A 3D model of the thermal field within the Polish Carpathians and the Carpathian Foredeep (S Poland)

• Autorzy: Kudrewicz Rafał

Identyfikatory

DOI

10.7306/gq.1608

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Numerical 3D parametric models of temperature and thermal gradient distribution within the Polish Carpathians and the Carpathian Foredeep are constructed for the interval between ground level and the 160°C isotherm. The model construction was preceded by detailed analysis of over 500 thermal logs from the area investigated and its closest vicinity. This analysis showed that the vertical changes in temperature and thermal gradient have a non-linear character with no regular pattern in the distribution of the parameters modelled, so a 3D modeling approach was chosen as the most appropriate method for their quantitative description. Furthermore, standardization of the thermal logs was recognized as mandatory so the influence of drilling process would be eliminated. Among a broad array of methods and their preconditions discussed, the Kukkonen-Szewczyk method was selected for the data collected in the study area. Modeling results show a close relationship between thermal gradient, lithology and petrophysical rock properties as well as a correlation between the distribution of positive thermal anomalies and yield of hydrocarbon accumulations within the Carpathian Foredeep. The accuracy of the model has been assessed as ~10%. The model was then used for discussion of hydrocarbon generation and prediction of formation temperature.

Słowa kluczowe

EN

Carpathians; Carpathian Foredeep; temperature; thermal gradient; 3D modelling

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Geological Quarterly
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 65, No. 3
• Strony: art. no. 39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 94 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kudrewicz Rafał

• Polish Oil and Gas Company (POGC), Kasprzaka 25a, 01-224 Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1. Adams, S., Gasparini, D., 1973. Gamma Ray Spectrometry of Rocks. Elsevier, Amsterdam.
• 2. Allis, R., Gwynn, M., Hardwick, Ch., Moore, J., 2018. The Challenge of Correcting Bottom-Hole Temperatures - An Example from FORGE 58-32, near Milford, Utah. Proceedings, 43rd Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford CA, Feb. 12-14, 2018: 1-8. Stanford.
• 3. Beck, A.E., Balling, N., 1988. Determination of virgin rock temperatures. In: Handbook of Terrestrial Heat Flow Density Determination (eds. R. Haenel, L. Rybach and L. Stagena). Kluwer.
• 4. Behrmann, J.H., Stiasny, S., Milicka, J., Pereszlenyi, M., 2000. Quantitative reconstruction of orogenic convergence in the northeast Carpathians. Tectonophysics, 319: 111-127.
• 5. Bullard, E.C., 1947. The time necessary for a bore hole to attain temperature equilibrium. Geophysical Supplements to the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 5: 127-130.
• 6. Bundschuh, J., Tomaszewska, B., 2018. Geothermal Water Management (Sustainable Water Developments: Resources, Management, Treatment, Efficiency and Reuse). CRC Press, Taylor & Francis Group.
• 7. Corrigan, J., 1997. Correcting bottom-hole temperature data. AEPT Research Memo. RM 97-0007.
• 8. Corrigan, J., 2003. Correcting Bottom-hole Temperature Data. http://www.zetaware.com/utilities/bht/default.html. Access Jan. 31st 2017.
• 9. Csontos, L., Vörös, A., 2004. Mesozoic plate tectonic reconstruction of the Carpathian region. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 210: 1-56.
• 10. Deming, D., 1989. Application of bottom-hole temperature corrections in geothermal studies. Geothermics, 18: 775-786.
• 11. Diakonov, D.I., 1958. Gieotiermya w nieftianoy gieologii (in Russian). Gostoptiechizdat, Moskva.
• 12. Dotsey, P., 2012. New approach to basin formation temperature modelling. First Break, 30: 107-113.
• 13. Dowdle, W.L., Cobb, W.M., 1975. Static formation temperature from well logs, an empirical method. Journal of Petroleum Technology, 27: 1326-1330.
• 14. Forster, J.R., Odegard, M., Sonnenfeld, M., Williams, M., 2017. Redtail Field, A Thermal Anomaly on the Eastern Extension of the Colorado Mineral Belt, Denver Basin, Colorado. AAPG Annual Convention and Exhibition 2-5 April 2017, Houston TX.
• 15. Förster, A., 2001. Analysis of borehole temperature data in the Northeast German Basin: continuous logs versus bottom-hole temperatures. Petroleum Geoscience, 7: 241-254.
• 16. Fuchs, S., Förster, A., 2010. Rock thermal conductivity of Mesozoic geothermal aquifers in the northeast German basin. Chemie der Erde, 70: 13-22.
• 17. Funnell, R.H., Allis, R.G., Chapman, D.S., Armstrong, P.A., 1996. Thermal state of the Taranaki Basin, New Zealand. Journal of Geophysical Research, 101: 25 197-25 215.
• 18. Gągała, Ł., Vergés, J., Saura, E., Malata, T., Ringenbach, J.-C., Werner, P., Krzywiec, P., 2012. Architecture and orogenic evolution of the northeastern Outer Carpathians from cross-section balancing and forward modeling. Tectonophysics, 532-535: 223-241.
• 19. Golonka, J., Gahagan, L., Krobicki, K., Marko, F., Oszczypko, N., Ślączka, A., 2006. Plate-tectonic evolution and paleogeography of the circum-Carpathian region. AAPG Memoir, 84: 11-46.
• 20. Goncharov, B.L., 1954. Teoriya interpolovaniya i priblizheniya funktsyi (in Russian). Gosudarstviennoe Izdatelstvo Technico-Teoretichescoy Litieratury, Moskva.
• 21. Górecki, W. (ed.), 2006a. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim - formacje mezozoiku (in Polish). ZSE AGH, Kraków.
• 22. Górecki, W. (ed.), 2006b. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim - formacje paleozoiku (in Polish). ZSE AGH, Kraków.
• 23. Górecki, W. (ed.), 2011. Atlas zasobów wód i energii geotermalnej Karpat zachodnich (in Polish). Wyd. AGH KSE, Kraków.
• 24. Górecki, W. (ed.), 2012. Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego. Wyd. AGH KSE, Kraków.
• 25. Górecki, W. (ed.), 2013. Atlas geotermalny Karpat wschodnich (in Polish). Wyd. AGH KSE, Kraków.
• 26. Haenel, R., Rybach, L., Stegena, L., 1988. Handbook of Terrestrial Heat-flow Density Determination. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.
• 27. Hajto, M., Szewczyk, J., 2012. Analiza termiczna obszaru zapadliska przedkarpackiego (in Polish). In: Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego (ed. W. Górecki). Wyd. AGH KSE, Kraków.
• 28. Hermanrund, C., 1988. Determination of formation temperature from downhole measurements. Ph.D. thesis. University of South Carolina.
• 29. Horner, D.R., 1951. Pressure build-up in wells. Proceedings Third World Petroleum Congress, 2: 503-521. Hague.
• 30. Jamrozik, J., Bąk, T., Dziewińska, L., Klityński, W., Macheła-Olszacki, A., Pepel, A., Żuk, Z., 2012. Opracowanie zbioru map grawimetrycznych w układzie 42 dla obszaru Karpat, Przedgórza Karpat i Lubelszczyzny (in Polish) [unpublished exclusive report for POGC]. Towarzystwo Geosynoptyków Geos, Kraków.
• 31. Kaltschmitt, M., Huenges, E., Wolff, H. (ed.), 1999. Energie aus Erdwärme - Geologie, Technik und Energiewirtschaft.
• 32. Karnkowski, P., 1999. Oil and gas deposits in Poland. Towarzystwo Geosynoptyków Geos, Kraków.
• 33. Karwasiecka, M., 1996. Atlas geotermiczny Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (in Polish). Wydawnictwo Kartograficzne Polskiej Agencji Ekologicznej SA.
• 34. Karwasiecka, M., 2001. Nowe wyniki badań gęstości powierzchniowego strumienia cieplnego Ziemi na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (in Polish). Studia Rozprawy i Monografie Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, 90: 50-84.
• 35. Karwasiecka, M., 2008. The comparison of geothermal environment in the Upper Silesian Coal Basin and Lublin Coal Basin (in Polish with English summary). Geologia, 34: 335-357.
• 36. Królikowski, C., Petecki, Z., 1995. Atlas grawimetryczny Polski (in Polish). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• 37. Krzywiec, P., 2001. Contrasting tectonic and sedimentary history of the central and eastern parts of the Polish Carpathian foredeep basin - results of seismic data interpretation. Marine and Petroleum Geology, 18: 13-38.
• 38. Kukkonen, I.T., Gosnold, W.D., Šafanda, J., 1998. Anomalously low heat flow density in eastern Karelia, Baltic Shield. Tectonophysics, 291: 235-249.
• 39. Kukkonen, I.T., Rath, V., Kivekäs, L. Šafanda, J., Čermák, V., 2011. Geothermal studies of the Outokumpu deep drill hole. Geological Survey of Finland, Special Paper, 51: 181-198.
• 40. Kuśmierek, J., Baran, U., 2016. Structure and tectonic evolution of the NE segment of the Polish-Ukrainian Carpathians during the Late Cenozoic: subsurface cross-sections and palinspastic models. Geologia Carpathica, 67: 347-370.
• 41. Lachenbruch, A.H., Brewer, M.C., 1959. Dissipation of the temperature effect of drilling a well in Arctic Alaska. U.S. Geological Survey Bulletin, 1083: 73-109.
• 42. Lichtenecker, K., 1924. Der elektrische Leitungswiderstand künstlicher und natürlicher Aggregate. Physikalische Zeitschrift, 25: 169-181, 193-204, 226-233.
• 43. Lichtenecker, K., 1931. Die Herleitung des logarithmischen Mischungsgesetzes aus allgemeinen Prinzipien der stationären Strömung. Physikalische Zeitschrift, 23: 255-260.
• 44. Lorenc, H. (ed.), 2005. Atlas klimatu Polski (in Polish). Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa.
• 45. Lubimova, J.A., Lusova, L.N., Frisov, F.W., 1964. Osnovy opriedielenya tiepłowowo potoka iz ziemnych niedr i riezultaty izmiereniy (in Russian). Izdatielstvo Nauka, Moskva.
• 46. Majorowicz, J., 1971. Geothermal degree values in Poland within the 200-2500 m depth range (in Polish with English summary). Kwartalnik Geologiczny, 15 (4): 891-900.
• 47. Midttømme, K., Roaldset, E., Aagaard, P., 1997. Thermal conductivity of argillaceous sediments. Modern Geophysics in Engineering Geology, 12: 355-363.
• 48. Nemčok, M., Coward, M.P., Sercombe, W.J., Klecker, R.A., 1999. Structure of the West Carpathian accretionary wedge: insights from cross section construction and sandbox validation. Physics and Chemistry of the Earth, 24: 659-665.
• 49. Nemčok, M., Nemčok, J., Wojtaszek, M., Ludhová, L., Klecker, R.A., Sercombe, W.J., Coward, M.P., Franklin, J., Keith, J., 2000. Results of 2D balancing along 20° and 21°30' longitude and pseudo-3D in the Smilno tectonic window: implications for shortening mechanisms of the West Carpathian accretionary wedge. Geologica Carpathica, 51: 281-300.
• 50. Nemčok, M., Nemčok, J., Wojtaszek, M., Ludhova, L., Oszczypko, N., Sercombe, W.J., Cieszkowski, M., Paul, Z., Coward, M.P., Ślączka, A., 2001. Reconstruction of Cretaceous rifts incorporated in the Outer West Carpathian wedge by balancing. Marine and Petroleum Geology, 18: 39-64.
• 51. Nemčok, M., Pogácsás, G., Pospíšil, L., 2006a. Activity timing of the main tectonic systems in the Carpathian-Pannonian region in relation to the rollback destruction of the lithosphere. AAPG Memoir, 84: 743-766.
• 52. Nemčok, M., Pospíšil, L., Hrušecký, I., Zsíros, T., 2006b. Subduction in the remnant Carpathian Flysch Basin. AAPG Memoir, 84: 767-785.
• 53. Nemčok, M., Krzywiec, P., Wojtaszek, M., Ludhová, L., Klecker, R.A., Sercombe, W.J., Coward, M.P., 2006c. Tertiary development of the Polish and eastern Slovak parts of the Carpathian accretionary wedge: insights from balanced cross sections. Geologica Carpathica, 57: 355-370.
• 54. Nemčok, M., Pogácsás, G., Pospíšil, L., 2006d. Activity timing of the main tectonic systems in the Carpathian-Pannonian region in relation to the rollback destruction of the lithosphere. AAPG Memoir, 84: 743-766.
• 55. Norden, B., Förster, A., 2006. Thermal conductivity and radiogenic heat production of sedimentary and magmatic rocks in the Norteast German Basin. AAPG Bulletin, 90: 939-962.
• 56. Oszczypko, N., 1998. The western Carpathian foredeep - development of the foreland basin in front of the accretionary wedge and its burial history (Poland). Geologica Carpathica, 49: 415-431.
• 57. Oszczypko, N., 2004. The structural position and tectonosedimentary evolution of the Polish Outer Carpathians. Przegląd Geologiczny, 52: 780-791.
• 58. Oszczypko, N., Krzywiec, P., Popadyuk, I., Peryt, T., 2006. Carpathian Foredeep Basin (Poland and Ukraine): its sedimentary, structural, and geodynamic evolution. AAPG Memoir, 84: 293-350.
• 59. Oxburgh, E.R., Andrews-Speed, C.P., 1981. Temperature, thermal gradient and heat flow in the southwestern North Sea. In: Petroleum Geology of the Continental Shelf of North-West Europe (eds. L.V. Illing and G.D. Hobson): 141-151. Heyden, London.
• 60. Papiernik, B., 2012. Mapa strukturalna spągu utworów miocenu w zapadlisku przedkarpackim (in Polish). In: Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego (ed. W. Górecki). Wyd. AGH KSE, Kraków.
• 61. Papiernik, B., Michna, M., 2019. Methodology and results of digital mapping and 3D modelling of the Lower Palaeozoic strata on the East European Craton, Poland. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 89: 405-427.
• 62. Pasquale, V., Verdoya, M., Chiozzi, P., 2017. Geothermics, Heat Flow in the Lithosphere. Springer.
• 63. Pepel, A., Szczypa, S., 2000. Dokumentacja - opracowanie mapy grawimetrycznej Karpat Zachodnich, Przedgórza i Śląska (in Polish) [unpublished exclusive report for POGC]. Geo-Lab Sp. z o.o. Kraków.
• 64. Plewa, S., 1966. Regionalny obraz parametrów geotermicznych obszaru Polski (in Polish). Prace Geofizyczne i Geologiczne; Wydawnictwo Geofizyka i Geologia Naftowa, Kraków.
• 65. Plewa, S., 1994. Rozkład parametrów geotermalnych na obszarze Polski (in Polish). Wyd. CPP Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• 66. Probulski, J., 2002. Badanie związków funkcyjnych pomiędzy pomierzonymi oddziaływaniami fizycznymi na powierzchni Ziemi a punktami pomiarowymi innych parametrów geologiczno-geofizycznych (in Polish). Ph.D. thessis, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.
• 67. Ringrose, P., Bentley, M., 2015. Reservoir Model Design. Springer.
• 68. Robertson, E.C., 1988. Thermal Properties of Rocks. United States Department of the Interior, Geological Survey, Open-File Report, 88-441: 1-106.
• 69. Roca, E., Bessereau, G., Jawor, E., Kotarba, M., Roure, F., 1995. Pre-Neogene evolution of the Western Carpathians: constraints from the Bochnia-Tatra Mountains section (Polish Western Carpathians). Tectonics, 14: 855-873.
• 70. Roure, F., Roca, E., Sassi, W., 1993. The Neogene evolution of the outer Carpathian flysch units (Poland, Ukraine and Romania): kinematics of a foreland/fold-and-thrust belt system. Sedimentary Geology, 86: 177-201.
• 71. Semenova, A., Popov, Y., Pimenov, V., 2008. Estimation of formation temperature from measurements in near bottom zone. IUGG XIV, Perugia.
• 72. Schmid, S.M., Bernoulli, D., Fügenschuh, B., Matenco, L., Schefer, S., Schuster, R., Tischler, M., Ustaszewski, K., 2008. The Alpine-Carpathian-Dinaridic orogenic system: correlation and evolution of tectonic units. Swiss Journal of Geosciences, 101: 139-183.
• 73. Shen, P.Y., Beck, A.A., 1986. Stabilization of bottom-hole temperature with finite circulation time and fluid flow. Geophysical Journal Royal Astronomical Society, 86: 63-90.
• 74. Sikorska-Piekut, W., 2015. Dokumentacja wynikowa otworu badawczego B-1 (in Polish). Centralne Archiwum Geologiczne PGNiG SA, Warszawa.
• 75. Sikorska-Piekut, W., 2016. Dokumentacja wynikowa otworu badawczego K-1 (in Polish). Centralne Archiwum Geologiczne PGNiG SA, Warszawa.
• 76. Styś, M., 1996. Dokumentacja wynikowa otworu rozpoznawczego Ch-5 (in Polish). Centralne Archiwum Geologiczne PGNiG SA, Warszawa.
• 77. Sowa, D., Sikorska-Piekut, W., 2015. Dokumentacja wynikowa otworu badawczego Wysin-1 (in Polish). Centralne Archiwum Geologiczne PGNiG SA, Warszawa.
• 78. Sowiżdżał K., Słoczyński, T., 2017. Dynamiczny model mioceńskiego systemu naftowego w strefie brzeżnej nasunięcia Karpat (in Polish). In: Analiza uwarunkowań geologicznych i rozpoznanie występowania niekonwencjonalnych akumulacji gazu ziemnego w ilastej formacji miocenu autochtonicznego na obszarze zapadliska przedkarpackiego oraz technologiczne aspekty udostępniania i eksploatacji. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy, Kraków.
• 79. Sowiżdżał K., Słoczyński, T., Statdmüller, M., 2019. Mioceński system naftowy w strefie brzeżnej nasunięcia Karpat Zewnętrznych - perspektywy dla poszukiwań niekonwencjonalnych (in Polish). LXXXVII Zjazd Naukowy Polskiego Towarzystwa Geologicznego, Czarna, 26-29 czerwca 2019: 50.
• 80. Sowiżdżał K., Słoczyński, T., Sowiżdżał A., Papiernik, B., Machowski, G., 2020. Miocene Biogas Generation System in the Carpathian Foredeep (SE Poland) - a basin modelling study to assess prospectivity of unconventional mudstone reservoir formations. Energies, 13: 1838.
• 81. Stenz, E., Mackiewicz, M., 1964. Geofizyka ogólna (in Polish). PWN, Warszawa.
• 82. Szewczyk, J., 2001. Estimation of the heat flow density using parameter modeling (in Polish with English summary). Przegląd Geologiczny, 49: 1083-1088.
• 83. Szewczyk, J., 2010. Geophysical and hydrogeological aspects of utilization of thermal energy in Poland (in Polish with English summary). Przegląd Geologiczny, 58: 566-573.
• 84. Szewczyk, J., Gientka, D., 2009. Terrestrial heat flow density in Poland - a new approach. Geological Quarterly, 53 (1): 125-140.
• 85. Szewczyk, J., Hajto, M., 2006. Strumień cieplny a temperatury wgłębne na obszarze Niżu Polskiego (in Polish). In: Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim - formacje mezozoiku (ed. W. Górecki). AGH, Kraków.
• 86. Ślączka, A., Krugłov, S., Golonka, J., Oszczypko, N., Popadyuk, I., 2005. Geology and hydrocarbon resources of the Outer Carpathians, Poland, Slovakia, and Ukraine: general geology. AAPG Memoir, 84: 221-258.
• 87. Tatar, A., Mohamadi, S., Soleymanzadeh, A., Kord, S., 2020. Predictive mixing law models of rock thermal conductivity: Applicability analysis. Journal of Petroleum Science and Engineering. https://doi.org/10,1016/j.petrol.2020.107965.
• 88. Waples, D.W., Ramly, M., 2001. A statistical method for correcting log-derived temperatures. Petroleum Geoscience, 7: 231-240.
• 89. Waples, D.W., Pacheco, J., Vera, A., 2004. A method of correcting log-derived temperatures in deep wells, calibrated in the Gulf of Mexico. Petroleum Geoscience, 10: 239-245.
• 90. Wiśniewska, S., 2013. Dokumentacja wynikowa otworu wiertniczego Radlin-64 (in Polish). Centralne Archiwum Geologiczne PGNiG SA, Warszawa.
• 91. Wójcicki, A., Sowiżdżał A., Bujakowski, W. (eds.), 2013. Evaluation of Potential, Thermal Balance and Prospective Geological Structures for Needs of Unconventional Geothermal Systems (Hot Dry Rocks) in Poland (In Polish). Ministry of the Environment.
• 92. Wygrala, B., 2014. Unconventional oil and gas - efficient Petrel/Petromod workflows for exploration risk and resource assesments (in Polish with English summary). Przegląd Geologiczny, 62: 825-841.
• 93. Zakrevsky, K.E., 2011. Geological 3D Modelling. EAGE Publications, Houten.
• 94. Żuk, B., 1989. Biometria stosowana (in Polish). PWN, Warszawa.