Geologia naftowa - konspekt(1).doc

GEOLOGIA NAFTOWA

AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA

WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU

GEOLOGIA NAFTOWA

Dr inż. Adam ZUBRZYCKI

ZIELONA GÓRA – KRAKÓW 2007

SPIS TREŚCI:

1. WSTĘP ........................................................................................................................................................ 3

2. PODSTAWY I METODY STRATYGRAFII GEOLOGICZNEJ .......................................................    4

3. PROFILE GEOLOGICZNE I ICH KORELACJA ...............................................................................  7

4. GENETYCZNY PODZIAŁ SKAŁ ORAZ ICH TYPY W SYSTEMIE NAFTOWYM .................... 14

5. PROCES GENEROWANIA I MIGRACJI WĘGLOWODORÓW .................................................... 18

6. POWSTAWANIE ZŁÓŻ WĘGLOWODORÓW – PUŁAPKI I ICH KLASYFIKACJA ................ 23

7. PRZEKROJE I MAPY GEOLOGICZNO-ZŁOŻOWE ....................................................................... 27

8. WYSTĘPOWANIE ZŁÓŻ WĘGLOWODORÓW NA TLE ZARYSU BUDOWY GEOLOGICZNEJ POLSKI ..................................................................................................................... 29

1. Wstęp

Geologia naftowa należy do nauk aplikacyjnych będąc zastosowaniem geologii, jako nauki podstawowej, tak w procesie poszukiwania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego jak i  wydobywania tych surowców energetycznych, poprzez wykorzystywanie danych geologiczno-złożowych. W procesie poszukiwań i produkcji geologia naftowa jest jednym z elementów w ciągu różnych przedsięwzięć i dyscyplin, wymagających pracy zespołów o różnym przygotowaniu zawodowym: od prawników i logistyków począwszy, poprzez geofizyków, geologów naftowych, inżynierów wiertniczych,  inżynierów naftowych, chemików, mechaników a na ekonomistach i specjalistach marketingu kończąc.

Prace poszukiwawcze złóż węglowodorów (ropa naftowa i gaz ziemny są mieszaniną związków wodoru i węgla o różnej konfiguracji i wielkości cząsteczek, począwszy od najprostszej – CH4 metanu) rozpoczynane są obecnie od rozpoznania wgłębnej budowy litosfery (skorupy ziemskiej) metodami geofizycznymi. Uzyskane wyniki są przedmiotem interpretacji geologicznej, polegającej na przetworzeniu pośrednich cech skał i warstw, takich jak gęstość, prędkości rozchodzenia się fal akustycznych na spójny obraz przestrzennego ułożenia tych warstw i/ lub kompleksów warstw, z równoczesnym określeniem ich typu litologicznego: piaskowce, łupki, wapienie, dolomity itp. Uwieńczeniem prac geologów naftowych jest moment wykonania pierwszego odwiertu poszukiwawczego i odkrycie złoża. Aby do tego dojść geologia naftowa wykorzystuje inne pokrewne dyscypliny naukowe takie jak geochemia naftowa, geofizyka, stratygrafia geologiczna, paleontologia, tektonika, geologia strukturalna, sedymentologia, mineralogia, petrografia i inne.

Podstawowym założeniem prac poszukiwawczych w geologii naftowej jest przyjęcie poglądu o organicznej genezie węglowodorów, powstających w procesie termicznej transformacji materii organicznej, rozproszonej w niektórych typach skał osadowych. Węglowodory, głównie metan, powstają również na drodze nieorganicznej: metan zawarty w gazach wulkanicznych, czy występujący w przestrzeni kosmicznej lub na innych planetach. Jednak z punktu widzenia tworzenia się złóż węglowodorów w ziemskiej litosferze ich „nieorganiczna” część nie posiada istotnego znaczenia, przynajmniej gospodarczego.

Naturalny proces transformacji materii organicznej odbywa się w ciągu długiego czasu w kompleksach skał osadowych liczących do kilka tysięcy metrów grubości w odpowiednich zakresach temperatur oraz ciśnień. Stąd przedmiotem zainteresowania geologii naftowej są baseny sedymentacyjne (rys.1), czyli obszary gdzie w przeszłości geologicznej doszło do osadzenia się, najczęściej w warunkach morskich lub jeziornych, warstwowo ułożonych skał osadowych o bardzo dużej grubości (miąższości).

Analizę takich kompleksów skalnych, opisanych  bezpośrednio – wyniki wierceń, obserwacje powierzchniowe lub pośrednio – wyniki badań sejsmicznych, profile geofizyki wiertniczej (karotaż) wykonuje się stosując pewne reguły, z których najbardziej podstawowe obejmuje stratygrafia geologiczna.

Rys.1. Baseny sedymentacyjne.

2. Podstawy i metody stratygrafii geologicznej

Stratygrafia geologiczna jest metodą geologii historycznej (dziedziny geologii badającej rezultaty procesów geologicznych i biologicznych w przeszłości geologicznej), która wydziela i opisuje w obrębie kompleksu skał poszczególne warstwy, analizuje występujące między nimi zależności (następstwo), określa ich wiek względny i bezwzględny oraz ustala równoważność wiekową warstw (korelacja geologiczna) na podstawie:

-          ich litologii (litostratygrafia);

-          występowania skamieniałości zwierzęcych lub roślinnych (biostratygrafia)

-          lub czasu ich powstania (chronostratygrafia).

Podstawowym założeniem wnioskowania geologicznego w ogólności, a stratygrafii geologicznej w szczególności jest zasada uniformitarianizmu, sformułowana w 1770 roku przez Jamesa Huttona (1726 – 1797) – twórcę nowoczesnej geologii. Pogląd Huttona stosowany nadal w geologii, jako zasada aktualizmu geologicznego, przyjmuje niezmienność naturalnych praw fizycznych i chemicznych w czasie, a tym samym zakłada że procesy geologiczne działając na zewnątrz i wewnątrz Ziemi, chociaż z różną intensywnością, powodowały takie same skutki zarówno w przeszłości geologicznej jak i obecnie. Obserwacje współczesnych procesów geologicznych i stosowanie zasady aktualizmu pozwalają na  poprawną interpretację przeszłości geologicznej - procesów i zjawisk lepiej lub gorzej utrwalonych w skałach.

Ponieważ czas jest niezbędnym kryterium w stratygrafii stosuje się w geologii dwie skale czasowe:

-          skalę czasu względnego określanego na podstawie stosunków pomiędzy warstwami i/lub zjawiskami geologicznymi;

-          skalę czasu bezwzględnego (absolutnego), liczonego w latach gdzie punkt początkowy – „0” oznacza współczesność.

Stosunki oraz datowanie względne oparte są na dwóch fundamentalnych regułach:

-          regule superpozycji, czyli nadległości warstw, która przyjmuje że w normalnej sekwencji warstw ich wiek wzrasta ku dołowi, co oznacza że dana warstwa jest młodsza od warstwy podściełającej i równocześnie jest starsza od warstwy nadległej;

-          regule z przecinania – jeśli dana warstwa jest przecięta przez uskok, intruzję magmową lub została zdeformowana siłami tektonicznymi, to musi być ona starsza od procesów które spowodowały proces rozcięcia lub deformacji.

Przy wykorzystaniu powyższych reguł oraz biostratygrafii została opracowana, w skali globalnej, chronologiczna sekwencja kompleksów skalnych i zdarzeń geologicznych. Nadając im odpowiednie nazwy stworzono względną skalę czasową, swoisty kalendarz historii geologicznej Ziemi, która nosi nazwę standardowej kolumny geologicznej lub geologicznej skali czasowej (tabela stratygraficzna).

W skali czasu względnego stosowane są jednostki czasowe (geochronologiczne) oraz jednostki skalne (chronostratygraficzne). Te ostatnie obejmują kompleksy warstw powstałe w odpowiednich jednostkach czasu względnego.

Skala czasu bezwzględnego (absolutnego) oparta jest na wynikach datowania radiometrycznego, wykorzystującego zjawisko naturalnego rozpadu promieniotwórczego  pierwiastków. Znajomość okresu połowicznego rozpadu dla niektórych par izotopów występujących w minerałach oraz ich ilości, określanych za pomocą spektrometrów masowych, pozwala określić czas jaki minął od powstania skał, głównie magmowych lub niektórych zjawisk geologicznych. Obecnie opracowane zostały metody określania czasu bezwzględnego dla skał osadowych.