Wpływ pierwotnego składu mineralnego i wtórnych cech diagenetycznych jurajskich skał okruchowych Niżu Polskiego na wybrane pomiary geofizyki otworowej w kontekście szacowania ich parametrów petrofizycznych

Głównym celem prezentowanej rozprawy doktorskiej była analiza wpływu pierwotnego składu mineralnego oraz wtórnych cech diagenetycznych piaszczystych skał zbiornikowych na ich własności fizyczne, których identyfikacja jest możliwa na wybranych krzywych geofizyki otworowej. Badania przeprowadzono na przykładzie skał klastycznych jury dolnej i środkowej Niżu Polskiego, które ze względu na dobre własności petrofizyczne i znaczne miąższości stanowią dobrej jakości skałę zbiornikową, zarówno dla możliwych akumulacji węglowodorów, jak i dla wód posiadających potencjał geotermalny. Jurajskie formacje osadowe w większości spełniają również kryteria niezbędne do podziemnego składowania dwutlenku węgla. Do realizacji celu pracy zostały wykorzystane wyniki badań geofizyki otworowej wykonane współczesną oraz archiwalną aparaturą, wymagającą wcześniejszej standaryzacji, wsparte ilościowymi i jakościowymi wynikami badań geochemicznych i petrofizycznych. Analizie poddano również materiał rdzeniowy oraz szlify petrograficzne. Do interpretacji krzywych geofizycznych wykorzystano także metody uczenia maszynowego. Wszystkie dane pochodziły z dwóch otworów wiertniczych położonych w bliskiej odległości od siebie: otworu B-2 znajdującego się na obszarze synklinorium warszawskiego, należącego do synklinorium kościerzyńsko-puławskiego i Z-GN4 zlokalizowanego w segmencie kujawskim, będącego częścią antyklinorium środkowopolskiego. Pierwszym etapem pracy było wyróżnienie piaszczystych typów litologicznych w profilu jurajskim na podstawie dostępnych pomiarów geofizyki wiertniczej oraz prób geologicznych. W kolejnym kroku porównano informacje dostępne w literaturze z archiwalnymi szlifami skał okruchowych oraz wynikami geochemicznych i petrofizycznych pomiarów laboratoryjnych dostępnych w dokumentacjach otworowych. Wykonano również makroskopową analizę rdzenia wiertniczego. Dla otworu Z-GN4 w tym celu opracowano i zastosowano autorską metodę „clay difference”, natomiast w otworze B-2 przetestowano jedną z metod uczenia maszynowego - grupowania k-średnich. Rezultatem pracy jest korelacja wyników uzyskanych z badań laboratoryjnych, w której założono istnienie bezpośredniego związku pomiędzy pierwotnym składem mineralnym piaskowca i występującymi w jego obrębie zmianami diagenetycznymi, a wynikami wybranych pomiarów geofizycznych. Korelacja wyników pozwoliła na wydzielenie jednostek o zbliżonych cechach geofizycznych oraz petrograficznych (petrofacji) w obrębie skał facji piaszczystej jury dolnej i środkowej dla dwóch otworów Z-GN-4 oraz B-2, na podstawie odpowiednio archiwalnych (niekalibrowanych) oraz nowoczesnych (standaryzowanych) pomiarów geofizycznych.

The main objective of the presented dissertation was to analyze the influence of the primary mineral composition and the secondary diagenetic features of sandy reservoir rocks on their physical properties, the identification of which is possible on selected geophysical well-logs. The study was carried out on the example of clastic rocks of the Lower and Middle Jurassic of the Polish Basin, which are good quality reservoir rocks both for possible hydrocarbon accumulation and for waters with geothermal potential. Jurassic aquifer is also characterized by optimal properties for underground carbon capture and storage. The research material used to achieve the purpose of the study was the results of geophysical well-logs performed with both modern and archival equipment requiring prior standardization. The core material, and petrographic thin section were also analyzed supported by the results of geochemical and petrophysical analysis. Interpretations of geophysical well-logs were further supported by machine learning methods. All data came from two boreholes B-2 and Z-GN4 located at a slight distance from each other in the area of the Warsaw Synclinorium, which is part of the Koscierzyn-Puławy Synclinorium, and the Kuyavian segment of the Mid-Polish Anticlinorium, respectively. The first stage of the work was to distinguish sandy lithological types in the Jurassic profile on the basis of available well-log measurements and geological samples. Well-log interpretation made it possible to estimate the probable distribution of sandy bodies in selected boreholes. In the next step, information available in the literature was compared with archival thin-sestions of clastic rocks and the results of geochemical and petrophysical laboratory measurements available in well report with the use of two different methods: author’s “clay difference” method and k-means clustering procedure. Macroscopic analysis of core samples was also performed. The result of the presented dissertation is the correlation of the results obtained from laboratory measurements, in which it was assumed that there is a direct relationship between the original mineral composition of the sandstone together with the diagenetic changes occurring within it, and the results of selected geophysical well-logs. The correlation of the results made it possible to separate units with similar geophysical and petrographic (petrofacies) characteristics within the Lower and Middle Jurassic sandstone lithotypes for two boreholes Z-GN-4 and B-2, containing archival (uncalibrated) and standardized units of geophysical measurements, respectively.