METODE OPTICE DE STUDIU A KEROGENULUI

Fig. 1 Componente organice ntlnite n kerogen: A Materie Organic Amorf (foraj Marea Neagr, Oligocen); B rin (foraj Marea Neagr, Oligocen); C traheide lemnoase (foraj Marea Neagr, Oligocen); D fitoclast opac (rest crbunos) echidimensional (foraj Marea Neagr, Oligocen); E fitoclast opac alungit (foraj Marea Neagr, Oligocen); F cuticul (foraj Marea Neagr, Oligocen); G esut vegetal (foraj Marea Neagr, Oligocen); H spor de Sphagnum Stereisporites (Distverrusporis) electoides electoides Kr. 1963 (Formaiunea de cheia, Basarabian superior, Platforma Moldoveneasc); I polen de Pinus Pityosporites labdacus Th. et Pf. 1953 (Formaiunea cu Cryptomactra, Basarabian superior, Platforma Moldoveneasc); J fitoplancton Operculodinium centrocarpum (Defl. & Cook., 1955) Wall 1967 (foraj Marea Neagr, Oligocen); K test de foraminifer (Sarmaian inferior, nordul Platformei Moldoveneti); L scolecodont (foraj Marea Neagr, Oligocen).

Analiza kerogenului n lumin transmis

Analiza microscopic a materiei organice (kerogen) n lumin natural transmis, permite stabilirea unui palinofacies (sau facies palinologic) ce definete ansamblul de constitueni organici dintr-o roc, dup eliminarea fraciunii minerale (Combaz, 1964).

Stabilirea palinofaciesului const n recunoaterea la microscop a tuturor

constituenilor prezeni (figurai sau nu) i aprecierea relativ a lor. Plecnd de la aceste date, pot fi concluzionate urmtoarele (Combaz, 1980):

a. Recunoaterea cantitii de constitueni organici din roc; b. Identificarea sursei de material organic: continental sau acvatic; c. Interpretarea mediului de depozitare a sedimentelor; d. Aprecierea transformrilor diagenetice suferite de materialul organic (grad de

maturare). a. Diferiii constitueni organici dintr-un preparat palinologic pot fi aproximai n

funcie de densitatea acestora n diferitele cmpuri ale microscopului, densitate ce poate fi exprimat n procente n funcie de diagrama lui Shvetsov (1954; fide Sittler i Schuler, 1991). Un alt procedeu de cuantificare cantitativ a diferitelor categorii de materie organic (continental i acvatic) poate fi realizat prin exprimare n procente a diferitelor componente identificate, suma lor fiind 100 %.

b. n literatura de specialitate, materia organic dispersat n rocile sedimentare depuse n diferite medii marine (marginale sau neritice), a fost clasificat n dou mari componente: materie organic de origine terestr i materie organic produs n mediul acvatic (Jaramillo i Oboh-Ikuenobe, 1999; Feist-Burkhardt i Gtz, 2002; parica et al. 2005).

Materia organic provenit de pe uscat cuprinde n general fitoclaste (resturi crbunoase, cuticule, esuturi de plante etc.), polen, spori, iar cea dezvoltat n mediul acvatic este constituit din cisturi de dinoflagelate i Materie Organic Amorf (aceasta provine n cea mai mare parte din fitoplancton marin, diverse bacterii, i are un aspect difuz (diseminat) (Fig. 1, A)). Aceast materie organic amorf este considerat de unii autori ca fiind att de origine marin ct i continental (Fig. 4).

Fig. 4 Clasificarea i potenialul de conservare al materiei organice sedimentare (dup Steffen i Gorin, 1993, Pittet i Gorin, 1997; fide Feist-Burkhardt i Gtz, 2002).

c. Interpretarea mediului de sedimentare: particulele de materie organic terestr se comport asemenea clastelor n ap, proporiile lor fiind descresctoare odat cu distana fa de zona surs. Aceast idee st la baza folosirii palinofaciesului ca indicator al variaiilor pe distana fa de linia rmului, care n cele din urm poate fi asociat cu variaiile nivelului mrii.

Pentru construirea unei curbe paleobatimetrice relative din timpul sedimentrii unei secvene stratigrafice se pot folosi patru grupuri de palinofacies (Jaramillo i Oboh-Ikuenobe, 1999), notate cifrat, i fiecare dintre acestea marcheaz distane diferite fa de rm i o anumit adncime a apei (Fig. 5).

Grupul 3 este dominat de fragmente negre-brune, resturi negre i esuturi vegetale. Acesta indic un mediu puin adnc deoarece include aproape n exclusivitate material organic venit de pe uscat. Materia organic este acumulat n apropierea cmpiei de coast sau ntr-un mediu tranziional dintre elf i uscat. Grupul 2 este bogat n fragmente galben-brune, polen i esuturi vegetale. Acesta conine influene terestre dar i cteva dinoflagelate (puin diversificate). Aceast asociaie este acumulat ntr-un mediu de elf intern (inner shelf). n cadrul Grupului 4 dominante sunt dinoflagelatele, resturile negre continentale, fragmentele membranoase negre-brune i polenul. Acest grup conine o diversificare ridicat n specii a dinoflagelatelor combinat cu material terestru. Aceast diversitate a asociaiei de dinoflagelate este comun n mediile de elf (Traverse, 1988). Grupul 1 corespunde unui palinofacies dominat de un coninut ridicat de MOA. Acest grup este acumulat ntr-un mediu marin mai adnc, deoarece coninutul bogat n MOA indic un domeniu marin de larg, probabil de tip deep offshore (Lorente, 1986; Pasley et Hazel, 1990; fide Jaramillo et Oboh-Ikuenobe, 1999).

Fig. 5 Poziionarea celor patru grupuri de palinofaciesuri n funcie de linia rmului (dup Jaramillo i Oboh-Ikuenobe, 1999).

Tyson (1985, 1989, 1993; fide Tyson 1995) propune o diagram ternar construit pe baza raportului Materie Organic Amorf fitoclaste - palinomorfe, cu ajutorul creia se poate determina sensul transportului, zona i mediul de acumulare (Fig. 6). Descrierea fiecrui cmp al acestei diagrame este realizat n tabelul 1.

Fig. 6 Diagrama ternar a kerogenului: MOA fitoclaste palinomorfe, bazat pe frecvena numeric relativ (dup Tyson, 1985, 1989, 1993; fide Tyson 1995). Tabel 1 Caracterizarea cmpurilor de palinofacies din diagrama ternar a lui Tyson (1995).

Cmpul palinofaciesului

i mediul de sedimentare

Comentarii Spori - Polen Microplancton

I. elf sau bazin proximal favorabil

Cantitate mare de fitoclaste care atenueaz prezena celorlali componeni. de obicei muli foarte puin

II. Bazin marginal disoxic- anoxic

MOA (materie organic amorf) diluat de introducerea unei cantiti mari de fitoclaste. Conservarea MOA este de la moderat la bun. Creterea COT (carbon organic total) marin depinde de situaia redox din bazin i de diluie.

muli foarte puin

III. elf oxic heterolitic (elf proximal)

n general o scdere a conservrii MOA; abundena absolut a fitoplanctonului depinde de apropierea unei sursei fluvio - deltaice. Pot apare oxidri i transformri.

muli

de la frecvent la abundent,

dinoficee dominante

IV. Zon de tranziie de la bazin la elf

Trecere de la elf la bazin n timp (e.g. crete subsidena/ adncimea apei) sau spaiu (e.g. panta bazinului). Abundena absolut a fitoclastelor depinde de apropierea sursei i de gradul de redepozitare. Creterea COT marin depinde de stadiul redox la bazinului: IVa. disoxic- anoxic IVb. suboxic- anoxic.

de la moderat la muli

foarte puin - puin

V. elf oxic cu MOA puin sau moderat (de obicei de obicei puine de la frecvent

ml dominant (elf distal)

degradat), Palinomorfe abundente. Culoare deschis a bioturbiditelor fiind tipic mlul calcaros.

la abundent, dinoficee

dominante VI. elf proximal

suboxic-anoxic Conservarea bun a MOA datorit condiiilor reductoare din bazin. Coninutul absolut al fitoclastelor poate fi de la moderat la ridicat datorit intrrii (admisiei) de turbidite i/sau o surs n general apropiat.

variabile, de la puine la moderate

de la puine la frecvent, dinoficee

dominante

VII. elf distal disoxic- anoxic

Conservarea MOA este de la moderat la bun, palinomorfe puine pn la moderate. Este tipic mlul bioturbiditic de culoare uor nchis.

puine

de la moderat la frecvent, dinoficee

dominante VIII. elf distal

disoxic- oxic Asociaie dominat de MOA, cu o conservare excelent. Palinomorfe puine pn la moderate (parial datorit mascrii). Tipic argile bogate n materie organic n depozite stratificate ale elfului marin.

puine

de la puin la frecvent, dinoficee

dominante,

IX. Bazin distal suboxic- anoxic

Asociaie bogat de MOA. Abundena sczut a palinomorfelor este, parial datorat mascrii. Alginitul este frecvent. Bazin adnc sau depozite de elf marin stratificate, n special bazine cu sedimente distruse.

puine n general puin

Anoxicitatea apelor de fund au fost considerate ca factor principal de control

privind acumularea i conservarea materiei organice (Fig. 7) (diferite referiri n Wiebe et al, 2001). Condiiile anoxice pot aprea cnd coloana de ap prezint stratificaie din cauza dezvoltrii termoclinelor si haloclinelor (diferene de temperatur i salinitate). Aceast stratificare d natere unui strat de fund anoxic n care aciunea organismelor bentice, care produc bioturbaii i necrofagie, este restricionat sau eliminat. n aceste condiii are loc acumularea i conservarea materiei organice n sedimentele fin granulometrice.

Fig. 7 Amplasarea zonelor oxice, disoxice i anoxice n cadrul unui bazin de sedimentare (Wiebe et al. 2001).

O alt metod de stabilire a unui paleomediu de sedimentare prin intermediul studiilor palinologice este bazat pe interpretarea unei asociaii de dinoflagelate, unele specii fiind indicatoare ale unor medii distal proximale ntlnite ntr-un bazin de sedimentare. Studii n acest sens, bazate pe distribuia dinoflagelatelor actuale n diferite medii marin oceanice, au fost realizate de Wall et al. 1977; Edwards i Andrle, 1992; Dale, 1996 (fide Sluijs et al. 2005). Rezultatele obinute au fost sintetizate dup cum urmeaz:

- mediul oceanic este caracterizat prin ocurena genului Impagidium; - genuri precum Nematosphaeropsis i Tectatodinium indic n general tot un

mediu oceanic pn la neritic (taluzul continental); - ocurena celor mai multor specii de dinoflagelate este caracteristic mediilor

neritice i costale, n zona elfului nregistrndu-se o diversitate maxim a acestora (Pross i Brinkhuis, 2005) (Fig. 8).

Fig. 8 Maximul de diversitate a dinoflagelatelor ntr-un bazin de sedimentare (Pross i Brinkhuis, 2005)

Bazndu-se pe aceast premis c diferitele specii de dinoflagelate sunt adaptate anumitor condiii specifice (distana fa de rm, tipul apelor de suprafa), Brinkhuis, 1994; Sluijs et al. 2005 prezint un model schematic cu distribuia diferitelor genuri de dinoflagelate, ntr-o seciune proximal distal a unui bazin de sedimentare (Fig. 9). Vrsta acestor dinoflagelate este Eocen Oligocen, fiind identificate n cteva seciuni din NE Italiei. Autorii menioneaz genurile specifice mediului neritic litoral (Homotryblium, Areoligera / Glaphyrocysta) pn la cel oceanic (Impagidium, Nematosphaeropsis / Cannosphaeropsis).

Fig. 9 Model schematic pentru distribuia asociaiilor de dinoflagelate ntr-o seciune proximal distal a unui bazin de sedimentare din timpul Eocen Oligocenului din Italia (dup Brinkhuis 1994, modificat de Sluijs et al. 2005).

d. Aprecierea gradului de maturare a kerogenului. Microfosilele organice sunt sensibile la efectul termic al diagenezei. Cuantificarea gradului de maturare a substanei organice poate fi realizat n funcie de culoarea materiei organice figurate (polen, spori, dinoflagelate), ce sufer o schimbare progresiv i ireversibil ca rspuns la creterea temperaturilor de zcmnt. Staplin (1969) propune o scal a Indicelui de Alterare Termic (IAT = Thermal Alteration Index), mprit n 5 trepte corespunztoare urmtoarelor culori: galben deschis (1), galben nchis (2), oranj (3), brun (4) i negru (5). Dup Raynaud i Robert (1976) se disting tot 5 etape cu stadii intermediare (diferitele stadii sunt etalonate la scara reflectanei vitrinitului) (Fig. 10)

Fig. 10 Colorarea progresiv a unei granule de polen sub efectul diagenezei, ca urmare a creterii adncimii de ngropare a sedimentelor (dup Raynaud i Robert, 1976).

Aceast tehnic este des folosit n etapele de prospeciune a petrolului, fiind o metod ieftin n recunoaterea maturitii rocilor sedimenatre.

Indicele de Alterare Termic se bazeaz pe recunoaterea la microscop a transformrilor suferite de exin (stratul structural exterior al granulelor de polen). Exina este un material complex care include sporopolenin ce reprezint un

biopolimer, cu rezinsten nalt, compus n special din H, C i O. Sporopolenina este capabil de producerea hidrocarburilor lichide i gazoase sub efectul diferitelor geotemperaturi i presiuni, cu pierderea de H i O i mbogirea n C cu aromatizarea i condensarea structurilor macromoleculare (Traverse, 1988). Aceste transformri chimice se manifest din punct de vedere optic prin schimbarea culorii sporomorfelor, de la verzui galben (pentru rocile imature), la galben i oranj (pentru rocile mature, capabile de expulzare a hidrocarburilor) pn la brun negru, uneori opace ce relev o nalt maturitate termic (Fig. 11).

Fig. 11 Diferite stadii ale culorii palinomorfelor, n corelare cu potenialul de generare a hidrocarburilor.

Corelarea scalei Indicelui de Alterare Termic cu maturitatea organic, puterea

de reflectan a vitrinitului, generarea hidrocarburilor i paleotemperaturile de zcmnt este redat n figura 12.

Fig. 12 Compararea scalei de IAT standard cu paleotemperatura de zcmnt, CAI i diferite tipuri de hidrocarburi generate (dup Mao et al. 1994, cu modificri).

O alt metod de estimare a maturitii rocilor sedimentare se bazeaz pe vizualizarea culorii conodontelor (Indicele de Alterare a Conodontelor = CAI Conodont Alteration Index). Conodontele sunt resturi fosile ce provin, probabil, de la organisme marine vertebrate. Aceste organisme fosile (cu extindere stratigrafic din Cambrian pn n Triasic) pot oferi informaii privind aflarea unor intervale de temperatur la care au fost supuse rocile sedimentare din care au fost separate aceste microfosile (Fig. 13). Indicele de Alterare a Conodontelor se preteaz, n general, pentru analiza maturitii rocilor de vrst paleozoic.

Fig. 13 Indexul de Alterare a Conodontelor stabilit pe exemplare de vrst Ordovician superior, bazat pe date experimentale (dup Epstein et al., 1977).