Introducere si obiective geofizice [304598]

Licenta

Introducere si obiective geofizice

Fenomenul de vulcanism noroios

Clasificari ale vulcanilor noroiosi

Geneza vulcanilor noroiosi

Structura interna a vulcanilor noroiosi

3.Investigarea vulcanilor noroiosi prin metode geoelectrice

Metoda rezistivitatilor aparente reprezinta o veche metoda de prospectiune electrica in curent continuu. [anonimizat] (A,B) ce sunt conectati la o [anonimizat], pulsat sau alternativ de joasa frecventa in subsol ( Paul Georgescu si Florina Chitea, 2016).

Din injectarea curentului electric in subsol rezulta determinarea la suprafata terenului a diferentelor de potential ce sunt masurate cu electrozii de receptie MN. Diferenta de potential se calculeaza cu ajutorul intensitatii curentului injectat I, geometria AMNB si distributia rezistivitatii din subsol ( Paul Georgescu si Florina Chitea, 2016).

Fig. – Dispozitiv de prospectiune electrica (AB= electrozi de emisie; MN= electrozi de receptive; V= diferenta de potential)

Metoda rezistivitatilor aparente este utilizata in Sondajul Electric Vertical (SEV), Tomografia Electrica de Rezistivitate (ERT) si metoda Potentialului Natural (PN).

Formula rezistivitatii :

ρa= K*

ΔV= diferenta de potential;

K= constanta dispozitivului ([anonimizat])

I= intensitatea.

Formula de determinare a diferentei de potential:

ΔV= ( – – + )

ΔV = diferenta de potential

Dispozitivul Schlumberger este un dispozitiv colinear simetric alcatuit din patru electrozi in care distanta MN este mult mai mica decat AB.

Fig. – Dispozitiv Schlumberger (a= distanta dintre MN; b= distanta dintre AB) (www.brantax.ro)

Dispozitivul Schlumberger este simetric in raport cu punctul din origine “O”:

K=π

K= constanta dispozitivului

Formula rezistivitatii aparente determinate cu dispozitivul Schlumberger este urmatoarea:

ρaS=π

ρ= rezistivitatea aparenta;

ΔV= diferenta de potential;

l= lungimea profilului.

Dispozitivul Schlumberger este utilizat in prospectarea terenurilor orizontale sau cvasiorizontale stratificate.

[anonimizat] A, B care este egala cu distanta dintre electrozii receptie M, N iar distanta dintre electrozii AB si MN este un multiplu intreg al distantei dintre A si B.

Fig. – [anonimizat] ( a= distanta dintre electrozii AB si MN; na= multiplu intreg al lui a) (www.brantax.ro)

[anonimizat]:

ρa= *PI*an(n+1)(n+2)

ρa= rezistivitatea aparenta;

V= potentialul.

Metoda sondajului electric vertical (SEV) este aplicata in determinarea variatiilor de rezistivitate de-a lungul verticalei punctlui de observatie. Tehnica de achizitie consta in adancimea de patrundere a curentului electric in subsol care creste odata cu marirea distantei dintre electrozii de emisie AB.

In realizarea sondajelor electrice verticale pot fi folosite diferite tipuri de dispozitive precum: Schlumberger, Wenner, Dipol-Dipol, Pol-Dipol). [anonimizat].

Fig. – [anonimizat], electrozi de injectie metalici (tarusi metalici din cupru sau de preferat din otel inoxidabil ce sunt introdusi in sol intre 10 si 50 cm), surse de curent continuu sau alternativ ( de joasa frecventa),instrumente de masurarea intensitatii curentului electric si a diferentelor de potential.

De-a lungul liniei de masura se folosesc prize impolarizabile sau electrozi de cupru care au rezistenta de contact mica.

Intensitatea curentului (I) electric introdus in subsol depinde de rezistenta de contact electrod-teren ce este invers proportionala cu raza prizei si direct proportionala cu rezistivitatea terenului. Pentru a avea intensitati mai mari, necesita o grupare de prize legate in serie sau paralel.

Cablurile de conexiune care asigura legatura dintre prize si echipamentul de masura trebuie sa fie flexibile iar rezistenta mecanica trebuie sa fie mare si rezistenta de izolatie de cel putin 1 Ohm*m.

Problemele in achizitia datelor SEV constau in : erori de pozitionare ale electrozilor, probleme de achizitie pe zone cu relief accidentat si probleme legate de izolatia cablurilor.

Tomografia electrica de rezistivitate (ERT) foloseste o metoda multielectrod de investigare a subsolului, conectate la o unitate centrala.

Fig. – Masuratori de Tomografie electrica

Echipamentul pentru masuratorile de tomografie electrica este format din unitatea centrala care asigura controlul automat al rezistentei de prizare si permite configurarea controlata a electrozilor. Unitatea centrala poate masura in sistem mono si multi canal valorile diferentei de potential. Aceasta unitate este conectata la o sursa de curent si la un laptop ce permit vizualiarea masuratorilor in timp direct dar si controlul acestora.

Sistemele multielectrod pot actiona cu un numar variabil de puncte de contact de la zeci pana la sute de puncta (14-28-32-56-130).

Achizitia datelor consta intr-o profilare de rezistivitate electrica prin care in fiecare punct de masura se realizeaza un sondaj electric vertical. Acest mod de achizitie duce la obtinerea unui set de date ce are o acoperire mult mai mare atat pe verticala cat si pe orizontala.

Fig. – Masuratori tomografie electrica

Achizitia de tip slide-along (2D), presupune deplasarea intregului dispozitiv de masuratori cu supprapunere partiala pe o parte din sectiunea de profil masurata anterior. Cea ma buna tehnica de achizitie este roll-along deoarece ofera posibiliatea de a masura atunci cand lungimea profilului este mai mare decat intinderea maxima care se poate obtine pentru un numar de electrozi amaplasati echidistant.

Masuratorile 3D se obtin cu ajutorul dispozitivelor multielectrod. Avantajele acestei tehnici de achizitie sunt utile in cazul prospectarii unor eterogenitati cu extindere limitata, permitand uneori estimari volumetrice ale acestora.

Potentialul natural (PN) reprezinta o metoda pasiva care consta in masurarea de la suprafata solului a potentialului electric produs in mediul geologic ca urmare a reactiei chimice sau electrofizice ce au loc intre minerale si solutiile cu carea acestea intra in contact.

Fig. – Pozitionare Potential Natural

Potentialul natural este o diferenta de potential electric natural al Pamantului, masurata de un electrod in raport cu un electrod de referinta fix.

Potențialele natural (PN) sunt de obicei cauzate de separarea încărcării în argilă sau alte minerale, datorită prezenței unei interfețe semipermeabile care împiedică difuzia ionilor prin spațiul porilor de roci sau prin curgerea naturală a unui fluid conducător prin roci.

Componenta SP cea mai utilă este potențialul electrochimic, deoarece poate provoca o deformare semnificativă, opusă statelor permeabile. Mărimea deflecției depinde în principal de contrastul de salinitate dintre puțul de foraj și fluidul de formare și conținutul de argilă al stratului permeabil.

PN static poate fi obținut direct din curba SP dacă stratul este curat, gros, poros, permeabil și doar invadat moderat. Atunci când aceste condiții nu sunt îndeplinite, SP trebuie să fie corectat, se utilizează diferite diagrame de corecție.

La suprafață electrozii pot fi plasați pe suprafața solului pentru a indica schimbările relative ale valorii PN (în milivolți), de obicei cu scopul de a identifica traiectoria apei subterane în subteran, sau de infiltrare dintr-un baraj de pământ.

Fig. – Potentialul Natural

Un voltmetru măsoară tensiunea dintre un electrod fix de lichid-joncțiune și unul mobil (rover), care este deplasat de-a lungul unei fețe a barajului sau pe o zonă de investigație pentru a colecta mai multe citiri. Anomaliile observate pot indica mișcarea apelor subterane sau infiltrațiile.

Metoda Potentialului Natural (PN) consta in masurarea corespunzatoare a unor potentiale naturale produse in cazul circulatiei unor solutii ionice/ soluții saline sau ca urmare a producerii unor fenomene fizico-chimice (oxido-reducerea, electrofiltratia etc).

Metoda polariazatiei naturale PN implica masurarea curentilor naturali din pamant utilizand doi electrozi la suprafata. Curentii naturali din pamant sunt de obicei produsi de apa in miscare si ionii din porii solului si rocilor (potential electrocinetic). Diferenta de potential (voltajul) este masurata intre doi electrozi non-polarizanti in locatii specifice de-a lungul liniei de investigatie, un electrod este plasat intr-un loc fix in timp ce electrodul mobil este plasat in fiecare punct de masura (pe un profil)

Adancimile de investigatie pentru prospectiuni polarizatiei naturale (PN) variaza intre 1.5 – 15 m. Investigatiile sunt in mod obisnuit desfasurate in accelasi timp cu investigatii de rezistivitate. Zonele cu infiltratii de apa sunt indicate printr-o crestere sau descrestere brusca a voltajelor masurate. Datele sunt prezentate ca un grafic al tensiunilor in corelatie cu terenul.

Metoda este folosita cu succes si in determinarea zonelor de infiltratie a apei din baraje si diguri.

4. Studiu de caz

4.1. Cadrul geologic

Din punct de vedere geologic platoul Berca – Pâcle – Beciu – Arbănși face parte din aliniamentul structural al subzonei miopliocene a depresiunii din fața Carpaților Orientali și se situează in dreptul zonei de curbură a lanțului Carpatic (Avanfosă) ( A. Cina; 2010).

Fig. – Poziția aliniamentului Berca – Arbanași în Avanfosa Carpatică ( Chitea; 2015)

Avanfosa Carpatică este o structură tectonică delimitată în partea de est de Platforma Scitică, în partea de nord de Platforma Moldovenească și în vest de Platforma Moesică. (M. Sandulescu; 1984).

Avanfosa este o depresiune molasică care se împarte în flancul extern și flancul intern. Flancul extern este reprezentat printr-un sistem de formațiuni necutate care se află peste platformee din fața orogenului. Flancul intern, se formează la marginea sistemelor cutate, in zona cutelor diapire ( M. Sandulescu; 1984).

Limita dintre cele două zone (flancuri) este linia pericarpatică care se prelungește prin falia Bibești-Tinosu ( Paraschiv; 1975).

Zona externă (necutata) a Avanfosei (molasa superioară) este o depresiune precarpatică asimetrică ce corespunde intervalului de varstă Miocen Mediu si Miocen Superior. Aceasta s-a dezvoltat in urma formării Depresiunii Focșani ( M. Sandulescu; 1984).

Limita Avanfosei externe este dată de depozitele neosarmațiene-pliocene ale cuverturii de platformă ( M. Sandulescu; 1984).

Zona internă (cutată) a Avanfosei ( molasa inferioră) se dezvoltă în partea de Sud și Vest a Văii Râmnicului Sărat, mai exact în zona cutelor diapire (Sud). Aceasta se extinde de-a lungul Depresiunii Getice unde se intalnesc depozitele deformate de molasa (gresii, nisipuri, argile) ( M. Sandulescu; 1984).

Fig. – Coloana stratigrafica a Avanfosei Carpatice (dupa Harta Geologica a Romaniei, foaia Ploiesti, 1967)

Structura interna este alcatuita din depozite pleistocene inferioare cu tectogeneza valaha. Deformarile valahe se datoreaza faliei Intramoesice la Vest si faliei Pecenega – Camena la Nord. Aceasta situatie are loc din cauza faptului ca formatiunea de Vorland este cuprinsa intre cele doua fracturi mai noi (falia Intramoesica si falia Pecenega-Camena) ( M. Sandulescu; 1984).

La inceputul Sarmatianului sedimentarea de molasa superioara a avut ca sursa materialul detritic, spre deosebire de molasele inferioare care au avut platformele ( M. Sandulescu; 1984).

Avanfosa interna se extinde din Valea Ramnicului Sarat spre Sud si Vest, facand astfel parte din zona cutelor diapire. Aceasta se intinde si de-a lungul Depresiunii Getice unde se gasesc depozite deformate de molasa; cute simple sau faliate (Mircea Sandulescu, 1984).

Avanfosa externa este o depresiune precarpatica asimetrica ce se dezvolta din Depresiunea Focsani, fiind marginita de falia Casin-Bisoca si ingustandu-se spre Sud si Vest de Valea Buzaului iar in Nord de Valea Trotusului (Mircea Sandulescu, 1984).

La inceputul Sarmatianului, sedimentarea de molasa spre deosebire de molasele miocene inferioare au avut ca sursa, materialul detritic, mai exact catena carpatica, in timp ce molasele miocene inferioare au avut platformele (Mircea Sandulescu, 1984).

Diapirismul este un proces ce are loc in partea interna a avanfosei reprezentat de forme diferite ale substraturilor astfel incat descresterea amplitudinii deformarii lor scade odata cu intensitatea de la nord catre sud, astfel aratand relatia dintre deformare prin compresiune si diapirism (Mircea Sandulescu, 1984).

In zona Berca-Arbanasi predomina diapirismul sarii astfel incat avem un aliniament al diapirelor exagerate indicand cel mai bogat sistem petrolier din Romania (Paraschiv 1975). Halitul (sarea gema) este o roca evaporitica care s-a format in urma unor conditii favorabile climatice si tectonice (Rögl, 1999). Evaporitele sunt caracterizate de urmatorii factori: concentrarea solutiilor si de temperatura. Sarea are caracter termofil (este plastica la temperature ridicate) si criofil ( este casanta la temperaturi scazute). In exteriorul Avanfosei Carpatice sarea gema s-a format in conditii de temperatui ridicate si clima arida (Dragos, 1969).

Brecia sarii este specifica zonei cutelor diapire. Orizontul breciei de sare prezinta un amestec de apa cu un continut ridicat de NaCl, noroi si claste de diferite marimi. Diferitele strate de brecie s-au gasit prin canalul vertical de alimentare ( Mazzini, Etiope, 2017).

4.1.2. Tectonica zonei

Vulcanii Noroiosi din punct de vedere geologic fac parte din aliniamentul structural Berca- Pacle- Beciu- Arbanasi ce reprezinta o zona de interes economic important. Acest aliniament este localizat la marginea Curburii Carpatilor Orientali fiind caracterizat sub forma unei cute anticlinale pe o lungime de aproximativ 45 de km cu orientare NNE – SSV (Boeru, s.a, 2010).

Anticlinalul este un fenomen natural produs din cauza deformarii crustei terestre in urma procesului de compresie si este influentat de activitatea tectonica a miscarilor de cutare si faliere ( D. Frunzet; 2004).

Anticlinalul are un rol foarte important deoarece ajuta la migrarea hidrocarburilor catre suprafata solului ( D. Frunzet; 2004).

Fig. 4 – Structura Vulcanii Noroiosi (dupa Relu Dumitru Roban, Alexandru Andrasanu)

Acest anticlinal are terminatii periclinale,astfel incat capatul Nordic se extinde pana in apropierea satului Niculesti iar cel Sudic este taiat de raul Buzaului, continuandu-se pana in satul Satuc. In Arbanasi Nord si Berca Sud in partea exterioara a aliniamentului, axul anticlinalului este mai ridicat ducand astfel la aparitia la zi a Meotianului atat pe structura Berca cat si pe structurile Beciu si Arbanasi. Depozitele din care este format anticlinalul apartin Dacianului, Pontianului si Meotianului fiind ordonate aproximativ simetric ( A. Boeru, s,a, 2010).

Anticlinalul este afectat de un sistem de falii transversale si longitudinale. Aceste falii duc la decrosari ale axului anticlinal (700 m in zona Pacle) (A. Boeru, s,a 2010).

Fig. – Harta geologica a anticlinalului Berca-Pacle-Beciu-Arbanasi (dupa R. Ciocardel)

La suprafata sistemului de falii au fost identificate in sonde prin studii geofizice (carotaj geofizic), constructii geometrice pe baza de comportare a explloatarii zacamintelor. (A. Boeru, s,a, 2010).

Faliile longitudinale au rolul de inversie intre cele doua flancuri ale structurii Arbanasi si Beciu astfel incat in zona Arbanasi, flancul estic se suprapune peste cel vestic in timp ce la Beciu flancul vestic se suprapune peste cel estic (A. Boeru, s,a, 2010).

Faliile transversale compartimenteaza zona din punct de vedere economic in 7 structuri; Arbanasi, Beciu Vest, Beciu Est, Pacle Vest, Pacle Est, Berca Nord si Berca Sud ce se succed de la nord la sud (A. Boeru, s,a, 2010).

In structura Berca, inclinarea stratelor oscileaza intre 30° est si 60° vest, ajungand in Berca pana la 70°. Aceasta se datoreaza adancimii (A. Boeru, s,a, 2010).

Structura de la Pacle are flancul estic mai ridicat fata de flancul vestic care este mai coborat. Structura are aspectul unei bolti asimetrice reprezentand o tectonica si productie diferita.(A. Boeru, s,a, 2004).

In urma analizelor carotelor (carotaj geofizic) extrase din sonde si a analizelor electrice rezulta ca ambele flancuri au apartinut unei structuri comune ( litofacies) inaintea procesului de tectonizare. (A. Boeru, s,a, 2004).

Structura din zona Pacle Vest este strabatuta de faliile longitudinale F1, F2 si F3, ceea ce duce la deplasarea in trepte a Meotianului avand adancimi crescatoare ce ajung pana la 1350 metri. Sistemul de falii a fost interceptat in mai multe sonde cu orientare de la nord la sud. (A. Boeru, s,a, 2004).

Din punct de vedere al productiei se arata ca pe flancul vestic se afla un sistem de falii longitudinale F1 si F2. Pe acest flanc productia sondelor este diferita datorita sistemului de falii transversale ce au dus la descoperirea a cinci unitati hidrodinamice (A. Boeru, s,a, 2004).

In sonda 306 MMPG a fost identificata falia Berca-Pacle-Beciu-Arbanasi, ce a dus la emanatiile de gaze din zona de apex a structurii, cunoscute sub denumirea de Vulcanii Noroiosi de la Paclele Mari. Aceasta falie are orientare N-SE si inclinare de 40° – 65° in partea de vest iar in partea nordica fiind aproape vertical (A. Boeru, s,a, 2004).

Fig. – Pozitionare sonda 306 MMPG (OMV – PETROM)

Falia longitudinala F5 se afla in partea estica a flancului. Falia F7este o falie transversala,care in legatura cu falia F5. Acestea sunt evaluate ca fiind productive astfel incat se remarca acumulari din Meotian; M6, M7, M8, M9 si M10 (A. Boeru, s,a, 2004).

Sistemul de falii longitudinale Berca-Pacle-Beciu-Arbanasi impreuna cu falia transversala F6 reprezinta o o zona puternic tectonizata ducand astfel la activitatea vulcanilor noroiosi din zona Paclele Mari (A. Boeru, s,a, 2004).

Capcanele de petrol au un rol foarte important in alcatuirea vulcanilor noroiosi deoarece sunt aranjamente de natura structurale care permit acumularea si conservarea hidrocarburilor in timp indelungat de ordin geologic. Capcanele sunt reprezentate printr-un grad ridicat de teconizare. Datorita faliilor tansversale si longitudinale se produce formarea blocurilor tectonice ce alcatuiesc unitati diferite hidrodinamice dar si cutelor diapire. (Mircea Sandulescu, 1984).

In zona Vulcanilor Noroiosi capcanele sunt structurale de tipul anticlinalelor, formandu-se cu ajutorul miscarilor de cutare si faliere din faza valaha, precum si datorita diapirismului sarii si a stratului de argila. Rocile colectoare din aceasta zona sunt gresiile si nisipurile iar cele protectoare sunt sarea de varsta Tortonian si rocile pelitice de varsta Miocen (Mircea Sandulescu, 1984). Resursele meotiene sunt stratiforme, cu grosimi intre 50 si 150 m, inclinarile stratelor fiind mari ( D. Frunzeti, Gh. Branoiu, 2004).

Factorii care au participat in alcatuirea capcanelor din cadrul cutelor diapire, au avut diferite influente in timp. La inceputul Pliocenului au aparut primele capcane de petrol ce au fost determinate prin schimbarea litofaciesurilor rocilor si forma bazinului de sedimentare.In aceasta perioada, rolul important a fost reprezentat de factorul stratigrafic. Ulterior, in etapa dezvoltarii structurilor, factorii geologici principali pentru formarea capacanelor au fost miscarile eustatice si tectonice ( D. Frunzeti, Gh. Branoiu, 2004).

Influenta factorilor au dus la diferentieri importante, atat pe orizontala cat si pe verticala datorita diagenezei si depunerilor de sedimente pliocene ( D. Frunzeti, Gh. Branoiu, 2004).

In zona Berca- Pacle- Beciu- Arbanasi, au fost remarcate acumulari de titei saturat, titei subsaturat si gaze libere ce unt prezentate schematic pe obiective productive, blocuri tectonice si tipuri de substante ( D. Frunzeti, Gh. Branoiu, 2004).

4.1.3. Stratigrafia si Litologia

Depozitele Meotianului sunt impartite discordant si transgresiv peste fundamentul Sarmatianului. Meotianul este format din alternanta gresiilor calcaroase si marne argiloase dar si din alternanta de nisipuri slab consolidate si marne nisipoase, fiind caracterizate de orizonturi cu reziztivitati mici (A. Boeru, s,a, 2004).

In urma diagrafiilor electrice Meotianul a fost structurat in 12 pachete. Corelarea diagrafiilor electrice au fost incetinite datorita schimbarilor pe verticala si laterala a faciesului dar si nivelul ridicat de tectonizare a structurii. In zona Berca, pe partea vestica a anticlinalului cele 12 pachete sunt in totalitate saturate in petrol ce au fost detectate prin studii geofizice (A. Boeru, s,a, 2004).

In zona Pacle, pachetele 1-4, 7-12 in vest si 6-10 in est sunt saturate cu petrol iar in Beciu, pachetele 4-7 in est si 1-4 si 6-10 in vest sunt de asemenea saturate.Pe structura Arbanasi pe partea estica a axului anticlinal au fost gasite capcane de petrol in toate pachetele, ce cuprind zone cu titei, datorandu-se variatiilor de facies (A. Boeru, s,a, 2004).

Pe flancul scufundat (vestic), au fost interceptate prin carotajele electrice geofizice din sondele 351 MPC si 352 MPC un strat cu productie ridicata (A. Boeru, s,a, 2004).

Principalul obiectiv in aceasta zona de interes economic este Meotianul, care are 12 pachete productive. In general Sarmatianul a fost considerat inundat pana in anul 1907 cand a fost interceptat in sonda 1 StR si a avut o productie de circa 705 tone de titei. Pontianul se afla in continuitatea Meotianului unde au fost gasite cantitati mici de hidrocarburi, interceptate in sonda 202 MMPG si fiind extrase 420,5 tone condensate iar in zona Paclelor de Vest au fost extrase gaze libere din sonda 515 SNP ( A. Cina, s.a.- Actualizarea productiilor si rezervelor de petrol pentru zacamantul commercial Berca – Pacle – Beciu – Arbanasi la data de 01.01.2010, S.C. Expert Serv S.R.L Ploiesti, Februarie 2010).

4.2. Caracteristici ale Vulcanilor Noroiosi de la Paclele Mici

Vulcanii noroiosi sunt denumiti de catre localnici “fierbatori” datorita noroiului care este pus in miscare de gaze printr-un fenomen de bolborosire. Prin termenul de “saraturi” sunt reprezentati vulcanii care emana gaze si antreneaza noroi (fragmente de roci) care sunt traversate de apă sarată indicând astfel terenurile sarate din împrejurul acestora. Denumirea de “pâcle” provine de la localitatea Pâclele Mari si Pâclele Mici sau de la pâraul Pâcle pentru a fi diferențiați de vulcanii de la Berca si Beciu ( V. Sencu, 1985).

In anul 1924 zona Vulcanilor Noroiosi a fost declarata o zona protejata datorita rezervoarelor bogate in zacaminte de hidrocarburi, vulcanilor noroiosi si a plantelor halofile (Nitraria Schoberri si Obione Verrucifera) (Dicu si Bortas, 2005).. Platoul format de vulcanii noroiosi prezinta santulete meandrate care sunt rezultatul eroziunii apelor meteorice ce se afla pe pantele conurilor vulcanilor stinsi (Sencu, 1985).

Forma conurilor vulcanilor noroiosi se aseamana uneori cu cea a craterelor obisnuite. Forma este ascutita, alungita sau plata, avand in varf o deschizatura ce reprezinta craterul. Craterul este format din materialele expulzate la suprafata solului de presiunea gazelor. Acestea sunt constiutuite din blocuri mari de gresii, noroi combinat cu cantitati mici de petrol, argile, fragmente de calcare fosilifere si detritusuri ( V. Sencu, 1985).

Fig. – Tipuri de conuri ( Mazzini,Etiope; 2007)

Pe platoul de la Paclele Mici se regasesc vulcani fosili ce au conuri de aproximativ 8 m inaltime si vulcani activi cu inaltimi de circa 3 m inaltime. Atunci cand presiunea gazelor este este prea mica pentru a mai aduce noroiul la suprafata, se formeaza vulcanii fosili. Factorul principal ce duce la distrugerea vulcanilor este erodarea subaeriana ( Sencu, 1985).

Consistenta noroiului are un rol important in morfologia exterioara a vulcanilor noroiosi. Cand viteza de curgere a noroiului este mai mica, se clasifica in noroi vascos si in urma procesului de uscare rezulta conuri cu pante mari. Noroiul fluid formeaza conuri cu pante line si cratere largi de mica inaltime (Sencu, 1985).

Fig. – Materialul ejectat la suprafata solului (noroi) de catre vulcani ( Budisteanu Octavian Mihai;2017)

Morfologiile exterioare diferite ale vulcanilor sunt datorate raportului dintre vascozitatea combinatiei apa +/- petrol si presiunii gazelor ( Sencu, 1985).

Fenomene similare de vulcani noroiosi activi se cunosc si in Azerbaidjan. Prin comparatie, vulcanii noroiosi de la Paclele Mici au o inaltime mult mai mica (3 m) fata de cei din Azerbaidjan, unde sunt inatalniti vulcani cu diametre cuprinse intre 1-2 km (Baciu et al., 2015).

Pe suprafata Paclelor Mici au fost inventariate 37 de conuri, venturi si bazine formate de materialul ejectat. Vulcanii s-au remacat prin diferite tipuri de conuri ( cu ejectii punctiforme, laterale si inactive), cu orificii ( simple, duble si multiple), cat si prin bazine (punctiforme, multiple si difuze) (Brustur et al., 2015).

Fig. – Tipuri de ejectii Vulcanii Noroiosi de la Paclele Mici ( Date preluate dupa Brustur et al., 2015; Google Earth)

Ejectiile punctiforme sunt cele mai inatalnite pe platoul Paclelor Mici (18), aparand cu un singur flux de noroi sau fie ca mici depresiuni eliptice. Ejectiile multiple sunt considerate ca fiind un cumul de ejectii punctiforme (Brustur et al., 2015).

Conurile punctiforme reprezinta o structura ce se caracterizeaza printr-un con bine dezvoltat avand epicentrul in varful orificiului vulcanului. Conul, uneori, poate fi crapat sau protejat de canalele laterale ( Brustur et al., 2015). Conurile cu ejectie laterala se intalnesc atunci cand conurile prezinta fisuri pe flancuri sau varful conului este blocat din cauza sedimentelor si a noroiului depus. Materialul ejectat de vulcani “iese” printr-un orificiu circular lateral sau printr-un canal semicircular scurt (Brustur et al., 2015).

Conurile inactive s-au format in urma astuparii in totalitate a orificiilor cu noroi si fragmente de roci ( detritusuri,) ( Brustur et al., 2015).

Tabel 1 – Numar tipuri de conuri si ejectii vulcanii noroiosi de la Paclele Mici. EPCT= Ejectii punctiforme; EMLT= Ejectii multiple;CPCT= Conuri punctiforme; CELAT= Conuri cu ejectii laterale; CINCT= Conuri inactive (dupa Brustur et al., 2015).

Pe platoul de la Paclele Mari s- au gasit blocuri mari de roci ( gips, gresii, cuartite si calcare fosilifere) ce au fost ejectate de vulcanii noroiosi. Formatiunea vulcanilor de la Paclele Mari este asemanatoare cu cea de la Paclele Mici din punct de vedere geologic. Se remarca diferente legate de compozitie a mineralelor regasite in materialele ejectate si in cantitatea de gaze (Sencu, 1985). Vulcanii de Paclele Mici au un continut ridicat de argila spre deosebire de Paclele Mari unde sunt prezente cantitati mari de cuart (Tabel 2) (?)

Tabel 2 – Compozitie minerale ejectate de Vulcanii Noroiosi de la Paclele Mari si Paclele Mici (?)

Emisii gazoase

Vulcanii noroiosi sunt formatiuni ce elimina gaz metan in proportie de (> 90%), dioxid de carbon (> 1,5 %), (Tabel 3), azot ( > 2 %) (Tabel 4) si materiale solide ( detritusuri ) antrenate de apa sarata. Migrarea lenta sau rapida a acumularilor de gaze provine de la adancimi de aproximativ 3000 m (Brustur et al., 2015). Gazele naturale insotite de noroi amestecat cu apa ajung la suprafata prin fisuri, fracturi si sisteme de falii care strabat formatiuni sedimentare, uneori saturate cu apa din panza freatica (Baciu et al., 2007; Etiope et al., 2002; Filipescu si Huma, 1979).

Fig. – Pozitionare vulcani noroiosi activi (Google Earth)

Stratele protectoare ale gazului metan sunt reprezentate de rocile sedimentare ( marne si argile). Gazele se regasesc in rabufnirile de noroi ale vulcanilor noroiosi activi.( V. Sencu, 1985).

In materialul ejectat la suprafata solului se regasesc cantitati reduse de gaz metan din cauza raspandirii acestuia in atmosfera. Gazele se fac remarcate prin alveolele de degazare in craterul vulcanului. ( V. Sencu, 1985).

Exploziile puternice de gaze sunt de scurta durata si au tendinta de a aduce la suprafata numeroase fragmente de roci, printre care si brecia sarii. Aceasta este raspandita pe o suprafata mai larga a platoului vulcanilor (Etiope et al., 2017).

Din analizele chimice ale produselor de tip gazos a rezultat diferenta dintre emisiile de gaz metan (CH4) din zona Paclelor Mici care sunt mult mai ridicate (> 97 %) si cantitatile mai scazute din zona Paclelor Mari (> 95 %) (Tabel 3) ( V. Sencu, 1985).

Gazul eliberat de Vulcanii Noroiosi in zona Paclelor Mici este caracteristic hidrocarburilor naturale ale bazinelor de sedimentare cu petrol. Metanul (CH4) este gazul predominant ( ~90 %) iar dioxidul de carbon (CO2) , nitrogen (N2), heliu (He) si alcalini (etan si propan) se regasesc in cantitati mici (e.g. Milkov et al., 2003; Etiope et al., 2009a).

Tabel 3 – valori identificate in sonda 2341 ISEM al compozitiei gazului metan din Vulcanii Noroiosi de la Paclele Mici si Paclele Mari, Berca ( Filipescu si Huma, 1979)

In urma forajului 2341 ISEM constituit in localitatea Berca au fost inregistrate la adancimi diferite urmatoarele cantitati de metan, etan, propan, CO2 si HC.Se observa acumularile ridicate de gaz metan de peste 95% si cantitati mici de CO2 cuprinse intre 1.1 si 2.7 (Tabel 3) atat in Paclele Mici cat si in Paclele Mari (Baciu et al., 2007; Etiope et al., 2002; Filipescu si Huma, 1979).

Pe baza (Mazzini, Etiope; 2017) analizele izotopice arata faptul ca in zona Paclelor Mici gazul este de origine termogenic, fiind produs de plastifierea termica a materialelor organice sau prin procesul de cracare a petrololui la temperaturi ridicate de ~ 230-240 °C (Adriano Mazzini, Giuseppe Etiope, 2016).

Tabel 4 – compozitie gaz in zona Berca ( Vaselli et al.; 2002)

Tabel 5 – Compozitie gaz in cele 3 locatii ale vulcanilor noroiosi (Calin Baciu,Antonio Caracausi, Giuseppe Etiope and Francesco Italiano, 2007)

Tabelul (x) si tabelul (y) prezinta degajari ridicate de gaz metan (CH4) in special in zona Paclelor Mici.

Provenienta apei ejectate de vulcanii noroiosi la suprafata solului se poate stabili pe baza analizelor chimice. De-a lungul canalului vertical ( feeder channel) al vulcanului, sunt antrenate diferite resurse de apa care interactioneaza cu diferite formatiuni de roci sedimentare, pe care le transporta catre suprafata ( Mazzini, Etiope; 2017).

Apa ejectata este cloro-sodica ( cantitati ridicate de NaCl) si rezulta din amestecul a trei tipuri: ape de zacamant ( fosile ), ape acvifere (infiltratii) si ape meteorice ( precipitatii atmosferice ) (Sencu, 1985).

Din analiza chimica a unor probe de apa din zona Paclele Mici si Paclele Mari, rezulta faptul ca sunt ape de zacamant ( ape fosile ). Acestea au cantitati mari de clorura de sodiu ( 44266,35 – 64865,97 mg/l) , cantitati mici de bicarbonati (2206,75 – 3074,14 mg/l) si foarte mici in sulfati (19,72 – 74,12 mg/l) (Tabel 6) (V. Sencu, 1985).

Tabel 6 – Analiza chimica apa din zona Pacle Mari si Paclele Mici ( dupa Sencu, 1985; Brustur et al., 2015)

Compozitia specifica apei este indicata prin continutul de Ca-HCO3 din apele subterane. Continutul de Na-Cl provine din dizolvarea halitului iar continutul de Na-HCO3 din apele de suprafata. Apele subterane au o salinitate mai scazuta in timp ce apele cloro-sodice au un continut ridicat de Na-Cl fiind foarte sarate (Tabel 7) ( Vaselli et al; 2002).

Tabel 7 – Compozitie apa Berca ( dupa Vaselli et al., 2002)

Apele cu continut foarte ridicat de Na ( Tabel 7) se produc prin asociere cu precipitatiile evaporitelor ( Vaselli et al; 2002).

Pe platoul Paclele Mici au fost efectuate doua seturi de analizele chimice ale apei cloro-sodice. Prima analiza chimica a apei a fost realizata de Sencu in 1985 iar a doua a fost realizata de Madeja si Mrowczik in 2010 (Chitea et al., 2019).

Fig.x – Diagrama apei saline subterana ( dupa Chitea et al., 2019; Madeja and Mrowczyk, 2010)

Concentratiile chimice de Na+ si Cl- extrase din noroiul ejectat la suprafata vulcanilor sunt aproximativ egale. Aceasta situatie sugereaza punctul de solubilizare a halitului. Din datele probelor analizate, rezulta ca acesta cade pe linia de dizolvare a halitului, decat pe linia corespunzatoare evaporarii (Chitea et al., 2019).

Fig. – Diagrama analize chimice Na si Cl din apa salina (dupa Chitea et al., 2019; Madeja and Mrowczyk, 2010; Sencu, 1985)

In graficul bor (Br-) – clor (Cl-), din zona Paclelor Mici se observa raportul de masa ridicat de 678 Cl/Br al apei cloro-sodice. Acest raport mare de Cl/Br a fost interpretat ca fiind un proces de dizolvare al halitului (Chitea et al., 2019). Raportul Cl/Br este mai mare decat raportul corespunzator apei de mare (288) datorita faptului ca atunci cand apa de mare este in proces de evaporare, halitul incepe sa precipite. Cristalele de halit absorb cantitatile mici de Br ce au fost prezente in apa marina. In concluzie apele cloro-sodice au rezultat in urma dizolvarii ulterioare a halitului consumat in Br (Chitea et al., 2019).

Fig. – Diagrama concentratie Br/Cl in formarea apei subterane (Chitea et al., 2019; (Madeja and Mrowczyk, 2010)

Apa eliminata de vulcanii noroiosi poate fi asociata uneori cu apa interstitiala. Apa intersitiala combinata cu apa meteorica insotesc acumularile de hidrocarburi prinse in depozitele Meotiene din apropiere ( Baciu et al., 2007). Apa ejectata de vulcanii noroiosi prezinta caracteristici diferite fata de cele ale apei meteorice si interstitiale (Chitea et al., 2019).

In urma analizelor geochimice putem presupune ca noroiul ejectat de vulcani poate fi un amestec de diferite tipuri de apa insa, cea mai puternica compozitie chimica este data de solubilizarea halitului. Influenta apelor meteorice este cunoscuta datorita observatiilor facute la fata locului care asociaza rata ridicata a materialului ejectat cu un regim amplificat de precipitatii (Chitea et al., 2019).

De asemenea, mineralizatia scazuta poate explica modificarea conductivitatii electrice a norroiului ejectat de vulcani. Lichidul conductivitatii electrice din apropierea unei surse potabile prezinta valori de 54-60 mS/m iar lichidul din partea estica a zonei cu vulcani prezinta numai 1,12 mSm (Chitea et al., 2019).

Din analizele chimice pe probe de apa decantata din noroiul ejectat de vulcanii noroiosi, au rezultat urmatoarele variatii de pH:

Tabel 8 – Variatii de pH ( dupa Sencu,1985; Chitea, 2015)

Au fost prelevate probe de apa din zona Vulcanilor Noroiosi de la Paclele Mici cat si din apropierea acestora.

Fig. – Pozitionare locatii prelevare probe apa (Google Earth)

Tabel 9 – Sursa apa fantana 1 Tabel 10 – Sursa apa parau 1

Tabel 11 –

Fig. – Tabele compozitie apa Fantana 1 si Parau

In cele doua tabele se poate observa densitatea ridicata tinand cont de zonele diferite de prelevare a apei (F1-1979 si P1- 6050).

Produse solide

Materialele ejectate in urma activitatii vulcanilor sunt constituite din noroi cu microfosile, cantitati mici de petrol si detritusuri de roci cu gips ce iau nastere din formatiunile traversate de gaze si descompunerea formatiunilor magazin ( V. Sencu, 1985).

Noroiul este alcatuit din argile si marne avand o culoare cenusie, brun-galbuie. Atat in zona vulcanilor activi cat si in zona vulcanilor inactivi se regasesc detritusurile de roci ( gresii, gipsuri, cuarite si calcare fosilifere ) ( V. Sencu, 1985).

Vulcanii noroiosi aduc la suprafata in proportii de 50 – 60 % fragmente cu granulatii fine ( argila ) (Schniucov et al., 2009). In cadrul matricei argiloase se produc filoane de calcit cu intruziuni fluide care reflecta procese de neoformare care sunt asociate activitatii vulcanilor noroiosi. S-a presupus ca responsabil pentru formarea filoanelor carbonatice este un mediu hidrotermal cu temperaturi scazute de la 40 – 70 °C. In compozitia calcitului s-au descoperit cantitati mari de bor ( 0.006 – 0.2 %) (Chitea F, Mitrofan H. , Fikos I. , Stanciu I.M., Diacopolos C., Stochici R. , 2019).

4.3. Masuratori geoelectrice

In zona de studiu a Vulcanilor Noroiosi de la Paclele Mici au fost aplicate doua metode de rezistivitate aparenta si metoda potentialului natural. Tehnicile de achizitie s-au realizat prin intermediul urmatoarelor metode: Sondaj electric vertical – SEV, Tomografie electrica de rezistivitate – ERT si metoda de Potential Natural – PN.

Masuratorile rezistivitatii aparente constau in injectarea curentului electric continuu alternativ sau pulsat in subsol prin intermediul unui sistem simplu alcatuit din doi electrozi metalici de emisie AB. Injectarea curentului electric in subsol are ca urmare aparitia la suprafata a diferentei de potential ΔV ce este masurat cu doi electrozi metalici de receptie MN.

Sondajul electric vertical – SEV a fost realizat in zona de interes a platoului Paclele Mici. Masuratorile s-au efectuat cu dispozitivul de prospectiune Schlumberger. Sondajul electric vertical a fost constituit din 26 de statii SEV denumite ( SEV 1, SEV 2, SEV 3) iar distanta intre statiile SEV fiind de 60-100 m.

Fig. – Pozitionare profile SEV (Google Earth)

Profilele SEV au fost amplasate in diferite zone ale platoului de la Paclele Mici in scopul achizitionarii unui set de date mult mai complex avand ca obiectiv suprafata acoperita de materialul ejectat de vulcani.

Fig. – Sectiuni de rezistivitate aparenta AB/2

Sectiunile aparente de rezistivitate prezentate anterior arata acumularea depozitelor de sedimente ce au in baza o structura rezistiva si in top o structura cunductiva. Vulcanii activi indica spre suprafata solului o cantitate ridicata de salinitate (NaCl) ceea ce confera rezistivitati mici. Tectonica zonei are un rol foarte important in activarea/dezactivarea sau aparitia unor noi venturi.

Tomografia electrica de rezistivitate – ERT a fost efectuata in zona centrala a platoului de la Paclele Mici. Masuratorile au fost realizate folosind un dispozitiv Dipol-Dipol cu 48 de electrozi cu echidistanta de 3 m. In achizitionarea datelor a fost utilizat un sistem multi-channel din care s-au obtinut 609 masuratori de-a lungul unui profil de lungime de 141 m.

Fig. – Pozitie profil ERT (Google Earth)

Rezultatele sectiunii ERT sunt asemanatoare cu rezultatele obtinute din sectiunile SEV din punct de vedere al rezistivitatilor mici ce se regasesc la suprafata solului. In partea de sud conductivitatea este data probabil de un canal vertical de alimentare care este strabatut de un material cu un continut ridicat de sare.

Fig. – Profil ERT

Potentialul Natural – PN a fost realizat in urma profilului ERT. Masuratorile profilului PN s-au efectuat la o distanta de 10 m de statii si pe o lungime de 180 m, dupa terminatarea masuratorilor ERT. Profilele PN si ERT au fost plasate la o distanta de 35 m de craterele active.

Profilul PN de lungime 180 m a fost masurat prin intermediul unui electrod de referinta fix ce se afla in partea de nord a profilului si un electrod ce a fost deplasat de-a lungul liniei de profilare in partea de sud.. Masuratorile au fost obtinute in statii cu distanta de 10 m. Prima parte a profilului (Nord) indica valori negative ( cativa milivolti), iar a doua parte a profilului (Sud) creste cu mai mult de 10 milivolti, afisand astfel valori pozitive.

Fig. – Grafic Potential Natural

Tinand cont de geologia zonei, rezultatele PN indica fluxul fluidului subteran. Variatia tensiunii de-a lungul profilului PN este considerata ca fiind direct legata de viteza de curgere a materialului ejctat de vulcani.

4.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Metoda sondajului electric vertical – SEV reprezinta determinarea variatiei rezistivitatii de-a lungul verticalei punctului de observatie. Datele au fost prelucrate in programul Surfer.

Prima metoda prin care sectiunile de inversie pentru profilele SEV au fost procesate este reprezentat de programul de inversie 1D care ofera pentru fiecare SEV in parte un rezultat independent. Aceste rezultate au fost unite pentru a genera un model 2D pentru profilul prospectat.

A doua metoda este bazata pe un program de inversie 2D completa (Kim 2012) care produce sectiuni inversate pentru toate liniile SEV.

Fig. – Sectiune de rezistivitate Profil 1

Din punct de vedere geofizic în această secțiune sunt reprezentate rezistivități cuprinse între 1 și 24 Ohm m ducând astfel la imaginea cea mai apropiată de realitate. Aceste valori de rezistivitati aparente foarte scazute (< 24 Ohm*m), cresc treptat cu adancimea. In topul sectiunii este prezent un strat foarte conductiv cu rezistivități foarte mici de 1-7 Ohm*m ce se datorează materialului ejectat la suprafata solului.

Conductivitatea prezenta in topul pseudo-sectiunii se datoreaza apelor subterane care au un continut ridicat de NaCl si formatiunilor sedimentare ce sunt reprezentate de amestecuri de argile, nisipuri impreganate cu fluide.

Sub intervalul de adâncime AB/4 = 8 m rezistivitățile sunt cuprinse intre 14 – 24 Ohm m, aceasta putând fi interpretata ca un material geologic mai compact prin care fluidul nu poate trece.

Fig. – Sectiune de rezistivitate Profil 2

În această secțiune, zona studiată este situata in apropierea unor vulcani activi. Stratul superior al sectiunii prezinta valori cu rezistivități foarte mici cuprinse între 0 – 23 Ohm*m. La suprafață se observă un strat cu rezistivități reduse de 1 – 5 Ohm*m, la adâncimea cuprinsă în intervalul AB/4 1 – 4 m.

Conductivitatea din topul pseudo-sectiunii poate fi explicata prin continutul ridicat de umiditate al formatiunilor sedimentare de argila, nisip si gresii, fie datorita retentiei de apa de la suprafata solului (precipitatii) sau scurgeri provenite din orifiicile vulcanilor care sunt plasate intr-o pozitie topografica mai ridicata.

Sub intervalul de adâncime AB/4 = 5 m, sunt reprezentate rezistivitățile mari 10 – 23 Ohm m ce prezintă zone neafectate de soluțiile saline, fiind zone compacte, slab tectonizate.

Fig. – Sectiune de rezistivitate Profil 3

In Profilul 3 partea de nord a liniei de injectie a fost extinsa din zona acoperita in totalitate de vulcani intr-o zona acoperita cu iarba. Aceasta sectiune prezenta rezistivitati cuprinse intre 1 – 19 Ohm*m. La suprafata terenului au fost inregistrate rezistivitati mici cuprinse intre 1 – 6 Ohm* m la adancimea de AB/4 1 – 7, fiind datorate materialului ejectat la suprafata. Conductivitatea din topul pseudo-sectiunii este asemanatoare cu cele din Profilul 1 si 2.

Rezltatele obtinute in in urma profilului ce a fost deplasat in afara ariei vulcanilor pot fi explicate prin legatura cu un contact lateral cu sedimentele saturate in NaCl si sedimentele uscate din apropierea vulcanilor.

Sub intervalul de adancime AB/4 = 6 m, este prezent un material geologic mai compact, cu rezistivitati mari cuprinse intre 10 – 19 Ohm m.

Fig. – Sectiune de inversie pentru profilele SEV

Profilul 1 si profilul 2 prezinta o crestere progresiva a rezistivitatii. Profilul 1 reprezinta o sectiune foarte conductiva mai mica de 8 Ohm*m incepand de la suprafata pana la 2 m adancime.

Profilul 2 se afla in partea estica a craterelor active si este caracterizat de rezistivitati mici cuprinse intre 2-8 Ohm*m la o adancime de 6-8 m. Atat in profilul 1 cat si in profilul 2 rezistivitatea este mica si se datoreaza precipitatiilor de la suprafata cat si venturilor active ce aduc la suprafata un material cu un continut mare de NaCl.

Profilul 3 este diferit fata de cele doua profile mentionate anterior deoarece in partea de nord a sectiunii se regaseste o zona rezistiva iar in partea de sud o zona foarte conductiva care este asemanatoare cu Profilul 1 si Profilu 2. In partea exterioara a platoului este prezent contactul dintre sedimentele saturate in sare si formatiuni umede.

Sectiunea de tomografie electrica a fost prelucrata in programul Res2DINV. Prima metoda este reprezentata de incarcarea datelor in programul de lucru apoi evaluarea calitatii datelor achizitionate si erorile de achizitie. Dupa introducerea datelor se aplica comanda “Inversion” din care rezulta trei seturi de pseudosectiuni. Prima pseudosectiune indica rezistivitatea masurata, a doua rezistivitatea calculata iar a treia rezistivitatea inversata.

Fig. – Profil de inversie ERT

In aceasta geosectiune din punct de vedere geofizic sunt prezente rezistivitati cuprinse intre 1,96 – 8,0 Ohm* m cu adancimi de pana la 312,7 m. Diferenta cotei de nivel de 330 m fata de nivelul marii este data de topografia terenului.

In partea de sud a profilului se observa o suprafata cu rezistivitati mici ce se extind la adancimi mari, ceea ce sugereaza existenta unui canal de alimentare care transporta materialul ejectat de vulcani, rezultand astefel o raspandire laterala a noroiului.

Rezistivitatile mici de pana la 3 Ohm*m in aceasta sectiune reprezinta traseul materialului (amestec de argile, nisip, noroi ce are in compozitia sa cantitati de semnificative de solutie salina datorita trecerii prin orizontul breciei de sare) ejectat la suprafata ce este transportat de la adancimi de aproximativ 315 m. Acest fluid conductiv ajunge la suprafata prin orificii care sunt generate de presiunea cu care acesta este impins din adancime.

In zona cu rezistivitati ridicate 6-8 Ohm m la adancimi de 323 m se regasesc materiale geologice compacte, neafectate de solutiile saline.

6. Concluzii

7. Bibliografie