Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Rozproszona materia organiczna warstw menilitowych jednostek skolskiej, śląskiej i dukielskiej wschodniej części Karpat zewnętrznych / Dispersed organic matter of the Menilite Beds of Skole, Silesian and Dukla Units from the eastern part of the Outer Carpathian Mts.

Autor: Konrad Ziemianin, Grzegorz J. Nowak

Recenzenci:

Dr hab. inż. Rafał Morga, prof. Politechniki Śląskiej
Dr hab. Iwona Jelonek, prof. Uniwersytetu Śląskiego

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-51-5
DOI: 10.18668/PN2024.243

Objętość monografii: 192 strony

Streszczenie

Praca poświęcona jest charakterystyce petrograficznej rozproszonej materii organicznej w warstwach menilitowych jednostek skolskiej, śląskiej i dukielskiej. Jej cel stanowi uzupełnienie trwających od lat badań nad tą jedną z najciekawszych formacji łupkowych w obrębie Karpat o elementy petrografii materii organicznej, których tłem są wyniki badań geochemicznych.

Nacisk położono na obserwacje mikroskopowe – scharakteryzowano skład macerałowy skał wchodzących w obręb warstw menilitowych, określono stopień dojrzałości termicznej materii organicznej poprzez pomiary refleksyjności fragmentów witrynitu, a także opisano wykształcenie litologiczne. Wyniki uzupełniono o dane uzyskane z analizy pirolitycznej Rock-Eval, a w szczególności wykorzystano takie parametry jak T_max, TOC (udział węgla pochodzenia organicznego), HI (indeks wodorowy) oraz OI (indeks tlenowy). Zbadano relacje pomiędzy uzyskanymi wynikami, zwłaszcza pod kątem związków pomiędzy składem macerałowym a parametrami geochemicznymi i typem litologicznym. Wszystkie uzyskane wyniki starano się prześledzić zarówno w skali odsłonięcia, jak również w skali poszczególnych jednostek. Pomimo pewnych ograniczeń zastosowanych metod odniesiono się również do kwestii paleośrodowiskowych.

Przebadane skały wchodzące w skład warstw menilitowych charakteryzują się zróżnicowanym wykształceniem litologicznym. Są to w głównej mierze różnego rodzaju łupki – ilaste, margliste, wapniste oraz w mniejszym stopniu mułowce, piaskowce, pyłowce, rogowce i wapienie mikrytowe. Materia organiczna najliczniejsza jest w łupkach ilastych i mułowcach, natomiast w przypadku piaskowców, pyłowców i rogowców jej udział jest wyraźnie niższy. W składzie materii organicznej najczęściej obserwuje się następującą asocjację: alginit + bituminit + liptodetrynit + kolotelinit + witrodetrynit + fuzynit/semifuzynit/inertodetrynit. W części skał zdarzają się pewne odstępstwa, polegające na braku któregoś z wymienionych składników, niemniej jednak nie jest to częste. W ujęciu ilościowym skład macerałowy najczęściej zdominowany jest przez macerały grupy liptynitu – alginit, bituminit i liptodetrynit. Ich udział jest zwykle znacznie wyższy od macerałów z grupy witrynitu (reprezentowanych przez kolotelinit i witrodetrynit). Macerały grupy inertynitu (fuzynit, semifuzynit, inertodetrynit) są powszechne, ale jednocześnie ich udział jest bardzo niewielki. W skałach z niektórych odsłonięć w składzie materii organicznej obecne są także stałe bituminy. Dodatkowo często obserwuje się bioklasty w postaci fragmentów szkieletu ryb.

Ilościowy udział poszczególnych macerałów może się zmieniać w szerokim zakresie w obrębie tej samej litologii. Alginit najpowszechniejszy jest w mułowcach jednostki śląskiej i skolskiej, bituminit z kolei najliczniejszy jest w łupkach marglistych jednostki śląskiej oraz łupkach ilastych jednostki skolskiej. Liptodetrynit najczęstszy jest w mułowcach i łupkach ilastych jednostek śląskiej i dukielskiej. Najwięcej fragmentów witrynitu obserwuje się w łupkach ilastych i marglistych jednostki dukielskiej.

Materia organiczna łupków menilitowych deponowana była w środowisku głównie płytkowodnym, na co wskazuje powszechność alginitu. Środowisko to mogło być zróżnicowane pod kątem warunków natlenienia i tempa sedymentacji, co mogłyby sugerować obserwowane znaczne różnice w zawartości alginitu i bituminitu.

Materia organiczna warstw menilitowych reprezentuje w głównej mierze typy II oraz III kerogenu, jak również ich mieszaninę. Skały z typem I i IV kerogenu należą do rzadkości. W większości odsłonięć materia organiczna znajduje się w fazie niedojrzałej. W jednostce skolskiej w żadnej z przebadanych lokalizacji nie obserwuje się materii organicznej w stadium odpowiadającym tzw. oknu ropnemu. W jednostce śląskiej próbki o wyższym stopniu przeobrażenia termicznego spotyka się w tzw. strefie przeddukielskiej. Poza nią jedynie incydentalnie obserwuje się próbki będące na granicy fazy niedojrzałej i fazy generowania płynnych węglowodorów. W jednostce dukielskiej skały znajdujące się w fazie „okna ropnego” obserwuje się na obszarze okna tektonicznego Świątkowej Wielkiej. Podwyższoną dojrzałość (granica fazy niedojrzałej i „okna ropnego”) sugerują także wyniki pirolizy Rock-Eval dla próbek z najbardziej na południe wysuniętego odsłonięcia (Komańcza 2). Nie obserwuje się regionalnych trendów zmienności parametrów T_max i R_o.

Najlepszym potencjałem generacyjnym charakteryzuje się część łupków ilastych (zwłaszcza w jednostce skolskiej i śląskiej) oraz mułowce. Skałami o słabym potencjale generacyjnym są z kolei rogowce, piaskowce i pyłowce. Typ litologii nie decyduje jednak w sposób jednoznaczny o potencjale generacyjnym, gdyż niezależnie od wykształcenia litologicznego może on zmieniać się w stosunkowo szerokim zakresie.

Słowa kluczowe: materia organiczna, macerały, refleksyjność witrynitu, warstwy menilitowe, Karpaty

Abstract

This work is devoted to the petrographic characteristics of dispersed organic matter in  the Menilite Beds of Skole, Silesian and Dukla Units. Its purpose is to supplement the ongoing research on this one of the most interesting formations within the Carpathian Mts. with aspects of organic matter petrography, with the background of geochemical investigations.

The main emphasis was placed on microscopic observations – the maceral composition of the rocks was characterized, the maturity level of organic matter was determined by measuring the reflectance of vitrinite fragments and also lithological aspects were described. The results were supplemented with data obtained from the Rock-Eval pyrolytic analysis, in particular parameters such as T_max, TOC (content of organic carbon), HI (hydrogen index) and OI (oxygen index) were used. The relationship between the obtained results was examined, especially in terms of the relations between the maceral composition, geochemical parameters and lithology. All obtained results were traced both on outcrop and unit scale. Despite some limitations of the methods used, paleoenvironmental issues were also referred to.

The rocks collected within Menilite Beds are characterized by various lithology. These are mainly different types of shales (argillaceous, marly, carbonate). Mudstones, sandstones, siltstones, cherts and micritic limestones are also present, but their content is lower. The richest in organic matter are shales and mudstones, while in the case of sandstones, siltstones and cherts its content is significantly lower. In the qualitative composition of organic matter, the following association is most often observed: alginite + bituminite + liptodetrinite + collotelinite + vitrodetrinite + fusinite/semifusinite/inertodetrinite. In few rocks some of the components are missing, however it is not common. Maceral composition is most often dominated by macerals of the liptinite group - alginite, bituminite and liptodetrinite. Their content is usually much higher than macerals from the vitrinite group (represented by collotelinite and vitrodetrinite). Macerals of the inertinite group (fusinite, semifusinite, inertodetrinite) are common, but at the same time their content is very low. Solid bitumen is also present in few samples. In addition, bioclasts in the form of fish skeleton fragments are often observed.

The content of individual macerals can vary widely within the same lithology. Alginite is the most numerous in mudstones of the Silesian and Skole Units. The highest content of bituminite on the other hand is observed in the marly shales of the Silesian Unit and the argillaceous shales of the Skole Unit. Liptodetrinite is most common within mudstones and shales of the Silesian and Dukla Units. The highest content of vitrinite is observed in clay and marly shales of the Dukla Unit.

The organic matter of Menilite Beds was deposited mainly in shallow water marine environment, as indicated by the high content of alginite. This environment may have been varied in terms of oxygenation and sedimentation conditions, which may be suggested by the significant differences in the content ratio of alginite and bituminite.

The organic matter of the Menilite Beds mainly represents kerogen types II and III, as well as their mixture. Rocks with kerogen types I and IV are rather rare.

In the most of outcrops, the organic matter of the Menilite Beds is in the immature phase. In the Skole Unit, no organic matter being in “oil widow” phase is observed. In the Silesian Unit, samples with a higher degree of thermal transformation are found in so-called pre-Dukla zone. Apart from the mentioned zone, samples with the maturity level between immature stage and early oil generation phase are only incidentally observed. In the Dukla Unit, rocks with organic matter being in the oil window phase are observed in the Świątkowa tectonic window. Increased maturity is also suggested by Rock-Eval pyrolysis results for rocks collected from the southernmost outcrop (Komańcza 2). No regional trends in the variability of T_max and R_o parameters are observed.

The best generation potential is observed for mudstones and some of the argillaceous shales (especially in the Skole and Silesian Units). On the other hand, rocks with poor generation potential are cherts, sandstones and siltstones. However, lithology itself cannot directly indicate the generation potential, as this can change in a relatively wide range within the same type of rock.

Key words: organic matter, macerals, vitrinite reflectance, Menilite Beds, Carpathian Mts.

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

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.