استفاده از عوارض دیاژنتیک در بازسازی تاریخچه تدفین سازند های زاکین و فراقون در کوه گهگم

دسته رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده سید محمد زمانزاده۱، محمد قویدل سیوکی۲ و عبدالحسین امینی۱
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده:

یکى از ابزارهاى مورد استفاده در تعیین عمق تدفین ، استفاده از سیمانهایى است که طى دیاژنز در محیطهاى دفنى شکل گرفته اند. با توجه به اینکه دانستن عمق تدفین در سازندهاى زاکین و فراقون که از اهمیت مخزنى برخوردارند مهم است، حضور سیمانهاى تدفینى از قبیل دولومیت هاى زین اسبى، سیمان کلریتى و سریسیتى براى بررسى عبور این سازندها از پنجره هیدروکربن مایع و بخصوص رسیدن به زون گاز خشک مورد توجه قرار گرفته است. در اینجا سعى شده که با استفاده از سیمانهاى موجود در سنگهاى تخریبى اعم از سیلیکاته ، کلریت و سریسیت، و کربناته، دولومیت زین اسبى، تاریخچه تدفین سازندهاى زاکین و فراقون در مقطع کوه گهگم بازسازى گردد، طورى که حداقل عمق تدفین این سازندها بین ۲-۱ کیلومتر و بیشترین تدفین این سنگها  تا آغاز محدوده کاتاژنز بوده و دامنه دمایى در حدود ۱۶۰-۹۰ درجه سانتیگراد را تحمل کرده اند.

 

Applying diagenetic products in reconstruction of burial history of Zakeen and Faraghan Formations, <?xml:namespace prefix = st۱ ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Gahgum۱:PlaceName> Mountain۱:PlaceType>۱:place>

S.M. Zamanzadeh۱, M.Ghavidel-Syooki۲, A.H.Amini۱

۱ Faculty of Geology

 ۲ NIOC

 

Abstract

Studying cements which are formed during burial diagenesis is one of the tools widely used in delineating burial history of formations. Since Zakeen and Faraghan Formations have been considered as a possible reservoir rock during recent years, it is of great importance to enlighten the burial history of these formations. This will be of great help in understanding whether these formations have passed liquid hydrocarbon window or not.

In this paper it was attempted to decipher burial history of Zakeen and Faraghan Formations of Paleozoic in Zagros area, by using existing cements in these formations, i.e. chlorite, sericite and saddle dolomite cements.  According to presence of above-mentioned cements, it is believed that these formations have undergone at least ۱-۲ km overburden and ۹۰-۱۶۰ ºC temperatures. They were eventually buried up to the start up of catagenesis zone.

مقدمه:

سازند های زاکین و فراقون (دونین و پرمین زیرین، قویدل، 1377)از مهمترین سازندهای آواری پالئوزوئیک مقطع زاگرس شناخته شده اند. این دو سازند در بخشی از خلیج فارس (چاههای سلمان 2 و گلشن 3) به عنوان سنگ مخزن هیدروکربن شناخته شده اند. علی رغم گستردگی قابل ملاحظه و نقش بسیار مهم این دو سازند در بازسازی جغرافیای گذشته و شرایط محیطی پالئوزوئیک این بخش از زاگرس، تا کنون مطالعه جامعی بر روی مشخصات دقیق سنگ شناسی (توصیف و تفسیر لیتوفاسیس ها و پتروفاسیس ها) ، شرایط محیطی و چینه شناسی سکانسی این مجموعه صورت نگرفته است( مطیعی، 1372).

با توجه به تلاشهای صورت گرفته در مورد تعیین سن و چینه شناسی منطقه (قویدل، 1377) به نظر می رسد که توصیف دقیق مشخصات رسوب شناسی و تجزیه و تحلیل شرایط محیطی این دو سازند با تکیه بر تغییرات نسبی سطح دریا می تواند در فهم جغرافیای دیرینه، شرایط آب و هوایی، و شرایط حاکم بر محیط منشا و محیط رسوبگذاری کمک مؤثری باشد. به علاوه نتایج حاصل از بررسی های سنگ شناسی در ارزیابی کیفیت مخزنی میادینی که در آن این سازند ها به عنوان سنگ مخزن مطرح هستند میتواند مورد استفاده قرار گیرد.

با توجه به اینکه این سازند ها از نظر چینه شناسی دقیقا در زیر سازندهای کنگان و دالان که سنگ مخزن بزرگترین مخزن گازی خاورمیانه در پارس جنوبی هستند، قرارمیگیرند و از طرفی دیگر در بالای سازندهای شیلی سیاهو وسرچاهان واقع می شوند که به عنوان سنگ منشا هیدروکربورهای پارس جنوبی در نظر گرفته می شود (Kamali and Rezaee, 2003) ، از اینرو انجام مطالعات رسوب شناسی و دیاژنز روی این سازندها از اهمیت خاصی برخوردار می گردد. علی رغم اهمیت چینه شناسی سازند های مذکور، و با توجه به اینکه تا کنون گزارشی از حفاری در سازندهای زاکین و فراقون در چاههای نفت و گاز در خلیج فارس و در خشکی منتشر نشده است، لذا تاریخچه تدفین این سازندها بخوبی شناخته نشده است. استفاده از سیمان دولومیت زین اسبی برای تعیین شرایط تدفین بخصوص از نظر دمایی و بلوغ هیدروکربورها سالهاست که مورد استفاده در اکتشافات نفتی بوده است. بعلاوه برخی سیمانهای سیلیکاته مانند کلریت نیز مشخصا در محیطهای تدفینی عمیق از کانیهای رسی پیشین شکل می گیرد. در اینجا سعی می کنیم با استفاده از عوارض دیاژنتیک در این سازندها تاریخچه تدفین این سازندها را هرچند به صورت کلی بازسازی کنیم.

 

زمین شناسی و موقعیت جغرافیایی منطقه

گسترش جغرافیایی این سازندها در نواحی مختلف زاگرس از نواحی فارس تا لرستان در رخنمونها شناسایی شده است که شامل کوههای فراقون، گهگم، اشترانکوه، کوه دینار، زردکوه و کوه سورمه می باشد. علاوه بر بیرونزدگیها، این سازندها در چندین چاه اکتشافی شامل کبیرکوه 1، کوه سیاه 1، زیره1، چاه دارنگ 1، فینو1، نمک 1، دالان 1و 2، زیره 1، آغار غربی1 و نورا 1 گزارش شده است. مقطع مورد مطالعه در تنگ آبزاغ  کوه گهکم حدودا در 120 کیلومتری شمال بندر عباس در نزدیکی روستای سرچاهان در مسیر جاده بندر عباس به سیرجان قرار دارد( شکل 1). سازند زاکین به سن دونین (قویدل سیوکی 1377) و سازند فراقون به سن پرمین زیرین(قویدل سیوکی 1377) در منطقه مورد مطالعه از سه بخش مجزا شامل تخریبی های زیرین( سازند زاکین) ، کربنات های میانی و تخریبی های بالایی ( سازند فراقون) تشکیل شده است. در مقطع آبزاغ عملکرد یک روراندگی موجب بیرون زدگی سنگهای پالئوزوئیک تا تریاس شده است. در این منطقه قدیمی ترین سنگها متعلق به سازند باروت به سن کامبرین است. این سازند از طریق یک نا پیوستگی فرسایشی زیر سازند سرچاهان به سن سیلورین قرار می گیرد. سازند زاکین توسط یک ناپیوستگی فرسایشی از سازند سرچاهان و یک ناپیوستگی فرسایشی از سازند فراقون جدا میشود و سازند فراقون در بالا با صورت تدریجی به کربناتهای سازند دالان تبدیل میگردد. در این مقطع ضخامت این سازندها مجموعا بالغ بر 200 متر میگردد.

 

روش کار

بررسی لیتوفاسیس ها در مناطقی که این سازندها رخنمون دارند( دره های زاکین ، آبزاغ و لایمیر) منجر به انتخاب مقطع آبزاغ برای این مطالعه گشت. به علاوه در مقطع آبزاغ بدلیل عملکرد ضعیف تر گسلها، توالی رسوبی این سازندها نسبت به مناطق دیگر دست نخورده تر باقی مانده اند. تعداد 234 نمونه عمدتا براساس تغییرات لیتولوژی و تقریبا در فواصل 2-1 متری برای انجام مطالعات پتروگرافی، دیاژنز، مطالعات ژئوشیمیایی و دیگر آنالیزهای آزمایشگاهی برداشت گردید. برای مطالعه روابط بافتی و کانی های رسی از میکروسکوپ الکترونی  Zeiss DSM 960 استفاده شد.  ترکیب کانی شناسی سیمانهای کربناته ماسه سنگها توسط  دستگاه پراش اشعه ایکس Siemens D5000 مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیز ایزوتوپ های پایدار کربن و اکسیژن سیمانهای کربناته ماسه سنگها روی 15 نمونه از آنها توسط  طیف سنج جرمی نوع  Thermo Finnigan در دانشگاه اوتاوا صورت گرفت، دقت این آنالیزها به میزان ± 0.1 ‰ می باشد. و نتایج ارائه شده در قالب VPDB ارائه شده اند. نمونه های کربناته برای تفکیک نوع کربنات با محلول آلیزارین- رد- اس رنگ آمیزی شده اند. برای طبقه بندی ماسه سنگها از نمودار پتی جان و همکاران (Pettijohn et al 1987) و برای طبقه بندی سنگهای کربناته از طبقه بندی دانهام (Dunham,1962) استفاده شده است. جهت بررسی تخلخل تعداد 80 نمونه از واحد های مختلف به روش اشباع سازی (impregnation) با رزین رنگ آمیزی شده (Blue Dyed resin) و تحت بررسی های پتروگرافی به طریق نقطه شماری(point counting) قرار گرفتند.  

 

 

بحث

برای دست یافتن به عمق تدفین این توالی از شکل گرفتن سیمانهای تدفینی سیلیکاته مانند کلریت و سریسیت (موسکویت پتاسیم دار) و کربناته مانند دولومیت زین اسبی استفاده شده است. به طور کلی  این سیمانها در محیطهای دیاژنزی اولیه تشکیل نمی شوند و شکل گرفتن آنها عمدتا با شرایط دفن عمیق و حرارتهای بالا مرتبط شده است

 

-            سیمان کلریتی: سیمان کلریتی در برخی ماسه سنگها و بندرت در کنگلومرا ها به دو شکل پرکننده فضاهای خالی و به شکل پولکهای عمود بر رشد اضافی بلورهای کوارتز دیده می شود (شکل 2). کلریت معمولا از کانیهای اولیه برتیرین و اودینیت در محیطهای ساحلی کم عمق در شرایط تدفین (مزوژنتیک) ایجاد می گردد (Aagaard et al. 2000; Ketzer et al., 2002; Morad et al., 2000). برتیرین در بخشهای بالایی پر شدگیهای incised valley و در شلف درونی در محیطهای خلیج دهانه ای و دریایی کم عمق شکل می گیرد(Worden and Morad, 2003) . علاوه بر این برتیرین به صورت پوشش دهنده فضاهای خالی در آبهای کم عمق و گرم و در رسوبات دریایی غنی از مواد آلی طی دوره های با نرخ رسوبگذاری بالاتر و پیشروی خط ساحلی در جوار دهانه رودخانه ها مثل مراحل نهایی HST یا گوه lowstand در LST شکل می گیرد (Hornibrook and Longstaffe, 1996; Kronen and Glenn, 2000) . این کانی طی دیاژنز در زیر حد فاصل رسوب – آب در نهشته های دلتایی – خلیج دهانه ای عمدتا در دریاهای حاره تا نزدیک حاره تشکیل می گردد (Hornibrook and Longstaffe, 1996; De Hon et al., 1999). تبدیل کانیهای اولیه رسی غنی از آهن به کلریت در عمق های تدفینی بیش از حدود 2-3 کیلومتر و دماهای 100-60 درجه سانتی گراد رخ داده است (Ehrenberg, 1993; Grigsby, 1999).

 

-            سیمان سریسیتی: سیمان سریسیتی معمولا روی رشد اضافی ذرات کوارتز واقع شده است. این سیمان به صورت ذرات ریز روی ذرات و درون فضاهای خالی بین ذرات تخریبی شکل گرفته است ( شکل 2). گاهی اوقات رشد این ذرات باعث ایجاد و رشد کانی موسکویت درون فضاهای خالی شده است (شکل 2). کائولینیت و ایلیت معمولا به عنوان کانی اولیه ای در نظر گرفته می شود که  درمراحل دیاژنز حرارت بالا و نزدیک به شرایط دگرگونی (کاتاژنز) به سریسیت، که گونه بسیار ریز بلور موسکویت است تبدیل می گردند (Pettijohn et al., 1987; Tucker, 1991; Worden and Morad, 2003). تشکیل کلریت و سریسیت (موسکویت) از کانی های رسی قبلی در دماها و فشار های بالا از طریق مراحل زیر صورت می گیرد: اسمکتیت در دمای حدود 70-90 درجه سانتیگراد در عمقهای 3-2 کیلومتر در مناطقی که گرادیان ژئوترمال معمولی دارند به ایلیت تبدیل می گردد. در عمقهای بیشتر و دماهای بالاتر کائولینیت توسط ایلیت و کلریت جانشین می شود. ایلیت نیز به نوبه خود در عمقهای بیشتر تبدیل به سریسیت که نوعی موسکویت است، می گردد (Tucker, 1991) . در سازندهای زاکین و فراقون حضور کانی های رسی مختلف به همرای سیمانهای سریسیتی مؤید این مطلب است.

 

-            دولومیت زین اسبی: کلا دولومیت زین اسبی به دو شکل سیمان و جانشینی یافت می گردد (Radke and Mathis, 1980; Tucker, 1990) . این نوع دولومیت (شکل 2)  در مقطع مورد مطالعه در هردوی سنگهای کربناته و تخریبی غالبا به صورت سیمان و گاهی به صورت جانشینی ذرات دیده می شود. در بیشتر حوضه ها ته نشست دولومیت زین اسبی رخداد دیاژنزی دیر هنگامی بوده است که طی تدفین عمیق ( حد اقل 2-1 کیلومتر) رخداده است به طوریکه تقریبا تمام اطلاعات پتروگرافی و ژئوشیمیایی ارزیابی شده در تایید منشا دمای بالای دولومیت زین اسبی است (Spotl and Pitman, 1998) . بیشتر مطالعات پیشنهاد کننده الگویی است که در آن دولومیت زین اسبی از شورابهای حوضه ای به شدت تغییر یافته طی تدفین عمیق ته نشین شده است (Kaufman et al., 1990; Kupecz and Land, 1991; Mountjoy and Amthor, 1994) . به نظر می رسد در نمونه های مورد مطالعه، شکل گیری دولومیت زین اسبی به صورت یک سیمان یا کانی جانشینی به دماهای حداقل 80-60 درجه سانتیگراد نیاز دارد، گرچه بیشتر رخدادها به نظر بین 160-90 درجه شکل گرفته اند، از این رو دولومیت زین اسبی شاخص قابل اعتمادی برای واکنشهای سنگ-شوراب در دماهایی است که به طور وسیعی منطبق با “پنجره” هیدروکربن مایع می باشد و بخوبی تا زون گاز خشک از بین مراحل بلوغ هیدروکربن گسترش می یابد (Spotl and Pitman, 1998).

 

 

نتیجه گیری

با توجه به حضور عوارض دیاژنتیک موجود در سازند های زاکین و فراقون می توان عنوان داشت که:

- حداقل عمق تدفین این سازندها بین 2-1 کیلومتر بوده است، طوری که سیمان دولومیت زین اسبی در سنگهای تخریبی و کربناته شکل گرفته است.

- با توجه به شکل گیری دولومیت های زین اسبی درون این سنگها، میتوان عنوان کرد که آنها دامنه دمایی در حدود 160-90 درجه سانتیگراد را تحمل کرده اند که نشانگر تدفین تا مرحله زون گاز خشک است.

-  با توجه به شکل گیری سیمانهای کلریتی و سریسیتی ، می توان بیشترین تدفین این سنگها را تا آغاز محدوده کاتاژنز و تا عمقهای بیشتر از 3 کیلومتر تخمین زد.

 

 

تقدیر و تشکر

در اینجا وظیفه خود می دانیم از ریاست محترم مدیریت اکتشاف شرکت ملی نفت ایران که امکانات لازم برای انجام این طرح را در اختیار ما قرار دادند و نهایت همکاری را با ما داشته اند، تشکر نمائیم. همچنین از آقایان علی مبشری، محمدرضا نائیجی و ارسلان بخشی که ما را در انجام نمونه برداری و طی عملیات صحرایی یاری دادند و مهندس محسن رنجبران که از نظرات ایشان در مطالعات پتروگرافی بهره مند شدیم و مهندس محمدعلی برقی که در تحلیل نمودارهای XRD  ما را یاری کردند نهایت تشکر را می نماییم.

 

مراجع

قویدل سیوکی، محمد،1377 بررسی رسوبهای پالئوزوئیک بالایی در حوضه زاگرس و معرفی سازند زاکین در کوه فراقون، فصلنامه علمی علوم زمین،  ‌سال هفتم، صفحات 54 تا 73

مطیعی، همایون 1372 ، زمین شناسی ایران: چینه شناسی زاگرس، انتشارات سازمان زمین شناسی کشور، 536 صفحه

 

 

Aagaard, P., Jahren, J., Harstad, A.D., Nilsen, D. and Ramm, M. (2000) Formation of grain-coating chlorite in sandstones; laboratory synthesized vs. natural occurrences. Clay Mineral., 35, 261-264

De Hon, R.A.,Clawe, L.N., Washington, P.A. and Young, L.M. (1999) Formation of northern Luisiana ironstones. Geol. Soc. Am. Abstr. Programs, 31, 159-160

Dunham, R.J. (1962) Classification of carbonate rocks according to depositional texture, In: Classification of carbonate rocks , Ham, W.E. (ed), AAPG Memoir 1, 108-122

Ehrenberg, S.N. (1993) Preservation of anomalously high porosity in deeply buried sandstones by grain-coating chlorite: examples from the Norwegian continental shelf. AAPG Bull., 77, 1260-1286

Gavidel-Syooki, M. (2003) Palynostratigraphy of Devonian sediments in the Zagros Basin, southern Iran, Review of Palaeobotany and Palynology, 127, 241-268

Grigsby, J.D. (1999) Origin of chlorite grain coats in sandstones of the lower Vicksburg Formation, South Texas. In: American Association of Petroleum Geologists Annual Meeting, Extended Abstract, Tulsa, OK, A51

Hornibrook, E.R.C. and Longstaffe, F.J. (1996) Berthierine from the Lower Cretaceous Clearwater Formation, Alberta, Canada. Clay, Clay Mineral., 44, 1-21

Kamali,M.R. and Rezaee,M.R. (2003) Burial history reconstruction and thermal modelling at Kuh-e Mond, SW Iran, 26 (4), 415-46

Kaufman, J., Mayers, W.J. and Hanson, G.N. (1990) Burial cementation in Swan Hills Formation (Devonian), Rosevear Field, Alberta, Canada. J.Sediment.Petrol., 60, 918-939

Ketzer, J.M., Morad, S., Evans, R. and Al-Aasm, I.S. (2002) Distribution of diagenetic alterations in fluvial, and shallow marine sandstones within a sequence stratigraphic framework: evidence from Mullagmore Formation (Carboniferous), NW Ireland, J. Sed. Res., 72, 760-774

Kronen,J.D., Jr., and Glenn, C.R. (2000) Pristine to reworked verdine: keys to sequence stratigraphy in mixed carbonate-siliciclastic forereef sediments, Great Barrier Reef. In:(Eds) C.R. Glenn, J. Lucas and L. Lucas. Marine Authigenesis: From Global to Microbial. SEPM Spec. Publ.,65, 387-403

Kupecz, J.A. and Land, L.S. (1991) Late-stage dolomitization of the Lower Ordovician Ellenburger Group, West Texas. J.Sediment.Petrol., 61, 551-574

Morad, S., Ketzer, J.M. and De Ros, L.F. (2000) Spatial and temporal distribution of diagenetic alterations in siliciclastic rocks: implications for mass transfer in sedimentary basins. Sedimentology, 47 (Suppl. 1), 95-120

Mountjoy, E.W. and Amthor, J.E. (1994) Has burial dolomitization come of age? Some answers from the western Canada Sedimentary Basin. In: Dolomites. A Volume in honor of Dolomieu (Eds Purser, B., Tucker, M.E. and Zenger, D.). Spec. Publ. Int. Ass. Sediment., 21, 203-229

Pettijohn, F.J., Potter, P.E. and Siever, R. (1987) Sand and Sandstone. Springer-Verlag, New York, 553p

Radke, B.M. and Mathis, R.L. (1980) On the formation and occurrence of saddle dolomite. J. Sediment. Petrol., 50, 1149-1168

Spotl, C. and Pitman, J.K. (1998) Saddle (baroque) dolomite in carbonates and sandstones: a reappraisal of a burial-diagenesic concept. In: Carbonate cementation in sandstones, S.Morad (ed), Spec. Publ. Int. Ass. Sediment. 26, 437-460

Tucker. M.E (1990) Dolomites and dolomitization models.In:Carbonate Sedimentology(Eds Tucker, M.E. and Wright, V.P.), pp 365-400. Blackwell Scientific Publications, Oxford

Tucker, M.E. (1991) Sedimentary Petrology, an introduction to the origin of sedimentary rocks, 2nd edition, Blakwell Scientific Publication, Oxford, 260 pp

Worden, R.H. and Morad, S. (2003) Clay minerals in Sandstones: Control on formation, distribution and evolution. In: Clay Mineral Cements in Sandstones (Eds R.Worden and S. Morad), Int. Assoc. Sedimentol. Spec. Publ., 34, 3-41

کلید واژه ها: سایر موارد