Λεπτομερής μελέτη των κλαστικών αποθέσεων στα νησιά του Ιονίου Πελάγους, η σχέση τους με την Ιόνια λεκάνη προχώρας και την λεκάνη προχώρας της Πίνδου: η συνεισφορά τους στην ανάπτυξη πεδίων υδρογονανθράκων στην Απούλια πλατφόρμα

Abstract

The goal of the present study is the detailed investigation of the depositional environments that were formed (or transformed) due to the activity of the Ionian Thrust in the broad region of the External Hellenides in Western Greece (Early Miocene to Middle Pliocene). The study aims to include new insights in the paleogeographic model of the region and also provide new data in respect of oil and gas plays, established or under investigation, in the Ionian Sea. The investigation was focused on the Ionian Islands, with special emphasis in basins and sub-basins that were, up to this date, either partially or not studied. From the preliminary stage approx.. 15 sections of interest where defined, corresponding to four islands (Corfu, Cephalonia, Lefkas, Zakynthos) two major chronostratigraphic units: One of the Middle to Late Miocene and one of the Early to Middle Pliocene. Those sections were studied in detail, in respect of their sedimentary structure and stratigraphy, and were sampled in detail for further laboratory analysis in University of Patras and Technical University of Crete. More than 350 samples were collected for further sedimentological and geochemical analysis. Sedimentological investigation through grain analysis and statistical evaluation took place in the Laboratory of Sedimentology in the Geology Dpt. of University of Patras. Measurements of calcium carbonate and preliminary evaluation of TOC% content also took place, leading to the selection of most promising samples for further study. One third of the samples where further analyzed with Rock Eval IV pyrolysis in the Laboratory of Geochemistry in Crete. Samples from Corfu and Zakynthos where selected for biomarker analysis with the use of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The RE IV results from samples of Lefkas and Cephalonia were studied with applied statistical methods (Cluster analysis and principal component factor analysis) with a simultaneous aim to assess interpretational capabilities of the aforementioned tools regarding source rock evaluation. Results of the above investigations, integrated with previous studies in the broad region of various disciplines, where utilized for a holistic approach in the paleogeographic evolution of the area during all phases of the Ionian Thrust activity. The geological and geotectonic framework is introduced in Chapter 1, with emphasis on the External Hellenides and each individual study area. A brief scientific, social and historical overview in hydrocarbon exploration in Western Greece is presented in Chapter 2, along with up-to-date Oil Geology models for proven and estimated plays. The studied basins, their characteristics and structures and their stratigraphy are thoroughly presented in Chapter 3, along with representative photos and illustrations. The grain size analysis results and their statistical interpretations are presented and illustrated in Chapter 4. The detail geochemical investigation is presented in Chapter 4, along with the methodology used and the framework of organic matter and biomarker occurrence in sediments. Presented results are utilized in source rock assessments for all sediments and also for paleodepositional conditions insights. The synthesis of the results is presented in Chapter 6, with the region’s paleogeography, basin evolution and sedimentation history and the presentation of new insights in hydrocarbon exploration. Conclusions in English and Greek are presented in Chapter 7 and in Chapter 8 there is a brief presentation of at the time of writing of this thesis published results in journals and conferences. In Chapter 9 is the full reference list and Chapter 10 contains acknowledgments and authors addendum.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η λεπτομερής διερεύνηση των περιβαλλόντων απόθεσης που δημιουργήθηκαν (ή άλλαξαν χαρακτήρα) από την δράση της Ιόνιας επώθησης στις Εξωτερικές Ελληνίδες (Κατώτερο Μειόκαινο έως Μέσο Πλειόκαινο), στο δυτικό όριο της ζώνης Πτυχώσεων και Επωθήσεων. Η διερεύνηση αυτή αφορά τόσο την ένταξη των υπό μελέτη λεκανών στο ευρύτερο παλαιογεωγραφικό μοντέλο εξέλιξης της ιζηματογένεσης στη Δυτική Ελλάδα όσο και στην συμβολή τους σε αναγνωρισμένα και πιθανά συστήματα υδρογονανθράκων στην ευρύτερη περιοχή του Ιονίου Πελάγους. Η εστίαση της έρευνας έγινε στα νησιά του Ιονίου, με παραπάνω έμφαση σε λεκάνες και υπολεκάνες ιζηματογένεσης που είχαν μελετηθεί είτε μερικώς ή και καθόλου. Από την προκαταρκτική έρευνα προέκυψαν ~15 τομές σε τέσσερα νησιά (Κέρκυρα, Κεφαλονιά, Λευκάδα, Ζάκυνθος) που με την σειρά τους ανήκουν σε 2 χρονοστρωματογραφικές ενότητες (Μέσο-Άνω Μειόκαινο και Κατώτερο –Μέσο Πλειόκαινο). Στις τομές αυτές πραγματοποιήθηκε λεπτομερής εργασία αναγνώρισης δομών και στρωματογραφικών χαρακτηριστικών όπως και πυκνή δειγματοληψία για την μετέπειτα εργαστηριακή έρευνα, που πραγματοποιήθηκε στο Τμήμα Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών και το Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης. Περισσότερα από 350 δείγματα από τις υπό μελέτη τομές συλλέχθηκαν με στόχο την ιζηματολογική και γεωχημική τους διερεύνηση. Η ιζηματολογική έρευνα διενεργήθηκε στο εργαστήριο Ιζηματολογίας του Τμήματος Γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών, όπου πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση των δειγμάτων, στατιστική επεξεργασία και μοντελοποίηση των αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια, έγινε προσδιορισμός του ανθρακικού ασβεστίου αλλά και προκαταρκτική διερεύνηση του % οργανικού υλικού (TOC%), με στόχο την καλύτερη δυνατή διαλογή δειγμάτων για την περεταίρω έρευνα. Περίπου το ένα τρίτο των δειγμάτων επιλέχθηκε για ανάλυση με την μέθοδο πυρόλυσης Rock Eval VI (και Rock Eval II) στο Εργαστήριο Οργανικής Γεωχημείας στο Πολυτεχνείο Κρήτης, ενώ επιλέχθηκαν επίσης δείγματα από την Κέρκυρα και την Ζάκυνθο για την μελέτη βιοδεικτών με την χρήση αέριας χρωματογραφίας –φασματοσκοπίας μάζας (GC-MS). Μέρος των αποτελεσμάτων (Λευκάδα-Κεφαλονιά) αξιολογήθηκε και με την χρήση εφαρμοσμένων στατιστικών μεθόδων (ανάλυση ομάδων «cluster» και παραγοντική ανάλυση κυρίων παραγόντων) με παράλληλο στόχο την δοκιμή και επιβεβαίωση της ερμηνευτικής δυνατότητας των συγκεκριμένων στατιστικών εργαλείων. Το σύνολο των αποτελεσμάτων (στρωματογραφία - αναγνώριση περιβαλλόντων- ιζηματολογία- γεωχημεία), σε συνδυασμό με πρωθύστερες μελέτες διαφόρων πεδίων και αντικειμένων στην ευρύτερη περιοχή, χρησιμοποιήθηκε για μια ολιστική επισκόπηση της ιζηματολογικής και γεωτεκτονικής εξέλιξης των Εξωτερικών Ελληνίδων κατά τα διάφορα στάδια της δράσης της Ιόνιας επώθησης αλλά και για την εκτίμηση της δυνατότητας των υπό μελέτη ιζημάτων ως προς την δυνατότητα παραγωγής υδρογονανθράκων. Η γεωλογική και γεωτεκτονική επισκόπηση της περιοχής παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 1, με ειδική εστίαση στις Εξωτερικές Ελληνίδες αλλά και τα επιμέρους νησιά που μελετήθηκαν. Στο Κεφάλαιο 2 παρατίθεται το ιστορικό και επιστημονικό πλαίσιο της έρευνας υδρογονανθράκων στη Δυτική Ελλάδα όπως και το επικαιροποιημένο μοντέλο ανάπτυξης αναγνωρισμένων και δυνητικών πεδίων. Οι επιμέρους λεκάνες, τα χαρακτηριστικά τους, η στρωματογραφία και τα αναγνωρισμένα παλαιοπεριβάλλοντα απόθεσης παρουσιάζονται λεπτομερώς στο Κεφάλαιο 3. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ιζηματολογικής διερεύνησης και στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η λεπτομερής γεωχημική διερεύνηση των επιλεγμένων δειγμάτων, τόσο ως προς τις δυνατότητές τους ως μητρικά πετρώματα αλλά και ως προς την χρήση των δεικτών του οργανικού υλικού για την αναγνώριση περιβαλλόντων και συνθηκών απόθεσης. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η σύνθεση των αποτελεσμάτων για την μοντελοποίηση της παλαιογραφικής εξέλιξης της ευρύτερης περιοχής αλλά και των επιμέρους λεκανών αλλά και η ένταξη των νέων γεωχημικών δεδομένων στην Γεωλογία Πετρελαίου της περιοχής. Τα κυριότερα συμπεράσματα της μελέτης παρατίθενται στο Κεφάλαιο 7 και στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται οι έως την ώρα της ολοκλήρωσης της διατριβής δημοσιευμένες εργασίες που έχουν προκύψει από την παρούσα μελέτη. Η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για την διατριβή παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 9, ενώ το επίμετρο με τις ευχαριστίες βρίσκεται στο Κεφάλαιο 10.