Rozprawa doktorska ANALIZA KARBOŃSKO-DOLNOPERMSKIEGO ...

AKADEMIA GRNICZO-HUTNICZA IM. STANISAWA STASZICA WYDZIA GEOLOGII, GEOFIZYKI I OCHRONY RODOWISKA

KATEDRA SUROWCW ENERGETYCZNYCH

Rozprawa doktorska

ANALIZA KARBOSKO-DOLNOPERMSKIEGO SYSTEMU NAFTOWEGO W ASPEKCIE POSZUKIWA PUAPEK

LITOLOGICZNYCH I STRUKTURALNYCH W UTWORACH CZERWONEGO SPGOWCA

W STREFIE REM-KALISZ-KONIN

mgr in. TOMASZ MAKOWSKI

PROMOTOR Prof. dr hab. in. WOJCIECH GRECKI

KRAKW 2008

T. Makowski - Analiza karbosko-dolnopermskiego systemu naftowego w aspekcie poszukiwa puapek litologicznych i strukturalnych w utworach czerwonego spgowca w strefie rem-Kalisz-Konin

SPIS TRECI

1. WSTP . 1

2. ZARYS BUDOWY GEOLOGICZNEJ I KARBOSKO-DOLNOPERMSKI SYSTEM NAFTOWY . 6

2.1. Polski basen czerwonego spgowca ....... 6 2.2. Zarys budowy geologicznej analizowanego obszaru .......... 10 2.3. Skay zbiornikowe czerwonego spgowca . 20

2.3.1. Wyksztacenie litofacjalne dolnego permu .......... 20 2.3.2. Wpyw diagenezy na waciwoci zbiornikowe utworw grnego czerwonego spgowca .......... 24 2.3.3. Gazonono utworw grnego czerwonego spgowca .......... 28

2.4. Karbosko-dolnopermski system naftowy . 32 2.4.1. Materia organiczna i typ kerogenu w karbonie . 32 2.4.2. Przeobraenie termiczne materii organicznej i warunki generowania wglowodorw . 33 2.4.3. Warunki akumulacji gazu ziemnego w utworach grnego czerwonego spgowca . 36

3. ANALIZA DANYCH GEOLOGICZNYCH I GEOFIZYCZNYCH POD KTEM POSZUKIWANIA PUAPEK LITOLOGICZNYCH W REJONIE CHRZSTOWO-RUSOCIN-KSI WIELKOPOLSKI 41

3.1. Rozprzestrzenienie i charakterystyka osadw czerwonego spgowca w rejonie Chrzstowo-Rusocin-Ksi Wielkopolski . 43 3.2. Analiza danych sejsmicznych .......... 47

3.2.1. Analiza sygnau elementarnego .......... 47 3.2.2. Pionowa rozdzielczo danych sejsmicznych . 49

3.2.3. Dowizanie sejsmogramw syntetycznych do zapisu sejsmicznego . 51 3.2.4. Przetwarzanie danych sejsmicznych . 53 3.3. Model sejsmiczno-geologiczny czerwonego spgowca na pnocno-wschodnim skonie wyniesienia Chrzstowa .......... 58 3.4. Inwersja sejsmiczna . 63

3.4.1. Analiza rozkadw porowatoci, impedancji akustycznej oraz Vp/Vs w profilu dolnego permu w otworach z obszaru bada .......... 65

3.4.2. Analiza uzyskanych wynikw inwersji .......... 66

Akademia Grniczo-Hutnicza im. Stanisawa Staszica w Krakowie

Wydzia Geologii, Geofizyki i Ochrony rodowiska, Katedra Surowcw Energetycznych


4. ANALIZA DANYCH GEOLOGICZNYCH I GEOFIZYCZNYCH POD KTEM POSZUKIWANIA PUAPEK STRUKTURALNYCH W REJONIE KALISZ-MALANW-KONIN .. 69

4.1. Charakterystyka i przetwarzanie danych sejsmicznych .......... 72 4.2. Dowizanie danych otworowych do sekcji sejsmicznych . 77

4.3. Opracowanie modelu geologicznego na podstawie danych sejsmicznych ..... 80 4.3.1. Konwersja czasowo-gbokociowa danych sejsmicznych . 81

4.3.1.1. Model prdkoci w pokrywie mezozoicznej . 83 4.3.1.2. Model prdkoci w cechsztynie . 85

4.4. Interpretacja modelu sejsmiczno-geologicznego w strefie Kalisz-Malanw-Konin .......... 88

4.4.1. Uksztatowanie strukturalne spgu kompleksu cechsztysko-mezozoicznego . 92 4.4.2. Charakterystyka waciwoci zbiornikowych utworw grnego czerwonego spgowca .......... 96 4.4.3. Zmienno porowatoci piaskowcw grnego czerwonego spgowca .. 100

5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOCOWE .......... 102

BIBLIOGRAFIA CYTOWANA I KOMENTOWANA .......... 108





1. WSTP

Polski basen czerwonego spgowca wystpuje na wschodnim kracu poudniowego

basenu permskiego rozcigajcego si od Wielkiej Brytanii po Polsk i bdcego jednym z

gwnych rejonw wydobycia gazu ziemnego w Europie. Do najwikszych odkrytych

dotychczas z gazu ziemnego w utworach czerwonego spgowca nale zoe Leman w

sektorze brytyjskim, holenderskie zoe Grningen oraz niemieckie Salzwedel-Peckensen

(rys. 1.1). Gazonone utwory grnego czerwonego spgowca s jednym z gwnych

poziomw poszukiwawczych w basenie polskim, gdzie prace geologiczno-poszukiwawcze

prowadzone nieprzerwanie od przeszo 40 lat przez Pastwowy Instytut Geologiczny i

przemys naftowy doprowadziy do dobrego rozpoznania budowy geologicznej i licznych

odkry z gazu ziemnego. Systematycznie wzrastajca ilo danych geologicznych

dotyczcych czerwonego spgowca umoliwia przeprowadzenie szczegowych analiz w

szerokim zakresie bada geologii podstawowej (m. in. stratygrafii, tektoniki, sedymentologii),

oraz geologii naftowej (m.in. warunkw powstawania wglowodorw w systemie naftowym

karbon-perm i formowania z gazu ziemnego), a uzyskane wyniki bada przedstawione

zostay w licznych publikacjach.

Budow geologiczn pokrywy permsko-mezozoicznej i jej podoa na Niu Polskim

przedstawili w swych publikacjach m.in.: Poaryski 1970, 1972; Sokoowski 1974; Dadlez

1994; Dadlez, Kowalczewski i Znosko, 1994; liwiski, Antonowicz i in., 2006, a na

obszarze monokliny przedsudeckiej: Deczkowski, 1977; Deczkowski i Gajewska, 1980;

Karnkowski, Rdzanek, 1982; Wierzchowska-Kicuowa 1984, 1987; Karnkowski, 1991.

Charakterystyk geochemiczn substancji organicznej zawartej w karboskich skaach

macierzystych, ewolucj termiczn i przebieg procesu generowania gazu mona znale w

pracach: Burzewskiego, 1983; Merty, 1998; Karnkowskiego, 1999; Greckiego,

Makowskiego i in., 2002a; Kotarby i in. 1992, 2006.

Badania stratygraficzne utworw czerwonego spgowca byy prowadzone przez:

Pokorskiego 1976, 1981, 1995 i Karnkowskiego 1987, 1999a. Badania nad rodowiskiem

depozycji utworw czerwonego spgowca prowadzili Muszyski 1999, Kiersnowski 2002a i

2002b; Maliszewska, Kiersnowski, i in., 2003. Badania petrograficzne i wpyw procesw


1



diagenezy na ksztatowanie przestrzeni porowej zbiornikowych piaskowcw grnego

czerwonego spgowca byy przedmiotem prac: Rochewicza 1980; Gregosiewicz i Protasa

1997; Protasa 2006; Maliszewskiej i Kuberskiej 1996, 2006, 2007; Biernackiej, Leniaka i

Buniaka, 2006. Warunki wystpowania z gazu ziemnego w utworach czerwonego

spgowca monokliny przedsudeckiej przedstawili w publikacjach m.in.: Karnkowski,

Sokoowski, Stemulak, 1966; Supczyski, 1979; Wolnowski 1983, Karnkowski 1993, 1999.

Gazonone utwory grnego czerwonego spgowca na obszarze basenu polskiego

pomimo wielu dotychczasowych odkry zoowych, zwaszcza na obszarze przedsudeckim w

niecce poznaskiej, s nadal perspektywiczne dla poszukiwa naftowych i to zarwno w

strefie przykrawdziowej wau wolsztyskiego, jak i w gbszej czci basenu. Przy

pnocno-wschodniej krawdzi wau wolsztyskiego podstawowym zagadnieniem

poszukiwawczym jest wyznaczenie zasigu dobrych waciwoci zbiornikowych piaskowcw

eolicznych zakumulowanych na stopniach tektonicznych utworzonych ze ska wylewnych

dolnego czerwonego spgowca. W gbszej czci basenu pomimo odkrycia w ostatnich

latach przez przemys naftowy dwch z gazu ziemnego - roda i Winna Gra w niecce

poznaskiej na gbokociach ok. -3500 m p.p.m. nadal otwartym pozostaje problem

poszukiwania potencjalnych struktur naftowych na gbokociach wikszych ni -4000 m

p.p.m. Z obszarem tym wizane s due nadzieje na odkrycie zasobnych z gazu ziemnego

przede wszystkim w puapkach strukturalnych bezporednio pod uszczelnieniem

cechsztyskim. Prace poszukiwawcze prowadzone w drugiej poowie lat 90. przez firm

Texaco na SW skonie basenu czerwonego spgowca w rejonie Kalisz-Konin zostay

zakoczone odwierceniem otworu Malanw-1. Faktyczny profil stratygraficzny tego otworu

nie potwierdzi wystpowania wyniesionego bloku tektonicznego podoa

podcechsztyskiego o przewidywanej wysokoci 180 m. Podstawowym zagadnieniem

poszukiwawczym w gbszej czci basenu jest identyfikacja na danych sejsmicznych, w

domenie czasu i gbokoci, puapek naftowych w stropie czerwonego spgowca, przy

znieksztacajcym wpywie na zapis sejsmiczny miszego nadkadu cechsztyskiego.

Celem niniejszej pracy byo przeprowadzenie analizy karbosko-permskiego systemu

naftowego na pnocny wschd od wau wolsztyskiego w strefie rem-Kalisz-Konin, ze

zwrceniem szczeglnej uwagi na okrelenie warunkw strukturalnych i litologicznych dla

akumulacji gazu ziemnego w utworach grnego czerwonego spgowca.


2



Zasadnicze zagadnienia przedstawione w pracy obejmoway:

ocen warunkw generowania i migracji gazu ziemnego w kompleksie karbosko-

dolnopermskim,

identyfikacj i rozpoznanie puapek litologicznych w utworach czerwonego spgowca

przy pnocnej krawdzi wau wolsztyskiego w rejonie Chrzstowo-Rusocin-Ksi

Wielkopolski w oparciu o pogbion analiz danych sejsmicznych w powizaniu z

danymi geologicznymi i geofizyki otworowej,

rozpoznanie warunkw akumulacji gazu ziemnego w gbokiej strefie basenu

czerwonego spgowca w rejonie Kalisz-Malanw-Konin na podstawie interpretacji

danych geologicznych, sejsmicznych i geofizyki otworowej.

Dla zrealizowania tak postawionego celu pracy niezbdne byo rozwizanie szeregu

zagadnie metodycznych, ktre obejmoway:

integracj danych geologicznych, sejsmicznych i geofizyki otworowej,

adaptacj zaawansowanych procedur przetwarzania i interpretacji danych

sejsmicznych do szczegowego rozpoznania kompleksu cechsztysko-

mezozoicznego i przystropowych partii czerwonego spgowca,

analiz sejsmicznego odwzorowania puapek litologicznych i strukturalnych w

czerwonym spgowcu,

wykorzystanie procedur inwersji sejsmicznej do oceny parametrw zbiornikowych,

zastosowanie numerycznych modelowa do rekonstrukcji ewolucji strukturalnej

puapek i waciwoci zbiornikowych piaskowcw czerwonego spgowca.

W rozdziale drugim pracy omwiono warunki generowania gazu z karboskiej materii

organicznej oraz jego migracji i akumulacji w czerwonym spgowcu. Istotnym zagadnieniem

byo okrelenie czasu powstania puapek naftowych w relacji do zrnicowanego czasu

generowania wglowodorw z karboskich poziomw macierzystych eksternidw

waryscyjskich i ich przedpola. Podstaw przeprowadzonej analizy s wyniki

dwuwymiarowych modelowa procesw naftowych wykonanych wzdu reprezentatywnego

dla rejonu rem-Kalisz-Konin fragmentu regionalnego przekroju sejsmicznego ZRG01097.

W rozdziale trzecim pracy przedstawiono problematyk identyfikacji puapek

litologicznych z zastosowaniem inwersji sejsmicznej w strefie krawdziowej wau

wolsztyskiego. Zagadnienie to zaprezentowano na przykadzie analizy danych


3



geologicznych i geofizycznych wykonanej w rejonie Chrzstowo-Rusocin-Ksi

Wielkopolski na monoklinie przedsudeckiej. Przeprowadzono analiz wpywu jakoci

wejciowych danych sejsmicznych na wyniki interpretacji i inwersji w wariancie

akustycznym. Poprzez zastosowanie inwersji akustycznej i analiz atrybutw sejsmicznych

wskazano moliwo identyfikacji w zapisie sejsmicznym puapek litologicznych

(stratygraficznych sensu Levorsen, 1974) w utworach grnego czerwonego spgowca. W

rejonie Chrzstowo-Ksi Wielkopolski w celu szczegowego rozpoznanie strefy puapki

litologicznej Rusocina wykonano: przetwarzanie formy sygnau, powtrne przetwarzanie

danych polowych dla profilu sejsmicznego T0011004, dowizanie danych otworowych do

zapisu sejsmicznego przy pomocy sejsmogramw syntetycznych, interpretacj przewodnich

horyzontw cechsztyskich i mezozoicznych, ktr wykorzystano do opracowania modelu

geologicznego permu na przekroju T0011004 oraz analiz atrybutw i inwersj sejsmiczn.

W wyniku przeprowadzonej kompleksowej interpretacji opracowano modele puapek

litologicznych wskazujc na moliwo ich wystpowania nie tylko w stropie czerwonego

spgowca, lecz take w niszej czci profilu.

W rozdziale czwartym pracy przedstawiono zagadnienie sejsmicznego kartowania

puapek strukturalnych na gbokociach wikszych ni -4000 m p.p.m. Zagadnienie to

przedstawiono na przykadzie analizy danych geologicznych i geofizycznych wykonanej w

rejonie Kalisz-Malanw-Konin na pograniczu monokliny przedsudeckiej i niecki mogilesko-

dzkiej. Przeprowadzono interpretacj strukturalno-tektoniczn kompleksu cechsztysko-

mezozoicznego na 40 przekrojach sejsmicznych. Analiza danych sejsmicznych pozwolia

okreli zasadnicze etapy przebudowy strukturalno-tektonicznej obszaru, w tym triasowej

struktury rowowej Kalisz-Florentyna i struktury solnej Turek-Konin. Szczegln uwag

zwrcono na zmienno wyksztacenia litologiczno-miszociowego cechsztynu, ktra

odgrywa zasadnicze znaczenie w modelu prdkoci sejsmicznych, a tym samym

prawidowym odwzorowaniu gbokociowym puapek strukturalnych w stropie czerwonego

spgowca. Na podstawie szczegowej analizy cechsztynu dokonano podziau tego

kompleksu na dwie warstwy: grn z przewag utworw solnych oraz doln z przewag

utworw anhydrytowych, ktre wykorzystano do budowy pola prdkoci w cechsztynie. Do

opracowania pola prdkoci w mezozoiku wykorzystano osnow strukturaln z interpretacji

danych sejsmicznych, prdkoci z inwersji tomograficznej i otworw. Opracowanie pola

prdkoci umoliwio wykonanie konwersji gbokociowej map przewodnich horyzontw

sejsmicznych, w tym refleksu Z1 utosamianego ze spgiem cechsztynu. Na tej podstawie


4



opracowano model budowy geologicznej kompleksu cechsztysko-mezozoicznego, ktry

zosta wykorzystany do modelowa rekonstruujcych ewolucj strukturaln wybranej puapki

i porowatoci piaskowcw zbiornikowych czerwonego spgowca.

W ostatnim rozdziale pracy przedstawiono wnioski wynikajce z analizy karbosko-

dolnopermskiego systemu naftowego oraz okrelenia litologicznych i strukturalno-

tektonicznych uwarunkowa akumulacji gazu ziemnego w utworach grnego czerwonego

spgowca, wykonanej z wykorzystaniem zintegrowanej metodyki poszukiwawczej

obejmujcej dane geologiczne, sejsmiczne i numeryczne modelowania naftowe.

W pracy wykorzystano specjalistyczne oprogramowanie do analizy danych

geologicznych i geofizycznych firmy Landmark Graphics Corporation, w postaci

nastpujcych pakietw oprogramowania: ProMAX do przetwarzania danych sejsmicznych,

SynToo/SeisWell do konstrukcji sejsmogramw syntetycznych i ekstrakcji sygnau

sejsmicznego, PostStack/PAL do przetwarzania danych sejsmicznych po skadaniu oraz

analizy atrybutw sejsmicznych, SeisWorks/2D do interpretacji strukturalno-tektonicznej,

RAVE do analizy statystycznej danych geofizyki otworowej, DepthTeam/Express do budowy

modeli pl prdkoci, ZMapPlus do opracowania map strukturalnych i miszociowych, oraz

baz danych otworowych OpenWorks.

Skadam podzikowania Panu Prof. dr hab. in. Wojciechowi Greckiemu za

yczliwo udzielon w trakcie powstawania niniejszej pracy i cenne rady, ktre wpyny na

jej ostateczny ksztat.

Pragn podzikowa rwnie Koleance dr in. Beacie Reicher, oraz Kolegom w

osobach: dr in. Michaowi Stefaniukowi z Katedry Geologii Oglnej, Ochrony rodowiska i

Geoturystyki, mgr in. Leszkowi Smolarskiemu, mgr in. Tomaszowi Marecikowi, mgr in.

Bartoszowi Papiernikowi i mgr in. Arturowi Piotrowi apinkiewiczowi z Katedry Surowcw

Energetycznych Akademii Grniczo-Hutniczej w Krakowie, oraz mgr in. Krzysztofowi

Pienidzowi z Geofizyki Krakw Sp. z o.o. za merytoryczne dyskusje nad rozwizaniami

metodycznymi dotyczcymi problematyki podjtej w pracy.

Skadam podzikowania Dyrekcji Departamentu Poszukiwania Z Polskiego

Grnictwa Naftowego i Gazownictwa S.A. w Warszawie za wyraenie zgody i udostpnienie

danych sejsmicznych i otworowych wykorzystanych w niniejszej pracy.

Dzikuj amerykaskiej firmie Landmark Graphics Corporation za moliwo

wykorzystania specjalistycznego oprogramowania udostpnionego w ramach programu

wspierania bada naukowych uniwersytetw (Agreement No. 2006-COM-038833).


5



2. ZARYS BUDOWY GEOLOGICZNEJ

I KARBOSKO-DOLNOPERMSKI SYSTEM NAFTOWY

2.1. POLSKI BASEN CZERWONEGO SPGOWCA

Basen permski rozcigajcy si w zachodniej i centralnej Europie od Wielkiej Brytanii

po Polsk jest jednym z gwnych rejonw wydobycia gazu ziemnego w Europie (Glennie,

1990; Ziegler, 1990). System wyniesie Mid North Sea High - Ringkbing-Fyn High dzieli

basen permski na pnocny i poudniowy (rys. 2.1), a najwiksze odkryte dotychczas zoa

gazu ziemnego w utworach czerwonego spgowca wystpuj w basenie poudniowym w

szerokim zakresie gbokoci od okoo 1000 m do prawie 6000 m. W sektorze brytyjskim

dotychczas odkryto ponad 290 z gazu ziemnego, a w sektorach holenderskim i niemieckim

229 z gazu ziemnego (rys. 1.1). Gwnym regionalnym uszczelnieniem dla ska

zbiornikowych czerwonego spgowca s ewaporaty cechsztynu (rys. 2.1), a ska macierzyst

dla wglowodorw s wystpujce w podou utwory karbonu o zrnicowanej dojrzaoci

termicznej materii organicznej (rys. 2.2). Na wschodnim kracu poudniowego basenu

permskiego od pnocy ograniczonego pasem wyniesie strukturalnych Mid North Sea -

Rinkbing-Fyn High a od poudnia Masywem Brabantu i frontem waryscydw (Glennie,

1990; Ziegler, 1990) wystpuje polski basen permski (rys. 2.1). Na obszarze Polski i Niemiec

basen ten jest rozwinity czciowo na pogrzebanych fragmentach waryscydw europejskich

(Ziegler, 1990). Poudniowy basen dolnopermski (czerwonego spgowca) jest wypeniony

skaami wulkanicznymi stefanu i dolnego czerwonego spgowca (autunu) (rys. 2.3) oraz

skaami osadowymi grnego czerwonego spgowca o maksymalnych miszociach powyej

1500 m wystpujcych w basenie pnocnoniemieckim (rys. 2.4).

Polski basen czerwonego spgowca powsta na podou o rnym wieku konsolidacji.

Poudniowo-zachodnia cz basenu rozprzestrzenia si na platformie waryscyjskiej,

centralna pomidzy poudniowo-zachodni krawdzi kratonu prekambryjskiego i frontem

fadowa waryscyjskich na platformie kaledoskiej, a na wschodzie wystpuje na kratonie

prekambryjskim. Wypenienie basenu polskiego buduj skay wylewne i piroklastyczne oraz

rnego rodzaju ldowe osady klastyczne (Pokorski 1976, 1988). Geodynamiczna ewolucja

basenu zaleaa w znacznym stopniu od struktury podoa.


6



Wypitrzenie centralnej i zachodniej czci Niu Polskiego w najwyszym

karbonie i najniszym permie, mogo by spowodowane podgrzaniem podoa

niestabilnej termicznie, modej platformy waryscyjskiej i wywoao rwnie

postorogeniczny wulkanizm dolnopermski. Ustanie tych procesw i chodzenie

uruchomio gwny mechanizm subsydencji mechaniczne rozciganie skorupy. Gwn

rol w formowaniu basenw odegray wic naprenia tensyjne, ktre doprowadziy do

tektoniki zrbowej na usztywnionym przedpolu waryscydw (Znosko, 1992).

W najwyszym karbonie i najniszym permie miaa miejsce intensywna dziaalno

wulkaniczna, w wyniku ktrej powstay pokrywy ska wulkanicznych, gwnie ryolitw i

dacytw z podrzdnym udziaem tufw, o miszoci od 800 do 1000 m (Pokorski, 1988).

Pomidzy pokryw ska wulkanicznych, a osadami najniszego grnego czerwonego

spgowca istnieje luka stratygraficzna, pokrywajca si w znacznej mierze z lukami

sedymentacyjnymi, obejmujca pitra od sakmaru do dolnego tataru i liczca okoo 20 mln lat

w zasigu wystpowania wulkanitw. Na platformie kaledoskiej, poza zasigiem

wulkanitw, gdzie grny czerwony spgowiec ley na rnych ogniwach modszego

paleozoiku, minimalna luka zaczyna si od wyszego westfalu i liczy okoo 35-40 mln lat. Na

przewaajcej czci platformy prekambryjskiej jej rozpito szacuje si na 60-65 mln lat od

grnego namuru po cechsztyn (Wagner, 1994). Luka stratygraficzna pomidzy pokryw ska

wulkanicznych, a osadami klastycznymi grnego czerwonego spgowca, datowanymi

magnetostratygraficznie na dolny tatar (Menning 1986, 1991; Nawrocki i in., 1993),

dokumentuje okres wypitrzania i dominacji procesw wietrzenia i erozji na obszarze Niu

Polskiego.

Basen polski zosta zainicjowany w pnym permie w wyniku silnego impulsu

subsydencji tektonicznej, najprawdopodobniej subsydencji termicznej (Wagner, 1994)

datowanej na niszy tatar. Rozwj subsydencji tektonicznej basenu polskiego jest

reprezentowany przez kilka stadiw nasilonej subsydencji w pnym permie-wczesnym

triasie, pnej jurze i pnej kredzie, po ktrych nastpoway fazy wolniejszej subsydencji

(Dadlez i in., 1995; Poprawa, 1997a, van Wees i in., 1997). Wyraniejsze niezgodnoci w

brzenych strefach basenu powstay z pocztkiem wczesnej jury (208-194.5 Ma), we

wczesnej jurze rodkowej (178-170 Ma) oraz w najwczeniejszej kredzie (berias; 145.6-

140.7 Ma) (Dadlez i Marek, 1997).


7



Przyczyny gwatownej subsydencji trwajcej od grnego czerwonego spgowca do

rodkowego pstrego piaskowca wcznie naley najprawdopodobniej wiza z procesami

zmian termicznych w skorupie i grnym paszczu (Znosko, 1992; Ziegler, 1990).

Gwatowna pnopermsko-wczesnotriasowa subsydencja inicjujca rozwj basenu

(Stephenson, 1993; Dadlez i in., 1995), skadajca si z dwu zasadniczych faz tektonicznych

(Poprawa, 1997a), w rodkowym i grnym triasie przechodzia w faz stopniowo

wygasajcej subsydencji termicznej (Dadlez i in., 1995; Poprawa, 1997a). Podobnie,

zdarzenie oksfordzko-kimerydzkie znajduje konsekwencje w subsydencji termicznej (Dadlez

i in., 1995, Kutek, 1997). Oba powysze zdarzenia tektoniczne w basenie s interpretowane

jako fazy synryftowej subsydencji w reimie ekstensyjnym (Dadlez i in., 1995; Poprawa,

1997a; Kutek, 1997). W rozwoju tektonicznym basenu moliwy jest te znaczcy udzia

transtensji, o czym wiadcz przesuwcze struktury wieku mezozoicznego oraz architektura

depocentrw basenu (Poprawa, 1997a, 1997b).

Pnokredowa faza przyspieszonej subsydencji wyprzedzia deformacje kompresyjne

basenu i bya zarazem pierwszym efektem rozwijajcej si inwersji przedpola alpidw

(Ziegler i in., 1995; Poprawa i Malata, 1997; Dadlez i Marek, 1997). Jako prawdopodobny

mechanizm tej fazy subsydencji mona wskaza fleksuraln reakcj litosfery na narastajc

kompresj subhercysko-laramijsk (Kooi i Cloetingh, 1989; Poprawa, 1997a).

Basen polski podlega pnokredowej-wczesnotrzeciorzdowej inwersji tektonicznej,

ktra bya efektem rozbudowywania si kompresyjnego reimu w litosferze przedpola

alpidw europejskich podczas kolizji alpejskiej (Ziegler i in., 1995). Rozmiary erozji s

szacowane na okoo 1000-3000 m w osi basenu (Stefaniuk i in., 1996; Dadlez i Marek, 1997;

Makowski i in., 1998; Papiernik i Reicher, 1998).

W efekcie regionalnej kompresji i inwersji basenu po obu stronach pierwotnej osi

depocentrum basenu, a dzi osi wau rodkowopolskiego, rozwiny si pnokredowo-

wczesnopaleoceskie subbaseny, obecnie majce charakter niecek tektonicznych, w ktrych

miszo utworw kredy dochodzi lokalnie do okoo 3000 m (Marek i in., 1977;

Karnkowski, 1993). Przed kocem mastrychtu poudniowo-zachodnia niecka ulega

wyniesieniu, a utwory dolnego paleocenu zachoway si tylko w niecce pnocno-wschodniej

(brzenej) (Dadlez i Marek, 1997). Zjawisko inwersji miao niewtpliwie negatywny,

rozformowujcy wpyw na ewentualnie istniejce ju zoa, zarwno ze strukturalnego, jak i

hydrodynamicznego punktu widzenia, cho znane s z poudniowego Morza Pnocnego

przykady wypeniania zbiornikw czerwonego spgowca gazem ziemnym w trakcie migracji

uruchomionej regionaln inwersj (Cooper i Barnard, 1984).


8



W basenie polskim gazonone utwory grnego czerwonego spgowca s jednym z

gwnych poziomw poszukiwawczych. Prace poszukiwawcze prowadzone nieprzerwanie od

ponad 40 lat przez przemys naftowy doprowadziy do odkrycia kilku z na Pomorzu

Zachodnim, a przede wszystkim wielu z gazu ziemnego na obszarze przedsudeckim po

pnocno-wschodniej (niecka poznaska) i poudniowo-zachodniej (niecka zielonogrska)

stronie wau wolsztyskiego (rys. 2.5). Pierwszym zoem gazu ziemnego odkrytym w 1964

r. byo zoe Bogdaj-Uciechw zakumulowane w utworach czerwonego spgowca i wapienia

cechsztyskiego (Karnkowski, Sokoowski, Stemulak, 1966; Karnkowski, 1993). Zoa w

utworach czerwonego spgowca wystpuj w przedziale gbokoci od 1000 do okoo 3500

m, niekiedy w poczonych poziomach zbiornikowych czerwonego spgowca i wapienia

cechsztyskiego (np. zoa: Bogdaj-Uciechw, Wierzchowice), a take wapienia

cechsztyskiego-czerwonego spgowca-karbonu (np. zoe Papro), (Karnkowski 1993,

1999). Cech charakterystyczn wikszoci struktur zlokalizowanych w niecce poznaskiej w

porwnaniu do niecki zielonogrskiej s ich mae amplitudy i pojemnoci (Mularczyk,

Pawowski, 2004). Dotychczas odkrytym zoem o najwikszych zasobach w niecce

poznaskiej jest zoe gazu ziemnego Radlin (Karnkowski, 1993). Du perspektywiczno

centralnej czci niecki poznaskiej na gbokoci okoo -3500 m p.p.m. dokumentuj

dotychczasowe prace poszukiwawcze, w wyniku ktrych obok licznych objaww uzyskano w

latach 2005-2006 przemysowy przypyw gazu ziemnego na strukturach roda Wielkopolska i

Winna Gra (rys. 2.5). Gazonone utwory grnego czerwonego spgowca na obszarze basenu

polskiego pomimo wielu dotychczasowych odkry zoowych s zatem nadal

perspektywiczne dla poszukiwa naftowych. Prace poszukiwawcze prowadzone na obszarze

monokliny przedsudeckiej w strefie rem-Kalisz-Konin nastawione s na kartowanie rnego

typu puapek, gwnie litologicznych w przykrawdziowym, pnocno-wschodnim pasie wau

wolsztyskiego i strukturalno-tektonicznych w gbszej czci basenu, ju na gbokociach

od -3500 do -5500 m p.p.m. w obszarach dotychczas niewystarczajco rozpoznanych

badaniami sejsmicznymi i wierceniami (rys. 2.6).


9



2.2. ZARYS BUDOWY GEOLOGICZNEJ ANALIZOWANEGO OBSZARU

W budowie geologicznej analizowanego rejonu rem-Kalisz-Konin obejmujcego w

planie alpejskim obszar monokliny przedsudeckiej i niecki mogilesko-dzkiej wydziela si

trzy pitra strukturalne: kenozoiczne (polaramijskie), permsko-mezozoiczne (laramijskie) i

waryscyjskie. Pitra strukturalne rozdzielone s powierzchniami niezgodnoci o zasigu

regionalnym i charakteryzuj si odmiennym stylem tektonicznym.

PITRO KENOZOICZNE jest reprezentowane przez utwory trzeciorzdu

(miocenu i pliocenu) oraz czwartorzdu (plejstocenu i holocenu) zalegajce prawie poziomo

na wychodniach utworw jury i kredy. Osady trzeciorzdu wyksztacone s jako piaski,

muki i iy. Polodowcowe osady czwartorzdu reprezentowane s przez gliny, piaski i wiry.

PITRO PERMSKO-MEZOZOICZNE buduj utwory, ktrych sedymentacja

odbywaa si w rnych rodowiskach depozycji od morza epikontynentalnego do ldowych

(Dadlez i Marek, 1997). Pokryw permsko-mezozoiczn rozpoczynaj osady grnego

czerwonego spgowca zaliczane do podgrupy Drawy, ktre wypeniy deniwelacje podoa i

zalegaj na skaach dolnego czerwonego spgowca lub bezporednio na sfadowanym

podou karboskim. Powierzchni stropow pitra permsko-mezozoicznego wyznacza

podkenozoiczna powierzchnia niezgodnoci. Na dolnej stronie tej powierzchni ukazuj si

rnowiekowe wychodnie mezozoiku reprezentowane przez skay kredy, jury i triasu (rys.

2.7). Profil utworw mezozoiku jest w rnym stopniu zredukowany stratygraficznie i

miszociowo w wyniku pnej erozji epigenetycznej z przeomu kredy i trzeciorzdu.

Kreda

Epikontynentalny basen pnej kredy osign maksymalne rozprzestrzenienie w turonie. Z

kocem turonu tektoniczny reim basenu zmienia si na kompresyjny, doprowadzajc w

efekcie do inwersji basenu i powstania wskich stref subsydencji pnokredowej (Poprawa,

1997a). W niecce mogilesko-dzkiej kreda osiga miszoci dochodzce do 3000 m

(Marek i in., 1977). W okresie alb-cenoman nastpujca transgresja morska doprowadzia do

rozwoju sedymentacji marglisto-wglanowej otwartego zbiornika, z udziaem terygenicznych

iowcw i piaskowcw, przewanie morskiego pochodzenia (cenoman-turon) oraz

biogenicznych utworw krzemionkowo-wglanowych senonu w facji kredy piszcej i opok

(Krassowska, 1997). Taki obraz sedymentacji trwa w poudniowo-zachodniej czci basenu

do mastrychtu, a w pnocno-wschodniej czci kontynuowa si do wczesnego paleocenu

(Dadlez i Marek, 1997). Wrd osadw dolnej kredy od infrawalanynu do albu, przewaaj


10



piaskowce, muowce i iowce powstae w rodowiskach ldowych, brakicznych i marginalnej

strefie zbiornika morskiego. Depozycja wglanowa rozwina si tylko w okresie berias-

hoteryw w poudniowo-wschodniej czci zbiornika (Marek, 1997). W utworach barremu-

albu rodkowego dominuj piaskowce (Marek i Raczyska, 1973).

Jura

Profil jury jest zredukowany stratygraficznie i coraz to starsze ogniwa jury odsaniaj si na

monoklinie przedsudeckiej na podkenozoicznej powierzchni niezgodnoci. Utwory jury s

zrnicowane facjalnie. W centralnej i poudniowej czci basenu pnej jury rozwina si

platforma wglanowa, podczas gdy na pnocnym-zachodzie przewaaa sedymentacja

terygeniczna (Niemczycka, 1997). Malm reprezentowany jest przez facje wglanowych

utworw oksfordu i dolnego kimerydy oraz facje iowcowo-margliste wyszego kimerydu i

portlandu. Miszo marglistych i wglanowych utwory grnej jury zmienia si w szerokim

zakresie od kilkunastu do ponad 1000 m (Niemczycka, 1997). W najpniejszej jurze regresja

morska doprowadzia do rozwoju utworw ewaporatowych tytonu (wog) (Dadlez i Marek,

1997). W jurze rodkowej w warunkach otwartego zbiornika morskiego odbywaa si

sedymentacja silikoklastyczna. W poudniowo-wschodniej czci basenu w batonie i

keloweju rozwino si wglanowe rodowisko depozycyjne (Dayczak-Calikowska, 1997).

Doln jur reprezentuj przewanie terygeniczne osady ilasto-piaskowcowe wyksztacone w

facjach limnicznych i brakicznych oraz facji otwartego morza (Dadlez i Kopik, 1973).

Miszo jury dolnej i rodkowej zmienia si od 50 do ponad 1700 m (Karnkowski, 1993).

Trias

Trias reprezentowany jest przez wszystkie pitra od pstrego piaskowca do retyku.

Retyk reprezentuj utwory gwnie muowcowo-iowcowe, niekiedy dolomityczne lub

piaszczyste o miszoci od 100 do 250 m.

Kajper reprezentowany jest przez kompleks klastyczno-ewaporatowy o miszoci miejscami

ponad 300 m. Kajper dolny stanowi utwory iowcowo-piaskowcowe, natomiast w kajprze

grnym przewaaj utwory ewaporatowe (Gajewska, 1997).

Wapie muszlowy jest wyksztacony gwnie jako wapienie, margle, dolomity, anhydryty i

gipsy (Gajewska, 1997). Miszo dolnego wapienia muszlowego wynosi do 70 m,

rodkowego do 30 m, a grnego od 15 do 20 m (Senkowiczowa i Kopik, 1976; Gajewska,

1997).

Grny pstry piaskowiec (ret) rozwinity jest w facjach wglanowo-ewaporatowo-

klastycznych (Senkowiczowa i Szyperko-liwczyska, 1973). Dolny i rodkowy pstry


11



piaskowiec buduj utwory piaskowcowo-muowcowo-iowcowe, zawierajce rwnie margle,

zailone wapienie oraz koncentracje anhydrytu (Senkowiczowa i Kopik, 1976).

Cechsztyn

Utwory cechsztynu s reprezentowane przez 4 cyklotemy: PZ4, PZ3, PZ2 i PZ1 (rys. 2.8A i

C). Osady terygeniczno-ewaporatowe najwyszego cechsztynu - cyklotem PZ4 powstay w

warunkach zmiany klimatu od wilgotnego do suchego (Wagner, 1994). Osady wglanowo-

ewaporatowe obejmujce cyklotemy PZ3, PZ2 i PZ1 utworzyy si w pytkim

epikontynentalnym basenie morskim w warunkach klimatu suchego. Miszo osadw

cechsztynu jest znacznie zrnicowana osigajc na obszarze platformy waryscyjskiej do 850

m miszoci a maksymalne do 1500 m w brudzie rodkowopolskiej, ktra stanowia w tym

czasie depocentrum (rys. 2.8. A i C). Na obszarze platformy prekambryjskiej miszo waha

si od kilkudziesiciu do 450 m. Na poudniowych peryferiach terygenicznego basenu

najwyszego cechsztynu oraz poza basenem w lokalnych obnieniach i rowach tektonicznych,

wystpuj osady terygeniczne rnych rodowisk ldowych, ktre ze wzgldu na

problematyczne okrelenie wieku (czerwony spgowiec lub najwyszy cechsztyn) okrelono

ogln nazw cechsztyn terygeniczny PZt.

W obrbie cyklotemu PZ4 wyrniono subcyklotemy od PZ4a do PZ4e (rys. 2.8C), z

ktrych kady jest rezultatem jednego cyklu klimatycznego - okres wilgotny z sedymentacj

terygeniczna i okres suchy z sedymentacj ewaporatw. Specyficzne warunki sedymentacji w

cyklotemie PZ4 spowodoway wyksztacenie trzech zasadniczych litofacji: zubrowej, ilasto-

solnej i terygenicznej. Litofacja zubrowa wystpuje w centrum depozycji cyklotemu PZ4

(Wagner 1994). Charakterystyczn cech tej litofacji jest specyficzne wyksztacenie

poziomw terygeniczno-solnych, bdcych odpowiednikami iw solnych w litofacji ilasto-

solnej. Wystpowanie litofacji ilasto-solnej jest ograniczone do peryferycznej strefy zbiornika

ewaporacyjnego. Litofacja ta, typowa dla cyklotemw Z4 i Z5 w basenie niemieckim,

charakteryzuje si wyranym rozdziaem na czony terygeniczne i ewaporatowe. Obszar

litofacji terygenicznych zajmuje najbardziej peryferyczn cz basenu otaczajc zbiornik

ewaporatowy. Wyrniono tu formacj rewalsk (Szyperko-Teller, 1997) z dominacj w

profilu iowcw i muowcw i nieformaln stropow seri terygeniczn, w ktrej wystpuj

liczne przewarstwienia piaskowcw, a nawet zlepiecw.

Profil cyklotemu PZ3 rozpoczynaj osady terygeniczne szarego iu solnego (T3), ktry

tworzy cig pokryw o niewielkiej miszoci od 0,5 do 3 m w centrum basenu do

kilkunastu metrw w niektrych rejonach strefy brzegowej. Wyej le osady dolomitu

pytowego (Ca3), ktrego miszo wynosi od 2 do 4 m, a tylko w brzenej czci basenu na


12



platformie wglanowej wynosi od 20 do 40 m. Ponad dolomitem pytowym ley szeroko

rozprzestrzeniony anhydryt gwny (A3). rednia miszo na obszarze rwni basenowej

wynosi 3040 m, a lokalnie wzrasta do 100 m. Powyej wystpuje modsza sl kamienna

Na3, ktrej miszo na platformie paleozoicznej przekracza 100 m osigajc w centrum

depozycji ponad 300 m. W rodkowej i grnej czci profilu PZ3 wystpuj miejscami

soczewy soli potasowo-magnezowych osigajcych miszoci do 20 m. W najwyszej czci

modszych soli kamiennych w brzenej czci basenu wystpuje poziom modszych soli

zailonych (Na3t).

Ewaporaty cyklotemu PZ2 s kompletnie rozwinite. Wyrniono w nich dolomit

gwny (Ca2), anhydryt podstawowy (A2), starsz sl kamienn (Na2), starsz sl potasow

(K2), oraz starsz sl kamienn kryjc (Na2r) i anhydryt kryjcy (A2r). W centralnym

basenie sedymentacyjnym ewaporaty stanowi ponad 90% miszoci osadw PZ2

szacowanych na 600 do 800 m. Dolomit gwny jest na prawie caym obszarze przykryty

przez anhydryt podstawowy (A2). Miszo anhydrytu podstawowego na platformach

wglanowych waha si od kilku do 30 m, zwikszajc si lokalnie do 50 m w strefach

stromego stoku platformy wglanowej. W gbokim centralnym basenie sedymentacyjnym

anhydryt podstawowy ma minimalne miszoci od 2 do 4 m i zbudowany jest z anhydrytw

warstwowanych i laminowanych. Najwiksze miszoci starsza sl kamienna Na2 osigna

w gbokowodnym centralnym basenie sedymentacyjnym. W brzenej czci basenu

maksymalna miszo soli Na2 wynosi 550 m, std mona przypuszcza, e w centrum

depozycji maksymalne miszoci mogy osign 600-800 m. W grnej czci starszych soli

kamiennych utworzyy si szeroko rozprzestrzenione sole potasowo-magnezowe o miszoci

od kilku do 120 m. Sedymentacj ewaporatw cyklotemu PZ2 kocz cienkie poziomy

starszych soli kamiennych kryjcych (Na2r) o miszoci od 2 do 10 m oraz anhydrytu

kryjcego (A2r) o miszoci od 1 do 4 m.

Ewaporaty cyklotemu PZ1 s reprezentowane przez wszystkie poziomy

litostratygraficzne ze stratotypowego obszaru basenu niemieckiego. Typow cech basenu

ewaporatowego PZ1 w Polsce odrniajc go od basenw zachodnioeuropejskich jest

wystpowanie soli kamiennych w centralnej jego czci oraz due zrnicowanie miszoci

pomidzy anhydrytami i sol kamienn (rys. 2.8B i C). Charakterystyczn cech ewaporatw

tego cyklotemu jest przewaajcy udzia anhydrytw w profilu, ktre stanowi na og do

50% miszoci caego profilu z wyjtkiem brzenych basenw solnych, gdzie dominuje

najstarsza sl kamienna Na1. Miszo anhydrytw dochodzi do 400 m.


13



Najstarszym osadem cechsztynu jest upek miedzionony (T1) reprezentowany przez szaro-

czarne, silnie wapniste upki o miszoci od 30 do 60 cm, przechodzce lateralnie w brzene

wglany i osady klastyczne. Ponad upkiem miedziononym ley wapie cechsztyski (Ca1)

o miszoci od kilkudziesiciu centymetrw do 120 metrw, a nastpnie anhydryt dolny

(AlD), ktrego miszo zmienia si od kilkunastu do 250 m w strefach pytkowodnych i od

30 do 70 m w basenie centralnym. Powyej zalega najstarsza sl kamienna (Na1), ktra w

basenie centralnym ma relatywnie ma miszo od kilkunastu do 50 m. Wyej w profilu

wystpuje anhydryt grny (A1G), ktrego miszo w basenie centralnym wynosi okoo 50

m. W strefie przejcia od basenu gbokowodnego do pytkowodnych wystpuj czsto

platformy anhydrytu grnego, ktry osiga tu miszoci powyej 100 m, a maksymalnie do

okoo 300 m. Na pozostaym obszarze, w strefach pytkowodnych, anhydryt ma miszo

poniej 50 m i rozpoczyna si brekcj anhydrytow. W brzegowej strefie basenu PZ1

wystpuj czsto czerwone osady terygeniczne, gwnie muowce, rzadziej piaskowce i

zlepiece okrelone jako recesywna seria terygeniczna (T1r) cyklotemu PZ1 (Wagner, 1994).

Rozwj litologiczny osadw cyklotemu PZ1, a zwaszcza jego dolnych ogniw by

uwarunkowany zrnicowan paleomorfologi podoa z pocztkiem cechsztynu. Najstarsze

osady transgresywne w basenie polskim s formalnie zaliczane do grnego czerwonego

spgowca. S to gwnie przerobione przez falowanie osady eoliczne czerwonego spgowca

wystpujce lokalnie i znane jako piaszczyste utwory biaego spgowca.

Na prawie caym obszarze wystpowania utworw cechsztynu najgbsz granic

refleksyjn rejestrowan badaniami sejsmicznymi jest granica Z1 wizana ze spgiem

cechsztynu. W obrbie utworw cechsztyskich koreluje si rwnie inne przewodnie granice

odbijajce Z1, Z2, Z3 i Z4 zwizane kolejno ze stropem anhydrytu dolnego cyklotemu PZ1,

anhydrytu podstawowego cyklotemu PZ2, anhydrytu gwnego cyklotemu PZ3 i stropem

cechsztynu (Karnkowski, 1993; Karnkowski P. H., 2007), (rys. 2.9).

Grny czerwony spgowiec

Granica cechsztyn-grny czerwony spgowiec w basenie polskim zostaa jednoznacznie

zdefiniowana litostratygraficznie w spgu upka miedziononego, a w przypadku jego braku

w spgu wapienia cechsztyskiego (Wagner i in., 1978).

Najstarsze skay pokrywy permsko-mezozoicznej reprezentuj osady grnego czerwonego

spgowca zaliczane do podgrup Drawy i Noteci (rys. 2.10). Sedymentacja tych osadw bya

zwizana z aktywnoci tektoniczn basenu wyraon niecigociami altmarckimi (Almark

I-IV), ktre byy podstaw podziau tych osadw na cztery mniejsze jednostki

allostratygraficzne (Hoffmann, Pokorski i in., 1997), (rys. 2.11). W obrbie podgrupy Drawy


14



wyrniono formacj Piy, ktrej odpowiednikiem w basenie niemieckim jest formacja

Parchim, oraz Czaplinka z odpowiednikiem formacj Mirow. W podgrupie Noteci

wyrniono formacj Piaskw z odpowiednikiem - formacj Dethlingen oraz Szubina

skorelowan z formacj Hannover. Piaskowce podgrupy Noteci s gwnym poziomem

zbiornikowym, z ktrym zwizane s wszystkie zoa gazu ziemnego w polskim basenie

czerwonego spgowca. Po pnocno-wschodniej stronie wau wolsztyskiego miszo

grnego czerwonego spgowca zmienia si od 0 do 300 m w strefie przykrawdziowej, do

800 m w rejonie Wrzeni i maksymalnie do 900 m w rowie Krnika (rys. 2.12).

PITRO WARYSCYJSKIE jest reprezentowane przez kompleks ska wulkaniczno-

klastycznych dolnego czerwonego spgowca-grnego karbonu oraz sfadowane utwory

karbonu o upadach zmieniajcych si od 0 do 90o. Rozpoznanie tego pitra jest

niedostateczne ze wzgldu na brak wiarygodnych odbi sejsmicznych poniej spgu

cechsztynu, a nieliczne wiercenia dostarczaj informacji tylko odnonie partii przystropowych

karbonu.

Osady niszej czci grnego czerwonego spgowca wystpujce w obrbie luki

stratygraficznej pomidzy podgrupami Odry i Drawy zaliczono do Podgrupy Mritz. W

basenie polskim utwory te s reprezentowane przez formacj Krnika, stwierdzon w

rowie Poznania w profilu otworu Krnik-1 (rys. 2.11).

W stropie ska wylewnych wystpuj skay piroklastyczne (tufy popioowe, tufity,

aglomeraty tufowe) przewarstwiajce si ze skaami osadowymi, gwnie

drobnoklastycznymi, ktre zostay zaliczone do ogniwa obrzyckiego (rys. 2.10). Skay

ogniwa obrzyckiego zostay skorelowane z wydzielanym w basenie niemieckim ogniwem

Berbertal. Osady wieku najniszy dolny czerwony spgowiec-grny karbon zostay

zaliczone do Podgrupy Odry, w obrbie ktrej wyrniono dwie formacje: Wielkopolsk i

wica (Hoffmann, Pokorski i in., 1997), (rys. 2.11).

Formacja Wielkopolska zbudowana jest gwnie z rnego rodzaju ska wylewnych z

przewarstwieniami ska osadowych. Utwory wulkanogeniczne wystpuj w Polsce

zachodniej, jednak gwne centrum wulkanizmu znajdowao si we wschodniej czci

basenu niemieckiego, gdzie maksymalna miszo pokrywy ska wylewnych przekracza

2500 m (Hoffmann, Pokorski i in., 1997).

Formacja wica zbudowana jest ze ska wystpujcych w podou sekwencji ska

wylewnych, na pograniczu karbonu i permu. Reprezentowana jest przez skay klastyczne,

czerwone, gwnie muowce i piaskowce, z podrzdnym udziaem zlepiecw. S to gwnie

utwory fluwialne i limniczne regresywnych zbiornikw rdldowych. Odpowiednikiem tej


15



formacji w basenie niemieckim jest formacja Mnchgut z ogniwem Splingen (rys. 2.10 i

2.11).

Karbon

Najstarszymi skaami stwierdzonymi wierceniami w omawianym obszarze s utwory

karbonu dolnego (rys. 2.13) obejmujce pitra od turneju po grny wizen, przy czym seria od

turneju po niszy wizen grny na og nie ma dokumentacji paleontologicznej i jest

wydzielana na podstawie podobiestwa w wyksztaceniu litologicznym. Zdaniem

Wierzchowskiej-Kicuowej (1987) za utwory tego wieku uwaa si seri muowcowo-ilast i

piaszczysto-wglanow z otworu Brzozw-1 oraz iowce i muowce z poziomami tufitw i

zlepiecw z otworu Wichw-1. Utwory nalece do wyszego wizenu grnego s dobrze

udokumentowane paleontologicznie goniatytami, na podstawie ktrych wyrniono poziomy

od Goalfa do Gogamma. Utwory te reprezentowane s przez ciemnoszare i czarne osady

iowcowo-muowcowe z wkadkami piaskowcw szarogazowych o spoiwie ilasto-

krzemionkowym (Wierzchowska-Kicuowa, 1987).

Utwory karbonu grnego obejmuj pitra od namuru po stefan. Na utworach pitra

Goniatites zalegaj zgodnie osady namuru A reprezentowane przez ciemnoszare iowce z

wkadkami muowcw i piaskowcw szarogazowych. Podobiestwo litologiczne tych

osadw do niej zalegajcych utworw dolnego karbonu uniemoliwia ich rozdzielenie bez

dokumentacji paleontologicznej. Wystpujce wyej utwory namuru B i C charakteryzuj si

ju innym wyksztaceniem i reprezentowane s przez iowce szaro-brzowe oraz muowce

brunatno-czerwone z wkadkami piaskowcw szarogazowych, arkozowych i kwarcowych.

Dotychczasowe pogldy na temat wystpowania utworw grnego karbonu (westfalu i

stefanu) byy odmiennie interpretowane przez rnych autorw. Na podstawie bada

palinologicznych rozprzestrzenienie tych utworw jest najwiksze i obejmuje stref

grotworu waryscyjskiego (Parka, lusarczyk, 1988). Najmodsze ogniwo grnego karbonu

(stefan) zostao zidentyfikowane na podstawie bada palinologicznych po poudniowej

stronie wau wolsztyskiego w niecce zielonogrskiej w odwiercie ugowo-2 (lusarczyk,

1980; Wierzchowska-Kicuowa, 1984). Jednak badania palinologiczne ze wzgldu na ich

niemiarodajny charakter wynikajcy z moliwoci oznaczenia pykw i spor zarwno w

starszych, jak i modszych utworach s kontrowersyjne. Wedug Poaryskiego (1972)

utworw grnego karbonu naley spodziewa si na pnoc i pnocny-wschd od otworw

Miosaw po Oegw IG-1. Zdaniem Poarskiego i Dembowskiego (1983), Wierzchowskiej-

Kicuowej (1984 i 1987), oraz Karnkowskiego (1999) wystpowanie utworw westfalu w


16



strefie eksternidw waryscyjskich ograniczone jest do lokalnych patw zalegajcych

niezgodnie na starszych, sfadowanych utworach karbonu.

Podoe waryscyjskie (podpermskie) na obszarze przedsudeckim zostao sfadowane

diachronicznie w wyniku naoenia kilku faz orogenicznych. Obszar na poudnie i

poudniowy zachd od strefy dyslokacyjnej Odry objty zosta ruchami grotwrczymi

poczwszy od fazy sudeckiej poprzez kruszcogrsk, a skoczywszy na asturyjskiej. Na

obszarze przedsudeckim ograniczonym od SW stref dyslokacyjn Odry, a od N i NE

uskokiem Dolska zaznaczya si dopiero faza kruszcogrska. Starsza orogeniczna faza

sudecka przejawia si na tym obszarze ruchami dysjunktywnymi odmadzajc starsze

dyslokacje o generalnych kierunkach NW-SE. Uskok Dolska o gbokich zaoeniach,

rozdziela obszary o zrnicowanej gruboci skorupy (Guterch i in., 1975; Guterch, 1977). Na

poudnie od niego grubo skorupy wynosi 30-32 km, a na pnoc 32-36 km. Z blokiem

skorupy podoa wyznaczonym na pnoc od uskoku Dolska zwizana jest strefa

renohercyska waryscydw wydzielona przez Kossmata (1925). Na pnoc i pnocny-

wschd od wgbnej dyslokacji Dolska intensywne ruchy fadowe wystpiy dopiero w fazie

asturyjskiej (Wierzchowska-Kicuowa 1984, 1987). Uskok Dolska od pnocy i pnocnego

wschodu ogranicza bloki wolsztysko-leszczyski i pogorzelsko-krotoszyski bdce

elementami wau wolsztyskiego. Jak przypuszcza Wierzchowska-Kicuowa (1984) w

grnym wizenie obszar zajmowany przez te bloki by jeszcze pogrony i uleg

wydwigniciu i denudacji w fazie kruszczogrskiej. W tym okresie blok wolsztysko-

leszczyski zosta rozdzielony od pogorzelsko-krotoszyskiego dyslokacj olenicko-

poznask, ktra aktywna bya w zmieniajcych si reimach tektonicznych, a do kenozoiku

(rys. 2.13 i 2.6).

Podoe podpermskie w omawianym rejonie zlokalizowanym na NE od dyslokacji

Dolska zostao, jak si przypuszcza, sfadowane w wyniku ruchw fazy asturyjskiej

(Wierzchowska-Kicuowa 1984, 1987), a obecny obraz powierzchni podpermskiej jest

efektem dziaalnoci tektonicznej w grnym karbonie i dolnym permie, poczonej z siln

erozj (Karnkowski, Rdzanek, 1982). W podou podpermskim obok elementw tektoniki

fadowej istnieje system niecigoci dysjunktywnych (rys. 2.13B). System dyslokacji

synwaryscyjskich zoony z uskokw wikszych, prawoskrtnych o rozcigoci NW-SE i

mniejszych, lewoskrtnych o rozcigoci SW-NE by okresowo odmadzany (Dadlez, 1994).

Zdaniem Sokoowskiego (1974) dyslokacje o rozcigoci NW-SE (WNW-ESE) zostay

odmodzone w wyniku tektonicznych ruchw kimeryjskich i laramijskich.


17



System uskokw w podou permu o rozcigoci SW-NE w rejonie Leszna i od

Ostrowa Wielkopolskiego, a po Wielu (rys. 2.13A) zosta potwierdzony badaniami

geofizycznymi, gwnie sejsmiki refrakcyjnej i refleksyjnej (Wierzchowska-Kicuowa, 1987).

Poczwszy od dyslokacji Leszno-Pozna w kierunku poudniowo-wschodnim uskoki te

zmieniaj kierunek na WSW-ENE, a ich przebieg jest skony do gwnych elementw

strukturalnych. Nale one do najmodszej generacji niecigoci modowaryscyjskich, a

niektre z nich odmadzane byy w czasie ruchw alpejskich, zapocztkowujc rozwj

mezozoicznych roww tektonicznych (Wierzchowska-Kicuowa, 1984). Uskoki o

generalnym kierunku NW-SE powstay nie wczeniej ni w fazie asturyjskiej

(Wierzchowska-Kicuowa, 1984). Naoenie ruchw fadowych i systemu dyslokacji

synwaryscyjskich odmadzanych pniejszymi ruchami oraz denudacja przedpermska day w

rezultacie mozaikow budow podoa podpermskiego (rys. 2.13).

Na uksztatowanie morfologii powierzchni podpermskiej miay wpyw formy reliefu

powaryscyjskiego powstae w wyniku dugotrwaej erozji oraz ruchy synsedymentacyjne

zwizane z faz saalsk, ktre doprowadziy do powstania zrbw i roww tektonicznych.

Faza saalska rozumiana bya dotychczas w Polsce jako ruchy tektoniczne w czerwonym

spgowcu. Jednak przykady z basenu niemieckiego wskazuj, e w czerwonym spgowcu

istniao wicej impulsw tektonicznych o zrnicowanej aktywnoci. Za najsilniejsze

uwaane s ruchy saalskie, ktre Karnkowski (1991, 1999a) datuje na przeom dolnego

(koniec sedymentacji osadw podwulkanicznych) i grnego czerwonego spgowca (koniec

sedymentacji ogniwa zlepiecw z Polwicy). Zdaniem Karnkowskiego (1999a) ruchy saalskie

byy zwizane z gwnymi dyslokacjami wgbnymi - uskokiem Dolska i stref dyslokacyjn

Pozna-Kalisz (SDPK). Tak zdefiniowane ruchy saalskie mogy oddziaywa rwnie na

pnocny wschd od SDPK, urozmaicajc tektonicznie morfologi karbonu przed

sedymentacj grnego czerwonego spgowca. Pniejsze ruchy tektoniczne w grnym

czerwonym spgowcu nazwane za badaczami niemieckimi jako altmarckie (Hoffmann,

Pokorski in. 1997; Karnkowski, 1999a) zaznaczyy si w 4 impulsach. Mogy doprowadzi do

uaktywnienia starszych uskokw podoa karboskiego i w efekcie przed transgresj

cechsztysk uformowa zrby i rowy tektoniczne o niewielkich amplitudach, co wynikao z

faktu, i byy sabsze od wczeniejszych silnych ruchw saalskich. Urozmaicona rzeba

modowaryscyjska wywara wpyw jeszcze na sedymentacj cechsztysk. Zwizek

pomidzy tektonik podoa, a sedymentacj ewaporatw PZ1 dostrzegaj w swych

badaniach Kijewski i Salski (1978). Autorzy wykazali, e rozkad miszoci soli i

anhydrytw PZ1 w poudniowo-zachodniej czci monokliny przedsudeckiej ma kierunki


18



W-E lub WNW-ESE, zblione do przebiegu dyslokacji waryscyjskich. Na wystpowanie

lokalnych pionowych ruchw w pitrze PZ1 na NW od obszaru bada w strefie granicznej

monokliny przedsudeckiej i synklinorium szczecisko-szamotulskiego zwraca uwag w swej

pracy Skoczylas (1978) dostrzegajc rwnie dziaalno pozytywnych ruchw pionowych

pod koniec piter PZ3 i PZ4.

Badania tektoniki pnego permu prowadzone byy w szerokim zakresie na obszarze

wschodniej Holandii, gdzie zaobserwowano zwizek pomidzy morfologi naruszonego

tektonicznie podoa, a wyksztaceniem litologicznym cechsztynu (Geluck, 1999). Na

platformie siarczanowej pomidzy miszymi waami anhydrytowymi, ktrych powstanie

wykazuje zwizek z morfologi podoa, utworzyo si szereg zagbie, w ktrych

sedymentowaa sl. Wydzielono dwie zasadnicze fazy tektoniczne: wczesnocechsztysk w

trakcie sedymentacji PZ1 okrelon jako ruchy tubanckie I (ang. Tubantian I) oraz

pnocechsztysk po zakoczeniu sedymentacji PZ4 nazwane ruchami tubanckimi II (ang.

Tubantian II). Zdarzenie tektoniczne w pitrze PZ1, zgodnie z tabel stratygraficzn

Menninga (1995), wystpio od 2 do 3 Ma po zakoczeniu depozycji grnego czerwonego

spgowca (258-256 Ma), natomiast pnocechsztyskie od 6 do 7 Ma (252-251 Ma).

Wczesnocechsztyskie impulsy tektoniczne (ang. Tubantian I) w pitrze PZ1

zidentyfikowano w strefie brzenej basenu permskiego na obszarze platformy anhydrytowej,

ktra swym zasigiem obejmuje znaczny obszar Holandii. Ruchy tektoniczne w pitrze PZ1

na obszarze wschodniej Holandii i przylegym terytorium Niemiec spowodoway w skali

lokalnej powstanie ograniczonych dyslokacjami wyniesie w stropie czerwonego spgowca.

W opinii Gelucka (1999) tektonika cechsztyska obserwowana na obszarze Holandii moe

by reprezentatywna w innych strefach wystpowania platform anhydrytowych zarwno w

poudniowym, jak i pnocnym basenie permskim.


19



2.3. SKAY ZBIORNIKOWE CZERWONEGO SPGOWCA

2.3.1. Wyksztacenie litofacjalne dolnego permu

Warunki depozycji ska osadowych okrelaj ich zrnicowanie litofacjalne i

pierwotne waciwoci zbiornikowe. W basenie czerwonego spgowca rozwj pokrywy

osadowej determinoway trzy podstawowe systemy depozycyjne: eoliczny, fluwialny i plaji.

DOLNY CZERWONY SPGOWIEC

Dolny czerwony spgowiec zoony jest z trzech gwnych kompleksw

litologicznych: klastycznego dolnego, rodkowego wulkanicznego i klastycznego grnego

(Pokorski, 1976). Dolny kompleks powsta w warunkach intensywnego postorogenicznego

zrnicowania morfologii i intensywnej denudacji. Zbudowany jest z osadw fluwialnych

gwnie zlepiecw, piaskowcw zlepiecowatych i piaskowcw (Pokorski 1976, 1988).W

kompleksie tym pojawiaj si skay muowcowe, a take cienkie wkadki wapieni jeziornych

pochodzenia algowego (Protas i in., 2000). Miszo tych utworw jest zmienna i sabo

rozpoznana. W rowach tektonicznych moe siga kilkuset metrw. Powyej zalega

kompleks skal wulkanicznych, ktry tworzy pokrywy lawowe i piroklastyczne lub te

izolowane wystpienia (Pokorski 1976, 1988; Protas i in., 2000). Miszo tego kompleksu

moe siga do okoo 1500 m. Starsze skay wulkaniczne maj charakter obojtny lub

zasadowy (andezyty, bazalty, trachity) i wystpuj w wewntrznej czci orogenu

warysycyjskiego. Modsze natomiast wystpuj w zewntrznej czci orogenu i zaliczane s

do ska kwanych. (Pokorski, 1988). Kompleksy wulkanitw zostay w znacznym stopniu

zerodowane. Odrbny kompleks, zazbiajcy si ze skaami wylewnymi, a take

klastycznymi tworz skay piroklastyczne. Zbudowany jest on ze ska o charakterze

drobnoklastycznych tufw i tufitw oraz gruboklastycznych brekcji i zlepiecw

piroklastycznych. W stropowej czci dolnego czerwonego spgowca wystpuje

posteruptywny kompleks osadw klastycznych. S to gwnie piaskowce i zlepiece

pochodzenia fluwialnego. W skadzie petrograficznym materiau okruchowego dominuj

fragmenty ska wylewnych i piroklasycznych pochodzcych z denudacji modych wwczas

utworw pochodzenia wulkanicznego.


20



GRNY CZERWONY SPGOWIEC

Utwory grnego czerwonego spgowca w analizowanym obszarze s szczeglnie

interesujce dla poszukiwa naftowych ze wzgldu na powszechne wystpowanie wrd nich

ska klastycznych o dobrych waciwociach zbiornikowych. Warunki sedymentacji

ksztatoway si w zalenoci od dwu czynnikw: aktywnoci tektonicznej, ktrej efektem

byo zrnicowanie morfologii i rozwj roww tektonicznych oraz warunkw klimatycznych,

ktre podlegay znacznym fluktuacjom i zaznaczyy si w charakterze osadw z generaln

tendencj malejcej wilgotnoci (Pokorski 1976, 1981; Kiersnowski 1997; Protas i in., 2000).

Kombinacje powyszych czynnikw prowadziy do uksztatowania si trzech gwnych,

wzajemnie zazbiajcych si systemw depozycyjnych: fluwialnego (wd pyncych),

eolicznego (pustynnego) i plaji (okresowo wysychajcych jezior). Poszczeglne systemy

dominoway w rnych segmentach polskiej czci basenu czerwonego spgowca.

W czci centralnej dominuj utwory o charakterze plaji zwizane z istniejcym tutaj

rozlegym jeziorem okresowym. W pnocno-zachodniej i poudniowo-wschodniej czci

basenu dominuj utwory fluwialne z zaznaczon obecnoci eolicznych, zwaszcza w czci

poudniowo-wschodniej. W czci poudniowo-zachodniej dominuj osady eoliczne. W

zalenoci od kombinacji fluktuacji klimatycznych i zmian tektonicznych zmieniay si

zasigi terytorialne wystpowania poszczeglnych systemw depozycyjnych. W stropowej

czci czerwonego spgowca pojawiaj si osady czwartego systemu depozycyjnego o

charakterze morskich osadw przybrzenych zwizanych z transgresj morza

cechsztyskiego.

System osadw plaji

Gwnym obszarem wystpowania osadw plaji jest basen centralny (bruzda

rodkowopolska) (Pokorski 1976, 1981, 1988; Kiersnowski 1997). W pnym okresie

dolnego permu wystpowao tam jezioro okresowo wysychajce. W peni wyksztacone

utwory plaji ukadaj si w cztery strefy w zalenoci od odlegoci od centrum zbiornika i

zasilania jeziora. S to kolejno: strefa marginalna uformowana po czci przez osady

gruboklastyczne, strefa osadw piaszczystych, strefa osadw ilasto-muowcowych. W

dotychczas odwierconych otworach nie stwierdzono wystpowania strefy osadw

ewaporatowych.

Dominujce litofacje w strefie plaji to muowce, muowce piaszczyste, oraz

podrzdnie iowce (Kiersnowski 1997; Pokorski 1981). Pojawiaj si ponadto drobnoziarniste


21



piaskowce czsto muowcowe lub ilaste. Utwory te skadaj si z szeregu cykli

sedymentacyjnych rozpoczynajcych si osadami piaszczystymi (ewentualnie

zlepiecowatymi), a koczc si osadami ilastymi czsto rozmytymi przez erozj (Pokorski

1981). Wrd osadw jeziornych pojawiaj si wkadki dobrze wysortowanych drobno- i

rednioziarnistych piaskowcw, ktre s fluwialnymi osadami koryt rozprowadzajcych,

okresowo wkraczajcymi na obszar plaji. Wystpuj take przewarstwienia piaskowcw

reprezentujce izolowane osady wydmowe pojawiajce si w okresach wysychania jeziora

(Kiersnowski, 1997). Ekspansja osadw eolicznych na obszar plaji zaznaczya si gwnie w

dolnej czci grnego czerwonego spgowca. W kocowym okresie zaznaczya si ekspansja

jeziora, a tym samym osadw plaji na obszary akumulacji eolicznej (Kiersnowski, 1997).

System osadw fluwialnych

Osady fluwialne wystpuj powszechnie w obrbie basenu grnego czerwonego

spgowca. W niszej czci wypenienia osadowego basenu s to osady systemu rzek, czsto

okresowych, wystpujcych w warunkach klimatu wzgldnie wilgotnego. W czci wyszej

osady fluwialne towarzysz utworom eolicznym i s gwnie produktem opadw strefy

pustynnej, pojawiajcych si rzadko, ale czsto charakteryzujcych si du intensywnoci.

Fluwialny system depozycyjny skada si z trzech stref: proksymalnej (rdowa i drenau),

transferu oraz strefy dystalnej (Kiersnowski 1997). Strefa proksymalna wystpuje na

obrzeach basenu w wyniesionych obszarach rdowych i grnych odcinkach rzek. S to

gwnie osady stokw aluwialnych zoone z gruboziarnistych, le wysortowanych

zlepiecw oraz piaskowcw i muowcw ze sabo zaznaczonym warstwowaniem. W strefie

transferu wystpuj osady stokw napywowych rozwinite w lokalnych depocentrach

zwizanych np. z poprzecznymi progami tektonicznymi. W strefie dystalnej powstaj osady

okresowych rzek m.in. wpywajcych na obszar plaji. Oglnie s to warstwowane osady

piaszczyste o rnym uziarnieniu, wzgldnie dobrze wysortowane z niewielkim udziaem

frakcji pyowej i ilastej. Osady rzek okresowych pojawiajce si w grnej czci grnego

czerwonego spgowca wrd utworw eolicznych wystpuj czsto w obszarach pooonych

po obu stronach wau wolsztyskiego (Kiersnowski 1997; Protas i in. 2000). Zwizane s one

z epizodycznymi, czsto bardzo gwatownymi opadami atmosferycznymi. Okresowe rzeki

erodujce osady wydmowe tworzyy w strefach proksymalnych gbokie doliny (wadi).

W strefie dystalnej i transferu powstay typowe osady rzeczne.


22



System osadw eolicznych

Sedymentacja eoliczna rozwina si na rozlegym obszarze basenu grnego

czerwonego spgowca w warunkach klimatu suchego. Koncentruje si ona w obszarach

pustynnych otaczajcych poudniowo-wschodni cz wau wolsztyskiego (rwniny

Kalisza i Wrocawia). Najwiksze rozprzestrzenienie osady eoliczne osigny u schyku

dolnego permu tu przed transgresj cechsztysk (Kiersnowski, 1997).

Eoliczny system depozycyjny zwizany jest szczeglnie z najwysz czci czerwonego

spgowca i skada si z terygenicznych osadw drobno- i rednioklastycznych

reprezentowanych przez rnoziarniste piaskowce, czsto z podrzdnym udziaem muowcw

i iowcw. System ten skada si z nastpujcych asocjacji osadowych: wydmowej,

midzywydmowej i pozawydmowej.

Osady wydmowe zoone s z dobrze wysortowanych piaskowcw rednio- i

drobnoziarnistych o charakterystycznej laminacji duej skali (Kiersnowski 1998; Protas i in.,

2000). Wystpuj ponadto piaskowce bardzo drobnoziarniste (pyowce). Piaskowce

wydmowe cechuj si znaczn porowatoci i s czsto sabo scementowane.

Asocjacja midzywydmowa zawiera trzy facje osadowe: osady midzywydmowe

suche, osady midzywydmowe wilgotne, osady midzywydmowe mokre, do ktrych

zaliczane s deponowane w rodowisku fluwialnym osady powodziowe. Osady

midzywydmowe suche reprezentowane s przez facj pokryw piaskowych. S to piaskowce

przewanie naprzemian grubo- i drobnoziarniste, o laminacji poziomej lub zblionej do

poziomej. Osady midzywydmowe wilgotne charakteryzuj si zwikszonym udziaem

frakcji pelitycznych. Utwory midzywydmowe mokre reprezentuj drobnoziarniste

piaskowce, iowce i muowce o drobnej, rwnolegej laminacji.

Asocjacj pozawydmow tworz gwnie osady pokryw piaskowych ze sporadyczn

domieszk osadw podstaw wydm. Z osadami tej facji zwizane s pozostaoci niewielkich

wydm barchanoidalnych lub kopuowych.

W stropowej partii czerwonego spgowca wystpuje cienka warstwa osadw

transgresywnych powstaa poprzez rozmycie i redepozycj (przerobienie) osadw gwnie

pustynnych w trakcie transgresji cechsztyskiej. S to przede wszystkim drobno- i

rednioziarniste piaskowce o barwie janiejszej ni pozostae utwory grnego czerwonego

spgowca. Ich zmienne miszoci s efektem zrnicowania reliefu powierzchni stropowej

czerwonego spgowca przed transgresj cechsztysk.


23



2.3.2. Wpyw diagenezy na waciwoci zbiornikowe utworw grnego czerwonego

spgowca

Pierwotna porowato ska klastycznych zalena jest od warunkw depozycji, a wic

od wyksztacenia litofacjalnego. Zmiany porowatoci ska osadowych s nierozcznie

zwizane z cyklem ich przemian w trakcie wczesnej i pnej diagenezy (Rieke, Chilingarian

1974; Waples, Kamata, 1993). Procesy diagenetyczne wystpuj z reguy w okrelonej

kolejnoci, w miar pogrania osadu, tzn. jako pierwsza pojawia si kompakcja

mechaniczna, a nastpnie cementacja i kompakcja chemiczna. W specyficznych warunkach,

dla rnych typw osadw, a take w zalenoci od chemizmu mediw zoowych proces

cementacji moe pojawia si rwnoczenie z kompakcj mechaniczn, a nawet j

wyprzedza.

Najwaniejszym procesem wczesnej diagenezy jest proces kompakcji mechanicznej

osadw w wyniku nacisku nadkadu. W miar wzrostu pogrenia osadu zaznacza si

oddziaywanie kompakcji chemicznej zwizanej generalnie z rozpuszczaniem pod cinieniem

i wtrn krystalizacj szkieletu. Kompakcja chemiczna nie zawsze musi by zwizana ze

spadkiem porowatoci, jeli rozpuszczone elementy fazy staej bd usuwane z danego

fragmentu orodka skalnego. Efektem tego procesu s wklso-wypuke i zazbiajce si

kontakty ziaren, podczas gdy w wyniku kompakcji mechanicznej nastpuje wzrost kontaktw

punktowych i prostych (Maliszewska, 1996).

Kolejnym procesem diagenetycznym majcym wpyw na waciwoci zbiornikowe

jest cementacja. Proces ten moe si wiza z etapem wczesnej diagenezy w rodowisku

depozycji, oraz pnej diagenezy w kolejnych stadiach pogrania osadw (Gregosiewicz,

Protas, 1997). Cementacj powstrzymuje nasycenie przestrzeni porowej wglowodorami,

ktre zapobiega infiltracji zmineralizowanych roztworw. Skay zbiornikowe wczenie

napenionych puapek mog wykazywa zatem wyranie lepsze porowatoci i

przepuszczalnoci w stosunku do regionalnego ta. Cementacja moe mie charakter

regresywny wskutek rozpuszczania wczeniej wykrystalizowanych cementw, co prowadzi

do powstania porowatoci wtrnej. Najbardziej podatne na rozpuszczanie s cementy

kalcytowe i siarczanowe. Rozpuszczanie cementw moe wystpi na etapie inwersji basenu

sedymentacyjnego wskutek zmiany chemizmu wd porowych. Inwersja tektoniczna moe

take powodowa w silnie zdiagenezowanych piaskowcach powstawanie szczelin, ktre

otwieraj drogi migracji dla gazu.


24



Rola poszczeglnych procesw diagenetycznych w ksztatowaniu przestrzeni porowej

piaskowcw grnego czerwonego spgowca na NE od wau wolsztyskiego w rowie

Poznania, oraz w gbszej partii basenu jest bardzo zrnicowana. Wyniki prac Gregosiewicz

i Protasa (1996, 1997), Muszyskiego (1997, 1999), oraz Protasa (2006) wskazuj, e

najwaniejszym procesem, ktry doprowadzi do redukcji porowatoci bya cementacja, a

wpyw kompakcji by nawet trzykrotnie mniejszy. Badania petrograficzne wykonane w

otworach zlokalizowanych w rowie Poznania: Broniszewice-l, Gouchw-2, Komorze-2, Kotlin-l,

Kotlin-2, Miosaw-2, Witowo-1 wykazay, e proces cementacji obniy porowato o 22-28% a

kompakcji o 4-12% (Muszyski 1997, 1999). Z kolei badania nad procesami diagenezy

przeprowadzone przez Maliszewsk i Kubersk. (2006) oraz Biernack i in. (2006) w innych

otworach z tej czci basenu (np. Krnik-2, Krzykosy-1A i Zakrzy IG-1) dominujc rol w

redukcji porowatoci przypisuj procesom kompakcji, czego dowodem s lokalne trendy

zmian porowatoci z gbokoci pogrzebania utworw grnego czerwonego spgowca w

profilach otworw, ale nie zaznaczaj si ju tak wyranie w skali regionalnej odniesionej do

tej czci basenu. Porowato pierwotna moe by chroniona selektywnie przed

destrukcyjnym dziaaniem kompakcji przez usztywnienie szkieletu poprzez

wczesnodiagenetyczne obwdki hematytowo-illitowe ziarn oraz chlorytowe (Rochewicz,

1980). Du zawartoci wczesnych cementw ilastych typu otoczkowego charakteryzuj si

piaskowce z rejonu Kalej i Radlina w rowie Poznania, gdzie pomimo znacznej gbokoci

pogrenia waciwoci zbiornikowe (porowato, przepuszczalno) s bardzo dobre

(Gregosiewicz, Protas, 1996, 1997).

Zaawansowanie procesu cementacji jest zmienne na obszarze monokliny przedsudeckiej i

skorelowane z anomaliami paleotermicznymi oraz z wystpowaniem wgbnych dyslokacji

rozcinajcych utwory karbonu i czerwonego spgowca (Gregosiewicz, Protas, 1996, 1997;

Protas, 2006; Biernacka i in. 2006). Zwizek pomidzy tektonik podoa a przemianami

diagenetycznymi zosta szczegowo opisany przez badaczy niemieckich studiujcych

diagenez piaskowcw w pnocnoniemieckim basenie permskim (Gaupp i in., 1993).

Zauwaaj oni zwizek pomidzy zawansowaniem przemian diagenetycznych i odlegoci od

niecigoci dysjunktywnych. Ich zdaniem w kilkusetmetrowej strefie bezporedniego

kontaktu tektonicznego piaskowcw czerwonego spgowca ze skaami karbonu wskutek

infiltracji kwanych wd karboskich dominuje cementacja kaolinitem i rozpuszczanie

skaleni oraz cementw siarczanowych i wglanowych. Wraz ze wzrostem odlegoci od

dyslokacji (do 1 km) narasta rola cementacji autigenicznym illitem i maleje intensywno

rozpuszczania skaleni oraz cementw siarczanowych i wglanowych. Bezporedni


25



przyczyn przedstawionego zrnicowania przemian diagenetycznych s zmiany chemizmu

wd karboskich na drodze ich migracji w piaskowcach czerwonego spgowca. Wzrasta

bowiem sukcesywnie odczyn pH kwanych wd karboskich, bogatych w dwutlenek wgla,

wskutek rozpuszczania skaleni oraz cementw wglanowych i siarczanowych, co preferuje

precypitacje illitem (Platt, 1993). Obserwacje przeprowadzone w basenie niemieckim

pozwalaj wnioskowa, e dobre waciwoci zbiornikowe piaskowcw grnego czerwonego

spgowca mog wystpi w strefach ich bezporedniego kontaktu z karbonem wyniesienia

wolsztyskiego. W dalszej odlegoci od uskoku waciwoci zbiornikowe zostan znaczco

ograniczone wskutek silnej cementacji illitem. Podobnie zostao zinterpretowane przez

Biernack i in. (2006) zrnicowanie zawartoci kaolinitu i illitu w rejonie Raduchw-

Kunica Grabowiecka na SE od wau wolsztyskiego. Z t stref zwizane jest rwnie

wystpowanie anomalii paleotermicznej i wysokiego stopnia przeobraenia karboskiej

materii organicznej (Karnkowski, 1999b; Merta, 1998; Grotek, 2006).

Lateralny kontakt piaskowcw czerwonego spgowca z ewaporatami cechsztynu sprzyja

zablinieniu ich przestrzeni porowej cementami wglanowymi i siarczanowymi. Znaczn

zawartoci cementw wglanowych charakteryzuj si utwory czerwonego spgowca

zdeponowane w basenie centralnym, lokalnie w strefie przykrawdziowej wau

wolsztyskiego w partiach przystropowych oraz na karboskim wyniesieniu Kalisza.

W obszarach, gdzie udzia cementw wglanowych i siarczanowych jest znaczny, wiksze

znaczenie w redukcji porowatoci w osadach grnego czerwonego spgowca miaa

cementacja, ni kompakcja (Maliszewska, Kuberska, 2007).

Przepuszczalno redukoway najbardziej cementy ilaste krystalizujce na etapie

pnej diagenezy w formie listewek i wkien. Czste wystpowanie cementw ilastych

stwierdzono na obszarze monokliny przedsudeckiej, natomiast w centrum basenu na obszarze

bruzdy rodkowopolskiej dominuje cementacja chlorytem. Takie zrnicowanie lateralne

cementacji w obrbie polskiego basenu czerwonego spgowca moe by zwizane z

oddziaywaniem roztworw plaji w czci centralnej i kwanych roztworw karboskich

preferujcych cementacj illitem w strefach brzenych, podobnie jak to ma miejsce w basenie

pnocnoniemieckim (Gaupp i in., 1993).

Oznaczenie metod K-Ar wieku wzrostu illitu diagenetycznego ograniczajcego w

znacznym stopniu waciwoci filtracyjne wykonano na prbach pobranych z otworw

wiertniczych Krzykosy-1A, Polwica-1, Krnik-1 zlokalizowanych w niecce poznaskiej.

Wyniki bada wykazay zrnicowany wiek jego krystalizacji (Protas, 2006). Oznaczenia

prb pobranych z otworu Polwica-1 zlokalizowanego w strefie dyslokacyjnej wykazay, e


26



illit (frakcja 0,2 0,002 m) krystalizowa ju w pnym triasie. Datowanie wieku

krystalizacji illitu z pozostaych dwch otworw wskazuj na wczesn jur i pocztek

rodkowej (aalen). Podobnie jak w basenie pnocnoniemieckim wiek krystalizacji

diagenetycznego illitu koreluje si w czasie z przebudow starokimeryjsk (Gaupp i in. 1993;

Zwingmann i in., 1998). Moe to potwierdza udronienie starych i powstanie nowych

dyslokacji, ktrymi migroway gorce roztwory z karbonu, sprzyjajc krystalizacji illitu w

skaach czerwonego spgowca. Pniejsze datowania wieku krystalizacji illitu przypadajce

na koniec rodkowej jury (kelowej) (150,4+/-4,5 mln lat) i wczesn kred (hoteryw) (116,1+/-

3,3 mln lat) stwierdzono w prbach pobranych z otworw zlokalizowanych w gbszej partii

basenu czerwonego spgowca, odpowiednio: Objezierze IG-1 i Wrzenia IG-1 (Maliszewska,

Kuberska, 2006). Dotychczasowe wyniki datowania wieku krystalizacji illitu wskazuj na

starokimeryjski etap powstania akumulacji gazu ziemnego w utworach czerwonego spgowca

w niecce poznaskiej. Wniosek ten pozostaje w zgodnoci z okresem generowania

maksymalnych iloci wglowodorw gazowych z karboskich ska macierzystych

okrelonym w wyniku modelowa procesw naftowych.

Wzrost zawartoci cementw w utworach czerwonego spgowca i zwizana z tym

utrata waciwoci filtracyjnych ma rwnie swj korzystny wymiar poszukiwawczy. Sprzyja

bowiem powstaniu puapek zoowych o charakterze diagenetycznym lub litologiczno-

diagenetycznym.

Analizowany obszar rem-Kalisz-Konin obejmuje zarwno stref gbsz basenu,

gdzie miszoci grnego czerwonego spgowca przekraczaj 600m oraz przykrawdziow

stref wau wolsztyskiego o miszociach malejcych do 0m. Porowato efektywna jest

zrnicowana w zalenoci od wyksztacenia litofacjalnego i stopnia diagenezy. W

piaskowcach eolicznych wynosi do 28%, natomiast we fluwialnych do kilkunastu procent.

Zmienno przepuszczalnoci w piaskowcach jest bardzo dua od poniej 1mD do prawie

1000mD. Dobre waciwoci zbiornikowe utrzymuj si do linii Broniszewice-Gouchw, a

dalej w kierunku NE nastpuje pogorszenie waciwoci filtracyjnych.

Jak wykazay wyniki przestrzennej analizy zmiennoci parametrw petrofizycznych

utworw czerwonego spgowca w strefie Wrzenia-Kalisz (Semyrka i in., 2006) rednia

porowato piaskowcw eolicznych w zakresie gbokoci od 3500m do 4000m zmienia si

od ok. 20% do ok. 9%, a w interwale gbokoci 4000-5000m oscyluje od ok. 12% do ok. 4%.

rednia przepuszczalno w przedziale gbokociowym 3500-4000m cechuje si


27



zmiennoci w zakresie od powyej 10mD do poniej 1mD. W przedziale gbokociowym

4000-5000m przepuszczalno jest nisza od 1mD.

W strefie krawdziowej wau wolsztyskiego stopie cementacji piaskowcw jest bardzo

zrnicowany (Maliszewska, Kuberska, 2006). Redukcja porowatoci do ok. 10% w strefie

wyklinowania utworw grnego czerwonego spgowca zwizana jest z wystpowaniem

gwnie osadw aluwialnych i fluwialnych. Lokalnie w strefach, gdzie procesy cementacji byy

sabe zachoway si piaskowce o prawie pierwotnych parametrach zbiornikowych, ktrych

porowato zblia si do 30%, a przepuszczalno do 1000mD. W kierunku NE w oddaleniu od

wau wolsztyskiego w rejonie Kaleje-Kotlin, gdzie maleje wpyw cementacji, warto

porowatoci przekracza 20%, a nastpnie maleje w kierunku centrum basenu. Strefa

polepszonych waciwoci zbiornikowych o porowatoci powyej 10% i przepuszczalnoci powyej 1mD

pojawia si pomidzy Miosawiem a Grundami.

2.3.3. Gazonono utworw grnego czerwonego spgowca

Wyksztacenie litologiczne utworw zbiornikowych ujtych w puapk naftow, dobre

waciwoci zbiornikowe, oraz obecno izolujcego kompleksu ewaporatw cechsztyskich

stworzyy korzystne warunki dla akumulacji wglowodorw, przede wszystkim w grnej

przystropowej czci utworw czerwonego spgowca. Liczne zoa na obszarze monokliny

koncentruj si w ssiedztwie wgbnych stref narusze tektonicznych wskazujc na ich rol

w formowaniu puapek. Dotychczas odkryte zoa gazu ziemnego wystpuj w marginalnej

czci basenu czerwonego spgowca, gdzie dominuj litofacje piaskowcw eolicznych i

fluwialnych (rys. 2.5).

W niecce poznaskiej wypenionej osadami dolnego permu, w tym eolicznymi i

fluwialnymi grnego czerwonego spgowca, odkryto dotychczas zoa gazu ziemnego

zakumulowane gwnie w puapkach strukturalnych ekranowanych tektonicznie (rys. 2.5).

Najwikszym dotychczas odkrytym zoem gazu ziemnego w niecce poznaskiej

zakumulowanym w tego typu puapce jest Radlin o powierzchni 14,835km2 i zasobach

wydobywalnych w kategorii B oszacowanych na 10288,91 mln Nm3 (Karnkowski, 1993;

Pkalska-Owicimska, 1995). Perspektywicznymi okazay si rwnie obiekty strukturalne

zwizane ze stref dyslokacyjn Pozna-Kalisz (SDPK) tworzc system mezozoicznych

roww i proww tektonicznych o przebiegu NW-SE. Z t stref tektoniczn zwizane s


28



zoa gazu ziemnego w utworach grnego czerwonego spgowca (np. Klka) zakumulowane

w puapkach strukturalnych ekranowanych tektonicznie, powstaych w wyniku aktywnoci

przesuwczej podoa w czasie rozwoju SDPK (Kwolek, 2002; Kwolek, Buniak, 2004).

Obok puapek strukturalnych, strukturalno-tektonicznych i strukturalno-

geomorfologicznych w niecce poznaskiej wystpuj rnego rodzaju puapki litologiczne, na

og jednak kombinowane: litologiczno-tektoniczne (np. Rusocin), litologiczno-strukturalne

(np. Papro) i litologiczno-diagenetyczne (np. Ujazd), (rys. 2.5). Puapki tego typu

zlokalizowane s przy pnocno-wschodniej krawdzi wau wolsztyskiego. Wystpowania

puapek litologicznych mona oczekiwa w niszych partiach profilu czerwonego spgowca

w strefach zazbiania piaskowcw eolicznych i osadw ilasto-muowcowych plaji w gbszej

czci basenu oraz pod uszczelnieniem osadami fluwialnymi piaskowcw eolicznych. W

basenie polskim dotychczas nie odkryto akumulacji gazowej o znaczeniu przemysowym w

spgowych partiach czerwonego spgowca, w ktrych zbiornikiem s piaskowce fluwialne

lub eoliczne uszczelnione przewarstwieniami ilastych osadw plaji.

Dotychczasowe prace dotyczce wyjanienia genezy antyklinalnych struktur

zoowych w stropie czerwonego spgowca po NE stronie wau wolsztyskiego wizay

powstanie puapki Radlin i szeregu struktur pod rowami mezozoicznymi ze starokimeryjskimi

deformacjami tektonicznymi, przy wspudziale tektoniki przesuwczej podoa

podpermskiego (Antonowicz, Iwanowska, 1996; Karnkowski 1999; Kwolek, 2002).

Ostateczne uformowanie geometrii struktur i ich zamkni tektonicznych odbyo si w

pniejszych etapach alpejskiej ewolucji tektonicznej w okresie modokimeryjskim i

laramijskim. Na przeomie kredy i trzeciorzdu rozpoczy si silne ruchy wynoszce

zwizane z faz laramijsk orogenezy alpejskiej. Inwersja bya zrnicowana terytorialnie, a o

jej duych rozmiarach wiadcz podtrzeciorzdowe wychodnie jury dolnej i triasu w

poudniowej czci monokliny przedsudeckiej. Na jej skonie bya mniejsza, zanikajc w

centrum niecki mogilesko-dzkiej. Jej zasadniczym efektem byo pochylenie obszaru

przedsudeckiego w kierunku NE do aktualnego pooenia. Zaznaczyo si wyrane

zrnicowanie terytorialne kta regionalnego nachylenia stropu czerwonego spgowca. W

zachodniej czci niecki poznaskiej do strefy dyslokacyjnej Pozna-Olenica nie przekracza

1.5 stopnia, wzrastajc w kierunku wschodnim do 3 stopni. Takie uksztatowanie strukturalne

okrela gwne kierunki migracji gazu z czci centralnej ku peryferiom basenu (Supczyski,

1979). W wyniku przebudowy tektonicznej cz z ulega rozfor

Rozprawa doktorska ANALIZA KARBOŃSKO-DOLNOPERMSKIEGO ...

Documents

Transcript of Rozprawa doktorska ANALIZA KARBOŃSKO-DOLNOPERMSKIEGO ...