Środowisko sedymentacyjne skał macierzystych

ZAGADNIENIA:

1. Środowiska sedymentacji skał macierzystych
2. Zapis historii strukturalnej w wypełnieniach mineralnych.
3. Diageneza strukturalna- jak rozumiesz to pojęcie , podaj przykłady.
4. Metoda trakowa- na czym polega i do czego służy; wykorzystanie w geologii naftowej
5. Minerały mieszanopakietowe illit-smektyt- ich diageneza i datowanie K-Ar; wykorzystanie w geologii naftowej
6. Termochronologia niskotemperaturowa - wykorzystanie w geologii naftowe

1. ŚRODOWISKA SEDYMENTACJI:

• -jeziora o ograniczonej cyrkulacji

• -strefy delt

• -baseny związane z szelfem

• -baseny ograniczone cyrkulacją.

Lądowe baseny śródgórskie – okreseowe podtopienia
wodami gruntowymi – torfowiska – zachowanie materii
organicznej.

Zagłębia paraliczne – strefy przybrzeżne na szelfie.
Pokłady węgli zagłębiające się z facjami morskimi.

Równie deltowe – bardzo perspektywiczne strefy. Szybki
rozwój roślinności.

Strefy lądowe – dochodzi do akumulacji materii
organicznej z roślinności żyznej???? ( jeziora
stratyfikacyjne, delty itp.)

Skały macierzyste-warunki anoksyczne:

Cztery główne środowiska anoksyczne:

– duże jeziora anoksyczne;

– baseny anoksyczne „progowe”;

– strefy upwellingu;

– warstwy anoksyczne otwartego oceanu.

Duże jeziora anoksyczne:

• skały macierzyste pochodzenia niemorskiego.

• Stała stratyfikacja wod powoduje powstanie anoksycznych wód dennych, szczególnie w dużych jeziorachbez sezonowej cyrkulacji wod – np. jezioro Tanganika

• osady zdeponowane w natlenionych, płytkich wodach jeziora: 1 – 2% TOC;

• osady zdeponowane w anoksycznych, głębokich wodach jeziora: 7 – 11% TOC.

Baseny anoksyczne „progowe”:

• związek z klimatem i rzeźbą dna zbiornika

• anoksyczne śródlądowe baseny z ograniczoną cyrkulacją wód spowodowaną przez progi, posiadają dodatni bilans wodny (przykłady: Morze Czarne, Morze Bałtyckie);

• w klimacie suchym występuje ujemny bilans wodny (wzmożona ewaporacja przewyższa dostawy nowych wód) – występują natlenione wody denne (przykłady: Morze Czerwone, Morze Środziemne).

Warstwy anoksyczne spowodowane przez upwelling:

• Występują tylko w strefach upwellingu, gdzie bogate w osady denne są wynoszone ku górze.

• Rozwijają się tylko, gdy powierzchniowe procesy biologiczne wymagają dostarczenia głębokich, bogatych w tlen wód (prąd Benguela i wybrzeża Peru).

• Zużycie tlenu przez organizmy jest zbliżone do dostarczonego.

• Skały macierzyste powstałe przez upwelling występują na niskich, szerokościach geograficznych+podczas transgresji.

Warstwy anoksyczne otwartego oceanu:

• powstają przy obecności O2 – NE Pacyfik, N ocean Indyjski;

• daleko od źródeł natlenionych głębokich wód polarnych;

• powstają podczas globalnego ocieplenia lub w czasie głównych transgresji;

• poźna jura, alb;

• występują rzadko.

Strefy wysokiej produktywności organicznej:

– zachodnie wybrzeża kontynentow (zimne prądy i upwelling);

– zimne wody (bogate w O2);

– tylko gorne 100 m (strefa fotyczna).

Czynniki kontrolujące ilość materii organicznej:

- produktywność świata organicznego;

- wielkość ziarna;

- tempo sedymentacji;

- utlenianie/ redukcja;

Najwięcej materii organicznej powstaje z organizmów wodnych (glonów)

Środowisko dotlenione:

• zachowanie materii organicznej w warunkach tlenowych:

-wysokie tempo sedymentacji;

-osad drobnoziarnisty (mniej efektywne utlenianie, słabsza ucieczka fluidów);

-laminacja;

• bardzo wysokie tempo sedymentacji powoduje „rozcieńczenie” materii organicznej w osadzie.

1. ZAPIS HISTORII STRUKTURALNEJ W WYPEŁNIENIENIACH MINERALNYCH

Wypełnienia żył:

• Syntaksjalne – powstają gdy ten sam składnik występuje w żyle i skale, najstarsza na zewnątrz (na ściankach), szew jest w środku, kierunek narastania od ścian do centrum, ciągłość między skałą a wypełnieniem jest zachowana

• Antytaksjalne – powstaje gdy ten sam składnik co występuje w żyle nie występuje w skale, najstarsza część w części centralnej

• Ataksjalne – całość powstaje w jednym czasie

Mikrostruktura żył i analiza strukturalna – kierunek otwierania się szczelin: - orientacja kryształów i kierunek zapełnienia żył; -orientacja inkluzji skał macierzystych

Określanie sensu ruchu: -na podstawie orientacji żył sigmoidalnych; - na podstawie orientacji kryształów włóknistych na powierzchni uskoków

Datowanie mikrostruktur:

-superpozycja

-sekwencja struktur i mineralizacji

Utwardzanie osadu/skały:

-ziarna które uległy spękania i tkwią w niezdeformowanym matrix – wczesny etap utwardzania,

- inkluzje drobnej skały rozciągnięte w różnym kierunku = słabe utwardzanie skały

Datowanie wypełnień mineralnych:

• badania magnetyczne - polega na dowiązywaniu etapow powstawania żył z biegunami magnetycznymi Ziemi dowiązując je do konkretnej epoki

• badania izotopowe:

a)Izotopy Sr – charakter pochodzenia form – stratygrafia strontowa, zawartość tych izotopow związana jest ze skałami magmowymi, krzywa ma charakter rosnący i znajduje zastosowanie w trzeciorzędzie (odpowiada na pytanie czy kalcyt krystalizował z wod morskich

b) Izotopy S – pozwalają na analizę pochodzenia siarki w siarczkach i siarczanach

c) Izotopy C – określenie temperatury i zasolenia roztworow, z ktorych powstały kryształy węglanach

d) Izotopy O – jak w C ale dla krzemianow i glinokrzemianow

e) datowanie Ar-Ar - Jak na powierzchnii są illity możemy określić kiedy doszło do powstania minerałów

1. DIAGENEZA STRUKTURALNA

Diageneza strukturalna jest to proces zachodzący pod wpływem ciśnienia i temperatury, dotyczy relacji pomiędzy deformacjami lub strukturami deformacyjnymi i procesami chemicznymi . Produktami diagenezy strukturalnej są mikrostruktury tektoniczne: wstęgi deformacyjne, uskoki, żyły brekcje.

Mikrostruktury tektoniczne:

A) wstęgi deformacyjne

- powstają w osadzie, który nie jest zcementowany.

- tworzą strefy planarne, tabularne o różnym stopniu reorientacji i kataklazie ziaren i szkieletu,

-występują w deformowanych osadach ziarnistych,

-wykazują przesunięcie rzędu milimetrów-centymetrów,

-występują jako pojedyncze struktury lub tworzą wiązki,

-są głównymi elementami stref zniszczenia przy uskokach,

-rodzaj powstających wstęg zależy od cech litologicznych osadu, stopnia utwardzenia, wielkości pogrzebania

Typy wstęg (widoczne deformacje): -reorientacja ziaren, - ułożenie łyszczyków, - rozpuszczanie i cementacja; -kataklaza

B) uskoki

- uskoki hydroplastyczne – wykazują wyraźną powierzchnie rozdzielności, brak mineralizacji,

-uskoki kruche – towarzyszy mineralizacja na powierzchni uskoków, (często kalcytowa)

C)brekcje – występują w strefach przyuskokowych

D)struktury żyłowe-regularny odstęp w szeregu, występują w materiale który szybko tworzył szkielet ziarnowy, żyły mogą być też w piroklastykach i pryzmach akrecyjnych, wypełnione są innym materiałem fluidy przenoszą minerały nie związane ze szkieletem, wskaźnik trzęsienia ziemi.

ŻYŁY MINERALNE - ciało o niewielkiej objętości występujące w skale, mają wyraźny kształt, wypełnione kryształami jednego lub kilku minerałów wytrącających się z roztowórw.

Mikrostruktury żył: cios, uskoki, brekcje

Pokrój kryształów występujących w żyłach ma zasadnicze znaczenie przy interpretowaniu mechanizmu powstawania żył:

• druzowy - kryształy rosną na ścianach w kierunku centralnym; automorficzne zakończenie kryształow (w sensie – wydłużone lub izometryczne w zależności od rodzaju minerału);

• blokowy – brak uprzywilejowanych orientacji kryształów, ciągła nuklecja

• włóknisty – stosunek długości do szerokości kryształów >10; pokrój włóknisty nie zależy od kształtu kryształu i orientacji krystalograficznej,

• kolumnowy „z rozciągania” – pokrój wydłużony, widoczne wcześniej istniejące ziarna na obydwu końcach kryształów, zygzakowata granica pomiędzy kryształami

• kolumnowy – stosunek długości do szerokości kryształów <10, niezależny od kształtu kryształów, pokrój często związany z orientacją krystalograficzną, nie wszystkie ziarna mają identyczny pokrój

• włóknisty na powierzchni uskoków – kryształy włókniste lub kolumnowe, dłuższe osie kryształów zorientowane pod niewielkim kątem powierzchni uskoków

1. METODA TRAKOWA-NA CZYM POLEGA I DO CZEGO SŁUŻY+ZASTOSOWANIE W GEOLOGII NAFTOWEJ

• Metoda trakowa jest obecnie główną metodą geochronologiczną mającą zastosowanie w skałach osadowych.

• Metoda trakowa opiera się na analizie śladów (ang.track) „zniszczenia” radiacyjnego (defektów w strukturze kryształów) w ciałach stałych (głównie kryształach). Pochodzą z rozpadu promieniotwórczego atomów ²³⁸U. Traki są selektywnie rozpuszczane i powiększane poprzez trawienie w kwasie azotowym. Mierząc zawartość uranu oraz ilość traków mierzymy czas, w którym traki były akumulowane, czyli wiek trakowy.

• Metoda trakowa pozwala na rekonstrukcję temperatury w przedziale pomiędzy możliwościami z jednej strony metody helowej (temperatura zamknięcia 70 st.C +/- 15 st C), a z drugiej strony metodami argonowymi(temperatura zamknięcia ~180-200 st.C).

• Metoda trakowa+helowa stanowią niezastąpione narzędzie rekonstrukcji paleotermicznej basenów sedymentacyjnych.

• Pozwala określić: temperaturę dla poszczególnych próbek; zmienność temperatury w czasie wychładzania do maksymalnej wartości; styl wychładzania(szybki/wolny); scharakteryzować mechanizmy determinujące określone zdarzenie termiczne; zmienność gradientu geotermicznego i strumienia cieplnego; wielkość wynoszenia i erozji; proweniencję osadów klastycznych; datować radiometrycznie skały do celów stratygraficznych; datować skały magmowe+metamorficzne.

• Zakres stosowania metody trakowej odpowiada w przybliżeniu zakresowi temperaturowemu głównych faz generowania HC w skałach osadowych, uwęglenia węgli kamiennych, czy innym procesom diagenetycznym.

• Modelowanie danych trakowych pozwala określić czas występowania maksymalnej temperatury, a także wielkość i charakter zdarzeń termicznych występujących po maksimum temperaturowym.

• Na podstawie wyników pomiarów mikroskopowych (wiek traków, długości traków i średnicę traków) przeprowadza się modelowanie za pomocą programów komputerowych. Należy określić warunki brzegowe: 1) temperatura współczesna próbki, 2) temperatura, w której nastąpiła depozycja danej skały, z której pochodzi próbka, 3)najmniej precyzyjnie określana temperatura maksymalna, którą osiągnęła próbka w trakcie swojej post de pozycyjnej ewolucji (na podstawie Ro).

Temperatura zamknięcia – temperatura powyżej której minerał stanowi jeszcze układ otwarty, a poniżej której jest już układem zamkniętym dla danej wymiany izotopowej. Jest z reguły niższa niż temperatura krystalizacji danego minerału.

Traki – geometryczne proste ślady w strukturze apatytu, niezorientowane w przestrzeni. Długość ich początkowa wynosi zwykle około 16 µm, jest ona skracana ze wzrostem temperatury.

Wiek trakowy - wiek określający ostatni czas przejścia przez temperaturę. Redukcja wieku trakowego uzależniona jest od zawartości chloru. Apatyty uboższe w chlor łatwiej i szybciej są skracane pod wpływem temperatury niż apatyty bogatsze w chlor. Należy znać skład chemiczny apatytu.

1. ILLIT-SMEKTYT + DATOWANIE K-Ar

Minerały mieszanopakietowe illit-smektyt są uwodnionymi glinokrzemianami Al., Mg i Fe należącymi do krzemianów warstwowych. Transformacja smektyt-illit zachodzi tylko w jednym kierunku: smektytillit, zależy od temperatury, ciśnienie i czas nie mają wpływu na przeobrażenie.Minerały mieszanopakietowe illit-smektyt- ich diageneza??-dopisać

Datowanie K-Ar:

Oznaczania wieku bezwzględnego metodą K-Ar dokonuje się przeważnie na wydzielonych ze skał minerałach potasowych. Najkorzystniejsze są minerały, które odznaczają się dużą zawartością potasu oraz powszechnością występowania. Chcąc poprawnie określić wiek rzeczywisty tych minerałów muszą one spełniać dwa podstawowe warunki: w chwili powstawania nie mogą zawierać argonu iod chwili powstania do momentu pomiaru muszą stanowić dla potasu i argonu układ zamkniety. W wyniku przemiany promieniotwórczej potasu powstały argon pozostaje w sieci krystalicznej minerału na miejscu atomów potasu.

Zastosowanie w geologii naftowej:

• Illit-smektyt oferuje możliwość pomiaru maksymalnych paleotemperatur (z %S w łupkach) oraz precyzyjnego wieku diagenezy (K-Ar w frakcji bentonitów) lub dolnej granicy wieku diagenezy.anchimetamorfizmu (K-Ar frakcji łupków).

• W przypadku nakładania się kilku etapów diagenezy możliwe bywa ich wykrycie oraz ocena względnej intensywności kolejnych etapów (nieciągłości profilu %S lub ich brak, daty K-Ar).

• Pomiary mieszano pakietowe illit-smektyt oraz K-Ar pozwalają na genetyczną interperatację przeobrażeń termicznych (diageneza z pogrzebania sedymentacyjnego, tektonicznego, wydarzenie termiczne, migracja gorących roztworów).

1. TERMOCHRONOLOGIA NISKOTEMPERATUROWA

Historia basenów osadowych jako fragment cyklu geologicznego

Podstawowymi metodami stosowanymi w termochronologii niskotemperaturowej basenów sedymentacyjnych są metoda trakowa i helowa.

Metoda trakowa

Metoda helowa

• Metoda helowa (U/Th/He) stanowi stosunkowo nową technikę pod względem zastosowania termo chronologii niskotemperaturowej utworów osadowych.

• W osataniej dekadzie nastąpił znaczny rozwój metody helowej, który pozwolił rozszerzyć zakres szacowania temperatury w stosunku do dotychczas stosowanych metod.

• Wiarygodne informacje na temat temperatury uzyskuje się z korelacji metody helowej z trakową i argonową.

Historia termiczna- rozkład temperatury w basenie w funkcji czasu

Metody badań historii basenów osadowych:

-modelowanie komputerowe (T+t)

-zapis ciągły:

wskaźniki organiczne (T)

illityzacja smektytu (T+t)

-zapis punktowy:

inkluzje fluidalne (T)

metoda trakowa i helowa (T+t)

izotopy stabilne (T)

Metody te pozwalają na oszacowanie czasu wychładzania z maksymalnej temperatury i znajdują zastosowanie do skał osadowych w przeciwieństwie do wyżej temperaturowych geochronometrów. Za pomocą wyników pomiarów mikroskopowych przeprowadza się modelowania numeryczne historii termicznej za pomocą

Wykorzystanie-pozostałe to co przy metodzie trakowej