Wpływ kompakcji i cementacji na właściwości zbiornikowe piaskowców eolicznych czerwonego spągowca z obszaru monokliny przedsudeckiej

• Autorzy: Biernacka J. , Leśniak G. , Buniak A.

Warianty tytułu

EN

Compaction versus cementation influence on reservoir properties of Rotliegend eolian sandstones, Fore-Sudetic Monicline, SW Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy tej podjęto próbę rozpoznania zależności porowatości piaskowców czerwonego spągowca od głębokości ich zalegania oraz ilościowego oszacowania efektów cementacji i kompakcji w zamykaniu pierwotnej porowatości skał. Wybrano obszar monokliny przedsudeckiej jako jeden z bardziej perspektywicznych rejonów poszukiwań węglowodorów w Polsce. Badania zawężono do piaskowców eolicznych z dwóch powodów: (1) piaskowce te wykazują najlepsze właściwości kolektorskie spośród skał osadowych dolnego permu, (2) powinny charakteryzować się podobnymi parametrami wyjściowymi, takimi jak porowatość, uziarnienie, wysortowanie. W celu rozwiązania postawionego problemu przeanalizowano 157 próbek piaskowców z głębokości od 1,5 do 4,5 km z 17 otworów wiertniczych. Badane piaskowce cechują się zróżnicowaną porowatością przy czym większość współczynników porowatości zamyka się w przedziale od 10% do 25%. Porowatość maleje z głębokością pogrzebania piaskowców, ale zależność ta jest widoczna tylko wtedy, kiedy rozłącznie analizuje się dane z piaskowców położonych na północ i na południowy-wschód od wału wolsztyńskiego. Dla całej populacji piaskowców eolicznych nie ma związku między porowatością a głębokością pogrzebania. Jest to głównie spowodowane zróżnicowaną inwersją jakiej obszar monokliny dwukrotnie uległ pod koniec jury i w późnej kredzie. Dzisiejsze głębokości zalegania skał nie są maksymalnymi głębokościami, na jakich przebywały. Pierwotna porowatość międzyziarnowa została zmniejszona głównie w wyniku kompakcji. Cementacja zmniejszyła pierwotną porowatość w stopniu znacznie mniejszym, gdyż piaskowce eoliczne nie są intensywnie scementowane - średnia zawartość cementów wynosi 14% objętości skały. Najbardziej powszechnymi cementami są hematyt, kwarc i illit. Dolomit, kalcyt, anhydryt i kaolinit występują lokalnie. Większość cementów wytrąciła się w czasie późnej diagenezy, przy pogrzebaniu większym niż 1 (2?) km. Spadek porowatości z głębokością jest najwyraźniejszy w piaskowcach z indywidualnych odwiertów, które przebiły miąższą sekwencję eoliczną(około 700 m, Kórnik-2, Krzykosy-1A). Zaobserwowano ponadto, że w dół tych profili wyraźnie maleją takie parametry przestrzeni porowej, jak średnica progowa, średnia kapilara, zawartość porów większych niż 1 μm i długość porów, natomiast zwiększa się wydłużenie będące miernikiem spłaszczenia porów. Jest to spowodowane wzrostem stopnia kompakcji badanych piaskowców wraz z głębokością, który z kolei jest spowodowany wzrostem zawartości plastycznych fragmentów litycznych w szkielecie ziarnowym skał w dół analizowanych profili.

EN

This work is aimed at recognizing a porosity-depth trend for the Rotliegend sandstones from the Fore-Sudetic Monocline, and quantifying the effects of cementation and compaction on reducing primary porosity. The area chosen is still one of the most perspective territories for hydrocarbon discoveries in Poland. This study concerns only eolian sandstones for two reasons: (1) they show the best reservoir properties among the continental depositional facies of the Rotliegend, and (2) they should have had similar original properties, such as porosity, grain-size and sorting. 157 samples from the burial depth of 1,5 to 4,5 km and from 17 wells were analyzed to solve the problem. The sandstones studied showed diverse porosities, but the majority of them ranged from 10 to 25%. Generally, porosity decreases with burial depth, but this is visible only on condition that the data from sandstones situated to the north and to the south-east from the Wolsztyn Ridge are analyzed separately. There is no clear relationship between porosity and burial depth for the entire sample population. This is mainly caused by a diverse uplift of the Fore-Sudetic Monocline area at the end of Jurassic and in the Late Cretaceous. As a result, present day burial depths differ from maximum ones. Primary porosity was reduced due to compaction. Cementation reduced primary porosity to a lesser extent. The eolian sandstones are not intensively cemented: the content of cements averages 14 vol. %. Hematite, quartz and illite are the most widespread minerals whereas dolomite, calcite, anhydrite and kaolinite occur locally. The majority of cements precipitated during late diagenesis and burial depths greater than 1(2?) km. The porosity loss with depth is the most obvious for sandstones from individual wells which pierced thick eolian sequences (about 700 m, Kórnik-2, Krzykosy-1A). Moreover, the parameters of pore-space such as treshold diameter, average capillary tube, content of pores greater than 1 μm, pore length, also decrease with depth whereas elongation, an indicator of pore flattening, increases. This is consistent with an increase of compaction degree with depth, which in turn is caused by a steady increase of fragile lithic fragments in grain framework towards the bottom of the sandstones.

Słowa kluczowe

PL

piaskowce; czerwony spągowiec; kompakcja; cementacja; monoklina przedsudecka; porowatość skał

EN

sandstones; Rotliegend; compaction; cementation; Fore Sudetic Monocline; porosity of rock

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 134
• Strony: 67--67
• Opis fizyczny: s., Bibliogr. 61 poz., rys., tab., wykr., fot.

Twórcy

autor

Biernacka J.

autor

Leśniak G.

autor

Buniak A.

Bibliografia

• [1] AMTHOR J.E., OKKERMAN J., 1998. Influence of early diagenesis on reservoir quality of Rotliegende sandstones, northern Netherlands. AAPG Bulletin, 82 (12): 2246-2265.
• [2] ATKINS J.E., MCBRIDE E.F., 1992. Porosity and packing of Holocene river, dune, and beach sands. AAPG Bulletin, 76 (3): 339-355.
• [3] BJORLYKKE K., AAGAARD P., 1992. Clay minerals in North Sea sandstones. [W:] D.W. Houseknecht i E.D. Pittman (red.), Origin, Diagenesis and Petrophysics of Clay Minerals in Sandstones. SEPM Special Publication, 47: 65-80.
• [4] BUNIAK A., MIKOŁAJEWSKI Z., 1997. Środowiska depozycyjne, petrografia i diageneza osadów czerwonego spągowca w rejonie Poznania. Geologos, 2: 201-214.
• [5] DARŁAK B., KOWALSKA-WŁODARCZYK M., SUCH P., 1993. Badania krzywych ciśnień kapilarnych piaskowców istebniańskich. Nafta-Gaz, 5: 134-145.
• [6] DARŁAK B., KOWALSKA-WŁODARCZYK M., KOBYŁECKA A., LEŚNIAK G., SUCH P., 1998. Przegląd wyników badań właściwości zbiornikowych i filtracyjnych wybranych skał zbiornikowych basenów młodopaleozoicznych Niżu Polskiego. Prace IG, 165: 147-153.
• [7] DECZKOWSKI Z., 1977. Budowa geologiczna pokrywy permsko-mezozoicznej i jej podłoża we wschodniej części monokliny przedsudeckiej (obszar kalisko-częstochowski). Prace IG, 82:1-63.
• [8] DICKINSON W.R., 1970. Interpreting detrital modes of graywacke and arkose. Journal of Sedimentary Petrology, 40: 695-707.
• [9] EHRENBERG S.N., 1989. Assessing the relative importance of compaction processes and cementation to reduction of porosity in sandstones: discussion. AAPG Bulletin, 73: 1274-1276.
• [10] EHRENBERG S.N., AAGAARD P., WILSON M.J., FRASER A.R., DUTHIE D.M.L., 1993. Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian Continental shelf. Clay Minerals, 28: 325-352.
• [11] EHRENBERG S.N., 1995. Measuring sandstone compaction from modal analyses of thin sections: how to do it and what the results mean. Journal of Sedimentary Research, A65: 369-379.
• [12] GAUPP R., MATTER A., PLATT J., RAMSEYER K., WALZEBUCK J., 1993. Diagenesis and fluid evolution of deeply buried Permian (Rotliegende) gas reservoirs, Northwest Germany. AAPG Bulletin, 77 (7): 1111-1128.
• [13] GILES M.R., 1997. Diagenesis: A quantitative perspective. Kluwer Academic Publishers.
• [14] GOTZE J., ZIMMERLE W., 1994. Provenance of quartz in siliclastic sediments. [W:] The geology of siliclastic shelf. SEAC 1994, Gent.
• [15] GRABOWSKA-OLSZEWSKA B., 1974. Mikrostruktury skał górnego czerwonego spągowca rejonu Bogdaj-Uciechów (monoklina przedsudecka) badane za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (EMS). Biuletyn Geologiczny, 17: 57-72.
• [16] GRABOWSKA-OLSZEWSKA B., CHLEBOWSKl R., KOZŁOWSKI K., KULESZA-WIEWIÓRA K., MYŚLIŃSKA E., 1974. Litologia skał górnego czerwonego spągowca rejonu Bogdaj-Uciechów (monoklina przedsudecka). Biuletyn Geologiczny, 17: 5-55.
• [17] GREGOSIEWICZ Z., PROTAS A., 1997. Facje, diageneza a właściwości zbiornikowe piaskowców czerwonego spągowca rejonu złoża Radlin. Nafta-Gaz, 9: 375-387.
• [18] HOUSEKNECHT D.W., 1987. Assessing the relative importance of compaction processes and cementation to reduction of porosity in sandstones. AAPG Bulletin, 71: 633-642.
• [19] KARNKOWSKI P.H., 1997. Obszary źródłowe w zapisie osadów czerwonego spągowca w polskim basenie permskim: implikacje dla poszukiwań złóż gazu. [W:] J. Wojewoda (red), Obszary źródłowe: zapis w osadach. Wyd. Wind, Wrocław, 7-24.
• [20] KARNKOWSKI P.H., 1999. Origin and evolution of the Polish Rotliegend Basin. Polish Geological Institute Special Papers, 3: 3-93.
• [21] KIERSNOWSKI H., 1997. Upper Permian eolian complex in Poland. Prace IG, 157 (3): 107-110.
• [22] KIERSNOWSKI H., 1997. Depositional development of the Polish Upper Rotliegend Basin and evolution of its source areas. Geological Quarterly, 41 (4): 433-456.
• [23] KIERSNOWSKI H., 1998. Architektura depozycyjna basenu czerwonego spągowca w Polsce. Prace IG, 165:113-128.
• [24] KUBERSKA M., 1999. Spoiwa węglanowe skał klastycznych czerwonego spągowca w kujawsko-pomorskim segmencie strefy T-T. Przegląd Geologiczny, 47 (2): 159-162.
• [25] KWOLEK K., BUNIAK A., 2004. Charakterystyka geologiczna i potencjał akumulacyjny utworów górnego czerwonego spągowca w rejonie Poznań-Ostrów Wlkp. [W:] Basen permski Niżu Polskiego. Czerwony Spągowiec. Budowa i potencjał zasobowy. Materiały konferencji, Piła, 47-60.
• [26] LANDER R.H., WALDERHAUG O., 1999. Predicting porosity through simulating sandstone compaction and quartz cementation. AAPG Bulletin, 83 (3): 433-449.
• [27] LANSON B., BEAUFORT D., BERGER G., BARADAT J., LACHARPAGNE J.-C, 1996. lllitization of diagenetic kaolinite-to-dickite conversion series: late-stage diagenesis of the Lower Permian Rotliegend sandstone reservoir, offshore of the Netherlands. Journal of Sedimentary Research, 66 (3): 501-518.
• [28] LANSON B., BEAUFORT D., BERGER G., BAUER A., CASSAGNABERE A., MEUNIER A., 2002. Authigenic kaolin and illitic minerals during burial diagenesis of sandstones: a review. Clay Minerals, 37, 1-22.
• [29] LEŚNIAK G., 1999. Opracowanie metodyki zastosowania komputerowej analizy obrazu dla potrzeb petrofizyki skał osadowych - potencjalnych zbiorników ropy i gazu. Przegląd Geologiczny, 47 (7): 644-651.
• [30] LORENC S., MUSZYŃSKI A., PROTAS A., ZIÓŁKOWSKA M., 1991. Litogeneza osadów czerwonego spągowca podłoża Wielkopolski. [W:] Przewodnik 62. Zjazdu Polskiego Towarzystwa Geologicznego, Poznań, 127-128.
• [31] LUNDEGARD P.D., 1992. Sandstone porosity loss - A “big picture” view of the importance of compaction. Journal of Sedimentary Petrology, 62 (2): 250-260.
• [32] MALISZEWSKA A., 1997. K/Ar age of the fibrous illite of Rotliegend sandstone in Wielkopolska region. [W:] IV Ogólnopolska Sesja Naukowa „Datowanie Minerałów i Skał”, UMCS Lublin, 50-55.
• [33] MALISZEWSKA A., KUBERSKA M, 1996. Cementacja piaskowców czerwonego spągowca a ich porowatość i przepuszczalność. Nafta-Gaz, 52 (9): 365-373.
• [34] MALISZEWSKA A., KUBERSKA M., SUCH P., LEŚNIAK G., 1998. Ewolucja przestrzeni porowej utworów czerwonego spągowca. Prace IG, 165: 171-184.
• [35] MALISZEWSKA A., 1999. O znaczeniu badań izotopowych diagenetycznego illitu z piaskowców czerwonego spągowca. Przegląd Geologiczny, 47: 476.
• [36] MARSHALL D.J., 1988. Cathodoluminescence of geological materials. Unwin Hyman. Boston.
• [37] MATLACK K.S., HOUSEKNECHT D.W., APPLIN K.R., 1989. Emplacement of clay into sand by infiltration. Journal of Sedimentary Petrology, 59: 77-87.
• [38] MCNEIL B., SHAW H.F., RANKIN A.H., 1998. The timing of cementation in the Rotliegend sandstones of the Southern North Sea: A petrological and fluid inclusion study of cements. Journal of Petroleum Geology, 21 (3): 311-327.
• [39] MICHALIK M., 2001. Diagenesis of the Weissliegend sandstones in the south-western margin of the Polish Rotliegend Basin. Prace Mineralogiczne, 91: 1-176.
• [40] MUSZYŃSKI M., RYDZEWSKA W., 1986. Zmiany diagenetyczne w osadach saksonu środkowej części monokliny przedsudeckiej i ich wpływ na własności zbiornikowe. Przegląd Geologiczny, 34 (9): 509-514.
• [41] MUSZYŃSKI M., 1990. Analiza petrograficzna utworów saksonu w rejonie niecki poznańskiej i strefie Śrem-Kalisz. Nafta, 46: 97-99.
• [42] PAGEL M., BARBIN., BLANC P., OHNENSTETTER D (Eds.), 2000. Cathodoluminescence in geosciences. Springer - Verlag Berlin Heidelberg (514)
• [43] PAXTON S.T., SZABO J.O., CALVERT C.S., AJDUKIEWICZ J.M, 1990. Preservation of primary porosiły in deeply buried sandstones: a new play concept from Cretaceous Tuscaloosa sandstones of Louisiana (abs.). AAPG Bulletin, 74 (5): 737.
• [44] PAXTON S.T., SZABO J.O., AJDUKIEWICZ J.M., KLIMENTIDIS R.E., 2002. Construction of an intergranular volume compaction curve for evaluating and predicting compaction and porosity loss in rigid-grain sandstone reservoirs. AAPG Bulletin, 86 (12): 2047-2067.
• [45] PETTIJOHN F.J., POTTER P.E., SIEVER R., 1972. Sand and Sandstone. Springer.
• [46] PITTMAN E.D., LARESE R.E., 1991. Compaction of lithic sands: experimental results and applications. AAPG Bulletin, 75 (8): 1279-1299.
• [47] POKORSKI J., 1998. Perspektywy występowania złóż gazu ziemnego w utworach czerwonego spągowca. Prace IG, 165: 293-298.
• [48] ROCHEWICZ A., 1980. Wpływ procesów illityzacji i chlorytyzacji na własności zbiornikowe piaskowców czerwonego spągowca SW Polski. Archiwum Mineralogiczne, 36 (2): 55-64.
• [49] SIKORSKA M., 1994. Katodoluminescencja - niezbędne narzędzie w badaniach diagenezy piaskowców kambryjskich. Przegląd Geologiczny, 42 (4): 256-262.
• [50] SIKORSKA M., 1998. Rola diagenezy w kształtowaniu przestrzeni porowej piaskowców kambru z polskiej części platformy wschodnioeuropejskiej. Prace IG, 164: 1-66.
• [51] SUCH P., 1996. Instrukcja wykonywania pomiarów petrofizycznych. Wyd. PGNiG.
• [52] SUCH P., 1996. Model fizyczny przestrzeni filtracji basenu czerwonego spągowca. Prace IGNiG, 88: 1-82.
• [53] SUCH P., 1997. Nowoczesne metody badania właściwości petrofizycznych skał oraz możliwości zastosowania otrzymanych wyników w badaniach diagenezy. Przegląd Geologiczny, 45 (8): 781-785.
• [54] SUCH P., 1998. Analiza fraktalnej struktury przestrzeni porowej przy wykorzystaniu krzywych ciśnień kapilarnych otrzymywanych metodą porozymetrii rtęciowej. Przegląd Geologiczny, 46 (11): 1186-1190.
• [55] van der PLAS L., TOBI A.C., 1965. A chart for judging the reliability of point counting results. American Journal of Science, 263 (1): 87-90.
• [56] WALDERHAUG O., 1994. Precipitation rates for quartz cement in sandstones determined by fluid-inclusion microthermometry and temperature history modeling. Journal of Sedimentary Research, A64: 324-333.
• [57] WALDERHAUG O., 1996. Kinetic modeling of quartz cementation and porosity loss in deeply buried sandstone reservoirs. AAPG Bulletin, 80: 731-745.
• [58] WILSON M.D. (red), 1994. Reservoir quality assessment and prediction in clastic rocks. SEPM Short Course, 30: 1 -411.
• [59] WILSON M.D., STANTON P.T., 1994. Diagenetic mechanisms of porosity and permeability reduction and enhancement. [W:] M.D. Wilson (red.), Reservoir quality assessment and prediction in clastic rocks. SEPM Short Course, 30: 59-119.
• [60] WOLNOWSKI T., 2004. Prognoza zasobności czerwonego spągowca w basenie permskim Niżu Polskiego w świetle nowych technik poszukiwawczych. [W:] Basen permski Niżu Polskiego. Czerwony Spągowiec. Budowa i potencjał zasobowy. Materiały konferencji, Piła, 17-30.
• [61] ŻELICHOWSKI AM., 1964. Utwory karbonu w podłożu monokliny przedsudeckiej. Przegląd Geologiczny, 5: 224-228.