Analiza chemostratygraficzna różnowiekowych osadów budujących górotwór karpacki

• Autorzy: Kowalska Sylwia

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.10.01

Warianty tytułu

EN

Chemostratygraphic analyses of sediments from different ages composing the Carpathian mountain range

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł prezentuje próbę przeprowadzenia analizy chemostratygraficznej dla różnowiekowych skał budujących górotwór karpacki. W pierwszej kolejności zdecydowano się stworzyć syntetyczny profil geologiczny dla osadów występujących we wschodniej części polskich Karpat. Wykorzystane próbki, w większości piaskowce, pochodziły z głównych poziomów stratygraficznych w obrębie jednostek skolskiej i śląskiej, gdzie zidentyfikowano skały od dolnej kredy po paleocen. Ze względu na dostępność materiału badawczego do badań wytypowano próbki o udokumentowanej stratygrafii z dwóch otworów, D-1 i H-1, zwracając głównie uwagę na ich klasyfikację stratygraficzną. Następnie dla porównania wykonano profil chemostratygraficzny dla otworu Kuźmina-1. Stwierdzono obecność bardzo dużego zróżnicowania składu chemicznego pomiędzy głównymi poziomami stratygraficznymi wyróżnianymi na podstawie badań paleontologicznych w badanych otworach, co pozwoliło wyznaczać zdecydowane granice pomiędzy poszczególnymi poziomami stratygraficznymi. Możliwość stworzenia unikalnych modeli chemostratygraficznych dla czterech analizowanych poziomów stratygraficznych: kredy górnej – senonu (warstwy inoceramowe), kredy górnej / paleocenu (warstwy istebniańskie), eocenu (warstwy pstre) oraz oligocenu (warstwy krośnieńskie) potwierdziło również wykonanie diagramu klasyfikacyjnego Herrona. Największe zróżnicowanie cech chemostratygraficznych uzyskano w przypadku utworów kredowych. Wstępnie badania wykonano w laboratorium akredytowanym Actlabs, tak aby móc później przeprowadzić ewaluację wyników uzyskanych za pomocą przenośnych spektrometrów (pXRF Titan, o zakresie pomiarowym od Mg do U, oraz pXRF Tracer, który umożliwia również pomiar zawartości Na, oba aparaty firmy Bruker). Potwierdzono, że wyraźne zróżnicowanie zawartości poszczególnych pierwiastków widoczne jest zarówno dla pierwiastków głównych, jak i śladowych. Pierwiastki najbardziej diagnostyczne to Na, Mg, Fe, K, Ca, również Si, choć w tym przypadku zakres zmienności jest nieco mniejszy. W przypadku pierwiastków śladowych są to S, P, Mn, Ti, Sr, Zr, Ba, Rb i Zn, które można również analizować za pomocą przenośnych spektrometrów pXRF. Wykonane porównanie wyników składu chemicznego uzyskiwanych przenośnym spektrometrem pXRF oraz w laboratorium Actlabs wykazało, że możliwe jest wykorzystanie na większą skalę samych pomiarów spektrometrem pXRF. Dla większości pierwiastków diagnostycznych uzyskano wystarczająco precyzyjne wyniki przy wykorzystaniu przenośnych spektrometrów pXRF.

EN

The article presents an attempt to conduct a chemostratigraphic analysis of the different-age rocks that form the Carpathian orogen. First, it was decided to create a synthetic geological profile for sediments occurring in the eastern part of the Polish Carpathians. The samples, mostly sandstones, were sourced from the primary stratigraphic layers in the Skole and Silesian Units, where rocks from the Lower Cretaceous to the Paleocene were identified. Due to the availability of research material, samples with well-documented stratigraphy were chosen from two wells, D-1 and H-1, with a particular focus on their stratigraphic classification. Subsequently, for comparison, a chemostratigraphic profile was generated for the Kuźmina-1 well. The analysis revealed significant disparities in chemical composition among the primary stratigraphic layers, which had been distinguished through paleontological studies in the examined boreholes. This made it possible to establish distinct boundaries between individual stratigraphic layers. The ability to create distinct chemostratigraphic models for the four examined stratigraphic horizons: Upper Cretaceous – Senonian (Inoceramian Beds), Upper Cretaceous/Paleocene (Istebnian Beds), Eocene (Variegated Shales), and Oligocene (Krosno Beds) was also confirmed through the creation of a Herrón classification diagram. The greatest variability of chemostratigraphic characteristics was observed in the Cretaceous formations. Initially, the tests were carried out in an accredited laboratory at ACTLABS, enabling the subsequent evaluation of results obtained using portable spectrometers (pXRF Titan, covering a measurement range from Mg to U, and pXRF Tracer, capable of also measuring Na content, both manufactured by Bruker). It was confirmed that clear variations in the content of individual elements were discernible for both major and trace elements. The most diagnostic elements include Na, Mg, Fe, K, Ca, and also Si, although the variability range is slightly narrower for the latter element. As for trace elements, these comprise S, P, Mn, Ti, Sr, Zr, Ba, Rb, and Zn, which can also be analyzed using portable pXRF spectrometers. A comparison between the chemical composition results obtained with the portable pXRF spectrometer and those from the ACTLABS laboratory revealed the feasibility of using pXRF measurements on a larger scale. For most diagnostic elements, sufficiently precise results were obtained using pXRF.

Słowa kluczowe

PL

chemostratygrafia; pXRF; Karpaty

EN

chemostratigraphy; pXRF; Carpathian

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 10
• Strony: 623--639
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys.

Twórcy

autor

Kowalska Sylwia

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Basu A., 2003. A perspective on quantitative provenance analysis. [W:] Valloni R., Basu A. (eds.). Quantitative Provenance Studies in Italy. Memorie Descrittive della Carta Geologica dell’Italia,61: 11–22.
• Bruker, 2012. S1 Titan for mining application.
• Cieszkowski M., Zuchiewicz W., Schnabel W., 1998. Sedimentological and tectonic features of the Poprad Sandstone Member, Eocene, Magura Nappe: a case study of the Klikuszowa quarry, Outer West Carpathians, Poland. Bulletin of the Polish Academy of Sciences – Earth Sciences, 46(1): 55–74.
• Golonka J., Picha F.J., 2006. The Carpathians and Their Foreland: Geology and Hydrocarbon Resources. AAPG Memoir, 84: 49–175.
• Grzebyk J., Leszczyński S., 2006. New data on heavy minerals from the Upper Cretaceous-Paleogene flysch of the Beskid Śląski Mts. (Polish Carpathians). Geological Quarterly, 50(2): 265–280.
• Herron M.M., 1988. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data. Journal of Sedimentary Petrology, 58(5): 820–829. DOI: 10.1306/212F8E77-2B24-11D7-8648000102C1865D.
• Jankowski L. 2015. Rola kompleksów chaotycznych w procesie formowania górotworu Karpat – ujęcie dyskusyjne. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego,202: 154.
• Jankowski L., Kopciowski R., Ryłko W., 2004. Geological Map of the outer Carpathians: borderlands of Poland, Ukraine and Slovakia1:200 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• Jaskólski S., 1931. Materiały do geologii i petrografii fliszu karpackiego okolic Rymanowa. Sprawozdanie Państwowego Instytutu Geologicznego, 6: 697–741.
• Jaskólski S., 1939. Wstęp do charakterystyki petrograficznej niektórych seryj ropnych polskich Karpat fliszowych. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 23: 1–90.
• Kotlarczyk J., 1966. Diatomite horizon of the Krosno Beds in the Skole Nappe, Polish Carpathians. Studia Geologica Polonica,19: 110–129.
• Kowalska S., Kubik B., Skupio R., Wolański K., 2020. Downhole lithological profile reconstruction based on chemical composition of core samples and drill cuttings measured with portable X-ray fluorescence spectrometer. Minerals, 10(12): 1101. DOI: 10.3390/min10121101.
• Krysowska-Iwaszkiewicz M., Unrug R., 1967. Heavy minerals in the flysch of the Polish Western Carpathians. Bulletin of the Polish Academy of Sciences – Ser. Sc. Geol. Geogr., 15(2): 57–64.
• Książkiewicz M., 1960. Zarys paleogeografii polskich Karpat fliszowych. Prace Instytutu Geologicznego, 30.
• Książkiewicz M., 1972. Tektonika. Cz. 3, Karpaty. Seria: Budowa geologiczna Polski, 4. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.
• Książkiewicz M., 1977. The Tectonics of the Carpathians. [W:] Geology of Poland, vol. 4, Tectonics. The Alpine Tectonic Epoch. Geological Institute, Warsaw, 476–608.
• Leszczyński S., 1981. Ciężkowice Sandstones of the Silesian Unit in Polish Carpathians: a study of the coarse-clastic sedimentation in deep-water (in Polish with English summary). Annales Societatis Geologorun Poloniae, 51: 435–502.
• Nowak W., Szczurowska J., 1964. Wyniki badań minerałów frakcji ciężkiej oraz uwagi o paleogeografii dolnej i górnej kredy śląskiej i podśląskiej Karpat Bielskich. Kwartalnik Geologiczny,8(4): 975–976.
• Oszczypko N., Salata D., 2005. Provenance analyses of the Late Cretaceous – Paleocene deposits of the Magura Basin (Polish Western Carpathians) – evidence from the heavy minerals study. Acta Geological Polonica, 55(3): 237–267.
• Pearce T.J., Besly B.M., Wray D.S., Wright D.K., 1999. Chemostratigraphy: a method to improve interwell correlation in barrensequences – a case study using Duckmantian/Stephaniansequences (West Midlands, UK). Sedimentary Geology,124, 197–220. DOI: 10.1016/S0037-0738(98)00128-6.
• Pettijohn F.J., 1975. Sedimentary Rocks. Harper and Row, New York.
• Pettijohn F.J., Potter P.E., Siever R., 1972. Sand and Sandstones. Springer–Verlag, New York.
• Pettijohn F.J., Potter P.E., Siever R., 1987. Sand and Sandstone. 2nd ed. Springer, New York.
• Ratcliffe K.T., Zaitlin B.A., 2010. Application of Modern Stratigraphic Techniques: Theory and Case Histories. SEPM Special Publication,94: 241. DOI: 10.2110/sepmsp.094.
• Salata D., 2004. Detrital gar nets from the Upper Cretaceous– Paleocene sandstones of the Polish part of the Magura Nappe and the Pieniny Klippen Belt: chemical constraints. Annales Societatis Geologorun Poloniae, 74(3): 351–364.
• Salata D., Uhman A., 2012. Heavy minerals from Oligocene sandstones of the Menilite Formation of the Skole Nappe, SE Poland: a tool for provenance specification. Geological Quarterly, 56(4): 803–820.
• Skupio R., 2014. Wykorzystanie przenośnego spektrometru XRF do pomiarów składu chemicznego skał. Nafta-Gaz, 70(11): 771–777.
• Szczurowska J., 1970. Minerały ciężkie w otworze wiertniczym Przysietnica IG-1. Kwartalnik Geologiczny, 14(4): 915–916.
• Szczurowska J., 1971. Wstępne badania minerałów ciężkich serii menilitowo-krośnieńskiej w odwiercie Jasień IG-1. Kwartalnik Geologiczny, 15(3): 732.
• Szczurowska J., 1973. Minerały ciężkie końcowego odcinka profilu wiercenia Jasień IG 1 w Bieszczadach (cz. 2). Kwartalnik Geologiczny, 17(3): 643–644.
• Szczurowska J., 1980. Wyniki badań minerałów ciężkich. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 49: 105–117.
• Szczurowska J., 1985. Minerały ciężkie warstw godulskich, grodziskich, kambru dolnego. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 59: 127–131.
• Szczurowska J., 2006a. Analiza minerałów ciężkich serii fliszowej. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 108: 40–41.
• Szczurowska J., 2006b. Minerały ciężkie otworu wiertniczego Borzęta IG-1. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 109: 50–51.
• Tokarski J., 1947. Ciężkie minerały jako wskaźniki stratygraficzne serii fliszowych. Nafta, 3(9): 261–264.
• Tucker M., 2001. Sedimentary Petrology (3rd ed.). Blackwell Science, Osney Nead, Oxford, UK.
• Wdowiarz S., Wieser T., Szczurowska J., Morgiel J., Szotowa W.,1974. Geological structure of the Skole Unit and its basement in the column of the Cisowa IG-1 borehole (in Polish with English summary). Biul. Inst. Geol., 273: 1–95.
• Weltje G.J., von Eynatten H., 2004. Quantitative provenance analysis of sediments: review and outlook. Sedimentary Geology, 171: 1–11.
• Wieser T., Żytko K., 2006. Wyniki badań petrograficznych i mineralogicznych. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 107: 34–35.
• Winkler W., Ślączka A., 1992. Sediment dispersal and provenance in the Silesian, Dukla and Magura flysch nappes (Outer Carpathians, Poland). Geol. Rd., 81: 371–382.
• Winkler W., Ślączka A., 1994. A Late Cretaceous to Palaeogene geodynamic model for the Western Carpathians in Poland. Geol. Carpath., 45(2): 71–82.
• Wright A.M., Ratcliffe K.T., Zaitlin B.A., Wray D.S., 2010. The application of chemostratigraphic techniques to distinguish compound incised valleys in low-accommodation incised-valley systems in a foreland-basin setting: an example from the Lower Cretaceous Mannville Group and Basal Colorado Sandstone (Colorado Group), Western Canadian Sedimentary Basin. [W:] Ratcliffe K.T., Zaitlin B.A. (eds.). Application of Modern Stratigraphic Techniques: Theory and Case Histories. SEPM Special Publication, 94: 93–109.
• Żytko K., 2004. Wyniki badań mineralogicznych i geochemicznych – JASIEŃ IG 1. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych Państwowego Instytutu Geologicznego, 103: 48–49.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).