Geochemie vrstevních fluid v okolí ložiska zemního plynu Dolní Dunajovice Lukáš Kopal Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra geochémie, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava, Slovensko Abstrakt Geochemistry of formation waters and natural gases in the Southern Czech part of Carpathian foredeep was studied. Samples were collected in various stratigraphic units of Carpathian foredeep especially Miocene fill and autochthonous units of Bohemian massif in the vicinity of natural gas reservoir Dolni Dunajovice. Zonation of formation waters and natural gases was identified on the opposite sides of Vestonice fault which acts as regional hydrogeological barrier. In the eastern block marine salinity of formation waters is preserved and in the western block formation waters diluted by meteoric water are present. Eastern block is closed structure and potential for hydrocarbon occurrence is much higher there. Geochemistry of formation waters helps in hydrocarbon exploration and underground gas storage development. Keywords: Geochemistry of formation waters; hydrocarbon natural gases; open and closed structures Úvod a formulace cíle Při průzkumu ložisek uhlovodíků bylo v oblasti karpatské předhlubně u Dolních Dunajovic (viz obr. č. 1) pro společnost Transgas, a.s.. provedeno 3D seismické měření pokrývající i území podzemního zásobníku Dolní Dunajovice, viz obr. č. 1. I zde přinesla tato metoda řadu nových poznatků o geologicko-tektonické stavbě a ložiskových poměrech. Na základě interpretace 3D seismických dat byly zhotoveny detailní strukturní časové a hloubkové, mapy seismických facií a atributů a z nich byl vytvořen 3D geologický model zkoumané oblasti [2]. V další fázi průzkumu byly podle výsledků interpretace 3D seismiky navrženy dva průzkumné vrty do elevačních struktur poblíž stávajícího skladovacího objektu PZP Dolní Dunajovice. Samotné ložisko je situováno v eggenburgských pískovcích těsněnými nadložními eggenburgskými jílovci na vysoké kře věstonického zlomu. Průzkumný vrt P-1 je lokalizován na nízké kře věstonického zlomu mimo stávající zásobník ve vrcholové partii elevační struktury založené na přesmykových zlomech paralelních s věstonickým zlomem (SV-JZ). Vrt provrtal karpatské a eggenburgské obzory karpatské předhlubně, karbonáty a bazální klastika autochtonní jury a ukončen byl granodioritech krystalinického podloží. Druhý vrt směřoval do mezikry vzniklé na místě rozdvojení věstonického zlomu. Vrt zastihnul opět karpatské a eggenburgské sedimenty karpatské předhlubně a byl ukončen v jurských karbonátech. Během hloubení těchto vrtů byly odebírány vzorky vrstevní médií a jader na základě přímých projevů plynných a kapalných uhlovodíků, interpretace karotážních 1216
údajů a rozboru vrtných úlomků. Výsledky analýz byly porovnány s dostupnými daty z dříve provedených výzkumných prací v oblasti širšího okolí Dolních Dunajovic [6]; [3]; [10]; [1]; [8] a [5]. Materiál a metody Odběr vzorků Vzorky z tyčových testerů byly zpravidla odebírány ze vzorkovacích komor zařazených do testerovací garnitury a v jednom případě přímo na ústí testerovací hlavy. Vzorky z čerpacích pokusů v zapaženém vrtu byly odebírány hlubinným vzorkovačem na drátě nebo na ústí vrtu. Vzorky ropy byly odebrány na ústí testerovací hlavy. Celkem bylo odebráno pět vzorků spontánních nebo rozpuštěných plynů, pět vzorků ložiskových vod, tři vzorky ropy a jeden vzorek jádra s uhelným proplástkem. Analýza vzorků Vzorky plynu byly analyzovány na tyto složky: C 1 -C 7, H 2, N 2, O 2, CO 2, He, Ar. Dále byly vzorky analyzovány na stabilní izotopy uhlíku v metanu a etanu. V ložiskových vodách byly stanoveny Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, NH + 4, Cl -, I -, HCO - 3, SO 2-4, dále celková mineralizace, jejíž hloubková distribuce ve studovaných vzorcích z oblasti je zobrazená v grafu č. 2. Ze stabilních izotopů to byl kyslík 18 O a deuterium D. Analýza ropy byla provedena z kapalných vzorků a z ropou syceného pískovce. Byly analyzovány jednotlivé frakce (alifatické, aromatické a nepolární složky). Výsledky a diskuze Charakteristika složení plynů Vzorky plynů z karpatských obzorů tvořených písky a prachovci ve vrtu P-1 jsou spontánní plyny i plyny rozpuštěné. Jedná se o zemní plyny z větší části obsahující metan a s velmi nízkým obsahem vyšších uhlovodíků. Na základě izotopického složení uhlíku v metanu a etanu lze říci, že obě složky pocházejí z odlišných zdrojů a tvoří tedy směs bakteriálního plynu (mladší a převažující podíl) s termogenním ropným plynem [9]. Bakteriální plyn charakterizovaný izotopicky lehkým uhlíkem v metanu zastřel původní poměr izotopu 13 C v metanu a etanu. Na původní termogenní plynu ukazuje izotopicky těžký uhlík v etanu. 1217
Primární ložiskové plyny na ložisku Dolní Dunajovice (eggenburg i karpat) a Nový Přerov tento izotopicky těžký etan neobsahují. Vzorek plynu na vrtu P-2 byl získán z kurdějovských vápenců atmosférickým odplynem ložiskové vody z komory testeru. Jedná se o plyn tvořený převážně dusíkem s obsahem metanu 23 %, nízkým obsahem CO 2 a vyšších uhlovodíků (C 2 -C 5 ), přestože v obzoru byla zaznamenána ropa. Metan je biogenního původu s izotopicky lehkým uhlíkem v metanu. Izotop 13 C v etanu se nezdařilo změřit vzhledem k nízkému obsahu etanu v plynu. Plyn svým chemismem ukazuje na hydrogeologickou otevřenost struktury a na významnou bakteriální činnost v obzoru. Vzorek plynu z bazálních pískovců jury byl získán atmosférickým odplynem ložiskové vody z komory testeru. Je charakteristický anomálním obsahem nenasycených uhlovodíků (eten, propen, aj.), dusíku, hélia a vodíku, vyšším obsahem vyšších uhlovodíků a zápachem po sirovodíku. Izotopické složení uhlíku v metanu (64.6 obj. %) i etanu odpovídá opět směsi dvou plynů (biogenního a termogenního), tentokrát ale s nižším podílem biogenní složky. Podle izotopického složení metanu by se jednalo o směsný plyn, ale etan je podobně jako u plynů z karpatských obzorů ve srovnání s metanem výrazně těžší. Charakteristika vzorků ložiskových vod Vzorky z čerpacích pokusů na vrtu P-1 v karpatských pískovcích a prachovcích jsou středně až silně mineralizované ložiskové vody Na-HCO 3 -Cl typu. Z izotopických analýz vyplývá menší ovlivnění vrstevních vod infiltrací. Vody se svým složením blíží ložiskovým vodám karpatského ložiska Nový Přerov, ale ve srovnání s vodami v karpatu vysoké kry ložiska D. Dunajovice je patrná nižší mineralizace a větší ochuzení o izotopy 18 O a D. Další vzorek ložiskové vody z vrtu P-1 byl odebrán z bazálních pískovců jury odběrem z komory testeru. Jedná se o středně mineralizovanou vodu Na-Ca-Cl typu. Podle izotopického složení kyslíku a vodíku [4] voda je částečně ovlivněná infiltrací meteorických vod, k níž došlo v období chladnějšího klimatu. Vysoký obsah vápenatých a hořečnatých ionů ukazuje na hydrogeologickou spojitost s nadložními vranovickými karbonáty. Vzorky ložiskových vod z vrtu P-2 byly odebrány z pískovců eggenburgu a z kurdějovských vápenců jury. Lze říci, že se jedná o směs ložiskové a infiltrované vody se slabou až střední mineralizací, ochuzené o těžší izotop kyslíku i vodíku. Dle posunu hodnot izotopického složení vodíku od recentně infiltrovaných vod je patrné, že k infiltraci došlo za chladnějšího klimatu. 1218
Charakteristika vzorků ropy Během hloubení vrtu P-2 byly zjištěny projevy ropy v eggenburgských pískovcích a ve zvětralé vrstvě povrchu jurských karbonátů. Byly odebrány vzorky tří rop, které si jsou svým složením a vlastnostmi velmi podobné, proto jsou hodnoceny souhrně. Jedná se o ropy viskózní, naftenicko-parafinické, kyselé s vysokou hustotou. Obsah síry je spíše průměrný. Z chromatogramů (GC) alifatických frakcí rop je patrné zastoupení pouze uhlovodíků s uhlíkovým číslem C 10 -C 38. Ropy do zkoušených obzorů přimigrovaly. Absence lehčích uhlovodíků je způsobena infiltrací meteorických vod do obzoru a s ní spojenou biodegradací ropy [7]. Charakteristika vzorku jurského uhlí. Z části jádra č. 2 odebrané ve vrtu P-1 z intervalu 1643-1643,1 m z bazálních klastik jury, byly analyzovány extrahované alifatické frakce z uhelného proplástku a z okolního pískovce. Oba vzorky byly velice chudé na extrahovatelný podíl, z chromatogramu (GC) ze vzorku uhelného proplástku byla zjištěna jen přítomnost uhlovodíků C 10 -C 15. Jedná se zřejmě o impregnaci uhelného proplástku, který na migrující uhlovodíky působil jako sorbent. V okolním pískovci kromě vysokého obsahu síry byly zjištěny pouze stopy uhlovodíků. Obr. 1 Lokalizace studované oblasti 1219
Obr. 2 Mineralizace vrstevních vod dle hloubky uložení kolektoru z lokalit Dolní Dunajovice, Nový Přerov, Iváň [3] a z vrtů P-1 a P-2 (vyznačené červeným kroužkem) Závěr Vzorky plynů a ložiskových vod se navzájem odlišují svým chemickým složením podle stratigrafie kolektoru a pozicí vůči hlavnímu tektonickému prvku v oblasti věstonickému zlomu. Příčinou existence oddělených a naopak spojených hydrogeologických systémů je přítomnost, nepřítomnost nebo nedostatečná mocnost regionálních těsnících obzorů a s ní spojená komunikace obzorů přes věstonický zlom. Regionálními těsnícími obzory ve studované oblasti jsou především jurské mikulovské slínovce a eggenburgské jílovce. V oblasti jsou přítomny čtyři hydrogeologicky oddělené systémy: 1220
1. uzavřený systém karpatských obzorů vysoké a nízké kry věstonického zlomu v hloubce vyšší jak 500 m (v nadloží eggenburgských jílovců). 2. eggenburgské pískovce a kurdějovské vápence jury na vysoké kře věstonického zlomu (v podloží eggenburgských jílovců a v nadloží mikulovských slínovců). 3. vranovické karbonáty, bazální klastika jury a zvětralý povrch krystalinika vysoké kry (v podloží mikulovských slínovců). 4. Otevřený systém tvořený eggenburgskými pískovci, kurdějovskými vápenci, vranovickými karbonáty, bazálními klastiky jury a zvětralým povrchem krystalinka na mezikře a nízké kře věstonického zlomu (s absencí mikulovských slínovců). Pro vzorky z vrtů P-1 a P-2 platí: Plyny jsou převážně suché, biogenního původu s původní příměsí plynu termogenního. Ložiskové vody jsou v karpatu nejméně (bod 1), v bazálních klastikách jury středně a v obzorech eggenburgu a kurdějovských vápenců (bod 4) nejvíce postižené infiltrací meteorických vod. Ropy nejsou sycené doprovodným plynem a jsou silně poznamenány biodegradací. Přes značné znehodnocení struktur infiltrací zespoda, byly v karpatu nalezeny průmyslově využitelné akumulace zemního plynu, a tedy oblast západně od věstonického zlomu ležící na migračních cestách před tektonickým uzavřením ložiskových pastí se jeví jako perspektivní z hlediska výskytu přírodních uhlovodíků. Poděkování Příspěvek vznikl za podpory grantu VEGA 1/0989/12. Seznam použité literatury [1] Bimka, J. (1987): Naleziště zemního plynu Nový Přerov-Alt Prerau. - Zem. Plyn Nafta 32, 3, 317-338. [2] Čížek, P., Kopal, L., Suchý, P., Helešicová, K. (2003): Závěrečná zpráva interpretace 3D seismického měření na PZP Dolní Dunajovice. MS archiv Transgas a.s. [3] Buzek, F., Michalíček, M. (1997): Origin of Formation Waters of S-E Parts of the Bohemian Massif and the Vienna Basin.- Applied Geochemistry, Vol. 12, pp. 333-343. [4] Craig, H. (1961): Isotopic varations in meteoric waters. - Science 133, 1702. 1221
[5] Michalíček, M. (1981): Geochemie hlubinných vod a plynů jihovýchodních svahů Českého masívu v úseku Jih. - MS Geofond. Praha. [6] Müller et al. (1999): Výběr a charakteristika objektů perspektivních na budování APZP, I. etapa Oblast karpatské předhlubně, vídeňské pánve a flyše Západních Karpat na Moravě v úseku jih. MS ČGÚ Brno. [7] Pallasser, R.J. (2000): Recognising Biodegradation in Gas/Oil Accumulations trough the δ13c Composition of Gas Components. - OrganicGeochemistry, Vol. 31, pp. 1363-1373. [8] Polesňák, P., Adámek, J. (1986): Hydrogeochemické zhodnocení širší oblasti ložiska plynu Dolní Dunajovice. - Geol. Průzk., 4, 97-100. Praha. [9] Schoell, M. (1983): Genetic Characterization of natural gases. - The AAPG Bulletin, 67, 12, 2225-2238. [10] Ševčík, A. et al. (1990): Závěrečná zpráva dílčího úkolu: Aplikační výzkum indikačních zón na jednotlivých PZP. - MS VUGI Brno. 1222