Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Elementy systemu naftowego Karpat

AUTORZY: Irena Matyasik, Grzegorz Leśniak, Piotr Such

OPIS PL:

W pracy przedstawiono elementy systemu naftowego Karpat – skały macierzyste, drogi migracji oraz skały zbiornikowe. Scharakteryzowano również wybrane ropy naftowe.
Opisano uważane za podstawowe skały macierzyste Karpat, tj. warstwy menilitowe i warstwy istebniańskie. Cenną zaletą badań tych skał jest ocena środowiska sedymentacji osadów uzyskiwana z chromatograficznych oznaczeń frakcji nasyconej bituminów, dla któ¬rej określono dystrybucję n-alkanów i izoprenoidów. Analizowano płytki cienkie z rdzeni wiertniczych i odsłonięć powierzchniowych reprezentujących wszystkie potencjalne skały zbiornikowe oraz każdy typ piaskowców – od dolnej kredy do oligocenu.
Na podstawie badań laboratoryjnych i terenowych określono możliwe ścieżki migracji węglowodorów w Karpatach oraz ich powiązanie ze strefami tektonicznymi.
Rezultaty badań właściwości zbiornikowych wykazują, że parametry zbiornikowe i filtracyjne, pomimo skomplikowanej struktury przestrzeni porowej i zróżnicowanej historii diagenezy, są dość zunifikowane. Autorzy dokonali klasyfikacji własności zbiornikowych, posługując się jednostkami hydraulicznymi – GHU. W klasyfikację tę włączono również skały zbiornikowe o niskiej przepuszczalności typu tight. Stwierdzono, że jedynym para¬metrem, który w sposób jednoznaczny wydziela klasy, jest średnica progowa.
Dla średnic poniżej 4 μm przepuszczalność jest charakterystyczna dla złóż typu tight. Badania potwierdziły znaczącą rolę systemu szczelin. Miąższe kompleksy skał typu tight mogą stać się złożami opłacalnymi w eksploatacji.

Opis EN:

In the study new elements of Carpathians Petroleum System of – Menilite beds and Istebna beds, migration pathways and reservoir rocks were presented. Also selected types of oil were characterized.
Considered as main source rocks in Carpathians i.e. Menilites and Istebna beds were characterized. The advantage of these studies is the evaluation of sedimentation environment of deposits based on column chromatography analysis of saturated fractions of bitumens for which the distribution of n-alkanes and isoprenoids were determined. Thin sections from the core material and outcrops representing all potential reservoir rocks and all types of sandstones occurring in Carpathians of Cretaceous to Oligocen age were analyzed.
Based on laboratory and field research, possible hydrocarbons migration pathways in Carpathians in relation with tectonic zones were determined.
The results of reservoir properties analyze show that reservoir and filter parameters, despite their complicated structure and varied history of diagenesis, are quite unified. The authors performed reservoir properties classification with the use of hydraulic units (GHU). This classification also included "tight" reservoir rocks revealing low permeability.
It was found that the only parameter which clearly separates classes is the threshold diameter. For diameters < 4 μm permeability is typical for "tight" deposits. The study con¬firmed a significant role of fracture system. The thick complexes of "tight" rock can become hydrocarbons deposits of economic viability.

Praca naukowa nr 203 jest dostępna w trybie open acces.

Zamówienie wersji drukowanej:

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 012 617 76 32.

TYTUŁ: Estymacja pola prędkości w niejednorodnym ośrodku anizotropowym VTI (Vertical Transverse Isotropy) z zastosowaniem metod optymalizacyjnych

Estimation of the velocity field in inhomogeneous anisotropy media VTI (Vertical Transverse Isotropy) using optimization methods.

AUTOR: Karolina Pirowska

OPIS PL:

Celem pracy badawczej było opracowanie metody oszacowania pola prędkości propagacji fali podłużnej w niejednorodnym ośrodku anizotropowym VTI na podstawie danych sejsmiki powierzchniowej. W szczególności główny obiekt zainteresowania stanowiło wyznaczenie wartości parametrów Thomsena ε i δ przy założeniu, że prędkość pionowa jest znana, oraz analiza możliwości określenia powyższych parametrów, gdy prędkość pionowa została przyjęta błędnie. Zaproponowana metoda opiera się na tradycyjnej technice analizy prędkości migracyjnych dla ośrodków izotropowych, która polega na poszukiwaniu wartości prędkości, dla których głębokość odwzorowywanego punktu ośrodka jako funkcja odległości pomiędzy źródłem i odbiornikiem jest niezmienna, tzn. nie zależy od offsetu. Jednak w ośrodkach anizotropowych uzyskanie tzw. efektu wypłaszczenia możliwe jest jedynie po uwzględnieniu parametrów anizotropii Thomsena ε i δ. Określenie optymalnych parametrów anizotropii potraktowano jako problem optymalizacyjny, a nowatorskim rozwiązaniem była próba zastosowania probabilistycznych metod optymalizacji globalnej, metody symulowanego wyżarzania oraz algorytmu genetycznego.

W publikacji przedstawiono obliczenia dla trzech modeli o różnym stopniu skomplikowania. Opracowana w projekcie metodyka przyniosła odmienne rezultaty dla poszczególnych modeli. W przypadku najprostszego modelu I (z jedną granicą płaskorównoległą) trafniejsze wyniki otrzymano za pomocą algorytmu genetycznego GA. Jednak błąd względny procentowy oszacowania był duży i wynosił 16% dla parametru ε oraz 58% dla parametru δ. W obliczeniach z zastosowaniem modelu II (z granicą nachyloną) obie metody przyniosły porównywalne wyniki. Parametr ε został oszacowany z dokładnością 0,1%, natomiast błąd procentowy oszacowania parametru δ wynosił 24%. Istotnym punktem badań było przetestowanie metodyki na bardziej skomplikowanym modelu III, zawierającym struktury charakterystyczne dla występowania węglowodorów – uskok oraz wysad solny. Niestety okazało się, że osiągnięcie „wypłaszczenia" na kolekcjach wspólnego punktu obrazowania nie odzwierciedla się w dokładności oszacowania poszczególnych parametrów anizotropii. Ponieważ obliczenia prowadzone dla całego modelu nie były satysfakcjonujące, podzielono go na trzy części, dla których obliczenia były wykonywane niezależnie. Najbliższe rzeczywistości wyniki otrzymano w przypadku części modelu bez skomplikowanych struktur. Tak jak w sytuacji z modelami I oraz II dokładniej oszacowany został parametr ε.

Rezultatem niniejszego projektu jest algorytm, który pomimo niedoskonałości może wspomagać dotychczasowe metody szacowania pola prędkości w ośrodkach anizotropowych. Przykładowo metoda może być wykorzystana przy szacowaniu parametrów wejściowych dla algorytmów migracji anizotropowej.

Opis EN:

The aim of this project was to work out the method of estimation of the velocity field for the longitudinal wave in inhomogeneous anisotropy medium VTI on the basis of seismic survey data. In particular, the main efforts was made to determine Thomsen parameters ε i δ with assumption that the vertical velocity is known and analyse of possibility of extracting this parameters in the situation when the vertical velocity is incorrect. Proposed method is based on the conventional technique of the migration velocity analysis for isotropic medium. It consists in seeking of the velocity values for which the depth of imaged point of the medium as the function of the distance between the source and a receiver is invariable. It means the depth of imaged point is not dependent on the offset. The estimation of the anisotropy parameters was treated as optimization problem, and the attempt to use probabilistic global optimization methods as simulated annealing and genetic algorithm was innovative solution.The results of calculation for the three different models are presented in this publication. For the simplest model I (with one plane and horizontal reflector) more accurate solution was received using the genetic algorithm GA. Nevertheless the relative error of estimation is high. It is equal 16% for the parameter ε and 58% for the parameter δ. For the model II (with the dipping reflector) both methods gave the comparable results. The parameter ε was estimated with the accuracy 0.1%, the relative error of parameter δ estimation is 24%.

Important part of the research was testing of methodology for more complicated model III, which contains the structures specific for occurrence of the hydrocarbons – the fault and the salt dome. Unfortunately, it appeared that reaching of flatness in the common image point panels does not result in accuracy of the anisotropy parameters estimation. The calculation for model III was not satisfying, this is why it was divided into three parts. For the each part the calculation was conducted independent. The result received for the part without complicated structures was the nearest of the reality. Like for model I and model II, more accurate estimation was for the parameter ε.

The presented algorithm, despite of imperfection, can be auxiliary for the previous methods of the velocity field estimation in anisotropy medium. As an example, the method can be used for the estimation of the input parameters for anisotropic migration algorithms.

Praca naukowa nr 200 jest dostępna w trybie open acces.

Zamówienie wersji drukowanej:

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 012 617 76 32.

TYTUŁ: Nowe spojrzenie na budowę geologiczną Karpat – ujęcie dyskusyjne

AUTOR: Leszek Jankowski

OPIS PL:

Niniejsza publikacja poświęcona jest przede wszystkim kompleksom chaotycznym występującym w Karpatach. Omawiana jest tu ich geneza i pozycja w strukturach górotworu. Z różnego rodzaju kompleksów chaotycznych o strukturze „bloki w matriks" najwięcej uwagi poświęcono melanżom tektonicznym – nieomawianym w polskich opracowaniach naukowych. W publikacji przedstawiono także dyskusyjne ujęcie historii basenowo-tektonicznej. Krytycznie przedyskutowano m.in. powszechnie przyjmowaną koncepcję Karpat jako orogenu związanego z procesem subdukcji. Krytyce poddano także pogląd o istnieniu szerokich stref oceanicznych mających występować w czasie rozwoju basenu Karpat. Zaproponowano znacznie prostszą historię rozwoju basenowego. Basen Karpat wypełniony osadami składającymi się na Karpaty wewnętrzne i zewnętrzne był, według przedstawionego tu ujęcia, jedną strefą basenową, podlegającą zmianom i przemieszczaniu. W przyjętym w niniejszej publikacji założeniu, proces formowania basenu Karpat odbył się na pasywnej krawędzi platform wschodnio- i zachodnioeuropejskiej, rozciąganej w procesie ekstensji oraz ponownie zestalonej w procesie zamykania basenu i kolizyjnego etapu deformacji tektonicznej. We wczesnej kredzie kończy się okres ekstensji (tworzenia przestrzeni akomodacyjnej w geometrii półrowów) i zaczyna proces inwersji i zamykania, wykształcony też zostaje basen przedpola. Początek formowania typowego basenu przedpola znaczy pojawienie się inoceramowego systemu depozycyjnego. Pojawiają się facje „fliszowe"; najpierw w obszarze Karpat wewnętrznych. Zatem od późnej kredy basen Karpat zewnętrznych jest basenem przedpola (ang. foredeep basin) w stosunku do wcześniej zestalonej części górotworu (któremu odpowiada rejon Karpat zewnętrznych). Wobec wspólnej historii basenowo-tektonicznej tradycyjny podział Karpat na tzw. Karpaty wewnętrzne i zewnętrzne jest podziałem sztucznym i nie ma żadnego uzasadnienia. Obszar tzw. Karpat wewnętrznych i zewnętrznych przeszedł te same etapy deformacji tektonicznych.

Sam proces zamykania i kompresji charakteryzował się przemieszczaniem układu: orogen – (ang. backstop) – basen przedpola (foredeep basin) – wypiętrzenie przedorogeniczne (ang. forebulge). Obszar skłonu basenu przedpola i wypiętrzenia dostarczał materiału klastycznego do basenu, pełniąc rolę czasowo istniejących „kordylier". Na charakter i rozkład facji w niektórych okresach wpływ mają także eustatyczne zmiany poziomu morza. Z czasem centrum depozycji przenosi się w kierunku północnym. Proces migracji basenu przedpola trwał aż do zatrzymania w późnym miocenie.

Zaproponowano kilka modeli ukazujących rozwój oraz rozprzestrzenienie i wzajemne relacje facji w poszczególnych okresach. Ponadto zaproponowano modele rozwoju geologicznego regionu okołopienińskiego. Uznawany za rejon graniczny obszar Pienińskiego Pasa Skałkowego jest jedynie pozostałością po kolapsie późnokredowego frontu orogenicznego. W rejonie polskich Karpat Pieniński Pas Skałkowy jest kompleksem chaotycznym o genezie sedymentacyjnej, o typie „bloki w matriks", uformowanym w wyniku kolapsu frontu orogenicznego i zrzucenia bloków do tworzącego się basenu przedpola, czyli systemu inoceramowego.

Poszczególne facje, tradycyjnie zaliczane do odrębnych subbasenów, a nawet do regionów (Karpaty wewnętrzne czy zewnętrzne), współwystępują często w jednym systemie depozycyjnym i jednym obszarze basenowym – np. facje jarmucka, inoceramowa, istebniańska, margli krzemionkowych, frydeckich oraz szelfowych piaskowców o typie piaskowców z Rybia są elementami tego samego systemu depozycyjnego, sąsiadując ze sobą. Znacząca okres przejściowy między etapem ekstensji a kompresji, szeroko rozprzestrzeniona (aż do obszaru tatrzańskiego) facja lgocka jest podłożem sedymentacyjnym dla migrującego basenu przedpola.

Tradycyjnie wyróżniane elementy tektoniczne (tzw. jednostki karpackie; jak np. jednostka śląska magurska czy skolska) nie są ściśle związane z tzw. basenami lub subbasenami, są jedynie elementami tektonicznymi, a nie tektoniczno-basenowymi. Proces zamykania basenu i budowania orogenu poprzez tworzenie ścięć tektonicznych skośnych do osi systemów depozycyjnych powoduje, że te same facje znajdują się w kilku jednostkach tektonicznych (jak np. facja lgocka, inoceramowa, czy piaskowców cergowskich).

Dla końcowego uformowania zarówno Karpat wewnętrznych, jak i PPS oraz tzw. Karpat zewnętrznych istotne znaczenia mają wtórne (po etapie kolizyjnym) deformacje tektoniczne, czyli etap formowania uskoków przesuwczych i etap kolapsu orogenu. Szczególne znaczenie dla geometrii Karpat ma etap uskoków przesuwczych. W znacznej mierze reaktywowane zostały pierwotne powierzchnie nasunięć „w sekwencji" (ang. in sequence) oraz pozasekwencyjnych (ang. out-of-sequence thrusts). Etap uskoków przesuwczych powoduje powstawanie szeregu asocjacji uskoków przesuwczych. Tworzą się liczne w Karpatach struktury o typie „końskiego ogona" (ang. horse tails structure) i struktur „kwiatowych" (ang. flower structure) oraz liczne baseny typu „z rozdarcia" (ang. pull-apart basins). Powstają także liczne uskoki normalne, wynikające z ekstensji równoległej do przebiegu głównych elementów tektonicznych.

Ostatnim etapem rozwoju tektonicznego jest etap kolapsu orogenicznego, powodujący rozpad orogenu i cofnięcie procesu nasuwania. Proces kolapsu zachodzi zarówno w Karpatach wewnętrznych, zewnętrznych, ale także w obszarze okołokarpackim. W tym etapie niektóre nasunięcia zostały reaktywowane jako uskoki normalne (m.in. nasunięcia w obrębie jednostki magurskiej). Dla wyjaśnienia sposobu powstawania okien tektonicznych zaproponowano kilka modeli: model powstawania okien w strukturach „kwiatowych", przy strefach uskoków normalnych i w procesie powstawania nasunięć pozasekwencyjnych. Istotne znaczenie w procesie migracji oraz budowania górotworu, a także w procesie tworzenia dużych kompleksów chaotycznych (o genezie sedymentacyjnej) mają nasunięcia pozasekwencyjne (out-of-sequence thrusts) oraz proces utrzymania stałego kąta pryzmy (ang. wedge equilibrium). Wiele stref tektonicznych w Karpatach uległo wielokrotnie reaktywacji we wtórnych (poza procesem kompresji) etapach deformacji. Proces tworzenia melanży tektonicznych zachodzi głównie w wyniku reaktywacji tektonicznej tych samych stref uskokowych. Większość stref melanży tektonicznych związana jest z etapem uskoków przesuwczych. Wtórne etapy deformacji tektonicznych mają także zasadnicze znaczenie dla obrazu geomorfologii Karpat, szczególnie etap uskoków przesuwczych i etap kolapsu orogenu. W opracowaniu postawiono kilka hipotez mogących wyjaśnić przyczyny dodatkowych etapów deformacji tektonicznych oraz przebudowy basenu Karpat. Jednym z powodów może być proces tworzenia orokliny karpackiej, przejawiający się w zaginaniu zarówno przestrzeni basenowej, jak i formującego się orogenu. Proces ów może być także przyczyną zmian nachylenia osi basenu.

OPIS EN:

This study is devoted to chaotic complexes occurring in the Carpathian Mountains. Their genesis and location in the orogen structure is discussed. Among different types of chaotic complexes revealing "blocks in the matrix" structure, the focus was put on tectonic mélanges, never before discussed in Polish scientific literature. In the study a controversial concept on tectono-sedimentary history of the Carpathians is also presented. A commonly accepted theory of the Carpathians as an orogeny associated with the subduction process was questioned. An opinion regarding the existence of wide oceanic areas contributing to the evolution of the Carpathian basin was also criticized. A much simpler model of the history of the basin was proposed. The Carpathian basin filled with sediments which make up the Inner and Outer Carpathians, according to the presented approach, was a single basin zone, subjected to changes and movements during its history. In the assumption adopted in the study, the formation process of the Carpathian basin took place on the passive edge of the eastern and western european platforms, stretched due to extension, re-solidified in the basin closing process and finally subjected to tectonic deformation in the collisional stage. In the early Cretaceous the extension period ends (creation of accommodation space in geometry of semi-trenches) and then begins the process of inversion and closing – the Carpathians Foredeep Basin is also formed. The beginning of the formation of a typical foreland basin means the appearance of an inoceramid depositional system. The flysh type facies appear first in in the area of Inner Carpathians. Therefore, from the late Cretaceous, the Outer Carpathians basin becomes a foredeep basin in relation to previously solidified sediments corresponding to the Outer Carpathians zone. In the view of shared tectono-sedimentary history, the traditional Carpathians division into so called Inner and Outer Carpathians is artificial and has no justification. The area of so called Inner and Outer Carpathians have undergone the same stages of tectonic deformations.

The very process of closing and compression was characterized by the following movements within the Carpathians orogen system: orogeny backstop – foredeep basin – forebulge uplift. Both the foreland basin slope and uplift zones provided clastic material into the basin, acting as a temporary existing "Cordillera". The character and distribution of facies in some geological periods were also influenced by eustatic changes of sea level. Over time, the deposition center moved toward the north. The migration processes of the foreland basin lasted until the late Miocene.

Several models explaining development, distribution and facies relationships in different geologic periods were proposed. In addition, the proposed models of geological development of the Pieniny Mountains area was suggested. Considered as a border area, the Pieniny Klippen Belt is only a residue after the collapse of the orogenic front in the late Cretaceous. In the area of the Polish part of the Carpathian Mountains, the Pieniny Klippen Belt is a chaotic complex of "blocks in the matrix" structure type, with the sedimentary genesis, formed as a result of orogenic front collapse and blocks being dumped into the developing foreland basin – inoceramid system.

Particular facies, traditionally included in the separated basins and even separated regions (Inner and Outer Carpathians), often coexist within one depositional system and one basin zone. ie. Jarmuta beds, Inoceramid beds, Istebna beds, siliceous marls, Fryderyk type marls and Rybie sandstones are elements belonging to the same depositional system. Co-existing with each other widely spread Lgota beds (up to the Tatras area) comprised a sedimentary base for the migrating foreland basin. Lgota beds were deposited during the transition period between the extension and compression stages.

Traditionally distinguished tectonic elements (i.e. Carpathian units such as: Silesian, Magura and Skole units) are not closely related to so called basin and sub-basins, but are only elements of tectonic and not tectono-sedimentary elements. The process of basin closing and orogeny formation, through creating tectonic shearing zones oblique to the axis of depositional systems, are responsible for the occurrence of the same facies in several tectonic units (eg. Lgota beds, Inoceramid beds or Cergowa sandstones).

For the final stage of the formation of both the Inner Carpathians and Pieniny Klippen Belt, secondary (after the collision phase) tectonic deformation processes - strike-slip faulting phase and the collapse of the orogen were of great significance. Strike-slip faulting especially influenced the geometry of the Carpathians. Many of the primary thrust surfaces have been reactivated forming, in sequence and out-of-sequence thrusts. Strike-slip faulting resulted in the formation of a number of associations of strike-slip faults. In the Carpathians, numerous structures of horse tail structure type, flower structure type and many pull-apart basins are present. Also many normal faults resulting from extension acting parallel to the direction of major tectonic elements have been formed.

The ultimate phase in the tectonic development was orogeny collapse, disintegrating the orogeny and withholding the process of thrusting. The collapse process occurs not only in the Carpathians, both Inner and Outer, but also in the surrounding area. At this stage some thrusting sheets were reactivated as normal faults (among others, thrusts in the Magura unit). Several models explaining the genesis of tectonic windows were proposed: formation of tectonic windows in flower structures, nearby normal faults zones and during out – of - sequence thrusting. For the migration processes, orogeny and large chaotic complexes (with sedimentary genesis) formation, out-of-sequence thrusts and the process of maintaining the wedge equilibrium, play an important role. Many tectonic zones in the Carpathians have been repeatedly reactivated in the secondary deformation process, excluding compression.

The process of tectonic mélange formation occurs mainly as a result of the tectonic reactivation of the same fault zones. Most areas with tectonic mélange occurrence is associated with strike-slip faulting. Secondary tectonic deformation processes were also essential for the present geomorphology of the Carpathians, especially strike slip faulting and the stage of orogeny collapse. In the study, several hypotheses that may explain the reasons for additional phases of tectonic deformation and re-development of the Carpathian basin were made. One reason may be the process of the Carpathian Orocline creation, manifesting itself in bending both the basin area and the Orogen. This process can also be the cause of the changes in the slope of the basin axis.

Praca naukowa nr 202 jest dostępna w trybie open acces.

Zamówienie wersji drukowanej:

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 012 617 76 32.