بررسی پتروگرافی و دیاژنز ماسه سنگهای سازند شمشک در البرز شرقی

دسته سنگ شناسی رسوبی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری ششمین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران
نویسنده زین العابدین صفر خانلو- رسول اخروی- محمد کرامتی
تاريخ برگزاری ۲۵ بهمن ۱۳۷۸
مقدمه:
سازند شمشک با ضخامت بیش از 2500 متر در شرق البرز همراه با لایه های ضخیم ماسه سنگی و شیل های سیاه، از نظر احتمال وجود سنگ منشاء و یا سنگ مخزن هیدروکربور ها دارای اهمیت است. حوضه البرز شرقی فاقد فعالیت های آذرین و پیچیدگی های تکتونیکی است و رسوبات این سازند از نوع رسوبات alluvial و دلتایی است که از تناوب ماسه سنگ، شیل و لایه های زغالی تشکیل شده است. این سازند به صورت Clastic wedge می باشد که بیشترین ضخامت آن در منطقه شرق گرگان با ضخامت بیش از 3000 متر است و کمترین ضخامت آن در منطقه همدان با 500 متر می باشد (کارشناسان شرکت ملی فولاد ایران). سازند شمشک در دشت گرگان در عمق بیش از 5000 متری قرار دارد و این عمق می تواند در بلوغ سنگ منشاء این سازند تاثیر داشته باشد. راد Rad 1982 معتقد است که سنگ منشاء گاز خانگیران، سازند شمشک است.
در این مطالعه، سازند شمشک در منطقه خوش ییلاق (120 کیلومتری شمال شرق شاهرود) و معدن طزره (15 کیلومتری شمال شرق دامغان) مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس تقسیم بندی راد Rad 1986 سازند شمشک از شش لیتویونیت تشکیل شده است که به ترتیب از پایین به بالا عبارتند از: واحد ماسه ای/ شیلی، ماسه های کانالی، شیل سیاه ، ماسه پایینی، شیل دریایی و ماسه بالایی. که از بین این واحد ها، لیتویونیت 2 به علت داشتن ضخامت زیاد، دانه درشت بودن ماسه ها، تداوم جانبی وسیع آنها و نبود انترکالاسیون های شیلی در بین ماسه ها خواص مخزنی مناسبی دارد. در این سازند شیل های سیاه به طور متوسط دارای 2/5% TOC یا Total Organic Carbon هستند و کروژن موجود در آن از نوع II و III است (Rad 1982). پتانسیل هیدرو کربور زایی لیتویونیت 3 قابل توجه است و هیدرو کربور تولید شده می تواند در اثر مهاجرت وارد ماسه سنگ های ضخیم لیتویونیت 2 بشود.
بحث:
مطالعات پتروگرافی نشان می دهد که اکثر ماسه سنگ های این سازند از نوع لیتارنایت هستند که قطعات رسوبی از نوع سیلت کلست، شیل کلست، چرت، چرت ولکانیکی و میکا هستند و اکثر قطعات لیتیکی نیز از نوع رسوبی است.
پس از تعیین پترو فاسیس لایه های مختلف ماسه سنگی، انواع سیمان و میزان و گسترش آنها در لایه های ماسه سنگی مشخص شد و در مرحله بعدی تراوایی و تخلخل و تاثیر آنها در رفتار (Performance) سنگ مخزن اندازه گیری شد. مطالعات دیاژنزی ماسه سنگ ها نشان می دهد که لایه ماسه سنگی واحد 2 خاصیت مخزنی مناسبی برای تجمع هیدروکربور تولید شده از لایه های شیلی دارد. یکی از فاکتور های مهم دیاژنز، مرحله فشردگی (Compaction) است. فشردگی یک عمل غیر قابل بازگشت است به همین جهت می توان در نمونه های برون زد از آنها استفاده کرد. در ماسه سنگ های لیتیکی، درجه فشردگی فیزیکی وابسته به نوع و مقدار مواد لیتیکی است و معمولاٌ لیتیک های رسوبی انعطاف پذیرتر (ductile) از لیتیک های متامورفیک است. عامل مهم دیگر در میزان فشردگی عبارت است از نسبت درصد وزنی کانیهای نرم و انعطاف پذیر (میکا و رس) به کانیهای سخت و شکننده (brittle) (کوارتز و فلدسپار) که این درصد وزنی را به عنوان اندیس انعطاف پذیری می شناسند. بر اساس این عوامل موثر در فشردگی، (Pittman & Larese 1991) مدل های فشردگی فیزیکی را ارائه کردند که بر اساس داده های آزمایشگاهی ماسه سنگ های لیتیک با جور شدگی خوب می باشد و درصد تخلخل اولیه باقی مانده، تابع فشار موثر، نوع مواد لیتیکی و مقدار مواد لیتیکی است. با استفاده از این مدل، می توان تخلخل اولیه باقی مانده را در عمق مورد نظر تخمین زد. برای این منظور از گراف هایی استفاده می شود که میزان تخلخل را در مقابل عمق نشان می دهند و هر کدام از منحنی ها مربوط به ترکیب خاصی از ماسه سنگ است این ترکیب ها بر اساس درصد کوارتز و لیتیک ها می باشد. در این مدل سه نوع لیتیک تشخیص داده شده است: لیتیک های متامورفیکی با انعطاف پذیری متوسط نظیر اسلیت، لیتیک های رسوبی با انعطاف پذیری متوسط تا زیاد نظیر شیل و لیتیک های ولکانیکی آلتره شده با انعطاف پذیری بسیار زیاد نظیر بازالت هوازده.
با توجه به اینکه اکثر لیتیک ها در این مطالعه، از نوع رسوبی است بنابراین ما از گراف نوع دوم که مربوط به لیتیک های رسوبی است استفاده می کنیم. در این گراف سه رنج نسبت کوارتز به لیتیک (25:75 و 50:50 و 75:25) منحنی خاص خود را دارد و چون در نمونه های این مطالعه، درصد لیتیک ها مختلف است، بنابراین می توان یا درصد متوسطی از کل لیتیک ها و کوارتز ها گرفت و یا برای هر کدام از لیتویونیت ها جداگانه حساب کرد. ما در اینجا لیتویونیت دوم را بررسی می کنیم. در این لیتویونیت درصد متوسط کوارتز برای 10 نمونه حدوداٌ 55% است و 45% بقیه از لیتیک های رسوبی تشکیل شده است قبل از استفاده از منحنی لازم به ذکر است که پارامتر های دیگری در کاهش یا افزایش تخلخل نقش دارند: گرادیان ژئو ترمال بالا، جور شدگی پایین و سیمانی شدن (بستگی به زمان سیمانی شدن دارد) باعث کاهش درصد تخلخل باقی مانده از میزان پیش بینی شده می شود و وجود فشار غیر طبیعی (Overpressure)، ایجاد تخلخل ثانویه و وجود هیدرو کربور در تخلخل. با توجه به اینکه جور شدگی ماسه سنگ های مورد نظر در حد متوسط یا ضعیف است، بر اساس داده های Beard and Weyls 1973 ماسه های با جور شدگی خوب دارای تخلخل اولیه 40% و ماسه های با جور شدگی متوسط 35% تخلخل اولیه دارند یعنی پس از به دست آوردن تخلخل اولیه بایستی 5% دیگر به تخلخل مزبور اضافه کنیم تا از منحنی مربوطه استفاده کرد و در نهایت، عمق به دست آمده از این منحنی بیش از 5000 متر است. اگر سایر پارامتر ها را نیز دخالت دهیم به عدد واقعی تری نزدیک خواهیم شد.
از این مدل به طریق دیگری هم می توان استفاده کرد به این صورت که اطلاعات حفاری از چاه قزل تپه- 2 در دشت گرگان نشان می دهد که سازند شمشک در عمق 5800 متری واقع است اگر قسمت لیتویونیت این دو سازند را در نظر بگیریم، عمق این لیتویونیت حدوداٌ 6800 متر می شود با استفاده از اطلاعات پتروگرافی که قبلاٌ ذکر شد تخلخل اولیه حدوداٌ 2% به دست می آید.
رابطه دیگری توسط Lander and Walderhaug 1999 ارائه شده است که توسط این رابطه نیز می توان میزان فشردگی را به دست آورد در این رابطه به جای فاکتور فشردگی از پارامتر حجم بین دانه ای یا همان IGV استفاده می کنند و رابطه مورد استفاده به این ترتیب است: IGV=IGVf+(Φo+mo-IGVf)e βσes. در این رابطه IGV مجموع فضای بین دانه ای، سیمان و مواد ماتریکسی است، IGV f فضای بین دانه ای فعلی و شکل ثابت آرایش دانه ای است، Φo تخلخل موقع رسوب گذاری می باشد و mo مقدار ماتریکس اولیه است. β نرخ نمایی کاهش فشار موثر است (¹־ Mpa ) و σes حداکثر فشار موثر (Maximum Effective Stress) بر حسب ¹־ Mpa می باشد. مقادیر IGV f و Φo و β توسط (Lander and Walderhaug 1999) برای ماسه سنگ های مختلف محاسبه شده است و ما در اینجا از مقادیر کالیبره شده آنها استفاده می کنیم. در عمق 5000 متری مقدار حداکثر فشار موثر 70 مگا پاسکال می باشد و نیز مقدار ماتریکس اولیه در سنگ های مورد مطالعه ما حدود 3% است و مقادیر IGV f و Φo و β با توجه به داده های Lander and Walderhaug 1999 به ترتیب عبارتند از 20%، 32% و 6% ¹־ Mpa . در نهایت عدد به دست آمده حدود 20% می باشد یعنی 20% از تخلخل اولیه باقی مانده است که برابر با 6/4% می شود. در صورتیکه فاکتور جور شدگی را نیز دخالت دهیم مقدار تخلخل حدود 3% می شود بنابراین معلوم می شود که روابط همدیگر را تایید می کنند.
این ماسه سنگ ها عمدتاٌ دارای سیمان کلسیتی هستند ولی سیمان رسی و سیمان کوارتزی نیز دیده می شود. در لایه هایی که دارای سیمان کوارتزی بیشتری هستند از میزان سیمان کوارتزی و فشردگی دانه ها می توان در پیش بینی تخلخل استفاده کرد. با استفاده از دستگاه Minipermeameter نفوذ پذیری بعضی لایه های مناسب، محاسبه شد و معلوم شد که نفوذ پذیری متوسط 3 میلی دارسی است. با توجه به اینکه عمده تغییرات دیاژنتیکی ماسه سنگ ها پس از دفن عمیق صورت می گیرد، بنابراین می توان نتیجه گرفت که چه تغییراتی در اعماق مختلف صورت گرفته و تاثیرات تحت جوی را از سایر تغییرات جدا کرد.
نتیجه گیری:
با توجه به مطالب ذکر شده می توان نتیجه گرفت که تخلخل نهایی ناشی از فشردگی حدود 3 الی 4% می باشد. در بیشتر موارد سیمان کلسیتی باعث از بین رفتن کل تخلخل باقی مانده شده است. این نتیجه بدون در نظر گرفتن سایر عوامل موثر (از قبیل انحلال ثانویه و یا تاثیر میکرو فراکچر ها و ...) می باشد. با استفاده از داده های مربوط به انعکاس ویترینیت و گرادیان ژئو ترمال، حداکثر عمقی که سازند تحمل کرده است را می توان به دست آورد.

کلید واژه ها: سایر موارد