southwestern edge of the East European Craton (Poland, Ukraine, Moldova, Romania). Stud. Geol. Pol., 130, ZŁONKIEWICZ Z., Ewolucja basenu niecki miechowskiej w jurze jako rezultat regionalnych przemian tektonicznych. Przegląd Geologiczny, 54, 6, ZŁONKIEWICZ Z., Profil keloweju i górnej jury w niecce Nidy. Przegląd Geologiczny, 57, 6, ZORSKI T., JARZYNA J., DERKOWSKI A. & ŚRODOŃ J., Geofizyka otworowa w dobie poszukiwań gazu w łupkach przegląd metod pomiarowych. Przegląd Geologiczny, 61, 7,