Wpływ zmienności składu mineralnego i chemicznego skał klastycznych zapadliska przedkarpackiego na własności petrofizyczne i parametry geofizyczne: analiza przy pomocy programów QUANTA i BESTMIN

• Autorzy: Środoń J.

Warianty tytułu

EN

Mineral and chemical compositional trends in the Miocene clastic rocks of the Carpathian Foredeep (SE Poland) as controls of petrophysical and geophysical log parameters: QUANTA+BESTMIN analysis

• Konferencja: Nauka, technika i technologia w rozwoju poszukiwań i wydobycia węglowodorów w warunkach lądowych i morskich : międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna Geopetrol 2008 : Zakopane, 15--18.09.2008
• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Stosunki ilościowe i charakterystyka chemiczna składników mineralnych decydują w znacznej mierze o parametrach petrofizycznych i geofizycznych skał. Aby zatem poprawnie modelować zapisy sondowań geofizycznych, należy możliwie dokładnie rozeznać zmienność składu mineralnego i chemicznego skał charakterystyczną dla badanego basenu sedymentacyjnego. Badania takie zostały wykonane dla skał klastycznych Zapadliska Przedkarpackiego z otworów naftowych w rejonie Jasionki, Chałupek Dębniańskich i Dzikowa. Najdokładniej zbadano skały z rejonu Dzikowa. Użyto programu BESTMIN, skonstruowanego z myślą o badaniu skał typowych dla basenów naftowych [1 ]. BESTMIN jest programem modelującym skład chemiczny mineralnych składników skały (skalenie, węglany, minerały ilaste) w oparciu o rentgenograficzny pomiar ilościowy składu mineralnego (program QUANTA), pomiar składu chemicznego skały oraz pomiar CEC. Algorytmy genetyczne stosowane są jako mechanizm optymalizacyjny. Kryterium optymalizacji jest suma różnic bezwzględnych pomiędzy zawartościami pierwiastków głównych, pomierzonymi i wyliczonymi z modelowanych wzorów strukturalnych minerałów. Po dokonaniu optymalizacji BESTMIN wylicza gęstość szkieletową, procenty objętościowe poszczególnych składników skały, a następnie różne parametry petrofizyczne i geofizyczne. BESTMIN umożliwia modelowanie składów pojedynczych próbek oraz grup próbek, dla których przyjęto założenie, że zbudowane są z identycznych minerałów. Modelowanie zrealizowano na kilka sposobów: dla każdej z próbek z osobna oraz dla grup wydzielonych na podstawie zawartości kwarcu i kalcytu (3 grupy łupków, 2 piaskowców i 2 skał węglanowych). Ponadto gęstość ładunku illitu i smektytu traktowano albo jako geny (czyli nieznane zmienne) albo jako wartości stałe, znane z innych badań [2]. Wszystkie te modelowania dały bardzo zbliżone wyniki z punktu widzenia wyliczanych parametrów petro- i geofizycznych. Badania składu mineralnego przy pomocy QUANTy potwierdziły odmienność proweniencji skał w profilu Dzikowa zalegających na głębokości większej i mniejszej niż 900 m. Skały z większych głębokości pochodzą z kratonu i wykazują wysoką dojrzałość mineralogiczną, wyrażającą się bardzo małymi zawartościami minerałów ilastych, skaleni, dolomitu i syderytu. Są to arenity kwarcowe, czasami z wysoką zawartością kalcytu. Materiał detrytyczny skał z mniejszych głębokości pochodzi z Karpat i wykazuje charakterystyczne zróżnicowanie w funkcji uziarnienia. W skałach gruboziarnistych wzrasta zawartość kwarcu, skalenia potasowego i cyrkonu. Maksimum zawartości plagioklazu pojawia się w skałach średnioziarnistych. Zawartości pozostałych składników mineralnych: kalcytu (z kilkoma wyjątkami), Fe-dolomitu, syderytu, pirytu, barytu, halitu, celestynu, apatytu, anatazu, chlorytu i illitu+smektytu oraz substancji organicznej rosną systematycznie wraz ze zmniejszaniem się uziarnienia. W skałach pochodzenia karpackiego modelowanie wykazało obecność charakterystycznych trendów w składzie frakcji illitowo-smektytowej, chlorytu, Fe—dolomitu i syderytu. Ich wspólną cechą jest wzrost zawartości żelaza we wszystkich tych minerałach pochodzących ze skał gruboziarnistych. W syderycie rośnie ponadto zawartość Mn, a w illicie—smektycie zawartość K, Mg i Ca, a maleje Na. Głównym czynnikiem kontrolującym wartości parametrów petro- i geofizycznych jest zailenie, a w szczególności udział frakcji illitowo-smektytowej (% IS). Mocną liniową korelację z tym parametrem stwierdzono dla wyliczonych wartości Σ i Vsh (frakcja objętościowa minerałów zawierających H). Korelacje Pe, Φ, gęstości ziarnowej oraz ppm NaCl w wodzie porowej są również liniowe, ale słabsze i z szeregiem wyjątków, zapewne związanych z podwyższoną zawartością węglanów, a zwłaszcza kalcytu. ppM NaCl zmieniają się od wartości charakterystycznych dla wód lądowych w piaskowcach do wartości zbliżonych do wód morskich w iłowcach. Korelacja GR(API) jest również liniowa do wartości 10% IS, ale poniżej wartości GR (API) są nieproporcjonalnie niskie, co prawdopodobnie należy wiązać z nieliniowym spadkiem zawartości apatytu. Wartości CEC i zależnego od CEC parametru równania Waxmana—Smitsa Qv zmieniają się wykładniczo ze wzrostem % IS, co wiąże się z bardziej smektytowym składem tej frakcji w skałach drobnoziarnistych.

EN

Borehole samples of all lithologies (sandstones to claystones and carbonates) from Dzików gas field of the Carpathian Foredeep were studied by XRD and chemical analysis using QUANTA and BESTMIN computer programs (proprietary of Chevron), in order to establish trends in quantitative mineral composition, chemical composition of individual minerals, and to calculate petrophysical and geophysical parameters from these data. Two source areas identified by sedimentologists were found clearly distinguishable by the quantitative mineral composition. Clear trends of the quantitative mineral composition with respect to the rock grain size also were identified. Chemical composition of variable minerals (carbonates, feldspars, clays) was also found to vary with respect to the rock grain size. The most characteristic trend detected is the increase of Fe content of clays and carbonates in more coarse-grained rocks. The content of illite+smectite fraction of the rock (% IS) was identified as the main parameter controlling its petrophysical and geophysical properties. Linear correlations with % IS were established for Σ, Vsh (strong), Pe, Φ, grain density and ppm NaCl in pore water (weaker with exceptions), and GR(API) (only to 10% IS, below disturbed by very low contents of apatite). The correlations with CEC and Qv (parameter of Waxman—Smits equation) are exponential, due to more smectitic composition of the illite+smectite fraction in fine-grained rocks.

Słowa kluczowe

PL

skały klastyczne; składniki mineralne; geofizyka; właściwości petrofizyczne

EN

clastic rocks; mineral components; geophysics; petrographic properties

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 150 wydanie konferencyjne
• Strony: 565--566
• Opis fizyczny: Bibliogr. 2 poz.

Twórcy

autor

Środoń J.

• Instytut Nauk Geologicznych PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] Środoń J., Mystkowski K., McCarty D.K., Drits V.A. — BESTMIN: a computer program for refining the quantities and the chemical composition of clays and other mineral components of fine-grained rocks. International Conference „Clays and Clay Minerals", Pushchino, Russia, Abstracts, p. 41, 2006
• [2] Środoń J., Zeelmaekers E., Derkowski A. — The charge of component layers of illite-smectite in bentonites and the nature of end-member illite (w przygotowaniu dla Clays and Clay Minerals)

Uwagi

PL

Praca została zrealizowana w latach 2006 [SJ i 2007 [6J w ramach badań wspólnych sieci naukowej „Metody jądrowe dla geofizyki " koordynowanych w IFJPAN i finansowanych przez MNiSW na podstawie Decyzji 620/E-77/SN-007/2006 i 620/E-77/SN 0007/2007.