Państwowy Instytut Geologiczny – PIB zakończył realizację projektu poświęconego rozpoznaniu potencjału łupków jurajskich i dolnokredowych Polski pozakarpackiej pod kątem możliwości generacji węglowodorów dla złóż gazu i ropy naftowej.
Projekt realizowano w ramach zadań Państwowej Służby Geologicznej w PIG–PIB w okresie 1 lipca 2019 r. do 30 czerwca 2023 r.
Projekt prowadzony był pod kierownictwem dr Anny Feldman-Olszewskiej przez interdyscyplinarny zespół siedemnastu pracowników naukowych z Zakładu Geologii Regionalnej i Złożowej PIG–PIB oraz siedmiu wykonawców zewnętrznych.
Zakres badań
Obszar prowadzonych badań obejmował geologiczne struktury Niżu Polskiego należące do wału środkowopolskiego i sąsiadujących z nim niecek (szczecińskiej, łódzkiej, pomorskiej i płockiej). Projekt był oparty na archiwalnych rdzeniach wiertniczych, gdyż badane skały nie występują na powierzchni. Głównym celem projektu było określenie możliwości i zakresu generacji węglowodorów (gaz ziemny/ ropa naftowa) z drobnoziarnistych skał (iłowce i mułowce) jury i dolnej kredy, określanych często jako tzw. ciemne łupki, które zawierają materię organiczną i są głęboko pogrzebane, na znacznej części Niżu Polskiego.
Projekt był istotny zarówno ze względów naukowych jak i utylitarnych, z uwagi na istniejące od lat kontrowersje odnośnie możliwości generacji węglowodorów z utworów jury i dolnej kredy Niżu Polskiego, które występują głęboko (do ok. 3 km) pod powierzchnią. Należy zauważyć, że w wielu wcześniejszych pracach sugerowano możliwość generacji węglowodorów z głęboko pogrzebanych utworów, gównie jury, zawierających podatną na transformację materię organiczną, które mogłyby być skałą macierzystą dla złóż gazu ziemnego/ropy naftowej. Nie zostało to jednak nigdy precyzyjnie udokumentowane.
Przebieg i metodyka badań
W ramach prowadzonych prac przebadano 10 kompleksów iłowcowo-mułowcowych jury i dolnej kredy. Pobrano 813 próbek skalnych pochodzących z 88 otworów wiertniczych znajdujących się w magazynach rdzeniu Skarbu Państwa i PGNiG oraz wykorzystano liczne próbki archiwalne zgromadzone w PIG-PIB pochodzące z 35 otworów wiertniczych (Fig. 1). Wykonano szereg analiz petrograficznych, mineralogicznych, geochemicznych oraz podatności magnetycznej skał mających na celu określenie składu badanych utworów i ich środowiska sedymentacji. Wykonano ponadto badania zawartości, typu i dojrzałości materii organicznej oraz jej pochodzenia i składu frakcji organicznych, badania właściwości fizycznych próbek skalnych, w tym porowatości i przepuszczalności, jak również badania geofizyczne w celu określenia zawartości materii organicznej oraz porowatości i przepuszczalności skał w profilach otworów wiertniczych, które były nie w pełni rdzeniowane.
Dodatkowo wykonano modelowania historii pogrążenia utworów jury i dolnej kredy, stopnia ich podgrzania i przeobrażenia materii organicznej, analizę wgłębnej budowy geologicznej, wzdłuż wybranych linii przekrojów geofizycznych przez obszar badań. Przygotowano także mapy rozkładu przestrzennego zawartości i parametrów dojrzałości materii organicznej.
Fig. 1. Mapa lokalizacyjna badanych otworów wiertniczych
Wyniki
Uzyskane wyniki wskazują na zmienne zawartości materii organicznej analizowanych kompleksów litologicznych jury dolnej i środkowej, od 0 do 17,0% wag. (średnia 2,3% wag.), na jej lądowy bądź rezydualny charakter (kerogen III i IV), niski potencjał węglowodorowy oraz niewielki stopień dojrzałości termicznej i małą zdolność do generacji węglowodorów.
Badany kompleks litologiczny jury górnej, zaliczany do tzw. formacji pałuckiej, odznacza się podwyższonym potencjałem węglowodorowym i obecnością mieszanej materii organicznej pochodzenia morskiego i lądowego (kerogeny II i III), której zawartość zmienia się od 0,1 do 10,7% wag. (średnia 2,8% wag.). Materia ta jest jednakże niedojrzała pod kątem generacji węglowodorów. Badane kompleksy kredy dolnej cechują się zawartością materii organicznej od 0 do 8,3% wag. (średnia 2,3 % wag.). Występująca w nich materia organiczna składa się z głównie z rezydualnego kerogenu IV i jest wybitnie niedojrzała pod kątem generacji węglowodorów.
Wnioski
Uzyskane kompleksowe wyniki badań, choć negatywne z punktu geologii naftowej, pozwoliły definitywnie rozwiązać długo dyskutowany problem możliwości generacji węglowodorów z utworów jurajskich Niżu Polskiego, które są głęboko pogrzebane pod powierzchnią. Niedojrzałość jurajskiej i dolnokredowej materii organicznej Niżu Polskiego należy wiązać ze stosunkowo niskim gradientem termicznym na tym obszarze, występującym po okresie osadzenia się badanych utworów, aż do czasów współczesnych.
Należy zauważyć, iż sytuacja ta jest odmienna niż w basenach Morza Północnego, Morza Norweskiego i Morza Barentsa, gdzie w mezozoiku miało miejsce podgrzanie osadów związane z tzw. „wygasłymi ryftami” i głębokimi intruzjami magmowymi. Uformowały się tam bogate złoża węglowodorów.
Co ciekawe, górnojurajska formacja pałucka Niżu Polskiego, datowana na najwyższe piętra jury, tj. na górny kimeryd i dolny tyton, jest bezpośrednim odpowiednikiem wiekowym i litologicznym formacji Kimmeridge Clay basenu Morza Północnego, która uznawana jest za główne źródło węglowodorów występujących na tym obszarze. Obydwie formacje należą do górnojurajskich facji litologicznej łupków bogatych w materię organiczną, które były szeroko rozprzestrzenione na obszarze północnej, północno-zachodniej i północnowschodniej części Europy (Fig. 2).
Fig. 2. Strefy osadzania się ciemnych łupków na tle paleogeografii wczesnego tytonu (jura późna) Europy: 1 – obszary osadzania się ciemnych łupków bogatych w materię organiczną, 2 – wyniesione lądy, 3 – osady przybrzeżne, 4 – płytkie baseny morskie, 5 – głębokie baseny morskie, 6 – głębokie baseny oceaniczne
Dzięki licznej i dobrze zachowanej faunie amonitów (Fig. 3) występujących w utworach formacji pałuckiej możliwe stały się jej dokładne datowania biostratygraficzne. Umożliwiły one stwierdzenie, iż wzbogacone w materię organiczną horyzonty formacji pałuckiej korelują się precyzyjnie z odpowiadającymi im wiekowo, wzbogaconymi w materię organiczną, horyzontami formacji Kimmeridge Clay, które zostały opisane z południowo-zachodniej i północno-wschodniej Anglii.
Dowodzi to jednoczesności zjawisk paleośrodowiskowych, które odpowiadały za powstanie późnojurajskich ciemnych łupków, bogatych w materię organiczną pochodzenia morskiego, nie tylko w północno-zachodniej ale i środkowej Europie. Zjawiska te były związane ze znacznym dopływem substancji organicznych do częściowo izolowanych basenów morskich późnej jury i niedotlenieniem ich wód dennych.
Należy je wiązać z okresowo zwiększoną wilgotnością klimatu, zapewne o charakterze monsunowym, która była sterowana zmianami orbitalnymi (tzw. „cykle Milankovicia”). Udowodniona synchroniczność wystąpienia ciemnych łupków górnojurajskich w Polsce i w północno-zachodniej Europie oraz udokumentowane, na podstawie analiz geochemicznych, cechy środowiska ich osadzania się są ważnym argumentem w dyskusji odnośnie genezy ww. osadów.
Zakończenie i dalsze plany
Projekt pozwolił jednoznacznie rozstrzygnąć długo dyskutowaną kwestię generacyjnego potencjału łupków jury i dolnej kredy Niżu Polskiego. Zebrany materiał badawczy posłużył jako baza do dalszych publikacji naukowych – obecnie trwają prace redakcyjne i recenzyjne nad artykułami manuskryptami artykułów poświęconymi sedymentologii, geochemii i pochodzeniu materii organicznej tych utworów. Zostaną one opublikowane w renomowanych międzynarodowych czasopismach naukowych.
Fig. 3. Dobrze zachowane amonity z północnej rodziny Virgatitidae oraz muszle ostryg w obrębie rdzenia wiertniczego z formacji pałuckiej Niżu Polskiego (fot. K. Skurczyńska-Garwolińska).
Projekt sfinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, w ramach umowy dotacji nr 434/2019/Wn-07/FG-SM-DN/D z dnia 20.09.2019 r., której realizacja nadzorowana była przez Ministra Klimatu i Środowiska.
Tekst: Hubert Wierzbowski, Anna Feldman-Olszewska
