Charakterystyka składu mineralnego i uziarnienia

Badania petrograficzne piaskowców krośnieńskich zapoczątkowane zostały w 1939 r. przez Jaskólskiego. Następnie były kontynuowane przez Obuchowicza (1957) oraz Ślączkę & Unruga (1972) i uzupełnione przez Shidelera et al. (1975). Pomimo iż próbki piaskowców pobierane były z różnych regionów facjalnych względem obszarów alimentacyjnych, określanych na podstawie kierunków transportu, piaskowce nie wykazały większej zmienności składu petrograficznego. Stąd też Ślączka & Unrug (1972) wysunęli wniosek o niewielkim zróżnicowaniu petrograficznym między obszarami źródłowymi, z których pochodził materiał klastyczny piaskowców wydzielanych regionów facjalnych. Okazało się jednak, że był on wystarczająco zróżnicowany, aby wpłynąć na właściwości fizyczne tychże piaskowców, które jak wykazały późniejsze badania kształtują się w nich odmiennie (Peszat & Buczek-Pułka 1994).

Badania petrograficzne piaskowców krośnieńskich w ostatnich latach prowadzone były głównie przez Peszata (1999), Bromowicza et al. (2001), Leśniaka (2005) oraz Sucha et al. (2007).

Badania prowadzone przez Peszata koncentrowały się głównie na właściwościach fizyczno-mechanicznych piaskowców dolnokrośnieńskich (Peszat & Buczek-Pułka 1994), petrografii i właściwościach surowcowych piaskowców glaukonitowych (Peszat 1997) oraz na właściwościach strukturalno-teksturalnych i genezie spoiw węglanowych gruboławicowych piaskowców krośnieńskich (Peszat 1999). Wymienione powyżej badania Peszata, oparte były na próbkach piaskowców pobieranych w kamieniołomach, zarówno w strefie litofacji otryckiej jak i leskiej (beskiej).

Badania prowadzone przez Bromowicza z zespołem, wykonywane w ramach projektu KBN nr 9T 12B 007 16 objęły 95 prób piaskowców, z których 62 pochodzą z odsłonięć powierzchniowych (Bromowicz et al. 2001). Podczas interpretacji nie wprowadzono jednak podziału na strefy litofacjalne.

Najnowsze badania petrograficzne piaskowców krośnieńskich zostały przedstawione w pracach Leśniaka (2005) i Sucha et al. (2007). Objęły one próby piaskowców pobranych z rdzeni z odwiertów: Dwernik-2, 3, 5, 7, 8, 9, 10, Lutowiska-2, Stuposiany-2, 3, 4, Pszczeliny-1, 2, Tarnawa Niżna-1, oraz próby piaskowców pobrane z odsłonięć wychodni warstw krośnieńskich w profilach potoków: Zatwarnica (Rzeki), Dwernik, Wołosaty, Wisłoka, Wisłok oraz w miejscowości Trepcza k. Sanoka. W zbiorze tym, dominują próby piaskowców ze strefy

litofacji otryckiej. Próby z otworu Lutowiska-2 oraz z odsłonięć w profilach Trepczy, Wisłoka i Wisłoki prawdopodobnie reprezentują litofację leską.

Na podstawie powyższych prac przedstawiony został poniżej opis składu petrograficznego piaskowców krośnieńskich dla analizowanych stref litofacjalnych.

Piaskowce krośnieńskie litofacji leskiej

Badania przeprowadzono w oparciu o próby piaskowców krośnieńskich z otworu Lutowiska-2 oraz wychodnie piaskowców w Trepczy (Such et al. 2007).

Uziarnienie

Wartości GSS (średnia średnica ziarn) zawierają się w przedziale od 0.09 do 4.67 , przy wartości średniej 3.04  co sytuuje badane próbki według kryterium uziarnienia: od gruboziarnistych pyłowców, poprzez piaskowce bardzo drobnoziarniste do piaskowców gruboziarnistych. Graficzny wskaźnik wysortowania (GSO) zawiera się w przedziale: 0.03 – 0.673 przy wartości średniej 0.519, co kwalifikuje badane piaskowce do grupy: od bardzo dobrze wysortowanych do umiarkowanie dobrze wysortowanych. Na podstawie analiz planimetrycznych, w oparciu o klasyfikację Pettijohna et al. (1972) piaskowce zostały sklasyfikowane jako arenity i waki lityczne (Such et al. 2007).

Szkielet ziarnowy

Kwarc jest tu minerałem dominującym. Stanowi on 24.3 – 42.6 % objętościowych składu

mineralnego piaskowców. Na podstawie badań katodoluminescencyjnych pochodzenie genetyczne ziarn kwarcu określono na metamorficzne, magmowe i rzadko obserwowane wulkaniczne. Wielkość ziarn i ich obtoczenie jest bardzo zróżnicowane. Lepszym obtoczeniem charakteryzują się ziarna grubszych frakcji, ale i w drobnych frakcjach można zaobserwować ziarna o dobrym stopniu obtoczenia.

Skalenie stanowią 0.9 - 16.4 % objętościowych składu mineralnego. Dominują tu skalenie

potasowe, a plagioklazy stanowią maksymalnie do 3.8 %. Ziarna skaleni są na ogół większe, często należą do największych ziarn w osadzie.

Łyszczyki (do 20.2 % obj.) reprezentowane są głównie przez muskowit i biotyt. Rzadko jest

obserwowane wygięcie blaszek miki dokoła innych większych ziarn, co sugeruje kompakcję mechaniczną.

Okruchy skał (8,5 - 32.1 % obj.) reprezentowane są przez fragmenty skał węglanowych,

rozmiary, są mało zmienione, często dość dobrze obtoczone. Spotykane są również przeobrażone okruchy skał wylewnych oraz piaskowców i mułowców.

Minerały ciężkie (do 1.7 % obj.) należą do minerałów akcesorycznych i reprezentowane są

przez ziarna pirytu, turmalinu, cyrkonu.

Glaukonit (do 1.1 % obj.) występuje w formie nieregularnych skupień wypełniających

przestrzeń międzyziarnową.

Bioklasty (do 3.5 % obj.) reprezentowane są przez fragmenty skorupek otwornic, igieł gąbek,

muszli małżów i małżoraczków.

Spoiwo

Pod względem genezy wyróżnia się dwa rodzaje spoiwa: matrix i cement, które zwykle współwystępują obok siebie w różnych proporcjach. Matrix traktuje się jako allogeniczną, okruchową, okruchowo-ilastą lub ilastą substancję, o ziarnach mniejszych od od najdrobniejszych ziaren szkieletu danej grupy skał klastycznych, stanowiących spoiwo wypełniające (lub masę wypełniającą) w skale klastycznej (Muszyński 2008). Cement jest to spoiwo utworzone z minerałów (lub substancji mineralnych) powstałych na miejscu (in situ) w wyniku procesów fizykochemicznych zachodzących niekiedy już na etapie sedymentacji, a przede wszystkim podczas diagenezy lub epigenezy.

Spoiwo badanych piaskowców krośnieńskich litofacji leskiej stanowi od 13.8 do 31.5 % obj., wykształcone jest w postaci cementu węglanowego oraz jako matriks ilasto – węglanowa i drobne ilości cementu kwarcowego, ilastego i matriks kwarcowo – ilastej (Such et al. 2007). Według Peszata (1997) udział spoiwa ilastego jest rzędu 4%. Cement węglanowy jest często przekrystalizowany. Występują tutaj również pojedyncze kryształy dolomitu.

Piaskowce krośnieńskie litofacji otryckiej

Badania objęły próbki piaskowców pobranych z odwiertów Dwernik-2, 3, 5, 7, 8, 9, -10, Stuposiany-2, 3, 4, Pszczeliny-1, 2, Tarnawa Niżna-1, oraz próbki pobrane z odsłonięć wychodni warstw krośnieńskich w profilach potoków Zatwarnica (Rzeki), Dwernik i Wołosaty (Leśniak 2005).

Uziarnienie

Na podstawie wyników analiz planimetrycznych piaskowce zostały sklasyfikowane jako arenity i waki subarkozowe, arenity arkozowe, a wśród piaskowców o spoiwie węglanowym

bądź węglanowo-ilastym jako arenity i waki sublityczne i lityczne. Wysortowanie materiału detrytycznego piaskowców jest bardzo słabe lub go brak. Jedynie próbki drobno i bardzo drobnoziarniste charakteryzują się dobrym lub umiarkowanie dobrym wysortowaniem ziaren.

Szkielet ziarnowy

Kwarc jest tu minerałem dominującym, stanowi od 22 do 53 % objętościowych składu

mineralnego piaskowców. Wielkość ziarn jest bardzo zróżnicowana, częste są duże ziarna (o średnicy nawet powyżej 2.5 mm) zwłaszcza kwarcu polikrystalicznego. Obtoczenie ziarn kwarcu jest bardzo zróżnicowane. Piaskowce drobnoziarniste odznaczają się większym udziałem gorzej obtoczonych frakcji.

Skalenie zajmują około 6-31 % objętościowych składu mineralnego. Dominują skalenie

potasowe, a plagioklazy stanowią maksymalnie do 3.5 % (obserwacje w świetle spolaryzowanym). Natomiast obserwacje w katodoluminescencji wskazują, że zawartość plagioklazów może dochodzić do 15 % (Leśniak 2005). Plagioklazy są z reguły mało przeobrażone, słabo obtoczone. Ziarna skaleni potasowych są na ogół większe, często należą (razem z kwarcem polikrystalicznym i okruchami skał) do największych ziarn w osadzie (nawet powyżej 3 mm średnicy).

Łyszczyki stanowią od 0.4 do 25 % obj., reprezentowane są przez muskowit i biotyt (z

reguły przeważa muskowit), w nielicznych próbkach ich ułożenie świadczy o silnej kompakcji mechanicznej. Bardzo często spotykane są efekty rozpuszczania łyszczyków prowadzące do powstania śródziarnowej porowatości wtórnej.

Okruchy skał tworzą od 3 do 38 % składu objętościowego, reprezentowane są przez

fragmenty skał magmowych i metamorficznych (gnejsy, kwarcyty, łupki krystaliczne) oraz fragmenty skał węglanowych. Ziarna mają z reguły duże rozmiary (nawet powyżej 3.5 mm średnicy) są mało zmienione, często dość dobrze obtoczone. Spotykane są również przeobrażone okruchy skał wylewnych, klasty iłowców i fragmenty piaskowców.

Minerały ciężkie reprezentowane są przez granat, w mniejszych ilościach występuje

cyrkon, turmalin, rutyl.

Glaukonit (do 3.5 % obj.) występuje w formie agregatowych skupień wypełniających

przestrzeń międzyziarnową, bardzo rzadko ma kształt regularny.

Bioklasty reprezentowane są głównie przez fragmenty skorupek otwornic, muszli

Spoiwo

Spoiwo badanych piaskowców (8.3-39.4 % obj.) wykształcone jest jako detrytyczny matriks węglanowo-ilasty, cement kalcytowy, dolomitowy i ankerytowy, skupienia wodorotlenków żelaza, a miejscami występuje tu również cement kwarcowy lub matriks kwarcowo-ilasty.

Cement węglanowy jest dominującym rodzajem spoiwa piaskowców otryckich, tworzy spoiwo kontaktowe, porowe lub podstawowe, najczęściej towarzyszą mu mniejsze lub większe ilości cementu kwarcowego oraz matriksu węglanowo-ilastego (Leśniak 2005).

2.2.1. Procesy diagenetyczne a właściwości zbiornikowe

Na procesy diagenetyczne, kształtujące cechy skał klastycznych składają się: kompakcja, cementacja, rozpuszczanie, zastępowanie oraz przeobrażanie i neomorfizm. Wszystkie te procesy zostały przedstawione wspólnie dla piaskowców z obydwu stref litofacjalnych.

Kompakcja

W piaskowcach krośnieńskich efekty kompakcji mechanicznej wyrażają się ściślejszym upakowaniem ziarn, ich spękaniem oraz często obserwowanym powyginaniem blaszek biotytu i muskowitu wokół twardszych składników skały (kwarcu, skaleni) (Such et al. 2007). Najczęstszymi typami kontaktów międzyziarnowych są kontakty proste i punktowe. Efektem

kompakcji chemicznej w piaskowcach krośnieńskich są obserwowane kontakty

międzyziarnowe wklęsło-wypukłe oraz mniej liczne zazębiające na styku ziarn kwarcu (Such et

al. 2007). Do efektów kompakcji chemicznej należy także dehydratacja niektórych składników

skalnych, szczególnie minerałów ilastych.

Cementacja

Cementy reprezentowane są przez kalcyt, rzadziej ankeryt i dolomit (Leśniak 2005). Są to z reguły cementy podstawowe lub wypełniające drobne przestrzenie porowe. Cement kalcytowy analizowanych piaskowców jest zwykle późniejszy od cementu kwarcowego (Such

et al. 2007). Cement dolomitowy i ankerytowy niektórzy badacze wiążą z niszczeniem

wczesnodiagenetycznych dolomitów uznawanych za synsedymentacyjne z piaskowcami (m in. Peszat 1997, 1999). W próbkach o znacznej zawartości cementów węglanowych, ich

krystalizacja wywarła największy wpływ na redukcję porowatości pierwotnej (Fig. 2.4B). Kwarc autigeniczny w piaskowcach krośnieńskich stanowi spoiwo kontaktowe, rzadziej porowe.

Fig. 2.4. Zdjęcia mikroskopowe piaskowców krośnieńskich (fot. G. Leśniak). A – piaskowiec o dominującym cemencie kwarcowym z Trepczy k. Sanoka (litofacja leska), kolor niebieski – otwarta porowatość; B – piaskowiec o dominującym cemencie kalcytowym

Rozpuszczanie

Rozpuszczanie jest procesem prowadzącym do rozwoju porowatości wtórnej. Efekty rozpuszczania w piaskowcach krośnieńskich najczęściej obserwowane są w postaci śladów korozji ziarn kwarcu, łyszczyków i cementów. Rozpuszczanie obejmowało również detrytyczne ziarna skaleni, okruchy skał wylewnych zaś bardzo rzadko fragmenty skał magmowych i metamorficznych. Procesy rozpuszczania skaleni w niewielkim stopniu wpłynęły na polepszenie właściwości zbiornikowych i filtracyjnych skał, ponieważ nowo powstałe pory z reguły nie łączą się ze sobą. Natomiast rozpuszczanie cementów węglanowych powodowało powstanie sieci porów dobrze ze sobą połączonych i poprawiających w sposób wyraźny właściwości filtracyjne i zbiornikowe (Such et al. 2007).

Różnice w wykształceniu przestrzeni porowej w próbkach pochodzących z odwiertów i z odsłonięć powierzchniowych tłumaczone są zmianą przebiegu diagenezy po odsłonięciu skał na powierzchni (Such et al. 2007). Oddziaływanie wód meteorycznych na skały powodowało częściowe rozpuszczanie cementów i zwiększenie średnicy mikroporów w piaskowcach, co równocześnie ułatwiało krążenie roztworów porowych. Wymuszało to przyspieszenie zachodzących w skale procesów rozpuszczania i wymywanie cząstek pelitycznych. W efekcie prowadziło to do powiększenia średnic wtórnych mikroporów, a więc do wzrostu porowatości całkowitej (Leśniak 2005).

Zastępowanie

W piaskowcach krośnieńskich zaobserwowano efekty metasomatycznego zastępowania ziarn skaleni przez węglany, kalcytyzację cementów ankerytowych oraz tworzenie się pseudomorfoz kalcytowych po ziarnach detrytycznych o nieznanej genezie (Such et al. 2007).

Przeobrażanie i neomorfizm

Do najpospolitszych procesów, których ślady działania dostrzeżono w zbadanych piaskowcach w należy zaliczyć transformację skaleni w illit, minerały mieszanopakietowe illit/smektyt lub chloryty, przy czym mógł tworzyć się kwarc autogeniczny (Such et al. 2007). W piaskowcach o wyraźnej dominacji cementów węglanowych bardzo częsta była rekrystalizacja węglanów tworzących cementy. Następowała ona w wyniku dostarczania roztworów zawierających jony wapnia i magnezu systemami spękań lub mikroszczelin. Rekrystalizacja węglanów została zaobserwowana w większości próbek pochodzących z odsłonięć. Zauważono w nich również impregnację mikroporów w ziarnach detrytycznych i

spoiwie przez hematyt. Powstał on prawdopodobnie w wyniku przemian wodorotlenków żelaza w kontakcie z wodami meteorycznym (Such et al. 2007).

W piaskowcach krośnieńskich litofacji otryckiej redukcja porowatości pierwotnej następuje zarówno wskutek kompakcji jak i cementacji (Fig. 2.5A) jednak za dominującą należy przyjąć kompakcję. Liczbowo w większości analizowanych próbek w redukcji porowatości pierwotnej przeważa kompakcja, niemniej zaznacza się również silny wpływ cementacji. W odwiertach z rejonu Dwernika na 45 analizowanych próbek cementacja dominuje tylko w 13 próbkach. Dla próbek z wychodni w Wołosatym 9 próbek na 12 wykazuje dominację cementacji, ale w rejonie Dwerniczka tylko w 7 na 18 analizowanych dominuje cementacja.

Fig. 2.5. Utrata porowatości pierwotnej piaskowców krośnieńskich na skutek kompakcji i cementacji (wg G. Leśniaka, zmodyfikowane), COPL – spadek porowatości spowodowany kompakcją, CEPL – spadek porowatości wywołany cementacją

W piaskowcach krośnieńskich litofacji leskiej redukcja porowatości pierwotnej następuje głownie wskutek kompakcji (Fig. 2.5B) jedynie w czterech przypadkach zaznacza się niewielka dominacja cementacji (Such et al. 2007). W próbkach z wychodni fałdu Grabownicy-wsi w Trepczy obserwujemy zdecydowaną dominację procesów kompakcji nad cementacją.

W świetle obserwacji petrograficznych charakter porowatości efektywnej piaskowców krośnieńskich, jest w dużej mierze wynikiem przebiegu procesów diagenezy, związanej głównie ze zmianami pierwotnej porowatości osadu, wywołanej krystalizacją spoiwa węglanowego z roztworów porowych (Bromowicz et al. 2001).

3. STRUKTURALNO-LITOLOGICZNE UWARUNKOWANIA AKUMULACJI WEGLOWODORÓW