Modelování vývoje pánevní výplně na příkladech sedimentárních pánví podél východního okraje Českého masívu

Mgr. Marek Goldbach, Ph.D.

Doctoral thesis

Modelling of the evolution the basin infill - case studies of the sedimentary basins along the eastern margin of the Bohemian Massif

Anotácia:

Předkládaná disertační práce se zabývá hornoslezskou pánví a střední části karpatské předhlubně, které se nachází na východním okraji Českého masívu. V obou studovaných oblastech byl brán zřetel zejména na otázky spojené s vývojem tepelného toku a rekonstrukcí jeho hodnot v geologické minulosti. Vzhledem k rozdílnosti vstupních dat byly oblasti modelovány a posuzovány odlišně a výsledky prezentovány v různých dimenzích, od 1D modelů po komplexní 3D modelování. Vrty v oblasti hornoslezské uhelné pánve byly v minulosti velmi pečlivě analyzovány a nabízejí velmi hodnotný materiál pro studium teplotní zralosti karbonských hornin. Bylo analyzováno a formou 1D modelu studováno celkem 17 vrtů s cílem definování hodnot hustoty tepelného toku, mocnosti erodovaných nadložních jednotek a maximální dosažené teploty v minulosti. Pro ověření hodnověrnosti modelu bylo využito zejména změřených odrazností vitrinitu. Vzorky ostravského a karvinského souvrství, na kterých byla odraznost vitrinitu analyzována, byly v intervalu od 0,46 do 2,23 % Rr. Tyto hodnoty indikují zralé, případně velmi zralé stadium organické hmoty. Hodnoty odraznosti vitrinitu vykazovaly pro stejnou hloubku pohřbení rostoucí trend ve směru z východu na západ. Analýzy RockEval potvrdily, že organická hmota ostravského a karvinského souvrství náleží kerogenu typu III, tudíž organické hmotě terestrického původu. Vytvoření sady 1D modelů v oblasti umožnilo tvorbu mapy mocnosti erodovaných hornin, které dosahují v západní části hodnot 2500 do 3400m, a ve východní čísti 1800 až 2000m. Následný geologický vývoj, který zahrnuje sedimentaci karpatské předhlubně a dosunutí příkrovů Západních Karpat již nepřesáhl tepelnou přeměnu organické hmoty dosažené v průběhu paleozoika. Pro oblast průzkumného území Vizovické vrchy I byl vytvořen 3D. V modelu byly podrobně studovány horniny příkrovů Západních Karpat, miocénu karpatské předhlubně a dochovaný sled paleozoických sedimentů. 3D teplotní a subsidenční model byl kalibrován s využitím odraznosti vitrinitu z 8 vrtů rozmístěných rovnoměrně ve studované oblasti. Hodnoty odraznosti vitrinitu pro miocén karpatské předhlubně vykazují rostoucí trend s hloubkou v intervalu 0,36 do 0,58 % Rr.

Abstract:

The following PhD dissertation deals with two different case studies from the area of the east margin of the Bohemian Massif. In both cases, the main aim of the research was to evaluate heat flow and reconstruct their history during their geological evolution. Each case study had a different type of input data and thus, the dimensions and extent of the research is various. The deep boreholes in the Upper Silesian Coal Basin provide valuable material to evaluate thermal maturity of the present Carboniferous units. 17 boreholes were used for evaluating expected paleo thicknesses of the missing units and the maximum temperatures which were reached via 1D modelling. The models consider the geological evolution concepts that are accepted for the region. The reliability of the final thermal models were calibrated with vitrinite reflectance data. Vitrinite reflectance varies between 0.46 and 2.32% Rr, indicating thermally early maturity to over maturated organic matter for the Ostrava Fm. and Karviná Fm. The coal rank increases from the east to the west. Based on the data from the RockEval pyrolysis, all samples from the Ostrava and Karviná Fm. belong to type III kerogen. The RE results show that the source potential of the Carboniferous sediments were not spent in full as part of the Variscan tectogen. Burial and thermal history on the Czech side of the Upper Silesian Coal Basin was reconstructed. The set of several 1D simulations proved that the thickness of the missing Palaeozoic molasses association is 2500 to 3400min the foreland and 1800 to 2000mfor the platform. The maximum burial is expected at the end of the Westphalian. The consequent sedimentation of the Carpathian Foredeep and nappe thrusting did not change the Palaeozoic thermal maturity pattern within the tested area of the USCB. A three-dimensional reconstruction of burial and palaeogeothermal conditions was created for Miocene sediments of the Carpathian Foredeep beneath the Outer Western Carpathians fold and trust belt in the eastern part of the Czech Republic. The sedimentary units involved include autochthonous Palaeozoic sequences, Miocene deposits of the Carpathian Foredeep and of the Western Carpathian nappe system. Reservoir rocks with economic oil and gas accumulations occur in the fractured crystalline basement and in the Neogene Carpathian Foredeep. The studied Vizovice area, is characterized by rocks representing both Variscan and Carpathian orogenic cycles. The 3D thermal maturity and subsidence model presented, allows the significance of both tectonic events to be evaluated. The model, calibrated by vitrinite reflectance from eight boreholes proved that eroded units related to the Variscan orogeny approach, in amount, those eroded during the Carpathian orogeny. The thickness of the eroded rocks does not exceed 300 m in either case. Vitrinite reflectance data from representative core samples of the Miocene organic matter show that Rr values increase with depth from 0.36 to 0.58% Rr. A re-evaluation of archival data on the quantity and quality of organic matter shows that the total organic carbon ranges from 0.20 to 2.92 wt%, and residual hydrocarbons (S2) from 0.04 to 8.48 mg HC/g rock. These results lead to the conclusion that the Neogene Unit II, which was interpreted as coastline-through to shallow-marine deposition environment within the Carpathian Foredeep in the Czech Republic, is a potential source rock for hydrocarbon accumulations.

Kľúčové slová

Český masív, Západní Karpaty, pánevní modelování, tepelný tok, ropný systém, 1D pánevní modelování, 3D pánevní modelování

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 4. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 26. 6. 2018
• Vedúci: doc. RNDr. Jaromír Leichmann, Dr. rer. nat.
• Oponent: RNDr. Juraj Franců, CSc., prof. RNDr. Jiří Kalvoda, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Geology (4-years) / Geological Sciences