چینه شناسی خلیج فارس نیازمند یکنواخت سازی

انتشار مطلب کوتاه "خلیج فارس در سردرگمی چینه شناسی" موجب آشنایی من با نظرات و اقدامات آقای مهندس مطیعی در این زمینه شد. بحث های مختلفی با ایشان در رابطه با زمین شناسی و چینه شناسی خلیج فارس داشتم. اسامی سردرگم کننده واحدهای چینه شناسی خلیج فارس موجب شد مهندس مطیعی در سال 1376، پیشنهاد "یکنواخت سازی فرهنگ چینه شناسی خلیج فارس" را به اداره کل مدیریت برنامه ریزی تلفیقی شرکت ملی نفت ارائه کند. وی در این طرح پیشنهادی کوشید نامهای صحیح و رسمی چینه شناسی توالی های یاد شده را جایگزین اسامی نادرست، برگرفته از سازندهای عربی کند. دلیل اصلی این اقدام این بود که واحدهای چینه شناسی کشورهای عربی حوضه خلیج فارس عمدتاً در تحت الارض و بصورت غیررسمی (به استناد کدهای چینه شناسی آمریکای شمالی) نامگذاری شده اند. این در حالی است که بلندی های زاگرس غنی از رخنمون های بسیار متعددی از توالی های تدفین شده در خلیج فارس است. در سال 1392 این پیشنهاد مجدداً به کمیته ملی چینه شناسی ارائه شد ولی ترتیب اثری به آن داده نشد. در اینجا موضوع پیشنهادی "یکنواخت سازی فرهنگ چینه شناسی خلیج فارس" نوشته مهندس همایون مطیعی برای مطالعه علاقمندان منتشر می شود.

رابطه تخلخل با عمق و سن مخازن

عوامل مختلفی بر میزان تخلخل در ماسه سنگ ها و سنگ های آهکی اثر دارد که از آن جمله می توان به ویژگی های رسوبی، تاریخچه دیاژنزی، سن، عمق تدفین، گرادیان دمایی اشاره کرد. افزایش سن، عمق و دما اثر مهمی بر سیمانی شدن و تراکم در مخازن هیدروکربوری دارد. بررسی تغییرات تخلخل نسبت عمق در سنگ های کربناتی حوضه فلوریدای جنوبی نشان داد که تخلخل بصورت نمایی با افزایش عمق کاهش می یابد. نظیر چنین مطالعاتی در ماسه سنگ ها نیز صورت گرفته است. مدل ها و روابط تئوریک و آزمایشگاهی در این ارتباط توسعه یافته است. مطالعات آماری بر مبنای داده های تجربی (سی هزار مخزن آواری و ده هزار مخزن کربناتی) نشان می دهد که به ازای افزایش یک کیلومتر عمق تدفین، تخلخل 1تا 3 درصد کاهش می یابد. همچنین به ازای افزایش 100 هزار سال سن مخزن 1 تا 2 درصد تخلخل کاهیده می شود.

تخلخل میکروسکوپی در مخازن کربناته: حاصل انحلال یا جانشینی

تخلخل میکروسکوپی (Microporosity) به حفرات با اندازه کمتر از 10 میکرون گفته می شود که در سنگهای گل غالب با بافت چاکی (Chalky texture) یافت می شود. نامهای دیگری چون  intramicrite porosity, chalky-porosity, matrical porosity, pin-point porosity به این حفرات اطلاق می شود. عقاید مختلفی در مورد ابعاد حفرات میکروسکوپی وجود داشته است. چوکت و پری (1970) حفرات با اندازه کمتر از 62 میکرون را حفرات میکروسکوپی معرفی می کند درحالیکه آرچی (1952) به حفرات با اندازه 10 تا 30 میکرون اصطلاح میکروسکوپی به کار برده است. برخی نیز معتقدند که حفرات میکروسکوپی اندازه ای کمتر از یک میکرون دارند. تخلخل در توالی های با حفرات میکروسکوپی به 15 درصد می رسد و تراوایی عمدتاً کمتر از 0/1 میلی دارسی است ولی ممکن است به 30 میلی دارسی نیز برسد. به دلیل اندازه بسیار ریز حفرات، نرخ آب اشباع شدگی در این سنگها بر اساس تفاسیر پتروفیزیکی (لاگ مقاومت) بالا محاسبه می شود. درحالیکه به دلیل خاصیت موئینگی بالای حفرات ریز، این آب قابلیت حرکت نداشته و تولید نمی شود. در سالهای اخیر، کازمارک و همکاران (2015) بر اساس اندازه بلورها، گلوگاه حفرات و روابط بافتی سنگهای کربناته با تخلخل میکروسکوپی را به سه گروه تقسیم کرده است. برای سالیان متمادی منشأ تخلخل میکروسکوپی یکی از بحث های مهم بین زمین شناسان کربناتی بوده است. بسیاری از زمین شناسان معتقد هستند که تخلخل میکروسکوپی نتیجه انحلال در سنگهای گل غالب است. در حالیکه نتایج تحقیقات جدید (توسط لوسیا و لاکز 2013) نشان می دهد که تخلخل میکروسکوپی نتیجه جانشینی ذرات گل میکروسکوپی با میکرواسپار در حین دیاژنز است. تبلور ذرات گل در حین دیاژنز و افزایش اندازه آن اثر مهمی در تراوایی دارد. این تحقیق نتایج مطالعات قدیمی موشیر (1989) را در سازند شعیبا تأیید می کند.

چینه شناسی تجربی

هدف اصلی زمین شناسی رسوبی تفسیر تاریخچه سطح زمین براساس سنگ های رسوبی است. ولی در طی تاریخ مطالعات چینه شناسی، این علم عمدتاً جنبه توصیفی داشته است. این درحالی است که رسوبات بطور ناکاملی در سطح زمین رخنمون دارند و تعیین سن آنها سخت است. تهیه تصاویر سایزمیک از آنها بسیار فیلتر شده است و همچنین این بررسی های گران می باشد. امکان بررسی توالی رخدادها بصورت دقیق و مستقل وجود ندارد. این مانند داشتن بخشهایی از یک کتاب جنگ و صلح به زبان روسی است. در طول دو دهه گذشته، چینه شناسان سعی کردند این علم را از جنبه صرفاً توصیفی خارج کرده و با کمک فلوم های رسوبی جنبه تجربی به آن دهند. به لطف توسعه نگاه مکانیکی حاصل از تکتونیک و بهبود درک ما از دینامیک رسوبات، اولین نسل از مدل های کمی برای پر شدن حوضه و گسترش طرح های چینه شناسی ساخته شده است. این شاخه از مطالعات که چینه شناسی تجربی (experimental stratigraphy) نامیده شده است از تجهیزاتی به نام Experimental EarthScape facility یا Jurassic Tank برای شبیه سازی حوضه های رسوبی استفاده می کنند.

دیاژنز کانی و آلی در سنگهای کربناتی

سنگ های کربناتی به دلیل کانی شناسی ناپایدار و استعداد بالا برای واکنش با سیالات نسبت به دیاژنز بسیار حساس می باشند. کانی شناسی، فشار، دما، شیمی آب سازندی، تخلخل، تراوایی، نرخ سیال، سینتیک انحلال و سیمانی شدن، ترشوندگی، وجود نفت، دسترسی به مکانهای هسته زایی از مهمترین عوامل در دیاژنز کربناته نقش دارند. در حین تدفین بخش اعظمی از آب بین دانه ای و تخلخل رسوبات آهکی خارج می شود و منشأ تغییرات زیاد فیزیکوشیمیایی در سنگ می شود. همچنین انحلال فشاری و تشکیل استیلولیت پدیده دیگری است که در سنگهای کربناتی بسیار رایج است. بسیاری از محققین کوشیده اند که یک زون بندی عمقی برای دیاژنز کربناته ارائه کنند (هانس ماچل، تصویر بالا). بطور کلی همه زمین شناسان کربناتی دیاژنز تدفینی را در سنگهای کربناتی بر مبنای ظهور و گسترش آثار تراکم شیمیایی (استیلولیت) به دو بخش تدفین کم عمق و عمیق تقسیم می کنند. وجود مواد آلی در سنگ های کربناتی اثر بسزایی در دیاژنز و عمق رخداد فرآیندها دارد. بطوریکه امروزه مطالعه دیاژنز کانی با دیاژنز مواد آلی همراه است.  

سوپرسکانس های رسوبی زاگرس و سلسله های پادشاهی ایران

دکتر عزت حیدری استاد دانشگاه جکسون از رسوبشناسان برجسته ایران می باشد. او در سال 1976 مدرک کارشناسی زمین شناسی را از دانشگاه تهران، در سال 1981 مدرک M.S از داشنگاه پنسیلوانیا و Ph.D را از دانشگاه لوئیزیانا در سال 1990 دریافت کرده است. تاکنون ایشان مقالات ارزشمندی در زمینه رسوبشناسی چاپ نموده اند. یکی از آثار او بررسی سوپرسکانس های رسوبی زاگرس و مقایسه آن با منحنی تغییرات رده دوم یوستازی است. بر اساس مطالعه ایشان، توالی رسوبی پرکامبرین تا حال زاگرس را می توان به 12 سوپرسکانس تقسیم بندی کرد. او بر اساس سلسله پادشاهان ایرانی، که روزگاری حاکم بر ارتفاعات زاگرس بوده اند، این سوپرسکانس ها را نامگذاری نموده است. سکانس های پالئوزوئیک را بر اساس پادشاهان هخامنشی، مزوزوئیک را بر مبنای اشکانیان و سنوزوئیک را با نام شاهان ساسانی نامگذاری کرده است.

تخلخل: نگاه ژنتیکی در مقابل نگاه پتروفیزیکی

از دیرباز دو نگرش به سیستم حفرات در سنگهای کربناتی وجود داشت. نگرش ژنتیکی که عمدتاً توسط زمین شناسان نفت و پتروگرافرهای کربناتی مانند چوکت و پری (1970) و اهر (2008) ارائه شده است و بیشتر جنبه اکتشافی دارد. بدین معنی که با شناخت نوع و درک نحوه تشکیل و توزیع حفرات می توان مدلهای اکتشافی ارائه نمود. در حالیکه پتروفیزیست­ها و مهندسین نفت نگاه پتروفیزیکی و مخزنی به حفرات داشته اند و رفتار مخزنی و تولیدی سیستم حفرات برایشان اهمیت داشته است. لذا ژئومتری حفرات و خواص جریان حفرات سنگ از این نگاه آنها حایز اهمیت می باشد. طبقه بندی­ های آرچی (1952) و لوسیا (1995) نتیجه این نوع نگرش بوده است. در سال های گذشته برخی از محققین کوشیدند که با تلفیق این دو نگرش طبقه بندی جدیدی ارائه نمایند که هم جنبه توصیفی و اکتشافی داشته باشد و هم جنبه نیمه کمی و تولیدی. لونی (Lønøy, 2006) با ارائه تقسیم بندی تخلخل جدیدی بر مبنای نوع، اندازه و نحوه پراکندگی حفرات سعی کرد این دو جنبه را لحاظ کند. ولی به نظر می رسد تقسیم بندی او از دیدگاه صنعتی سهولت استفاده نداشته باشد. با این وجود تلاش ها در این زمینه همچنان ادامه دارد.

رخساره حفرات و رسوبشناس شاعر

سیستم حفرات در سنگهای کربناته محصول یک سری فرآیندهای پیچیده و طولانی است که از زمان رسوبگذاری شروع و تا دیاژنز تدفینی پیش می رود. رخساره حفرات (Pore Facies) به واحدهای سنگی دارای مجموعه حفرات یکسانی اطلاق می شود که دارای منشأ تشکیل و ویژگی های پتروفیزیکی مشابهی می باشند. این مفهوم اولین بار توسط کوپاسکا مرکل و مان (1990) در مورد مخازن اسمک اور مطرح شد. دیوید کوپاسکا مرکل (David Kopaska-Merkel) علاوه بر این که رسوبشناس نسبتاً مطرح و خلاقی می باشد در زمینه شاعری (سبک تخیلی، اسطوره ای) هم تبحر خاصی دارد. مجله رویاها و کابوس های (DREAMS & NIGHTMARES) او یکی از شناخته ترین مجلات شعر مصور (speculative poetry) است.

کربناته های قابل قیاس در طول زمان: یک مدل پیشگویانه اکتشافی

فرضیه "کربناته های قابل قیاس در طول زمان" (CARBONATE ANALOGS THROUGH TIME, CATT) پروژه ای مربوط به شرکت ExxonMobil در طی سال های 1991 تا 1999 است. نتایج این پروژه توسط مارکلو و همکاران (Markello et al., 2007) در چاپ ویژه SEPM به چاپ رسیده است. اساس این فرضیه بر این مبنا می باشد که کربناته های نظیر در ادوار زمانی (کانی شناسی، تحول زیستی و زمان) و شرایط زمین شناسی (تکتونیک، اقلیم، یوستازی، شیمی اقیانوس، چرخش آب) یکسان می توانند یک مدل پیشگویانه اکتشافی برای هم باشند. برای مثال مخازن کربناتی عرب در ژوراسیک پسین قابل قیاس با مخازن کربناتی اسمک اور در خلیج مکزیک است. "اطلس جهانی میادین کربناتی" و "چارت روندهای کربناتی در فانروزوئیک" دو محصول این پروژه می باشد.

شاخص زون جریان (FZI)، روش جهانی برای راک تایپینگ

راک تایپ (Rock types) یا گونه های سنگی طبق تعریف آرچی (1950)، واحدهای سنگی هستند که شرایط رسوبگذاری و دیاژنزی یکسانی داشته و دارای ویژگی مخزنی (رابطه تخلخل و تراوایی، فشار موئینه و آب اشباع شدگی) یکسانی در فاصله معینی بالاتر از سطح آزاد آب (OWC) می باشند. شاخص زون جریان (Flow Zone Indicator or FZI) یکی از پرکاربردترین روش های تعیین گونه های سنگی (Rock typing) در جهان است. آمیفوله و دیگران (Amaefule et al., 1993) روش FZI را برای تعیین واحدهای جریانی و تخمین تراوایی پیشنهاد کرده اند. مبنای این روش مانند دیگر روش های راک تایپینگ نسبت تراوایی (ظرفیت جریان) به تخلخل (ظرفیت ذخیره سازی) می باشد که رابطه مستقیمی با r (شعاع گلوگاه حفرات) و رابطه معکوسی با فشار موئینه در سنگ دارد. برای تفکیک گونه های سنگی توسط روش FZI از روش های آماری و ریاضی مختلفی استفاده می شود که توسط عباسزاده و همکاران (Abbaszadeh et al., 1996) مرور شده است. روش های Log FZI vs. depth، Error Analysis، Histogram Analysis، Probability plot از مهمترین روش های تفکیک گونه های سنگی در روش FZI است. مقالات ایشان برای دانلود علاقمندان موجود است.