مطالعه رخساره‌های پالینولوژیکی و آنالیزهای ژئوشیمیایی به منظور بررسی پتانسیل هیدروکربورزایی سازند آبدراز- کپه داغ، شمال شرق ایران

نوع مقاله: مقاله علمی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده علوم‌زمین، دانشگاه دامغان

2 استادیار، دانشکده علوم‌زمین، دانشگاه دامغان

3 استادیار، گروه زمین‌شناسی، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

      سازند آبدراز یکی از واحدهای سنگ چینه‌ای کرتاسه بالایی به سن تورونین میانی- سانتونین در حوضه‌رسوبی کپه داغ، واقع در شمال شرقی ایران است. لیتولوژی عمده آن در برش سنگانه شامل مارن، سنگ آهک مارنی، و مارن‌های آهکی خاکستری تا متمایل به سبز روشن همراه با سه افق سنگ آهک گل سفیدی است که از شاخص‌های این سازند به‌شمار می‌رود. ضخامت این سازند در برش نامبرده 530 متر اندازه‌گیری شده است که 41 نمونه به صورت سیستماتیک از آن برداشت شده است. به منظور تعیین پتانسیل هیدروکربورزایی، که برای نخستین بار بر روی سازند آبدراز صورت می‌گیرد، برش نامبرده مورد مطالعه پالینولوژیکی و ژئوشیمیایی قرار گرفت. مطالعات حاصل از 78 اسلاید پالینولوژیکی به شناسایی سه پالینوفاسیس بر اساس نمودار مثلثی تایسون منجر گردید. پالینوفاسیس نوع II که حاوی 90-60 % فیتوکلاست قهوه‌ای رنگ و تیره است و حاوی کروژن نوع III است و محیط حاشیه ساحل با شرایط اکسیدن را نشان می‌دهد. پالینوفاسیس نوع IV تایسون که فراوانی فیتوکلاست‌ها در آن کاهش می‌یابد و مواد آلی بی‌شکل فراوانی برابر با 30-20 % دارند و حاوی کروژن نوع III است. پالینوفاسیس نوع V تایسون که حاوی مقادیر بالای پالینومورف‌های دریایی و مقادیر بسیار کم فیتوکلاست‌ها است. این پالینوفاسیس بازگوکننده شرایط دور از ساحل است. کروژن موجود در این مقاطع از نوع II و III است. به منظور مطالعات ژئوشیمیایی و مقایسه آنها با نتایج حاصل از مطالعات پالینولوژیکی تعداد 7 نمونه مورد آنالیز راک- اول قرار گرفتند. توزیع داده‌ها بر روی نموار ون- کرولن نشان می‌دهد که کروژن غالب از نوع III است (در نمونه‌های مربوط به پالینوفاسیس نوع V تایسون کروژن نوع II نیز حضور اندکی دارد). نوع هیدروکربور تخمینی گاز بوده، اما از نظر توان تولید بسیار ضعیف است. تمامی نمونه‌ها به جز نمونه شماره 31 و 39 به مرحله کاتاژنز رسیده‌اند ( Tmax بالاتر از 435 درجه سانتی‌گراد) که در نتیجه بالغ هستند.   

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

-

نویسندگان [English]

  • Farshid Yousefi Moghadam 1
  • Mahmoud Hosseininezhad 2
  • Mohsen Allameh 3

مقدمه

حوضه‌رسوبی کپه داغ در شمال شرق ایران غالباً از سنگ‌های دوران مزوزوئیک و سنوزوئیک تشکیل شده است. سازند آبدراز در برش غربی روستای سنگانه یکی از واحدهای سنگ چینه‌ای کرتاسه بالایی است که به طور معمول از شیل‌های آهکی، مارن به همراه واحدهای آهکی گل سفیدی تشکیل شده است. در این مطالعه با استفاده از تفسیر رخساره‌های پالینولوژیکی و مقایسه آن با آنالیزهای ژئوشیمیایی (پیرولیز راک- اول)، شرایط محیط، توان هیدروکربورزایی و نوع هیدروکربور احتمالی برای نخستین بار در این سازند مورد بررسی قرار گرفته است. شناسایی و تفکیک پالینوفاسیس‌ها نه تنها در تعیین محیط رسوبی نقش مهمی را ایفا می‌کند بلکه برای بررسی و ارزیابی پتانسیل هیدروکربورزایی نیز مفید است (Tyson 1993; Batten 1996).

 

مطالعات قبلی

برخی از مطالعات انجام گرفته بر روی سازند آبدراز که برمبنای روزن بران و پالینومورف‌ها و...، صورت گرفته است و غالباً به منظور تعیین سن و تفسیر محیط بوده است، به شرح زیر است:

هادوی و صنعتی (1377) بر اساس مطالعه نانوپلانکتون‌های آهکی در برش الگو، با توجه به گونه‌های شاخص و تجمعات فسیلی سن این سازند را کنیاسین پسین- مرز سانتونین پسین/ کامپانین پیشین تشخیص داده‌اند. فروغی و همکاران (1383)، بر مبنای روزنبران پلانکتون سن این سازند را تورونین میانی تا کامپانین تشخیص داده‌اند. علامه و مرادیان (1388) با مطالعه داینوفلاژله‌های سازند آبدراز در برش حمام قلعه و تفسیر رخساره‌های پالینولوژیکی سن آن را تورونین انتهایی تا سانتونین میانی و محیط آن را دریایی کم عمق تا باز با انرزی متغیر تفسیر کرده‌اند. رستمی و اردستانی (1389)، به منظور تفسیر شرایط اکولوژیکی، این سازند را در برش الگو بر اساس فرامینیفرها مورد بررسی قرار داده‌اند که نشان‌دهنده شرایط پر اکسیژن در قسمت‌های ابتدایی و شرایط کم اکسیژن در قسمت‌های انتهایی سازند است. اردستانی و همکاران (1389)، بر اساس مطالعه روزنبران پلانکتونیک در مقطع تیپ، سن سازند آبدراز را تورونین میانی- سانتونین پسین تا اوایل کامپانین معرفی کرده‌اند و عدم حضور برخی از جنس‌های شاخص در سنومانین پسین- تورونین پیشین را به عملکرد فاز کوهزایی ساب هرسی نین نسبت داده‌اند. داریوش‌نیا و همکاران (1390) بر اساس مطالعه استراکودها در برش پادها به منظور تفسیر محیط؛ محیط آن را یک دریای کم عمق تا دریایی باز معرفی کرده‌اند.

 

مشخصات زمین‌شناسی

مشخصات جغرافیایی

نام این سازند از روستای آبدراز واقع در 75 کیلومتری شرق شهرستان مشهد گرفته شده است اما برش الگوی آن در گردنه مزدوران اندازه‌گیری شده است. واحدهای تشکیل‌دهنده آن شامل شیل خاکستری تا سبز روشن و مارن‌های کرم تا سفید رنگ با میان لایه‌هایی از آهک گل سفیدی است که 180 متر ضخامت دارد. این ضخامت از شرق به سمت غرب حوضه کپه داغ افزایش می‌یابد که نشان از شرایط متفاوت رسوب‌گذاری در این پهنه است (افشار حرب 1373). برش مورد مطالعه واقع در غرب روستای سنگانه که در مسیر مشهد به کلات و در فاصله 6 کیلومتری از پاسگاه مرزبانی روستای سنگانه واقع شده است، دارای مختصات قاعده²50 ´15 °60 طول شرقی و² 15´41 °36 عرض است (شکل1).

 

 

 

 

 

شکل 1- راه دسترسی به سازند آبدراز واقع در برش غربی روستای سنگانه

 

 

توصیف چینه‌شناسی برش سنگانه

برش اندازه‌گیری شده از سازند آبدراز واقع در غرب روستای سنگانه با ضخامت 530 متر با ناپیوستگی هم شیب بروی سازند ماسه سنگی آیتامیر که از ماسه سنگ‌های گلوکونیتی به رنگ سبز تشکیل شده قرار دارد و حد بالای آن با سازند آب تلخ که از شیل‌های سبز زیتونی رنگ تشکیل شده است به صورت پیوسته و هم شیب است. واحدهای سنگی تشکیل‌دهنده این سازند در این برش شامل شیل‌های خاکستری تیره و روشن، شیل‌های سبز زیتونی، مارن‌های خاکستری با میان لایه‌های آهکی و هچنین باندهای آهکی گل سفیدی است (شکل 2). ستبرای هر کدام از این واحدها به تفکیک عبارت است از : 1- سنگ آهک گل سفیدی، حاوی ماکروفسیل‌های اینوسراموس به ضخامت40 متر؛ 2- شیل‌های خاکستری تیره به ضخامت 25 متر؛ 3- شیل‌های سبز زیتونی رنگ به ضخامت 132 متر؛ 4- شیل آهکی و شیل مارنی به رنگ خاکستری روشن دارای ضخامت 185 متر و 5- شیل خاکستری رنگ به ضخامت 148 متر

 

 

 

شکل 2- A : ماسه سنگ‌های گلوکونیتی سبز رنگ سازند آیتامیر،B  : ماکروفسیل‌های اینوسراموس موجود در لایه‌های آهکیC :واحدهای آهکی به همراه میان لایه‌های شیل خاکستری رنگ، D : شیل‌های سبز زیتونی، شیل و مارن کرم رنگ به همراه واحد آهکی گل سفیدی در قسمت بالایی آن

 

روش مطالعه

روش آماده‌سازی پالینولوژیکی

پس از برداشت 39 نمونه شیلی و مارنی و 10 نمونه از آهک‌های گل سفیدی به صورت سیتماتیک، نمونه‌های شیلی در آزمایشگاه پالینولوژی به روش استاندارد Traverse (2008)، آماده شدند. آماده‌سازی در این روش به این صورت است که پس از شستشوی و خرد کردن نمونه‌ها، ابتدا برای از بین بردن ترکیبات کربناته، نمونه‌ها را به مدت 24 ساعت در HCL 10% و سپس برای حذف ترکیبات سیلیکاتی به مدت 24 ساعت در HF 30% قرار می‌دهیم؛ همچنین برای از بین بردن ژل سیلیکاتی که در مرحله دوم تشکیل می‌شود نمونه‌ها به مدت 10 دقیقه در HCL 10%  گرم جوشانده می‌شوند. پس از خنثی‌سازی نمونه‌ها برای جداکردن پالینومورف‌ها از کانی‌های سنگین و سایر مواد بر اساس وزن مخصوص آنها از محلول Zncl2 با چگالی 9/1 استفاده می‌شود. در پایان نمونه‌ها را از الک 20 میکرون عبور داده و مواد باقی‌مانده بر روی الک را بر روی اسلایدها قرار می‌دهیم. به منظور مطالعه آماری عناصر موجود، تعداد 400 ذره در هر اسلاید شمارش شد و نمودارهای مربوطه رسم گردید.

 

روش آنالیز ژئوشیمی

پس از شناسایی پالینوفاسیس‌های موجود در این برش از سازند آبدراز، تعداد 7 نمونه شیلی و مارنی انتخاب و توسط دستگاه راک- اول 2، واقع در پژوهشکده صنعت نفت مورد آنالیز ژئوشیمیایی قرار گرفتند. این روش که یک روش حرارتی است، برای تولید و آزاد شدن هیدروکربن از مواد آلی و در نهایت تعیین پتانسیل هیدروکربون باقی‌مانده در مواد آلی موجود در سنگ است (Behar et al. 2001). روش کار در این دستگاه به این صورت است که پس از شستشو و رفع آلودگی در نمونه‌های مورد نظر، 100 گرم از آن را کاملاً پودر کرده و در بسته‌های مخصوص قرار داده و در حرارت بالا مورد پیرولیز قرار می‌دهند.

پالینولوژی

پس از آماده‌سازی تعداد 39 نمونه شیلی و مارنی برداشت شده به صورت سیستماتیک، از آنها اسلایدهای پالینولوژیکی تهیه گردید. به منظور عکس‌برداری و شناسایی این رخساره‌های پالینولوژیکی از دوربینNikon  با لنزهای 10-25-40-60 استفاده گردید. برخی از داینوفلاژله‌های شناسایی شده در برش غربی روستای سنگانه به شرح زیر می‌باشند: Plate 1

Achomosphaera ramulifera, A. regiensis, Apteodinium deflandrei, Baticosphaera macrogramulata, Cannosphaeropsis utinensis, Chatangiella porosa, C. pakhamii, Circulodinium distinctum, Cleistosphaeridium clavulum, C. solidum, Coronifera oceanica, Cribroperidinium orthoceras, Dinogyminium acuminatum, D. cretaceum, Endoscrinium campanula, Florentinia daenei, F. mantellii, Froma fragilis, Glaphyrocysta sp., Gonyaulacysta orthoceras, Glaphyrocysta retiintexta, Hystrichodinium pulchrum, Hystrichosphaeridium bowerbankii, Isabelidinium cretaceum, I. glabrum, Kleithriasphaeridium secatum, K. tubulosum, ,Odontochitina coastata, O. operculata, O. porifera, Oligosphaeridium albertence, O. complex, Pervosphaeridium pseudhystrichodinium, pterodinium cingulatum, Spiniferites velatus, S. ramsus, Xenascus ceratioides, Xenascus spinatus

با توجه به مجموعه فسیلی شناسایی شده از داینوفلاژله‌ها سن تورونین تا سانتونین میانی برای این سازند در برش نامبرده تعیین شد.

 

بررسی فاکتورهای پالینولوژیکی

سه گروه اصلی از عناصر پالینولوژیکی که در تفسیر محیط‌های رسوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل مواد آلی بی‌شکل (AOM)، فیتوکلاست‌ها (Phytoclast) و پالینومورف‌های دریایی (Marin palynomorph) هستند.

مواد آلی بی‌شکل: ذرات بی‌شکلی هستند که به طور کلی به دو دسته روشن و تیره تقسیم می‌شوند (Waveren and visscher 1994). این مواد هر چند ساختار مشخصی ندارند ولی در تفاسیر اکولوژیکی، تعیین سطح آب (پسروی‌ها و پیشروی‌ها) و خصوصاً تعیین نوع کروژن به عنوان مهم‌ترین عناصر شناخته می‌شوند. از آنجایی که مقدار AOM وابسته به تغییرات سطح آب دریاست، رسوب‌گذاری مناسب همراه با میزان اکسیژن پایین در شرایط احیایی تا نیمه احیایی باعث حفاظت بهتر این مواد ارگانیکی می‌شود (قاسمی‌نژاد و میزالو 1387).

فیتوکلاست‌ها: شامل ذراتی هستند که از محیط خشکی به یک حوضه‌رسوبی وارد می‌شوند و شامل ریشه گیاهان، قطعات چوب، کوتیکول ها، اسپورها و پولن‌ها هستند. از آنجایی که بخش اعظم فیتوکلاست‌ها را گیاهان خشکی تشکیل می‌دهند، بالا بودن این فاکتور نشان‌دهنده شرایطی مانند بالا بودن میزان ورود مواد رسوبی به حوضه و یا کم عمق بودن و پایین آمدن سطح آب در یک منطقه است (Tyson 1984).

پالینومورف‌های دریایی: شامل داینوفلاژله‌ها، آکریتارک‌ها، آستر داخلی پوسته فرامینیفرها هستند. داینوفلاژله‌ها دارای محدوده وسیعی از نظر گسترش هستند و می‌توانند از یک محیط حاشیه‌ای تا یک محیط عمیق گسترش یابند.

 

پالینوفاسیس

برای شناسایی پالینوفاسیس‌ها، پس از شمارش 400 ذره در هر اسلاید پالینولوژیکی، اجزای شمارش شده مطابق جدول 1 درصدگیری و تقسیم‌بندی شدند و بر مبنای انطباق آنها با دیاگرام (Tayson 1993) سه پالینوفاسیس شناسایی شد (شکل 3).

 

 

جدول 1- اطلاعات مربوط به تقسیم‌بندی محیط‌های نمودار تایسون و تغییرات کروژن‌های موجود در این محیط‌ها (Tyson 1993)

Palynofacies feilds

Environment

Kerogen type

I

Highly proximal shelf or basin

III(gas prone)

II

Marginal dysoxic- oxic basin

III(gas prone)

III

Heterolithic oxic shelf (Proximal shelf)

III or IV(gas prone)

IV

Shelf to basin transition

III or II(mainly gas prone)

V

Mud- dominated oxic shelf

III >IV(gas prone)

VI

Proximal suboxic- anoxic shelf

II(Oil prone)

VII

Distal dysoxic- anoxic

II(Oil prone)

VIII

Distal dysoxic- anoxic shelf

II >>I(Oil prone)

IX

Distal suboxix- anoxic basin

II >I(Oil prone)

 

 

شکل 3- نمایش نمونه‌های مورد مطالعه بر روی دیاگرام تایسون (Tyson 1993) به منظور شناسایی انواع پالینوفاسیس‌ها

 

پالینوفاسیس نوع: II ذرات غالب در این پالینوفاسیس فیتوکلاست‌ها هستند که 90-60% کل ذرات را شامل می‌شوند. مقدار پالینومورف‌های دریایی 10-0% و مقدار مواد آلی بی‌شکل در حدود 20-10% درصد می‌باشد. این پالینوفاسیس منطبق بر پالینوفاسیس نوع  IIدیاگرام تایسون است و معرف محیط حاشیه حوضه با اکسیژن کم تا فاقد اکسیژن (Marginal dysoxic – anoxic basin) می‌باشد (شکل 4).

پالینوفاسیس نوع IV: در این پالینوفاسیس ماسرال‌ها در حدود 50-20% وجود دارند و مقدار AOM در حدود30-20% بوده و فراوانی پالینومورف‌ها در حدود 35-20% می‌باشد. این پالینوفاسیس منطبق بر پالینوفاسیس نوعIV تایسون بوده که معرف محیط (Shelf to basin transition) می‌باشد (شکل 4).

پالینوفاسیس نوعV: آنچه در این پالینوفاسیس اهمیت دارد، درصد نسبتاً بالای  پالینومورف‌های دریایی نسبت به دیگر واحدها می‌باشد که 60-30% ذرات را تشکیل می‌دهد. مقدار فیتوکلاست‌ها در حدود 35-25% می‌باشد. مقدارAOM  در این پالینوفاسیس 10-5% می‌باشد. این پالینوفاسیس منطبق بر نوعV تایسون بوده که بازگوکننده شرایط دور از ساحل (distal shelf) می‌باشد (شکل 4).

پس از تعیین پالینوفاسیس‌های مذکور به منظور تفسیر محیط رسوبی و مقایسه آن با داده‌های حاصل از آنالیزهای ژئوشیمیایی از چند پارامتر استفاده شد (جدول2).

 

 

 

شکل 4- انواع پالینوفاسیس‌های شناسایی شده در سازند آبدراز A: پالینوفاسیس نوعII، B : پالینوفاسیس نوعV، C : پالینوفاسیس نوع VI 

 


بررسی فاکتورهای نامبرده شده در شکل 5 و جدول 2 در سازند آبدراز نشان می‌دهد که نمونه‌های مورد مطالعه در برش غرب سنگانه دارای تنوع نسبتاً بالایی از داینوفلاژله‌هاست که این تنوع از ابتدا به سمت انتهای سازند کاهش می‌یابد. با بررسی این تغییرات مشاهده می‌شود که نمونه‌های شیلی دارای بیشترین فراوانی و تنوع و لایه‌هایی که لیتولوژی آنها شامل مارن و شیل‌های آهکی است دارای تنوع و فراوانی کمتری هستند؛ این تغییرات تأثیر لیتولوژی را که خود تابعی از تغییر شرایط در محیط است نشان می‌دهد (علامه و مرادیان 1388). در نمونه‌هایی که در پالینوفاسیس نوع V وVI تایسون قرار دارند (شکل3) به طور کلی داینوفلاژله‌ها تنوع بسیار بالایی دارند. همچنین بررسی نسبت AOM روشن به AOM تیره در مقاطع بالاتر است (بیشتر از یک) که نشان از شرایط کم اکسیژن در زمان رسوب‌گذاری بوده است درجه بالای حفظ شدگی داینوفلاژله‌ها در اکثر مقاطع این موضوع را تأیید می‌کند؛ همچنین حضور بالای ماسرال‌های اپک با کناره‌های گرد شده به همراه حضور آستر داخلی فرامینیفرها نشان از شرایط آشفته در محیط بوده است. نمونه‌هایی که در پالینوفسیس نوع II تایسون قرار دارند، داراری تنوع و فراوانی کمی از داینوفلاژله‌ها هستند، حفظ شدگی پالینومورف‌ها پایین است. همچنین درصد فراوانی AOM روشن به AOM تیره کمتر از یک است که شرایط نزدیک به ساحل را نشان می‌دهد (Tyson 1993; Waveren & visscher 1994; Bombardier & Gorin 2000 ).

 

 

 

شکل 5 - ستون چینه‌شناسی، نسبت تغییرات سه گروه اصلی از عناصر پالینولوژیکی و برخی از فاکتورهای مورد بررسی به منظور تفسیر محیط در سازند آبدراز، برش غربی سنگانه

 

جدول 2- نمایش تغییرات فراوانی در سه گروه اصلی از عناصر پالینولوژیکی به همراه تغییرات فراوانی در برخی از فاکتورهای مورد استفاده قرار گرفته به منظور تفسیر محیط سازند آبدراز:AOM  مواد آلی بی‌شکل،  :PHفیتوکلاست،  :MPپالینومورف‌های دریایی، :AOM/MPتغییرات نسبت مواد آلی بی‌شکل به پالینومورف‌های دریایی، :FTL تغییرات فراوانی در تعداد آستر داخلی پوسته فرامینیفرها، :Lability نسبت پالینوماسرال‌های اپک به قهوه‌ای، :Con/Mar نسبت تغییرات خرده‌های قاره‌ای به دریایی

S.No

AOM%

Ph %

MP%

AOM/MP

FTL

Lability

Con/Mar

1

31.25

68.75

0

-

0

3.6

78.25

2

18.5

72.25

8.75

1.44

0

1.72

88.23

3

8.75

72

19.25

1.05

0

2.3

81.87

4

14

57.5

28.5

0.5

0

0.70

70

5

33.75

49.25

16.75

1.60

55

0.62

61.24

6

25.25

51.75

23

0.32

68

0.51

63.18

7

11

37.25

52.5

0.21

0

0.40

40.29

8

8.5

31.5

60

0.16

0

0.23

32.49

9

5.75

37.5

56.75

0.05

0

0.31

35.51

10

13.75

38.75

47.5

0.19

0

0.42

36.12

11

16

34

50

0.28

0

0.95

38

12

9.75

50.25

40

0.22

0

0.90

62.76

13

23.5

60.25

16.25

0.56

0

2.80

71.23

14

19

71.25

10.25

1.22

0

2.07

89.11

15

13.25

36.75

50

0.29

0

0.40

47.16

16

15.25

31.25

53

0.14

0

0.5

45.56

17

24.25

28.75

47

0.43

0

0.36

39.65

18

19.5

28.75

52.25

0.32

0

0.38

39.32

19

30.5

20.25

49.25

0.67

0

0.41

31.33

20

37

16

47

0.78

10

3.85

28

21

10.5

24.5

65

0.14

0

0.78

37.92

22

6

26.25

67.75

0.06

24

0.47

36.36

23

13.25

51.5

35.25

0.19

32

1.98

68.75

24

38.5

34.5

27

0.92

47

1.84

40.14

25

16.5

74

9.5

0.41

0

3.14

87.34

26

11.25

84.5

4.25

0.71

0

3.51

91.24

27

25

24.5

50.5

0.51

25

0.59

36.66

28

14.5

21.5

65

0.18

20

0.41

24

29

14.25

16.75

69

0.18

0

0.32

23.43

30

13

19.75

67.25

0.26

0

0.18

29.45

31

23.5

31.5

44

0.73

0

0.41

43.76

32

15.25

50.25

34.5

0.35

0

0.64

65.21

33

3.5

66.25

30.25

0.10

0

0.59

76.52

34

27.5

47.5

27

0.94

0

2.68

60.33

35

6.5

73.5

20

0.45

0

3.71

80.05

36

8.75

81.75

10

1.47

0

4

88.32

37

13.75

38.75

47.5

0.37

45

0.47

46.96

38

11.75

71.5

16.75

0.64

42

0.32

85

39

9.75

81.75

8.5

0.99

37

3.12

89.76

 


ژئوشیمی

پس از شناسایی پالینوفاسیس‌های موجود در برش نامبرده، تعداد 7 نمونه شیلی به صورت انتخابی مورد پیرولیز راک- اول قرار گرفتند و آنالیزهای ژئوشیمیایی بر روی آنها قرار گرفت. این نمونه‌ها شامل نمونه 2و39 از پالینوفاسیس نوعII، نمونه‌های 4و38 از پالینوفاسیس نوعIV و نمونه‌های 15و21 و 31 از پالینوفاسیس نوع Vانتخاب شدند. پارامترهایی که در این آنالیز توسط دستگاه راک- اول مورد محاسبه قرار می‌گیرند شامل موارد زیر است که نتایج آن در جدول 3 و 4 آمده است:

:S1 عبارت است از مقدار هیدروکربن آزاد در هر نمونه که واحد آن mg HC/g Rock است و در حرارت کمتر از 300 درجه سانتی‌گراد خارج می‌گردد.

S2: ظرفیت باقیمانده و یا مقدار هیدروکربن تولید شده از شکست حرارتی کروژن که واحد آن mg HC/g Rock می‌باشد.

S3: مقدار دی اکسید کربن تولید شده در حین انجام پیرولیز در محدوده 300 الی 390 درجه سانتی‌گراد که مربوط به مواد آلی موجود در نمونه است و بر حسب mg co2/g Rock نمایش داده می‌شود.

Tmax: دمایی است که در آن حداکثر خروج هیدروکربن از کروژن وجود دارد و شاخصی عالی از میزان بلوغ حرارتی نمونه سنگ منشأ می‌باشد.

TOC: میزان کل کربن آلی (کربن باقی‌مانده/ کربن پیرولیز شده).

اندیس هیدروژن (HI): مشخص کننده پتانسیل نفتی نمونه سنگ مادر است و عبارت است از نسبت S2/TOC.

اندیس اکسیژن (OI): تعیین کننده مقدار اکسیژن موجود در نمونه است و می‌توان درجه اکسید شدن مواد آلی موجود در سنگ منشأ را ارزیابی کرد که عبارت است از نسبت S3/TOC.

 

 

 

جدول 3- داده‌های به دست آمده از آنالیز پیرولیز راک-اول

Sample

S1

S2

S3

Tmax

HI

OI(co2)

TPI

TOC

2

0.14

0.11

0.68

458

201

340

0.28

0.05

4

0.06

0.14

0.17

480

280

340

0.3

0.05

15

0.16

0.11

0.92

462

183

***

0.59

0.06

21

0.09

0.45

0.51

492

300

340

0.17

0.15

31

0.06

0.04

0.16

391

80

320

0.6

0.05

38

0.09

0.48

0.50

485

292

340

0.15

0.15

39

0.06

0.09

0.21

379

180

420

0.4

0.05

 

جدول 4- میانگین داده‌های حاصل از پیرولیز 7 نمونه راک-اول

Parameter

S1

S2

Tmax

TOC

Range

0.06 - 0.16

0.04 – 0.48

379 – 492

0.05 – 0.15

Average

0.09

0.20

449

0.05

 

 

 

 


نوع کروژن

انواع کروژن که یکی از مهم‌ترین فاکتورها در تعیین ماهیت هیدروکربور تولیدی است را می‌توان از روش‌های میکروسکوپی و یا با استفاده از پارامترهای حجمی به دست آورد (Burker 1974; Hunt 1996). به طور کلی 4 نوع کروژن وجود دارد: 1- کروژن نوعⅠیا کروژن جلبکی: غنی از اجزای جلبکی اگزینایتی است که در دریاچه‌ها و محیط‌های دریایی وجود دارد. اندیس هیدروژن در این کروژن (HI)، در نمونه‌های نابالغ مقداری برابر با 600 دارد که با افزایش درجه پختگی این اندیس کاهش می‌یابد. 2- کروژن نوع II: ذرات تشکیل‌دهنده آن غالباً مواد آمورف هستند و از تجزیه فیتوپلانکتون‌ها، زئوپلانکتون و بعضی جانوران عالی‌تر حاصل می‌شوند. HI این کروژن برای رسوبات نابالغ بین 300-600 است و مواد تشکیل‌دهنده آن غالباً مخلوطی از گیاهان دریایی و خشکی است که در محیط‌های احیایی ته‌نشین می‌شوند. 3- کروژن  نوع III : این نوع کروژن از ماسرال ویترینایت غنی است و ظرفیت تولید نفت کمی دارد و گاز خشک تولید می‌کند. اندیس هیدروژن آن در رسوبات نابالغ از 200-500 متغیر است و غالباً از گیاهان خشکی تشکیل شده‌اند. 4- کروژن نوع IV : غنی از اینرتینایت است که به شدت کمیاب و خنثی است و توانایی تولید نفت یا گاز را ندارد (رضایی 1380). به منظور تعیین نوع کروژن در نمونه‌های انتخابی با استفاده از نسبت تغییرات شاخص هیدروژن (HI) به شاخص اکسیژن (OI) و پلات کردن آنها بر روی یک نمودار، نشان داده شد که عمده کروژن موجود در نمونه‌ها از نوع III و در برخی از نوع II می‌باشد (Hunt 1996; Tissot and Welte 1984; Espitalie et al. 1977) (شکل 6، سمت چپ).

همچنین می‌توان با پلات کردن داده‌ها با توجه به تغییرات Tmax در برابر شاخص هیدروژن (HI) بر روی یک نمودار نوع کروژن را مشخص نمود (Peters 1986) (شکل 6، سمت راست).

 

 

 

شکل 6- بررسی تغییرات HI/OI (سمت چپ) و HI/Tmax (سمت راست)برروی نمودار ون-کرولن به منظور شناسایی نوع هیدروکربور احتمالی و نوع ماده آلی (Peters 1986).

 


با رسم نمودارهای مربوطه مشخص می‌شود که نمونه‌های شماره 39، 31، 15 و 2 دارای کروژن نوع III هستند و نمونه‌های 38، 21، 4 در مرز و مرحله تبدیل به کروژن نوع II هستند.

 

نوع هیدروکربن و توان هیدروکربن‌زایی

با استفاده از اطلاعات پایرولیز راک- اول می‌توان توان هیدروکربن‌زایی و نوع هیدروکربن حاصله از سنگ‌های منشأ را مشخص کرد (جدول 5). با استفاده از نسبت S2/S3 و شاخص هیدروژن (HI) نوع هیدروکربور تولیدی نیز به دست  می‌آید (جدول 6). مطابق جدول 5 اطلاعات حاصل از پیرولیز 7 نمونه نشان می‌دهد که در تمامی نمونه‌ها مقدار S2 وS1 کمتر از 5/0 و مجموع آنها کمتر از 1 می‌باشد که از نظر توان هیدروکربورزایی در محدوده ضعیف قرار دارند . همچنین با توجه به جدول 6 مقادیر پایین HI و S2/S3 نشان می‌دهد که نمونه‌ها تنها مستعد تولید گاز هستند، که این اطلاعات با مطالعات حاصل از پالینوفاسیس‌ها و نوع کروژن موجود در آنها که بیشتر از نوع III بوده مطابقت دارد و آن را تأیید می‌کند. همچنین توان هیدروکربورزایی را می‌توان با استفاده از پارامترهای S2 و S1 و S1+S2 ومقادیر TOC مشخص نمود (جدول 7 و شکل 7). با توجه به این تقسیم‌بندی و داده‌های به دست آمده از آنالیز 7 نمونه، تمامی نمونه‌ها از نظر توان هیدروکربن‌زایی در محدوده ضعیف قرار دارند، که این اطلاعات نیز داده‌های حاصل از مطالعات پالینولوژیکی را در برش نامبرده از سازند آبدراز تأیید می‌کند.

 

جدول 5-ارزیابی توان هیدروکربورزایی با استفاده از S1, S2, S1+S2 (Peters 1986)

توان هیدروکربن‌زایی

S1

S2

S1+S2

ضعیف

5/0-0

5/2-0

3-0

مناسب

5/0-1

5-5/2

6-3

خوب

1-2

10-5

12-6

خیلی خوب

>2

>10

>12

 

 

 

 

 

جدول 6- تشخیص نوع هیدروکربن با استفاده از شاخص هیدروژن و نسبت (Peters 1986) S2/S3

نوع هیدروکربن

HI

S2/S3

گاز

150-0

3-0

گاز ونفت

300-150

5-3

نفت

>300

>5

 

 

 

 

 


جدول 7- پارامترهای استاندارد ارزیابی پتانسیل هیدروکربورزایی با استفاده از داده‌های پیرولیز راک-اول (Peters & cassa 1994)

Quantity                     TOC                            S1 (mg HC/g rock)                   S2 (mg HC/g rock)

Poor                             0-0.5                              0-0.5                                            0-2.5

Fair                              0.5-1                              0.5-1                                            2.5-5

Good                            1-2                                  1-2                                              5-10

Very g                          2-4                                  2-4                                              10-20

Excellent                       >4                                 >4                                                >20

 

Quantity                      HI (mg HC/g TOC)          S2/S3                                     koogen type

None                            

Gas                               50-200                               1-5                                        Ⅲ

Gas and oil                   200-300                            5-10                                       Ⅱ/Ⅲ

Oil                                300-600                            10-15                                     Ⅱ

Oil                                 >600                                >15                                       Ⅰ

Maturation                 Ro(%)                            Tmax Mc                                    TAI

Immature                   0.2-0.6                            

Mature

Early                          0.6-0.65                           435-445                                  2.6-2.7

Peak                          0.65-0.9                           445-450                                  2.7-2.9

Late                           0.9-1.35                           450-470                                  2.9-2.33

Postmature                 >1.35                              >470                                      >3.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 7 -نمایش تغییرات S1+S2 در برابر TOC

 

بلوغ حرارتی

مقدار و نوع هیدروکربون تولید شده بستگی به ماهیت مواد آلی و کیفیت تأثیر حرارت بر آنها دارد، به عبارت دیگر ظرفیت مورد بحث، تابعی از نوع ماده آلی و درجه حرارت موجود در محیط و مدت تأثیر این دما است (قاسمی‌نژاد و میزالو 1387). درجه حداکثر حرارت (Tmax) با افزایش بلوغ در کروژن نیز افزایش می‌یابد به گونه‌ای که در طی پیرولیز نمونه‌ها محدوده حرارتی برای کروژن نوع II به منظور تولید نفت در محدوده حرارتی 460-420 درجه سانتی‌گراد و برای کروژن نوعIII  بین محدوده حرارتی 600-470 می‌باشد. این محدوده برای تولید گاز تر و نفت میعانی بین 540-470 درجه سانتی‌گراد و برای گاز خشک بیشتر از 540 درجه سانتی‌گراد است. بررسی نمونه‌های مورد آنالیز قرارگرفته نشان می‌دهد، که نمونه‌های 31 و 39 نابالغ هستند، نمونه‌های 2 و 15 در مرحله بلوغ و نمونه‌های 21، 4 و 38 از مرحله بلوغ گذر کرده‌اند (شکل 8). با توجه به تشخیص نوع هیدروکربن احتمالی با استفاده از شاخص هیدروژن و نسبت S2/S3 که از نوع گازی می‌تواند باشد (جدول5)، حضور و افزایش کروژن نوع III به درجه حرارت بیشتری برای بلوغ حرارتی سنگ منشأ نیاز دارد، که این روند در نمونه‌های 38،21،4،2 قابل مشاهده است. 

 

 

 

شکل 8- نمایش بلوغ حرارتی نمونه‌های مورد مطالعه

 

محیط رسوب‌گذاری و مواد آلی

با استفاده از دو شاخص هیدروژن و اکسیژن و پلات کردن آنها بر روی یک نمودار می‌توان محیط رسوب‌گذاری را مشخص نمود (Jones 1987). با توجه به این نمودار (شکل9) محیط‌های رسوب‌گذاری مواد آلی از محیط‌هایی کاملاً احیایی تا کاملاً اکسیدان طبقه‌بندی می‌شوند. از آنجایی که شاخص هیدروژن در اکثر نمونه‌ها به جز نمونه شماره 31 تقریباً بالاست (بیش از 150)، یک محیط نیمه احیا تا نیمه اکسیدان عمیق تا نیمه عمیق برای سازند آبدراز در برش غربی روستای سنگانه پیشنهاد می‌شود، اما ذکر این نکته ضروری است؛ همانطور که گفته شد نمونه‌هایی مورد آنالیز قرار گرفته در این برش، که به صورت سطح الارضی برداشت شده‌اند، اندیس هیدروژن بالایی دارند که می‌تواند دلیلی بر کروژن‌های خوب و نفت‌زا باشند، ولی با توجه به اندیس بالای اکسیژن در آنها (جدول 2) می‌توان اینگونه نتیجه گرفت که این نمونه‌ها به دلیلی (تحت فعالیت تکتونیکی قرار گرفتن حوضه رسوبی و خروج یکباره از آب و یا برداشت‌های سطح‌الارضی)، به مرور زمان اکسید شده‌اند و یا تحت شرایط اکسیدان قرار گرفته‌اند و این شاخص در آنها بالا رفته است و درصد خلوص کروژن و ماده آلی در آنها به شدت کاهش یافته است. توزیع نمونه‌ها بر روی نمودار (Dean et al. 1986) نتیجه نسبتاً مشابهی را نشان می‌دهد (شکل 10). بر مبنای این نمودار سازند آبدراز به طور کلی از ابتدا به سمت انتها یک سری پسرونده بوده و یکی از عوامل اصلی پایین بودن TOC شرایط نسبتاً اکسیدان حاکم در زمان رسوب‌گذاری، خصوصاً در قسمت‌های ابتدایی و انتهایی آن است که این نیز تأیید کننده نتایج حاصل از مطالعات پالینولوژیکی است.

 

 

 

 

شکل 9- نمودار تغییرات HI/OI (شاخص هیدروژن در برابر اکسیژن) به منظور تعیین نوع محیط رسوب‌گذاری مواد آلی (Jones 1987). D: محیط‌های قاره‌ای شدیداً اکسیدان،CD: محیط‌های عمیق در مجاورت نقاط کوهزایی، C: محیط‌های با سرعت متوسط رسوب‌گذاری و احیایی، BC: محیط‌های دارای مواد آلی دریایی و قاره‌ای و رسوب‌گذاری سریعدر شرایط نسبتاً اکسیدان، B: محیط‌های دریایی و دریاچه‌ای نسبتاً احیایی، AB:محیط‌های دریایی احیایی پیشرونده

 

 

شکل 10- نمودار تغییرات  TOC(میزان کل کربن آلی) در مقابل  HI (شاخص هیدروژن)، در نمونه‌های مورد آنالیز قرار گرفته، به منظور شناسایی محیط و شرایط رسوب‌گذاری آنها (Dean et al. 1986).

 

نتیجه‌

در این مطالعه با بررسی اسلایدهای پالینولوژیکی، سه پالینوفاسیس در برش چینه‌شناسی غربی روستای سنگانه از سازند آبدراز شناسایی و تعیین گردید. تفسیر پالینوفاسیس‌های شناسایی شده بر اساس دیاگرام تایسون و همچنین بررسی فاکتورهای محیطی مانند نسبت تغییرات خرده‌های قاره‌ای به دریایی، فاکتور لابیلیتی، نسبت تغییرات مواد آلی بی‌شکل به پالینومورف‌های دریایی نشان می‌دهد که محیط رسوبی سازند آبدراز در زمان انبایش رسوبات دریایی کم عمق تا دریایی باز با انرژی متغیر بوده است. بالا بودن نسبت AOM شفاف به پالینومورف‌های دریایی در برخی از اسلایدها (مانند نمونه‌های 4-5-19-38) نشان از شرایط نیمه احیایی تا نیمه اکسیژن در زمان رسوب‌گذاری است که این اطلاعات، آنالیزهای به دست آمده از پیرولیز راک-اول را تأیید می‌کند. نتایج به دست آمده حاصل از آنالیز ژئوشیمیایی 7 نمونه توسط پیرولیز راک- اول نشان می‌دهد که برخی از نمونه‌ها دارای مواد آلی با منشأ خشکی و برخی دیگر با منشأ دریایی هستند. توزیع این نمونه‌ها بر روی نمودار ون- کرولن نشان می‌دهد کروژن غالب از نوع III است. هیدروکربور تولیدی از نوع گاز است اما از نظر پتانسیل هیدروکربورزایی ضعیف است. قرارگیری نمونه‌ها بر روی نمودار نسبت شاخص هیدروژن در مقابل کل کربن آلی (با توجه به شاخص پایین هیدروژن و کل کربن آلی در تمامی نمونه‌ها) به طور کلی نشان‌دهنده یک سری پسرونده به سمت انتهای سازند آبدراز است. همچنین از نظر بلوغ حرارتی، نمونه‌های 31 و 39 نابالغ، نمونه‌های 2و 15 در مرحله بلوغ هستند و نمونه‌های 21، 4 و38 از مرحله بلوغ گذر کرده‌اند.

Plate1

 

Ÿ1.Hystrichosphaeridium recurvatum (White 1842) Carpentier, 1940. Ÿ2- Dinogymnium acuminatum; W.R.Evite(Clark and J.-P.Verdier)Ÿ3-Spiniferites ramosus (Ehrenberg 1838)   .Ÿ4-Spiniferites perforatus (Deflandre 1973b) Reid, 1974. Ÿ5- Pervosphaeridium pseudhystrichodinium; Deflandre, 1937. (Yun Hyesu 1981). Ÿ6- Hystrichosphaeridium bowerbanki; Davey and Williams, 1966. Ÿ7- Odontochitina costata; Alberti, 1961. Ÿ8- Pervosphaeridium truncigerum; Deflandre, 1973. Ÿ9- Pterodinium premnon; Duxbury, 1980. Ÿ10- Hysrrichosphaerina SP. Ÿ11- Odontochitina operculata; Wetzel, 1933. (Deflandre and Cookson 1955). Ÿ12- Endoscrinium campanula; Klement, 1960 (Vozzhennikova 1965). Ÿ13- Chatangiella ditissima; Mclntyre, 1975. (Lentin and Williams 1976). Ÿ14- Microdinium reteinvolvatum; (below 1987b) Lentin and Williams, 1989. Ÿ15- Foraminiferal test lining.

 

افشار حرب، ع.، 1373، زمین‌شناسی کپه داغ: انتشارات سازمان زمین‌شناسی کشور، تهران، ش 11، 276 ص.

علامه، م.، و ف.مرادیان، 1388، پالینولوژی و آنالیز محیط دیرینه سازند آبدراز در حوضه رسوبی کپه داغ: مجله علوم دانشگاه تهران، ش 4، 1-10.

داریوش‌نیا، م.، م. علامه و م. حسینی‌نژاد، 1390، پالئواکولوژی سازند آبدراز در برش پادها بر مبنای استراکودها: پانزدهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران.   

رستمی، م.، و م. شفیعی اردستانی، 1389، پالئواکولوژی سازند آبدراز در برش الگو بر اساس فرامینیفرها: یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، ج 7، ص46-58. 

رضایی، م ر. 1380، زمین‌شناسی نفت: دانشگاه تهران، انتشارات علوی، ص90-100.

شفیعی اردستانی، م.، ا. قاسمی‌نژاد، و ح. وزیری مقدم، 1389، زیست چینه‌نگاری سازند آبدراز در برش الگو با استفاده از روزنبران پلانکتونیک: مجله علوم زمین، ش 75، ص25-34.

فروغی، ف.، ع. صادقی، ا. شمیرانی و م. وحیدی‌نیا، 1383، بازنگری سازند آبدراز در مقطع تیپ بر مبنای فرام‌های پلانکتون: هشتمین همایش انجمن زمین‌شناسی.

قاسمی‌نژاد، ا.، و م. میرزالو، ۱۳۸۷، تطابق رخساره‌های پالینولوژیکی و پتانسیل هیدروکربورزایی سازند کژدمی در برش تنگ ماغر:  مجله علوم دانشگاه تهران، ش ۲، ص 155-164.

وحیدی‌نیا، م.، یازرلو، م.ع. و ع. الف. آریایی.، 1381، مطالعه اینوسراموس‌های سازند آبدراز در مناطق شرق کپه داغ: ششمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران.

هادوی، ف.، و الف. صنعتی، 1377، مطالعه نانوپلانکتون‌های آهکی سازند آبدراز در برش الگو: دومین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران.

Barker, C., 1974, Pyrolysis techniques for source-rock evaluation: The AAPG Bulletin, v. 58, p. 2349-2361.

Batten, D.J., 1996, Palynofacies and petroleum potential Palynology, principle and application: AASP foundation, v. 3, p. 1065-1084.

Behar, F., V. Beaumont, and B. Pentea do, 2001, Rock-Eval 6 Technology, performances and development: Oil & Gas Sci. Tech-Rew, v. 56, p. 111-134.

Bombardier, L., and G. E. Gorin, 2000, Stratigraphical and lateral distribution of sedimentary organic matter in Upper Jurrasic carbonate of SE France: Sedimentary Geology, v. 132, p. 177-203.

Dean, W.E., M.A. Arthur, and G.E. Claypool, 1986, Depletion of 13 C in Cretaceous marin organic matter, Source, diagenetic, or environmental signal: Marine Geology, v. 70, p. 119-157.

Espitalie, J., M. Madec, B. Tissot, J.J. Menning, and P. Leplate, 1977, Source rock characterization on method for petroleum exploration: Proceeding of the 9th annual offshore technology conference, Houston, p. 439-444.

Hunt, J.M., 1996, Petroleum geochemistry and geology (2nd Ed), p. 291, 370, 380-388.

Jones, R.W., 1987, Organic Facies, in Brook J. Welte D. (Eds). Advances in petroleum geochemistry: Academic Press, New York, p. 1- 90.

Peters, K.E., 1986, Guidelines for evaluatin petroleum source rock using programmed pyrolysis: AAPG  Bulletin, v. 70, p. 318-329.

Peters, K.E., and M.R. Cassa, 1994, Applied source rock geochemistry, In Magoon, L, B, Dow, W, G. (Eds). The petroleum system from source to trap: AAPG Memoir, v. 60, p. 93-120.

Tissot, B.P., and D.H. Welte, 1984, petroleum formation and accurrence (2nd ed): Berlin Springer-Verlag, v. 223, p. 509-523.

Traverse, A., 2008. Palaeopalynology, second edition: Springer, London, 814 pp.

Tyson, R.V., 1989, Late Jurassic palynofacies trend, Piper and kimmerdg clay Formation, UK onshore and Northern Sea: In Batten, D. J & Keen, M. C (Eds). Northwest European Micropaleontolog and Palynology, p. 135-172.

Tyson, R.V., 1993, Palynofacies analysis, In: Jenkins, D.J. (Ed.): Applied Micropalaeontology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 269 pp.

Waveren, I., and H, Visscher., 1994. Analysis of the composition and selective preservation organic matter in surfical deep-sea sediment from a high Productivity area (Bandasa Indonesia): Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecplogy, v. 112, p. 85-111.