Charakterystyka petrograficzna rozproszonej materii organicznej
z warstw menilitowych
Konrad Ziemianin
1Petrographic characterization of dispersed organic matter from the Menilite Beds. Prz. Geol., 67: 204–206; doi: 10.7306/2019.22
A b s t r a c t. Dispersed organic matter from the Menilite Beds of the Skole, Silesian and Dukla units was investigated using optical microscopy and Rock-Eval pyrolysis. In the composition of organic matter fragments, macerals of vitrinite, liptinite and inertinite groups are present. Macerals of the liptinite group dominate (alginite, bituminite and liptodetrinite) whereas macerals of vitrinite (collotelinite, vitrodetrinite) and inertinite (fusinite, semifusinite, inertodetrinite) groups are less common. In most outcrops examined the organic matter is immature as evidenced by vitrinite reflectance Ro<0.5% and Tmax<435°C. Only the areas of Fore-Dukla zone and
the Œwi¹tkowa tectonic window have a higher degree of organic matter transformation (oil window phase). Types II and III of kerogen are most common in the samples investigated.
Keywords: Menilite shales, vitrinite reflectance, macerals, Rock-Eval pyrolysis
Warstwy menilitowe po raz pierwszy zosta³y opisane przez Glockera na Morawach w roku 1843 (Œwidziñski, 1947). Ze wzglêdu na to, i¿ s¹ uznawane za jedne z najwa¿-niejszych ska³ macierzystych z³ó¿ wêglowodorów w Kar-patach, sta³y siê one przedmiotem licznych publikacji, w g³ównej mierze geochemicznych, w których okreœlano m.in. ich potencja³ generacyjny, czy te¿ analizowano genezê i sk³ad rop naftowych oraz badano ich relacje ze ska³ami macierzystymi. Interpretacje geochemiczne nie s¹ jednak kompletne, je¿eli nie zawieraj¹ charakterystyki roz-proszonej materii organicznej, dokonanej na podstawie obserwacji pod mikroskopem optycznym. Niestety, zagad-nienia petrografii materii organicznej warstw menilitowych nierzadko s¹ zupe³nie pomijane, wyraŸnie marginalizowa-ne albo te¿ ograniczamarginalizowa-ne jedynie do analiz refleksyjnoœci witrynitu. Publikacje, w których s¹ prezentowane choæby szcz¹tkowe wyniki analiz mikroskopowych, nale¿¹ do rzad-koœci (Koltun, 1992; Kruge i in., 1996; Kotulova, 2004; Semyrka, 2009; Kosakowski i in., 2009; Zieliñska, 2012; Kotarba i in., 2013, Waliczek i in., 2017; Wendorff i in., 2017; Ziemianin, 2017; Kosakowski i in., 2018; Ziemia-nin, 2018).
Celem badañ by³o dokonanie szczegó³owej charaktery-styki materii organicznej obecnej w utworach menilito-wych, jednak nie tyle na podstawie analiz geochemicznych (które zastosowano jedynie uzupe³niaj¹co), co skupiaj¹c siê na wynikach obserwacji mikroskopowych. W takim ujêciu uzyskane wyniki wzbogacaj¹ stan wiedzy o materii organicznej warstw menilitowych, dostarczaj¹c cennych informacji, m.in. o sk³adzie macera³owym czy stopniu doj-rza³oœci.
METODYKA I OBSZAR BADAÑ
Badaniami objêto wychodnie warstw menilitowych w zachodniej czêœci polskiego fragmentu masywu Karpat (jednostki skolska, œl¹ska i dukielska). Analizy mikro-skopowe polega³y na badaniach w œwietle odbitym oraz fluorescencji polerowanych zg³adów. Przeprowadzone zosta³y pod mikroskopem Carl Zeiss Axioplan, z zastoso-waniem powiêkszenia 500x i imersji (olejek immersol 518 N, n = 1,518).
W pierwszej kolejnoœci wykonano analizê planime-tryczn¹, maj¹c¹ na celu w g³ównej mierze zbadanie propor-cji pomiêdzy zawartoœci¹ w analizowanych próbkach macera³ów z trzech podstawowych grup – witrynitu, iner-tynitu oraz lipiner-tynitu.
Nastêpnie przeprowadzono pomiary refleksyjnoœci wi-trynitu, przy czym unikano pomiarów na ziarnach redepo-nowanych (o wy¿szej refleksyjnoœci) oraz tych, które by³y nasycone substancj¹ lipoidaln¹ (obni¿aj¹c¹ refleksyjnoœæ), a tak¿e takich, których wielkoœæ b¹dŸ jakoœæ wypolerowa-nej powierzchni nie gwarantowa³y uzyskania wiarygodne-go wyniku. Przed przyst¹pieniem do wykonania pomiarów mikroskop skalibrowano, u¿ywaj¹c do tego celu dwóch standardów (spinel Ro= 0,429, granat Ro= 0,905).
W celu uzupe³nienia informacji otrzymanych w toku badañ mikroskopowych przeprowadzono równie¿ pirolizê Rock-Eval, przy u¿yciu aparatury Rock-Eval – 6, model standard. Spoœród uzyskanych wyników analizie poddano takie parametry, jak TOC (ca³kowita zawartoœæ wêgla organicznego), Tmax (temperatura okreœlana w punkcie
maksimum generowania wêglowodorów), wskaŸnik wo-dorowy HI (mg wêglowodorów na g TOC) oraz wskaŸnik tlenowy OI (mg CO2na g TOC).
WYNIKI
W sumie przebadano 131 próbek z 29 ods³oniêæ. Pobra-ne ska³y charakteryzowa³y siê ró¿nym wykszta³ceniem litologicznym, przy czym w zestawie próbek dominowa³y ³upki ilaste. Materia organiczna wystêpuje w badanych ska³ach w formie wyd³u¿onych lamin albo drobnych, roz-proszonych fragmentów o niewielkim wyd³u¿eniu. Udzia³ materii organicznej zawiera siê w przedziale od 0,17 do 13,29% (œrednio 3,53%), przy czym najwiêcej jest próbek o TOC w przedziale od 1 do 5%. Próbki szczególnie bogate w materiê organiczn¹ (TOC > 10%) obserwowano jedynie w jednostkach skolskiej i œl¹skiej.
W materii organicznej s¹ obecne macera³y z grupy witrynitu, liptynitu i inertynitu (ryc. 1). Dominuj¹ mace-ra³y z grupy liptynitu (alginit, bituminit i liptodetrynit).
204
Przegl¹d Geologiczny, vol. 67, nr 3, 2019
1
Alginit obserwuje siê najczêœciej w formie drobnego, wyd³u¿onego lamalginitu oraz nieco rzadziej w postaci wiêkszych cia³ – telalginitu (np. glony nale¿¹ce do rodzaju
Tasmanites). Obie formy alginitu wykazuj¹ fluorescencjê
w kolorze ¿ó³tym, przy czym fluorescencja telalginitu wydaje siê byæ intensywniejsza. Udzia³ alginitu w przeba-danych próbkach zawiera siê w przedziale od pojedyn-czych wyst¹pieñ do 31% obj. wszystkich sk³adników w skale, przy czym œrednio wynosi on ok. 2% obj.
Bituminit tworzy mniej lub bardziej regularne laminy. Wykazuje fluorescencjê w kolorze br¹zowym. Jego mak-symalny udzia³ w przebadanych próbkach siêga 39% obj. (œrednio 6% obj.).
Liptodetrynit jest utworzony przez drobne (<10 µm) fragmenty materii organicznej, charakteryzuje siê fluo-rescencj¹ w kolorze ¿ó³tym, zbli¿onym do fluorescencji alginitu. Jest to prawdopodobnie produkt mechanicznego rozk³adu alg. W przebadanych próbkach jest to sk³adnik powszechny, aczkolwiek ze wzglêdu na swoje niewielkie rozmiary jego udzia³ nie przekracza ok. 6% obj. (œrednio ok. 1% obj.).
Grupa macera³ów witrynitu jest reprezentowana w g³ównej mierze przez kolotelinit i witrodetrynit. Koloteli-nit jest wykszta³cony w postaci wyd³u¿onych fragmentów o zró¿nicowanym rozmiarze (od kilkudziesiêciu do
kilku-set µm), zwykle wykazuj¹cych mniej lub bardziej inten-sywn¹ fluorescencjê w kolorze br¹zowym. Fragmenty kolotelinitu najczêœciej charakteryzuj¹ siê znacznym zró¿-nicowaniem pod wzglêdem refleksyjnoœci. W wiêkszoœci próbek zwykle najwiêksz¹ populacjê stanowi¹ fragmenty witrynitu o wyraŸnie ciemniejszej barwie, których reflek-syjnoœæ wynosi poni¿ej 0,2%. Jest to tzw. ciemny b¹dŸ sapropelowy witrynit. Kolejn¹ grupê stanowi¹ fragmenty, których refleksyjnoœæ zawiera siê w przedziale 0,2–0,5%. S¹ to fragmenty, dla których najczêœciej mierzono reflek-syjnoœæ w celu okreœlenia stopnia dojrza³oœci materii orga-nicznej. Obie wymienione grupy witrynitu s¹ obserwowane w postaci mniej lub bardziej wyd³u¿onych fragmentów. Kolejn¹ grupê stanowi¹ fragmenty tzw. witrynitu redepo-nowanego, charakteryzuj¹ce siê wysok¹ refleksyjnoœci¹ – w przedziale 0,6–1%. W grupie tej fragmenty witrynitu maj¹ kszta³t najczêœciej zbli¿ony do owalnego, a ich roz-miar jest zwykle niewielki. Kolotelinitowi zwykle towa-rzysz¹ drobniejsze fragmenty witrodetrynitu, wykazuj¹ce zbli¿one do niego cechy, jednak charakteryzuj¹ce siê rozmiarem mniejszym ni¿ 10 µm. Udzia³ fragmentów witryni-tu w przebadanych ska³ach jest stosunkowo niewielki i wy-nosi maksymalnie 6% obj. (œrednio <1% obj.), przy czym kolotelinit zwykle wystêpuje czêœciej od witrodetrynitu, którego udzia³ nigdy nie przekracza 1% obj.
205
Przegl¹d Geologiczny, vol. 67, nr 3, 2019
Ryc. 1. Zakres zmiennoœci udzia³u najwa¿niejszych macera³ów w warstwach menilitowych (A) oraz parametry Tmax, HI i OI (B)
Najmniej liczne w badanych próbkach s¹ macera³y gru-py inertynitu. Choæ obserwuje siê zarówno fragmenty fuzynitu, semifuzynitu, jak i inertodetrynitu, to jednak s¹ one bardzo nieliczne i zwykle ograniczone do pojedyn-czych wyst¹pieñ w obrêbie ca³ej badanej powierzchni zg³adu. Fuzynit charakteryzuje siê najwy¿sz¹ refleksyj-noœci¹. Wystêpuje w formie wielokomórkowych struktur lub ich fragmentów. Charakterystyczne, ostrokrawêdziste fragmenty fuzynitu zwykle nie przekraczaj¹ kilkudziesiêciu mikrometrów, choæ czasem mog¹ tworzyæ równie¿ wiêk-sze nagromadzenia w postaci lamin o d³ugoœci kilkuset mikrometrów. Semifuzynit pod wzglêdem formy wystêpo-wania jest bardzo zbli¿ony do fuzynitu, charakteryzuje siê jednak ni¿sz¹ od niego refleksyjnoœci¹. Inertodetrynit tworz¹ drobne (<10 µm), ostrokrawêdziste fragmenty o wysokiej refleksyjnoœci. ¯aden z wymienionych macera³ów grupy inertynitu nie wykazuje fluorescencji.
W 95 próbkach spoœród 131 fragmenty kolotelinitu by³y na tyle liczne, i¿ mo¿liwy by³ pomiar ich refleksyjno-œci (ryc. 2). W pozosta³ych przypadkach albo nie by³o wystarczaj¹cej reprezentacji fragmentów witrynitu, albo te¿ jego powierzchnia uniemo¿liwia³a prawid³owe wyko-nanie pomiaru. Najwiêcej pomiarów wykonano w prób-kach ³upków ilastych, najmniej zaœ – piaskowców i py³owców oraz rogowców. W próbkach, w których zmie-rzono refleksyjnoœæ fragmentów witrynitu, parametr ten mieœci siê w zakresie od 0,25 do 0,87%, przy czym zdecy-dowana wiêkszoœæ wyników (83%) nie przekracza 0,4%.
Wyniki pirolizy Rock-Eval dostarczy³y wielu dodatko-wych informacji, spoœród których szczególn¹ uwagê zwró-cono na wartoœci parametrów TOC, Tmaxoraz wskaŸników:
wodorowego (HI) i tlenowego (OI). I tak parametr Tmax
wskazuje na temperatury z zakresu 402–468o
C, indeks wodorowy zmienia siê w bardzo szerokim zakresie – od 44 do 713 (dominuje II i III typ kerogenu), natomiast indeks tlenowy mieœci siê w przedziale 2–413.
WNIOSKI
Materia organiczna warstw menili-towych jednostek skolskiej, œl¹skiej i du-kielskiej jest zdominowana przez macera³y z grupy liptynitu (alginit, bituminit i lip-todetrynit), podczas gdy udzia³ macera³ów z grup witrynitu (kolotelinit, witrodetrynit) i inertinitu (fuzynit, semifuzynit, inertode-trynit) jest mniejszy. Jest to najczêœciej nie-dojrza³a materia organiczna, jedynie w ods³oniêciach w obrêbie strefy przeddu-kielskiej i próbkach z obszaru okna tekto-nicznego Œwi¹tkowej obserwuje siê wy¿szy stopieñ przeobra¿eñ termicznych (faza okna ropnego). W przebadanych ska³ach domi-nuje kerogen typu II oraz III.
LITERATURA
KOLTUN Y.V. 1992 – Organic matter in Oligocene Menilite formation rocks of the Ukrainian Carpathians: palaeoenvironment and geochemical evolution. Organic Geochem., 18, 423–430.
KOSAKOWSKI P., KOLTUN Y., MACHOWSKI G., PAPIERNIK B. 2018 – The geochemical characteristics of the Oligocene-lower Miocene menilite formation in the Polish and Ukrainian Outer Carpathians: A review. J. Petrol. Geol., 41 (3): 319–335.
KOSAKOWSKI P., WIÊC£AW D., KOTARBA M.J. 2009 – Charakte-rystyka macierzystoœci wybranych utworów fliszowych w przygra-nicznej strefie polskich Karpat Zewnêtrznych. Geologia, 35 (4/1): 155–190.
KOTARBA M.J., WIÊC£AW D., DZIADZIO P., KOWALSKI A., BILIKIEWICZ E., KOSAKOWSKI P. 2013 – Organic geochemical stu-dy of source rocks and natural gas and their genetic correlation in the cen-tral part of the Polish Outer Carpathians. Marine and Petrol. Geol., 45: 106–120.
KOTULOVÁ J. 2004 – Oligocene Menilite black shales – geochemi-cal and maceral analysis. 32nd
International Geological Congress, Flo-rence.
KRUGE M.A., MASTALERZ M., SOLECKI A., STANKIEWICZ B.A. 1996 – Organic geochemistry and petrology of oil source rocks, Carpa-thian Overthrust region, southeastern Poland – implications for petro-leum generation. Organic Geochem., 24: 897–912.
SEMYRKA G. 2009 – Refleksyjnoœæ witrynitu i typy kerogenu w profi-lach wierceñ wschodniej czêœci Karpat polskich. Geologia, 35 (2/1): 49–59.
ŒWIDZIÑSKI H. 1947 – S³ownik stratygraficzny pó³nocnych Karpat fli-szowych. Biul. Inst. Geol., 124.
WALICZEK M., MACHOWSKI G., ŒWIERCZEWSKA A. 2017 – Bitu-men in rocks from the Skrzydlna Thrust Sheet and the Mszana Tectonic Winodow (Outer Carpathians). Mineralogia – Sp. Pap., 46.
WENDORFF M., ROSPONDEK M.J., KLUSKA B., MARYNOWSKI L. 2017 – Organic maturity and hydrocarbon potential of the Lower Oli-gocene Menilite facies in the Eastern Flysch Carpathians (Turcãu and Vracea Nappes), Romania. Appl. Geochem., 78: 295–310.
ZIELIÑSKA M. 2012 – Petrologiczne stadium uwêglonego materia³u organicznego we fliszu zewnêtrznych Karpat Zachodnich. Rozpr. dok-torska, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanis³awa Staszica. ZIEMIANIN K. 2017 – Petrographic-geochemical characterization of the dispersed organic matter in Menilite shales from the Silesian Unit in the Carpathian Mountains of SE Poland. Nafta-Gaz, 11: 835–842. ZIEMIANIN K. 2018 – Characteristics of dispersed organic matter in the Menilite Beds from the Skole Unit. Nafta-Gaz, 2018/9: 636–646.
206
Przegl¹d Geologiczny, vol. 67, nr 3, 2019
¬
Ryc. 2. Œrednia refleksyjnoœæ witrynitu w war-stwach menilitowych jednostek skolskiej, œl¹skiej i dukielskiej
Fig. 2. The average vitrinite reflectance in the Menilite Beds of the Skole, Silesian and Dukla units
