Kartografia wgłębna i powierzchniowa:

Przekroje geologiczne

Mgr inż. Bartosz Papiernikpapiern@geol.agh.edu.pl

Przekroje geologiczne

Przekrój geologiczny jest to dwuwymiarowy model odwzorowujący budowę wgłębna w płaszczyźnie pionowej, skonstruowany na podstawie interpretacji wyników wierceń, badań geofizycznych (geofizyki wiertniczej, interpretacji sejmiki, badań magnetotellurycznych itp.) i czasami powierzchniowych badań geologicznych.

Istnieje wiele typów przekrojów geologicznych. Ich “zawartość”, dokładność i zastosowanie są uzależnione przede wszystkim od posiadanych danych wejściowych i przeznaczenia przekroju.

Przekroje można klasyfikować w różnorodny sposób, ze względu na: - skalę ( = dokładność), - treść geologiczną (= zawartość) - orientację linii przekroju względem struktur geologicznych

Typy przekrojów

Ze względu na skalę można wydzielić:

• przekroje poglądowe (w małych skalach)

• przekroje dokumentacyjne (wielkoskalowe)

Przekroje poglądowe i dokumentacyjne

- Karbon młodszy

- Karbon starszy

- Dewon młodszy

- Dewon starszy

- Dewon środkowy

- Sylur młodszy- Perm młodszy

- Trias młodszy

- Sylur starszy

- Ordowik

- Trias środkowy

- Kambr

- Trias starszy

- Perm starszy

- Czwartorzęd

- Neogen, torton + sarmat

- Kreda młodsza

- Kreda starsza

- Jura młodsza

- Jura środkowa

- Jura starsza

Q

N

K2

K1

J3

J2 J1

T3

T2

T1

P2P1

C2

D3

D2

D1

S2

S1

O

CmC1

Legenda :

Skala pozioma

[m.n.p.m.] [m.n.p.m.]

[m.n.p.m.] [m.n.p.m.]

[m.n.p.m.]

Przekrój geologiczny III - III’

Przekrój geologiczny II - II’

Przekrój geologiczny I - I’

SW NEI I’

Rzeki IG1 Gidle -1 Granice -2 Granice -1

IISW

Milianów IG-1 Milianów -2 Pągów IG-1 Boża Wola IG-1

II’NE

IIISW

III’NE

Ślęzany 1L Biała Wielka IG-1 Secemin IG-1 Włoszczowa IG-1

500

0

-500

-1000

-2000

-1500

-2500

-3000

-3500-3600

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500-3600

500

0

-500

-1500

-1000

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000

-4500

-5000

-5500

-6000-6200

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000

-4500

-5000

-5500

-6000-6200

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000-4300

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000-4300

500

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000

-4300

0

-500

-1000

0 2 4 6 8 10km

[m.n.p.m.]

Typy przekrojów

Ze względu na zawartość można wydzielić:

• przekroje strukturalne i geofizyczno - strukturalne • przekroje stratygraficzne

Przekroje strukturalne

Ślęzany 1L Biała Wielka IG-1 Secemin IG-1 Włoszczowa IG-1

Współczesny rozkład wskaźnika refleksyjności witrynitu (%Ro)

Przekroje geofizyczno - strukturalne

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Qp

TrnTrwTrp

K

J

Tr

Trp

Trp

J

KK

Trn

Trp

J

Qp

Pcz

Ps

J

Przekroje geofizyczno - strukturalneNajdokładniejszą odmianą PS są przekroje geofizyczno-strukturalne, PGS. Na ogół powstają one na podstawie interpretacji sejsmiki 2D lub 3D w domenie głębokościowej. PSG wykazują najwyższą wiarygodność rekonstrukcji geometrii (bodowy strukturalno- tektonicznej). Aby stworzyć wiarygodny geologicznie PS na podstawie interpretacji profilu sejsmicznego, niezbędne jest poprawne skorelowanie horyzontu refleksyjnego z odpowiadającą mu granicą geologiczną w profilu wiercenia .Odmianą PGS są przekroje powstałe w wyniku interpretacji sejsmiki refleksyjnej w domenie czasowej. Przekroje te mają skalę głębokościową wyskalowaną w sekundach bądź milisekundach, nie odzwierciedlają więc prawdziwych kątów nachylenie warstw czy ich miąższości. Główne ich zastosowanie geologiczne to interpretacja sekwencji genetycznych czy też tzw. sejsmostratygrafia.

Przekroje stratygraficzne

Przykład komputerowego przekroju stratygraficznego. (Stratworks: Correlation).

Korelacja między otworami w rejonie Drohobyczka - Jodłówka

Przekrój strukturalny na podstawie danych otworowych z uwzględnieniem geofizyki wiertniczej

Korelacja litofacjalna na podstawie danych z odsłonięć powierzchniowych i wyników profilowań geofizyki wiertniczej

Przekroje stratygraficzne odzwierciedlają w uproszczony sposób budowę wgłębna. Na ogół zafałszowują one stosunki geometryczne – kąty nachylenia i miąższości warstw, oraz tektonikę. Nacisk kładziony jest na symboliczne wyeksponowanie wybranych typów jednostek stratygraficznych ( bio-, lito- lub chronostratygraficznych). Głównym zadaniem stawianym przed PST jest możliwość wykonania korelacji międzyotworowej na podstawie krzywych geofizycznych .

Typy przekrojów

Ze względu na orientację linii przekrojowej względem struktur wydzielamy przekroje:

• prostopadłe do osi struktur

• równoległe do osi struktur

• skośne do osi struktur

a także:

• przekroje wytyczone wzdłuż linii prostej lub łamanej

Przekroje prostopadłe do osi struktur

Przekroje równoległe (PR) do osi struktur

Przekroje równoległe do osi struktur odzwierciedlają w większości

przypadków geometrię struktur geologicznych. Przykładowo na obszarach

monoklinalnych, PR nie mogą ukazywać kąta zapadania warstw, a tym samym

miąższości rzeczywistych. Przekroje PR często wyznacza się w celu skorelowania

(powiązania) dwóch sąsiednich, prostopadłych przekrojów strukturalnych. W

przypadku geologicznej interpretacji sejsmiki, PR wiążą ze sobą profile

sejsmiczne wyznaczone prostopadle ( w miarę możliwości) do osi struktur.

Przekroje przez otwory wyznaczone wzdłuż linii łamanej

Dane wejściowe do przekrojów obejmują:

• dane otworowe (wydzielenia chronostratygraficzne, litostratygraficzne i

biostratygraficzne)

• wyniki interpretacji geofizyki wiertniczej (np. korelacje pików na krzywych

PG czy PS)

• interpretacje sejsmiki refleksyjnej w domenie głębokościowej, rzadziej

interpretacje sondowań magnetotellurycznych

• w stosunkowo rzadszych przypadkach (np. w niecce miechowskiej, Karpatach,

Sudetach) dane z odsłonięć terenowych (miąższości warstw, kąty nachylenia

warstw)

• mapy topograficzne i mapy wgłębne (głównie strukturalne)

Do opracowania płytkich przekrojów wgłębnych można używać danych pozyskiwanych innymi

metodami powierzchniowymi, np. profilowań geoelektrycznych

Przygotowanie danych wejściowych

Dane używane do opracowania przekrojów geologicznych muszą podlegać

wszechstronnej weryfikacji obejmującej m.in.:

a) weryfikację współrzędnych wierceń (i/lub profili terenowych)

b) ujednolicenie stratygrafii

c) w przypadku otworów kierunkowych (lub silnie skrzywionych) oraz w

strefach silnie sfałdowanych i zuskokowanych przeliczenie miąższości i głębokości

występowania granic stratygraficznych do miąższości rzeczywistych (lub

wprowadzenie poprawek na krzywiznę otworu).

d) interpretację krzywych geofizycznych w profilach wierceń.

e) dowiązanie obrazu falowego sejsmiki refleksyjnej do profilu wiercenia.

WERYFIKACJA WSPÓŁRZĘDNYCH

Nazwa otworu: SZCZEBRZESZYN - 1Współrzędne geograficzne: Fi: 51.5577157264112 La: 21.3725822433893

Układ 1942/Odwzorowanie Gaussa-KrügeraWsp-x: 5714300. lub 5714300Wsp-y: 4525840. lub 4525840

Wsp-x15: 5733510.79 lub 5733510.79Wsp-y15: 3941755.95 lub 3941755.95

Głębokość całkowita: 4100 mWysokość n.p.m.: 181.66

Przygotowanie danych wejściowych

WERYFIKACJA i UJEDNOLICENIE WYDZIELEŃ

STRATYGRAFICZNYCHStr : 0250.0 Km 1 Mastrycht margle,wapienieSpg : 0588.0 Km_ 1 Mastrycht margle,wapienieStr : 0588.0 Kkp 1 Kampan wapienieSpg : 0766.0 Kkp_ 1 Kampan wapienieStr : 0766.0 Kst 1 Santon wapienieSpg : 0903.0 Kst_ 1 Santon wapienieStr : 0903.0 Kkn 1 Koniak wapienieSpg : 0944.0 Kkn_ 1 Koniak wapienieStr : 0944.0 Kt 1 Turon wapienieSpg : 1032.0 Kt_ 1 Turon wapienieStr : 1032.0 Kc 1 Cenoman wapienieSpg : 1059.0 Kc_ 1 Cenoman wapienieStr : 1059.0 Kal3 1 Alb grn piaskowceSpg : 1061.5 Kal3_ 1 Alb grn piaskowce

Przygotowanie danych wejściowych

TVT- True Vertical Thickness (Rzeczywista miąższość pionowa)TST- True Vertical Thickness (Miąższość stratygraficzna) TVDT - True Vertical Depth Thickness (Miąższość wyznaczona przez pionową głębokość stropu i spągu warstw (TVT- dla warstw poziomych)MLT- Measured Log Thickness (Miąższość zmierzona w odwiercie. W otworach pionowych i dla warstw horyzontalnych = TVT i TST)

Przygotowanie danych wejściowych

Przeliczenie miąższości przewiercanych na rzeczywiste (stratygraficzne):

mr = cosα · mama = miąższość pozorna

mr = miąższość rzeczywistacosα = kąt upadu warstw

Przygotowanie danych wejściowych

Przeliczenie miąższości przewiercanych na rzeczywiste (stratygraficzne):

mr = cosα · mama = miąższość pozorna

mr = miąższość rzeczywistacosα = kąt upadu warstw

Przygotowanie danych wejściowych

Przeliczenie miąższości przewiercanych na rzeczywiste (stratygraficzne):

mr = cosα · mama = miąższość pozorna

mr = miąższość rzeczywistacosα = kąt upadu warstw

Przygotowanie danych wejściowych

Poprawne określenie głębokości i pozycji nawiercenia warstw wymaga uwzględnienia profilowania krzywizny otworu, które pozwala przeliczyć „trajektorię” odwiert. Spełnienie tego warunku jest niezbędne do wykorzystania wierceń kierunkowych

Przygotowanie danych wejściowych

Krzywa zailenia(litologia)

Przygotowanie danych wejściowych W przypadku przekrojów stratygraficznych opartych na interpretacji geofizyki wiertniczej, pod pojęciem przygotowanie danych będziemy rozumieli odpowiednią wizualizację krzywych, w profilach wierceń, czy też głębiej interpretacje litologiczno-złożową krzywych (tzn. interpretację zmienności litologicznej przewiercanych kompleksów (zailenia, zapiaszczenia i udziału węglanów itp., interpretację porowatości (PHI i nasycenia przestrzeni porowej węglowodorami . Odpowiednie zestawienie krzywych w profilach wierceń umożliwia korelację kompleksów genetycznych czy też kompleksów zbiornikowych i uszczelniających.

Ujednolicenie poziomu odniesienia

• w przypadku przekrojów strukturalnych poziomem odniesienia najczęściej jest POZIOM MORZA• w przypadku przekrojów stratygraficznych (korelacji) i – znacznie rzadziej – przekrojów strukturalnych poziomem odniesienia interpretacji bywają regionalnie śledzone POZIOMY IZOCHRONICZNE (przekrój paleostrukturalny/paleotektoniczny)• profile sejsmiki refleksyjnej mają na ogół poziomy odniesienia dostosowane do wykształcenia morfologii w badanym rejonie (np.. obrzeżenie Gór Świętokrzyskich 210 m n.p.m., zapadlisko przedkarpackie 170 m n.p.m.)• jeżeli opracowany przekrój geologiczny ma inny poziom odniesienia niż poziom morza, należy to uwypuklić w objaśnieniach

Przygotowanie danych

POZIOM ODNIESIENIA

Współczesny przekrój strukturalny

Współczesny przekrój paleostrukturalny odniesiony do

stropu horyzontu izochronicznego. (Umożliwia obserwację ewolucji

struktur)

Przekroje przewyższone

• krótkie przekroje strukturalne, rozpoznające płytką budowę geologiczną w obszarach o stosunkowo zrównoważonych miąższościach przedstawianych warstw – mogą być NIEPRZEWYŻSZONE• regionalne przekroje strukturalne rozpoznające głęboko położone warstwy – powinny być PRZEWYŻSZONE• korelacje międzyotworowe [przekroje stratygraficzne] – na ogół muszą być PRZEWYŻSZONE

ZALETY• możliwość wprowadzenia szczegółowego podziału stratygraficznego (większa precyzja interpretacji)• zwiększenie czytelności krzywych geofizyki wiertniczej (większa precyzja interpretacji)• lepsza czytelność skomplikowanej budowy geologicznej

Przekroje przewyższone

WADYW wyniku wprowadzenia przewyższenia przekroju następuje zaburzenie stosunków geometrycznych przedstawianego obszaru:• kątów upadu warstw• kątów zapadania dyslokacji• miąższości przedstawianych warstw i odległości pomiędzy elementami strukturalnymi

PORÓWNANIE PRZEKROJÓW PRZEWYŻSZONEGO (góra)i (dół - w ramce)NIEPRZEWYŻSZONEGO

V=8

PORÓWNANIE PRZEKROJÓW PRZEWYŻSZONEGO (góra)i (dół - w ramce)NIEPRZEWYŻSZONEGO

V=8

Przekroje przewyższone

Krzywa zailenia(litologia)

Krzywa zailenia(litologia)

0

100

2006o

28o

A B

C

DV = 1

x

x

y

y

V = 4

200

100

0A B

C

D

12o

20o

I

II

Przekroje przewyższone - przykład zmiany stosunków kątowych

Przekroje przewyższone - pozorny spadek miąższości na skrzydle fleksury

V = 1

V = 2

Pozorna redukcja miąższości w skrzydle fleksury

Przekroje przewyższoneW trakcie interpretacji przewyższonych przekrojów geologicznych należy brać pod uwagę wymienione czynniki wprowadzając korektę

Przeliczenie kątów upadu w przypadku przewyższenia przekroju

tgδ = tgδa/Vδ = rzeczywisty kąt upadu V - współczynnik przewyższeniaδa = pozorny kąt upadu

Odchylenie linii przekrojowej od kierunku upadu warstw (powoduje wydłużenie i „spłaszczenie” struktury). Uważa się, że zafałszowania te można uznać za nieistotne jeśli kąt pomiędzy linią przekroju, a kierunkiem upadu warstw jest mniejszy niż 5o

Czynniki wpływające na zaburzenie geometrii przekrojów

Wyznaczenie przekroju przebiegającego przez wiercenia, wzdłuż linii łamanej powoduje zwiększenie rozmiaru (długości) struktury, poważne zniekształcenie stosunków kątów, a także powstawanie nieistniejących struktur niższego rzędu

Czynniki wpływające na zaburzenie geometrii przekrojów

B B’

poziom morzapoziom morza

NWNW SESE

A A’0

200

200

0200

200

I II

-1 -2 -3

I – przekrój biegnący przez odwierty, wzdłuż linii łamanejII- przekrój prostolinijny poprowadzony wzdłuż linii

maksymalnego upadu warstw

Zaburzenie geometrii struktur dla skośne do osi struktur

Uważa się, że zafałszowania te można uznać za nieistotne jeśli kąt pomiędzy linią przekroju, a kierunkiem upadu warstw jest mniejszy niż 5o

linia profilu

d b b= + 1 2

mp

a

b2

b1

N

S

EW

w

d

a

mg

m = m cos sing p * d * h

a

w

w

nh = a - n

h