Analiza geochemiczna i korelacje genetyczne bituminów i skał typu czarnych łupków w jednostkach tektonicznych Karpat zewnętrznych w południowo-wschodniej Polsce i na obszarze przyległym

• Autorzy: Jarmołowicz-Szulc K. , Jankowski L.

Warianty tytułu

EN

Geochemical analysis and genetic correlations for bitumens and rocks of the black shale type in the Outer Carpathians tectonic units in southeastern Poland and the adjacent territory

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania przeprowadzono na obszarze Karpat zewnętrznych (w przygranicznym rejonie Polski, Słowacji i Ukrainy). Rozpoznano charakter facji anoksycznych w Karpatach na obszarze Polski i Słowacji w obrębie różnych jednostek tektonicznych od dukielskiej przez śląską, węglowiecką, skolską aż po borysławsko-pokucką. Analizę oparto na parametrach geochemicznych i wskaźnikach stanowiących wyniki badań metodą Rock-Eval, chromatografii gazowej alkanów i izoprenoidów oraz oznaczeń izotopów stabilnych węgla (dla materii organicznej). Stwierdzono zróżnicowanie poszczególnych wartości. Zawartość TOC zmienia się w przedziale od 0,62% do powyżej 8,7% wag., przy czym najwyższe wartości charakteryzują facje jednostki skolskiej. Potencjalna macierzystość utworów jest bardzo dobra w obrębie facji anoksycznych jednostki skolskiej, centralnej depresji karpackiej i jednostki dukielskiej. Rezydualny potencjał (S2) rozproszonej materii organicznej zmienia się od 0,26/1,20 mg HC/g skały w warstwach dolnokredowych w Łusce Bystrego do 16,50/36,59 mg HC/g skały w jednostce skolskiej (Bandrów). Jest on umiarkowany w segmencie polskim i słowackim jednostki dukielskiej i nieco wyższy w jednostkach magurskiej i borysławsko-pokuckiej. Frakcja alifatyczna dominuje we wszystkich badanych skałach przy stosunkowo homogenicznym składzie frakcji alifatycznej bituminów. Rozkład n-alkanów jest zmienny. Można wyróżnić trzy grupy bituminów o zróżnicowanej dominacji n-alkanów krótkołańcuchowych i/lub n-alkanów długołańcuchowych. Pristan na ogół dominuje nad fitanem, przy czym izoprenoidy często mają stężenie niższe w stosunku do sąsiadujących z nimi n-alkanów C17 i C18. Stosunek pristan–fitan zmienia się od 18,01 (centralna depresja karpacka) poprzez 13,36 (jednostka węglowiecka) do 6,36 (jednostka śląska), podczas gdy w pozostałych rejonach jego wartość jest bliska jedności. Wśród węglowodorów aromatycznych przeważa fenantren i jego metylowe i di-metylowe pochodne. Wartości oznaczeń δ13CPDB dla węglowodorów wykazują niewielkie zróżnicowanie dla poszczególnych frakcji. Dla bituminów zmieniają się od –24,9 do –28,9‰. Dojrzałość termiczna kerogenu (typ mieszany od II do III) zmienia się od fazy niedojrzałej (jednostka skolska i borysławsko-pokucka) przez dojrzałą w jednostce śląskiej i dukielskiej, po fazę wczesnego okna gazowego w strefie melanżu tektonicznego i jej sąsiedztwie.

EN

Studies were conducted in the Outer Carpathians in the area of the Western and Eastern Carpathians in the borderland of Poland, Slovakia and Ukraine. The character of anoxic facies in the Carpathians in the Polish and Slovak area within different tectonic units - from the Dukla unit through the Silesian, Boryslav-Pokuttia, Skole and the Węglówka units was analyzed. The analysis was based on geochemical parameters and indices from the following methods: Rock-Eval analysis, gas chromatography of n-alkanes and isoprenoids, isotopic determinations of carbon isotopes (in organic matter). Diversity of parameters has been stated. In case of bitumens, the TOC content changes within the interval from 0.62% to over 8.7wt %, while the highest values characterize the facies of the Skole unit. The potential maturity of the sediments is very high in the anoxic facies of the Silesian and Dukla units and in the Central Carpathian Depression (CDK). Residual petroleum potential (S2) of the dispersed organic matter varies from 0.26/1.20 mg HC/g rock in the Lower Cretaceous strata of the Bystre Slice to 16.50/36.59 mg HC/g rock in the Skole unit (Bandrów). It is moderate in the Polish and Slovak segments in the Dukla unit and slightly higher in the Magura and Boryslav-Pokuttia units. The aliphatic fraction dominates in all the studied rocks, while the aliphatic composition of bitumens is relatively homogeneous. The n-alkane distribution is variable in the rocks and solid bitumens. Three groups of bitumens may be distinguished with a variable domination of short-chain n-alkanes and/or long-chain n-alkanes. In general, pristane predominates over phytane, while the isoprenoids often show a lower content in comparison to the adjacent C17 and C18 n-alkanes. The pristine - phytane ratio oscillates from 18.01 (Central Carpathian Depression – CDK) through 13.36 (Węglówka unit) to 6.36 (Silesian unit), being close to one in other samples. Among the aromatic hydrocarbons, phenantrene predominates together with its methyl and di-metlyl derivatives. The d13CPDB data for hydrocarbons show some variability for different fractions. For bitumens, they change from –24.9 to –28.9‰. Thermal maturity of kerogen (mixed type from II to III) varies from the immature phase (Skole and Boryslav-Pokuttia units) through mature in the Silesian and Dukla units up to the early gas phase in the tectonic mélange and its neighbourhood.

Słowa kluczowe

PL

materia organiczna; bituminy; facje anoksyczne; badania geochemiczne; jednostki tektoniczne; Karpaty

EN

organic matter; bitumens; anoxic facies; geochemical studies; tectonic units; Carpathians

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 444
• Strony: 73--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 69 poz., 2 tabl., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jarmołowicz-Szulc K.

• Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa

autor

Jankowski L.

• Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Karpacki, ul. Skrzatów 1, 31-560 Kraków

Bibliografia

• [1] ALEXANDER R., BAKER R.W., KAGI R.I., WARTON B., 1994 — Cyclohexylbenzenes in crude oils. Chem. Geol., 113: 103-115.
• [2] BESSEREAU G., ROURE F., KOTARBA A., KUŚMIEREK J., STRZETELSKI W., 1996 — Structure and hydrocarbon habitat of the Polish Carpathians. W: Peri-tethys Memoir 2: Structure and prospects. Alpine basins and forelands (red. P.A. Ziegler, F. Horvath). Memoires du Museum National d'Histoire Naturelle, 170: 343-373.
• [3] BURRUSS R.C., 1991 — Practical aspects of fluorescence microscopy of petroleum inclusions. W: Luminescence microscopy, spectroscopy: qualitative and quantitative applications (red. C.E. Barker, O. Kopp). SEPM Short Course, 25: 1-7.
• [4] BODNAR R.J., 1990 — Petroleum migration in the Miocene Monterey Formation, California, USA: constraints from fluid inclusion studies. Mineral. Mag., 54: 295-304.
• [5] CURTIS J.B., KOTARBA M.J., LEWAN M.D., WIĘCŁAW D., 2004 — Oil/source rock correlations in the Polish Flysch Carpathians and mesozoic basement and organic facies of the oligocene Menilite Shales: insights from hydrobus pyrolysis experiments. Org. Geochem., 35: 1573-1596.
• [6] DUDOK I.V., 1991 — Mineralogical-geochemical pecularities of vein fillings in flysch deposits in the Ukrainian Carpathians (in reference to oil-gas bearing ability), Lvov [mat. niepubl. - po ukraińsku, abstrakt angielski].
• [7] DUDOK I.V, KALYUZHNYJ V.A., VOZNIAK D.K., 1997 — The particularities of phase composition and the problems of systematics of the hydrocarbon fluid inclusions in "Marmarosh diamonds" of the Ukrainian Carpathians. XIV European Current Research on Fluid Inclusions Meeting Abstracts: 96-97. Nancy.
• [8] DUDOK I.V., KOTARBA M., JARMOŁOWICZ-SZULC K., 2002 — Employment of pyrolitic meythods in geochemical studies of organic matter of the vein formation in the flysch of the Carpathian Mts. Geologia i geokhimia goriuczżch kopalin, 1: 76-87.
• [9] DUDOK I.V., JARMOLOWICZ-SZULC K., 2000 — Hydrocarbon inclusions in vein quartz (the "Marmarosh diamonds") from the Krosno and Dukla zones of the Ukrainian Carpathians. Geol. Quart., 44: 415-423.
• [10] DZIADZIO P., MATYASIK I., 2006 — Reconstruction of petroleum systems based on integrated geochemical and geological investigations: selected examples from the Middle Outer Carpathians in Poland. W: The Carpathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources (red. J. Golonka, F.J. Picha). Am. Assoc. Pet. Geol. Mem., 84: 377-378.
• [11] ESPITALIE J., DEROO G., MARQUIS F., 1985 — La pyrolyse Rock Eval et ses applications. Revue IFP: 40-41: 563-579, 755-784.
• [12] GOLONKA, J., PICHA, F.J., (red.), 2006 — The Carpathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources. Am. Assoc. Pet. Geol. Mem., 84.
• [13] GUCIK S., PAUL Z., ŚLĄCZKA A., ŻYTKO K., 1980 — Mapa geologiczna Polski w skali 1:200 000, arkusz Przemyśl-Kalników. Mapa bez utworów czwartorzędowych, wyd. B. Inst. Geol., Warszawa.
• [14] ten HAVEN H.L., LAFARGUE E., KOTARBA M., 1993 — Oil/oil and oil/source rock correlations in the Carpathian Foredeep and Overthrust, south-east Poland. Org. Geochem., 20: 935-959.
• [15] HUGHES W.B., HOLBA A.G., DZOU L.I.P., 1995 — The ratios of dibensotiophene to phenantrene and pristine to phytane as indicators of depositional environment and lithology of petroleum source rocks. Geochim. Cosmochim. Acta, 59: 3581-3598.
• [16] HUNT J.M., 1996 — Petroleum geochemistry and geology. W.H. Freeman and Company, New York.
• [17] HURAI V., KIHLE J., KOTULOVA J., MARKO F., ŚWIERCZEWSKA A., 2002 — Origin of methane in quartz crystals from the Tertiary accretionary wedge and fore-arc basin of the Western Carpathians. Appl. Geochem., 17: 1259-1271.
• [18] JANKOWSKI, L., 2007 — Kompleksy chaotyczne regionu gorlickiego, Polskie Karpaty Zewnętrzne. Biul. Państw. Inst. Geol., 426: 27-52.
• [19] JANKOWSKI L., 2008 — Kompleksy chaotyczne Karpat Polskich. Przewodnik sesji terenowej: 26-88. Kraków-Polańczyk. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• [20] JANKOWSKI L., JARMOŁOWICZ-SZULC K., 2009 — Particular tectonic zones (the melange zones) as potential and significant paths for fluid migration and mineral formation. Miner. Rev., 59, 2: 42-55.
• [21] JANKOWSKI L., KOPCIOWSKI R., RYŁKO W., DANYCH V., TSARNENKO P., JANOĆKO J., JACKO S. (red.) 2004 — Geological map of the Outer Carpathians: borderlands of Poland, Ukraine and Slovakia. 1:200 000. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• [22] JANKOWSKI L., KOPCIOWSKI R., RYŁKO W. (red.), 2007 — Geological map of the Outer Carpathians: boreland of Ukraine and Romania. 1:200 000. Państw. Inst. Geol, Warszawa.
• [23] JANOCKO J., PERESZLENYI M., VASS D., BEZAK V., KOHUT M., POLAK M., MELLO J., JACKO Jr., S., JACKO S., 2006 — Geology and hydrocarbon resource of Inter Western Carpathians, Slovakia and Poland. W: The Carpathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources (red. J. Golonka, F.J. Picha). AAPG Mem., 84: 429-463.
• [24] JARMOŁOWICZ-SZULC K., 2009 Recent contribution to mineralogical and geochemical studies in the Carpathians. Mineral. Rev., 59, 2: 42-55.
• [25] JARMOŁOWICZ-SZULC K., DUDOK I.V., 2005 — Migration of palaeofluids in the contact zone between the Dukla and Silesian units, Western Carpathians - evidence from fluid inclusions and stable isotopes in quartz and calcite. Geol. Quart , 49: 291-304.
• [26] JARMOŁOWICZ-SZULC, K., 2009 — Mineralogical and geochemical approach to fissure fillings in selected Carpathian units. XX ECROFI. Fluid and melt inclusions: using bubbles to deco- de the Earth. 21-27 September, Granada. Programme and Abstracts: 119-120.
• [27] JARMOŁOWICZ-SZULC K., KARWOWSKI Ł., MARYNOWSKI L., 2010a — Fluid circulation and formation of minerals and bitumens in the sedimentary rocks of the Outer Carpathians - based on studies on the quartz-calcite-organic matter association. Mar. Pet. Geol. [w druku].
• [28] JARMOŁOWICZ-SZULC K., MATYASIK I., JANKOWSKI L., 2010b — Kontynuacja badań materii organicznej i minerałów w Karpatach - wyniki z obszaru pogranicza polsko-ukraińskiego. Geopetrol 2010. Pr. Nauk. INiG, 170: 689-694.
• [29] JUREWICZ E., KOZŁOWSKI A., 2003 — Formation conditions of quartz mineralization in the mylonitic zones and on the slicken-side fault planes in the High Tatra granitoids. Arch. Mineral., 54: 65-75.
• [30] KALYUZHNYI V.A., SACHNO B.E., 1998 — Prospects for prognostics of the useful materials on the base of typomorphic features of the hydrocarbon and carbon dioxide fluid inclusions. Geochimia i Geologia Goriuchykh Kopalin, 3:133-147.
• [31] KARWOWSKI Ł., DORDA J., 1986 — Środowisko minerałotwórcze „diamentów marmarowskich". Min. Pol., 17: 3-12.
• [32] KIDENA K., BANDOH N., KOUCHI M., MURATA S., NOMURA M., 2000 — Methyl group migration during heat treatment of coal in the presence of polycyclic aromatic compounds. Fuel, 79: 317-322.
• [33] KOLTUN Y.V., 1992 — Organic matter in oligocene Menilite formation rocks of the Ukrainian Carpathians:palaeoenvironment and geochemical evolution. Org. Geochem., 18: 423-430.
• [34] KOLTUN Y.V., ESPALITIE J., KOTARBA M., ROURE F., ELLOUZ N., KOSAKOWSKI P.,1998 — Petroleum generation in the Ukrainian external Carpathians and the adjacent foreland. J. Pet. Geol., 21: 265-288.
• [35] KOTARBA M., SZAFRAN S., 1985 — Zastosowanie analizatorów Rock-Eval i Oil Show w poszukiwaniach naftowych. Nafta, 41: 81-88.
• [36] KOTARBA M., KOLTUN Y.V., 2006 — Origin and habitat of hydrocarbons of the Polish and Ukrainian parts of the Carpathian Province. W: The Carpathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources (red. J. Golonka, F.J. Picha). AAPG Mem., 84: 395-443.
• [37] KOTARBA M., WIĘCŁAW D., KOLTUN Y.V., LEWAN M.D., MARYNOWSKI L., DUDOK I.V., 2005 — Organic geochemical study and genetic correlations between source rocks and hydrocarbons from surface seeps and from deep accumulations in the Starunia area, fore-Carpathian region, Ukraine. W: Polsko-ukraińskie badania geologiczne (2004-2005) w Staruni - obszar odkrycia nosorożca włochatego (red. M.J. Kotarba). Państw. Inst. Geol., Warszawa-Kraków: 125-145.
• [38] KOTARBA M., WIĘCŁAW D., KOLTUN Y.V., MARYNOWSKI L., KUŚMIEREK J., DUDOK I.V., 2007 — Organic geochemical study and genetic correlation of natural gas, oil and Menilite source rocks in the area between San and Stryi rivers (Polish and Ukrainian Carpathians). Org. Geochem., 38: 1431-1456.
• [39] KOTLARCZYK, J., LEŚNIAK T., 1990 — Dolna część formacji menilitowej z poziomem diatomitów z Furomy w jednostce skolskiej Karpat. Wyd. AGH, Kraków.
• [40] KOZŁOWSKI A., METZ P., MŁYNARCZYK M., 1996 — Crystallization conditions of Marmarosh diamonds from the Carpathian flysch, as indicated by fluid inclusion studies. Jahrestagung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft, 9-12 September, Kiel. Berichte der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft - Nachtrag von Kurzreferaten.
• [41] KOSTER J., KOTARBA M., LAFARGUE E., KOSAKOWSKI P., 1998 — Source rock habitat and hydrocarbon potential of Oligocene Menilite Formation (Flysch Carpathians, Southeast Poland): an organic geochemical and isotope approach. W: Advances in Organic Geochemistry (red. B. Horsfield i in.). Org. Geochem., 29: 543-558.
• [42] KRUGE M.A., MASTALERZ M., SOLECKI A., STANKIEWICZ B.A., 1996 — Organic geochemistry and petrology of oil source rocks, Carpathian overthrust region, southeatern Poland - implications for petroleum generation. Org. Geochem., 24: 897-912.
• [43] LANGFORD F.F., BLANC-VALLERON M.M., 1990 — Interpreting Rock-Eval pyrolysis data using graphs of pyrorizable hydrocarbons vs. total organic carbon. AAPG Bull., 74: 799-804.
• [44] LEENHEER M.J., 1984 —Missisippian Bakken and equivalent formations as source rocks in the Western Canadian Basin. Org. Geochem., 6: 521-532.
• [45] LUMB D.M., 1978 — Organic luminescence. W: Luminescence spectroscopy (red. D.M. Lumb): 93-148. Acad. Press, New York.
• [46] MALATA T., 1996 — Analysis of standard lithostratigraphic nomenclature and proposal of division of Skole unit in the Polish flysch Carpathians. Geol. Quart., 40: 543-554.
• [47] MATYASIK I., JARMOŁOWICZ-SZULC K., JANKOWSKI L., 2010 — Analiza charakteru materii organicznej w rejonie przygranicznym Karpat Zachodnich i Wschodnich. Geopetrol 2010. Pr. Nauk. INiG, 17: 675-680.
• [48] McCOLLOM T.M., SIMONEIT B.R.T., SHOCK E.L., 1999 — Hydrous pyrolysis of polycyclic aromatic hydrocarbons and implications for the origin of PAH in hydrothermal petroleum. Energy Fuels, 13: 401-410.
• [49] NAUMKO I., BONDAR R., SVOREN YO., SAKHNO B., NECHEPURENKO O., 2009 — Pecularities of the gas phase of the metamorphic-metasomatic minerogenesis fluids in the rock-ore complexes of the Marmarosh massif north-western part (from data of fluid inclusion researches). Mineral. Rev., 59, 1: 84-94 [po ukraińsku, angielski abstrakt].
• [50] OBERMAJER M., FOWLER M.G., SNOWDON L.R., 1999 — Depositional environment and oil generation in Ordovician source rocks from southwestern Ontario, Canada: organic geochemistry and petrological approach. AAPG Bull., 83: 1426-1453.
• [51] O'NEIL J.R., 1979 — Stable isotope geochemistry of rocks and minerals. W: Lectures in isotope geology (red. E. Jager, J.C. Hunziker): 235-263. Springer-Verlag, Berlin.
• [52] OSZCZYPKO N., KRZYWIEC P., POPPADYUK I., PERYT T., 2006 — Carpathian Foredeep Basin (Poland and Ukraine): Its sedimentary, structural and geodynamic evolution. W: The Carpathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources (red. J. Golonka, F.J. Picha). AAPG Mem., 84: 261-318.
• [53] PETERS K.E., 1986 - Guidelines for evaluating petroleum source rock using programmed pyrolysis. AAPG Bull., 70: 318-329.
• [54] PETERS K.E., CASSA M.R., 2002 - Applied source rocks geochemistry. W: The petroleum system - from source to trap (red. L.B. Magoon, W.G. Dow). AAPG Mem., 60: 93-121.
• [55] PETERS K.E., WALTERS C.C., MOLDOWAN J.M., 2005 — The biomarker guide. Cambridge Univ. Press, Cambridge.
• [56] PAGEL M., WALGENWITZ F., DUBESSY J.,1986 — Fluid inclusions in oil and gas bearing sedimentary formations. Therm. Model. Sediment. Basins. 1 st IFP Explor. Res. Conf. (June 3-7, Carcans): 565-583. Paris.
• [57] RADKE M., WELTE D.H., 1983 — The Methylphenanthrene Index (MPI). A maturity parameter based on aromatic hydrocarbons. W: Advances in organic geochemistry (red. M. Bjoroy i in.): 504-512. Wiley and Sons, New York.
• [58] ROEDDER E., 1984 — Fluid inclusions. Rev. Mineral., 12.
• [59] SMITH J.T., 1994 — Petroleum system logic as an exploration tool in a frontier setting. W: The petroleum system - from source to trap (red. L.B. Magoon, W.G. Dow). AAPG Mem., 60: 25-49.
• [60] SOFER Z., 1984 — Stable carbon isotope compositions of crude oils: application to source depositional environments and petroleum alteration. AAPG Bull., 68: 31-49.
• [61] ŚLĄCZKA A., 1980 — Objaśnienia do Mapy geologicznej Polski 1:200 000. Wyd. Geol., Warszawa.
• [62] ŚLĄCZKA A., ŻYTKO K., 1978 — Mapa geologiczna Polski 1:200 000, ark. Łupków. Wyd. Geol., Warszawa.
• [63] ŚLĄCZKA A., KRUGLOV S., GOLONKA J., OSZCZYPKO N., POPADYLIK I., 2006 — Geology and hydrocarbon resources of the Outer Carpathians, Poland, Slovakia and Ukraine: general geology. W: The Carpathians and their foreland: geology and hydrocarbon resources (red. J. Golonka, F.J. Picha). AAPG Mem., 84: 221-258.
• [64] ŚWIERCZEWSKA A., HURAI V., TOKARSKI A.K., KOPCIOWSKI R., 1999 — Quartz mineralization in the Magura nappe (Poland): a combined microstructural and microthermometry approach. Geol. Carpat., 50: 174-177.
• [65] ŚWIERCZEWSKA A., TOKARSKI A. K., HURAI V., 2000 — Joints and mineral veins during structural evolution: a case study from the Outer Carpathians (Poland). Geol. Quart., 44: 333-339.
• [66] TISSOT B.P., WELTE D.H., 1984 — Petroleum formation and occurrence. Springer-Verlag, Berlin-Heildelberg-New York-Tokyo.
• [67] TURNER P., BURLEY S.D., REY D., PROSSER J., 1995 — Burial history of the Penrith Sandstone (Lower Permian) deduced from the combined study of fluid inclusion and paleomagnetic data. W: Paleomagnetic applications in hydrocarbon exploration and production (red. P. Turner, A. Turner). Geol. Soc. Spec. Publ., 98: 46-78.
• [68] WILCZEK T., MERTA H., 1992 — Wstępne wyniki badań pirolitycznych metody Rock Eval. Nafta, 48: 109-116.
• [69] ZIRKENNAGEL U., 1978 — Cathodoluminescence of quartz and its silica application of sandstone petrology. Contrib. Sediment., 8.