Badanie ciepła radiogenicznego utworów syluru i ordowiku basenu bałtyckiego na podstawie danych geofizyki otworowej i jego relacja z materią organiczną

• Autorzy: Bała Maria , Wawrzyniak-Guz Kamila

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.09.01

Warianty tytułu

EN

Study of radiogenic heat of the Baltic Basin Silurian and Ordovician formations on the basis of well logging data and its relationship to organic matter

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki obliczeń ciepła radiogenicznego (A) wykonanych dla utworów syluru i ordowiku w otworach wiertniczych L-1, K-1, O-2, B-1 i W-1 położonych w basenie bałtyckim. Wykorzystano w tym celu pomiary geofizyki otworowej – spektrometryczne profilowanie gamma (naturalnej promieniotwórczości) oraz pomiary gamma-gamma (profilowanie gęstości objętościowej). Bardzo wysokimi wartościami ciepła radiogenicznego charakteryzowały się osady sylurskich iłowców bitumicznych ogniwa z Jantaru oraz ordowickie ilasto-mułowcowe utwory formacji z Sasina. Są to utwory uznawane za potencjalne sweet spoty z uwagi na podwyższoną zawartość materii organicznej. W obu jednostkach litostratygraficznych zaobserwowano podwyższoną naturalną promieniotwórczość oraz wyraźnie obniżoną gęstość objętościową wywołane obecnością kerogenu. Połączona analiza spektrometrycznego profilowania gamma i profilowania gęstości wykazała, że za wyższą produkcję ciepła radiogenicznego w tych jednostkach odpowiedzialna jest przede wszystkim podwyższona koncentracja uranu. Anomalnie wysokie wartości ciepła radiogenicznego zaznaczały się również w ordowickich iłowcach glaukonitowych formacji ze Słuchowa, w których stwierdzono wyraźny wzrost koncentracji potasu, toru i uranu. Należy zaznaczyć, że utwory czarnych łupków bitumicznych z Jantaru oraz iłowce i mułowce z Sasina charakteryzowały się dużą zmiennością obliczonego parametru A. W prezentowanej pracy przeanalizowano także relacje między obliczonymi wartościami ciepła radiogenicznego a: całkowitym natężeniem promieniowania gamma z pomiaru spektrometrycznego, prędkościami fal podłużnych oraz gęstością objętościową. Zależności określono dla poszczególnych jednostek litostratygraficznych syluru i ordowiku. Podobne relacje ciepła radiogenicznego z profilowaniem gamma zaobserwowano we wszystkich analizowanych otworach z wyjątkiem otworu L-1, w którym sylurskie i ordowickie formacje bogate w kerogen wykazały inną charakterystykę. Zauważono również wyraźne obniżanie się ciepła radiogenicznego ze wzrostem prędkości fal podłużnych. Szczegółowa analiza danych wykazała silne relacje między prędkością a zawartością toru i potasu, które są wskaźnikami minerałów ilastych, oraz zawartością uranu, związanego z obecnością substancji organicznej. Podobny związek pokazujący tendencję obniżania się ciepła radiogenicznego zaobserwowano dla wzrastających wartości gęstości objętościowej analizowanych utworów.

EN

The paper presents results of computations of the radioactive heat production (A) for the Silurian and Ordovician rocks in the L-1, K-1, O-2, B-1, and W-1 wells located in the Baltic Basin. For this purpose, well logging data – spectral gamma (intensity of the natural radioactivity) and gamma-gamma (bulk density) logs were used. Silurian deposits of the Jantar Bituminous Black Claystone Member and Ordovician deposits of the Sasino Claystone Formation were characterised by very high values of the radiogenic heat. These units are considered as sweet spots due to a high concentration of organic matter. Increased natural radioactivity and significantly reduced bulk densities caused by the presence of kerogen were observed in both lithostratigraphic units. A joint analysis of the spectral gamma ray log and the density logs showed that the increased radiogenic heat production in these formations was mainly caused by a higher concentration of uranium. Abnormally high values of radiogenic heat were also observed in the Ordovician glauconitic claystones of the Słuchowo Formation, where an increase in potassium, thorium, and uranium concentrations was detected. It should be noted that the deposits of the black claystones of the Jantar Member, and the claystones and mudstones of the Sasino Formations were characterised by high variability of the calculated parameter A. The presented article investigated the relationship between the calculated values of radiogenic heat and natural radioactivity, the velocity of longitudinal waves, as well as between bulk density. The relations were determined for the Silurian and Ordovician deposits. Similar relations between the radiogenic heat and the gamma ray log were observed in all wells except the L-1 well, in which Silurian and Ordovician formations rich in kerogen revealed a different characteristic. A significant decrease in radiogenic heat values was observed with the increase in P wave velocity. Detailed data analyses showed strong relationships between velocity and the content of thorium and potassium, which are the indicators of clay minerals, but also the content of uranium, which is associated with the organic matter presence. A similar relation showing a tendency of decreasing radiogenic heat was obtained for increased bulk densities of the formations.

Słowa kluczowe

PL

ciepło radiogeniczne; spektrometryczne profilowanie gamma i gamma-gamma; basen bałtycki; geofizyka otworowa; skały macierzyste; łupki gazonośne

EN

radiogenic heat; spectral gamma ray and gamma-gamma logs; Baltic Basin; well logging; source rocks; gas shale

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 9
• Strony: 515--526
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bała Maria

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

autor

Wawrzyniak-Guz Kamila

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Bibliografia

• Ahrens T.J. (ed.), 1995. A handbook of physical constants. American Geophysical Union, Washington, DC.
• Bała M., 2007. Wpływ obecności iłów, porowatości oraz nasycenia porów wodą i gazem na parametry sprężyste skał zbiornikowych określanych na podstawie teoretycznych modeli ośrodków porowatych i danych geofizyki wiertniczej. Przegląd Geologiczny, 55(1): 46–53.
• Bała M., 2015. Parametry sprężyste łupków zawierających materię organiczną określone na podstawie teoretycznych relacji Biota–Gassmana i Kustera–Toksöza. Nafta-Gaz, 12: 1005–1016.
• Bała M., Waliczek M., 2012. Obliczanie ciepła radiogenicznego osadów cechsztynu i karbonu na podstawie danych geofizyki otworowej w rejonie rafy Brońsko. Przegląd Geologiczny, 60(3): 155–163.
• Bała M., Witek K., 2011. Determination of Radioactive Heat Production from Well Logging for Sedimentary Rocks in Miocene Formations in Poland. 1st Sustainable Earth Sciences Conference & Exhibition – Technologies for Sustainable Use of the Deep Sub-Surface. Valencia, Spain, 8–10 November 2011. Conference Proceedings, P18: 431–435.
• Bücker Ch., Rybach L., 1996. A simple method to determine heat production from gamma-ray logs. Marine and Petroleum Geology, 13(4): 373–375.
• Carpentier B., Huc A.Y., Bessereau G., 1991. Wireline logging and source rocks – estimation of organic carbon content by the CARBOLOG method. The Log Analyst, 32: 279–297.
• Cermak V., Bodri L., Rybach L., Buntebarth G., 1990. Relationship between seismic velocity and heat production: comparison of two sets of data and test of validity. Earth and Planetary Science Letters, 99: 48–57.
• Ciechanowska M., Gąsior I., 2000. Ciepło radiogeniczne emitowane przez utwory mioceńskie przedgórza Karpat. Nafta-Gaz, 4: 197–208.
• Ciechanowska M., Kuśmierek J., 1992. Ocena potencjału macierzystości perspektywicznych formacji ropogazonośnych metodami geofizyki wiertniczej. Nafta-Gaz, 11–12: 269–277.
• Dokumentacje wynikowe otworów L-1, O-2, K-1, B-1, W-1. Badania laboratoryjne, wyniki interpretacji. Archiwum PGNiG, Warszawa.
• Eastwood R.L., Castagna J.P., 1986. Interpretation of Vp/Vs ratios from sonic logs. [W:] Danbom S.H., Domenico S.N. (eds.), Shear-wave exploration, SEG. 139–153.
• Ellis D.V., Singer J.M., 2008. Well Logging for Earth Scientists. 2nd Edition. Springer, Dordrecht.
• Förster A., Förster H.J., 2000. Crustal composition and mantle heat flow: implications from surface heat flow and radiogenic heat production in the Variscan Erzgebirge (Germany). Journal of Geophysical Research, 105(27): 917–938.
• Gąsior I., Skupio R., Dohnalik M., 2016. Metodyka wyznaczania zawartości substancji organicznej w utworach niższego paleozoiku i karbonu dla archiwalnych otworów wiertniczych. Przegląd Geologiczny, 64(12): 987–994.
• Halliburton, 1992. Log Interpretation Charts. Halliburton, Houston, TX.
• Hasterok D., Gard M., Webb J., 2018. On the radiogenic heat production of metamorphic, igneous and sedimentary rocks. Geoscience Frontiers, 9: 1777–1794.
• Jarzyna J., Bała M., Zorski T., 1999. Metody geofizyki otworowej, pomiary i interpretacja. Wydawnictwa AGH, Kraków.
• Keen C.E., Levis T., 1982. Measured radiogenic heat production in sediments from continental margin of eastern North America: implications for petroleum generations. AAPG Bulletin, 66: 1402–1407.
• Kotarba M.J., Peryt T.M., Kosakowski P., Więcław D., 2006. Organic geochemistry, depositional history and hydrocarbon generation modeling of the Upper Permian-Kupferschiefer and Zechstein Limestone strata in south-west Poland. Marine and Petroleum Geology, 23(3): 371–386.
• Krawiec J., 2007. Correlation radiogenic heat production with presence of organic matter – qualitative analysis. Near Surface Geoscience 2007 – 13th European meeting of environmental and engineering geophysics, 3–5 September 2007, Istanbul, Turkey. Extended abstracts & exhibitors catalogue.
• Mccay A.T., Harley T.L., Younger P.L., Sanderson D.C.W., Cresswell A.J., 2014. Gamma-ray Spectrometry in Geothermal Exploration: State of the Art Techniques, Energies, 7: 4757–4780.
• McKenna T.E., Sharp J.M., 1998. Radiogenic heat production in sedimentary rocks of the Gulf of Mexico basin, South Texas. AAPG Bulletin, 82: 484–496.
• Modliński Z., Szymański B., 1997. The Ordovician lithostratigraphy of the Peribaltic Depression (NE Poland). Geological Quarterly, 41(3): 273–288.
• Modliński Z., Szymański B., Teller L., 2006. Litostratygrafia syluru polskiej części obniżenia perybałtyckiego – część lądowa i morska (N Polska). Przegląd Geologiczny, 54(9): 787–796.
• Norden B., Förster A., 2006. Thermal conductivity and radiogenic heat production of sedimentary and magmatic rocks in the Northeast German Basin. AAPG Bulletin, 90: 939–962.
• Passey Q.R., Creaney S., Kulla B., Moretti F.J., Stroud J.D., 1990. A Practical Model for Organic Richness from Porosity and Resistivity Logs. AAPG Bulletin, 74(12): 1777–1794.
• Plewa S., 1988. Wyniki badań ciepła radiogenicznego skał obszaru Polski. Zeszyty Naukowe AGH, Geofizyka Stosowana, 1: 125–137.
• Podhalańska T., Waksmundzka M.I., Becker A., Roszkowska-Remin J., 2016. Rozpoznanie stref perspektywicznych występowania niekonwencjonalnych złóż węglowodorów w Polsce – nowe wyniki oraz dalsze kierunki badań. Przegląd Geologiczny, 64(12): 953–962.
• Poprawa P., 2010. Potencjał występowania złóż gazu ziemnego w łupkach dolnego paleozoiku w basenie bałtyckim i lubelsko-podlaskim. Przegląd Geologiczny, 58(3): 226–249.
• Porębski S.J., Prugar W., Zacharski J., 2013. Łupki sylurskie platformy wschodnioeuropejskiej w Polsce – wybrane problemy poszukiwawcze. Przegląd Geologiczny, 61(8): 468–477.
• Reichel N., Evans M., Allioli F., Mauborgne M.L., Nicoletti L., Haranger F., Laporte N., Stoller Ch., Cretoiu V., El Hehiawy E., Rabrei R., 2012. Neutron-gamma density (NGD): principles, field test results and log quality control of a radioisotope-free bulk density measurement. SPWLA 53rd Annual Logging Symposium, 16–20 June, Cartagena, Colombia.
• Rybach L., 1986. Amount and significance of radioactive heat sources in sediments. [W:] Burrus J. (red.), Thermal Modeling of Sedimentary Basins, Collection Colloques et Seminares 44. Technip, Paris (France), 1. IFP Exploration research conference, Carcans (France), 3–7 Jun 1985, Paris: 311–322.
• Schlumberger, 2004. Spectral gamma ray tools. <https://www.slb.com/~/media/Files/evaluation/product_sheets/wireline_open_hole/petrophysics/gamma/sgrt.pdf> (dostęp: maj 2019).
• Sikorska-Jaworowska M., Kuberska M., Kozłowska A., 2016. Petrografia i mineralogia łupków niższego paleozoiku kratonu wschodnioeuropejskiego oraz piaskowców karbonu podłoża monokliny przedsudeckiej. Przegląd Geologiczny, 64(12): 963–967.
• Slagstad T., 2008. Radiogenic heat production of Archaean to Permian geological provinces in Norway. Norwegian Journal of Geology, 88: 149–166.
• Sun S.Z., Sun Y., Sun C., Liu L., Dong N., 2013. Method of calculating total organic carbon from well logs and its application on rock’s properties analysis. Conference: GeoConvention 2013: Integration, Calgary, 6–12 May 2013. http://www.searchanddiscovery.com/documents/2014/41372sun/ndx_sun.pdf.
• Vernik L., Liu X., 1997. Velocity anisotropy in shales: A petrophysical study. Geophysics, 62(2): 521–532.
• Vilà M., Fernández M., Jiménez-Munt I., 2010. Radiogenic heat production variability of some common lithological groups and its significance to lithospheric thermal modeling. Tectonophysics, 490: 152–164.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).