Земли складывается из двух видов: внешней теплоты,
получаемой в виде солнечной радиации, и внутренней, зарождающейся в недрах планеты.
Солнце дает Земле огромное количество тепловой энергии, измеряемой цифрой 5,4∙ 1031 эрг, или 1,29 ∙1024 кал. Разные участки земного шара получают неодинаковое количество тепловой энергии: области, расположенные ближе к экватору, - больше, а области, расположенные ближе к полюсам, - меньше.
Так, на экваторе на каждый квадратный метр земной поверхности приходится за 1 мин столько теплоты, что можно вскипятить один стакан воды. Об интенсивности освещенности нашей планеты свидетельствует такой пример. Чтобы создать в комнате объемом 350 м3 освещенность, равную освещенности улицы в яркий солнечный день, нужно поместить в ней 50 тыс. лампочек мощностью 60 Вт каждая.
Солнечная энергия играет огромную роль в жизни Земли: она определяет все геологические процессы, протекающие на поверхности земного шара, вызывает движение воздушных масс и определяет круговорот воды в природе. С ним связано движение больших масс твердого вещества.
Солнечная энергия обычно не проникает глубже 10-20 м в толщу земной коры. С углублением в недра Земли увеличивается роль внутренней энергии. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, где не наблюдается ее изменение в течение суточных и сезонных колебаний, происходящих на поверхности планеты. Здесь находится уровень постоянной температуры, соответствующий среднегодовой температуре данной местности.
В разных районах земного шара пояс располагается на различных глубинах. В некоторых местах он отмечается всего на глубине 1-2 м от поверхности Земли (на экваторе), в других - ниже 40 м, в Москве - на глубине около 20 м. В Париже термометр, установленный на глубине 27,6 м, уже в течение более 100 лет показывает все время одну и ту же температуру: +11,85 °С.
Ниже пояса постоянных температур отмечается закономерное повышение температуры, что зависит от теплоты, поступающей из недр Земли.
В разных районах земного шара температура измерялась в буровых скважинах и шахтах нередко на больших глубинах. Так, шахта в Трансваале, в Африке, имеет на глубине 2289 м температуру 40 °С, в США в шахте, где добывалось золото, в забое на глубине менее 2000 м она достигла 46 °С, вследствие чего пришлось прекратить работы.
Данные по замеру температуры в глубоких буровых скважинах показали, что нарастание ее в различных районах происходит по-разному. Например: в Москве на глубине 1630 м температура составила 41 °С, а в Ташкенте на глубине 900 м - 55 °С. В некоторых скважинах, достигающих 3 км и более, температура составляет более 100 °С, а в США на глубине более 4 км температура достигла 250 °С. Для качественной и количественной характеристик поступающей из глубин Земли теплоты принято пользоваться двумя величинами: геотермическим градиентом и геотермической ступенью.
Геотермический градиент - это величина повышения температуры в градусах Цельсия на единицу углубления.
Раньше полагали, что за среднюю величину геотермического градиента следует считать 3 °С на каждые 100 м погружения, однако данные непосредственных измерений в разных странах показали, что величина его может колебаться в широких пределах - от 5 до 148 °С на 1 км или от 0,5 до 15 °С на 100 м.
Геотермическая ступень - расстояние, на которое надо углубиться, чтобы температура повысилась на 1 °С. Геотермическая ступень также может колебаться в довольно широких пределах. Так, в США, по данным Б. Гутенберга, минимальное значение геотермической ступени составляет 6,7 м (штат Орегон), максимальное- 137,8 м (отмечено для штата Алабама).
В нашей стране величина геотермической ступени изменяется от нескольких метров до 30-40 м в районах с горизонтально залегающими горными породами и до 150 м- в районах с развитием метаморфических и магматических пород.
Величины геотермического градиента и геотермической ступени зависят от теплопроводности пород, геологического строения местности и ряда других причин. Знание этих величин имеет большое практическое значение. В связи с проходкой глубоких шахт (до 1-3 км) необходимо заранее знать, какие температуры следует ожидать на проектируемой глубине.
В настоящее время доступными для измерения температуры являются глубины порядка 6-8 км, где повышение температуры происходит более или менее закономерно. Если предположить, что она нарастает по тем же законам, что и в поверхностных зонах ниже пояса постоянных температур, то даже при минимальном геотермическом градиенте, в центре нашей планеты она должна достигать 46000 °С. В таких условиях не могла бы существовать твердая оболочка Земли - земная кора. О температуре глубинных зон Земли можно судить по лавам, изливающимся из вулканов.
Например: температура лав Везувия колеблется в пределах 1100-1200 °С, вулкана Этна - 1060-1300 °С, Ошима- 1200-1300 °С, вулкана Ключевского - 1200 °С. При движении магмы через земную кору происходит ее охлаждение, поэтому температура магматических очагов выше и, по-видимому, составляет около 1500 °С.
Как уже отмечалось, согласно расчетным данным, температура в ядре нашей планеты составляет несколько тысяч градусов Цельсия и, очевидно, не превышает 3000-4000 °С.
Существует и другая точка зрения - академик В. И. Вернадский высказал предположение, что по направлению к центру Земли температура понижается.
2. Основные формы тектонических движений земной коры
Изучением закономерностей движений и строения земной коры, происхождением и историей ее развития занимается наука геотектоника, или тектоника.
Тектонические движения приводят к возникновению гор складчатости, к образованию морей и океанов, к землетрясениям и в основном создают неровности рельефа земной коры, т.е. они являются созидательными процессами (греч. «тектонос» - созидательный). Тектонические движения происходят под влиянием эндогенных сил, вызывающих перемещение вещества литосферы и изменяющих условия залегания горных пород.
Выделяют три основных вида тектонических движений земной коры: колебательные, складчатые и землетрясения.
Колебательные движения иногда называют также эпейрогеническими (греч. «эпейрогенез» - созидающий континенты). Эти движения проявляются в результате радиальных перемещений в земной коре. Колебательные движения характеризуются медленными вековыми неравномерными поднятиями и опусканиями земной поверхности. Они охватывают обширные территории, проявляются в течение значительных отрезков времени и устанавливаются лишь в результате длительных наблюдений.
Колебательные движения ритмичны: восходящие движения сменяются нисходящими, последние вновь сменяются восходящими. Однако такое чередование не является копией предыдущих движений. В. В. Белоусов полагает, что колебательные движения представляют собой «постоянно меняющийся волнообразный процесс».
Колебательные движения меняют лик нашей планеты - очертания суши и моря: при опускании материка море наступает на сушу, происходит так называемая трансгрессия моря, при поднятии материка море отступает с территории суши - это регрессия моря. В связи с этим колебательные движения и называют эпейрогеническими, т.е. созидающими сушу.
Колебательные движения подразделяют на три вида: движения древних геологических периодов, новейшие колебательные движения четвертичного периода и современные движения.)
Складчатые движения земной коры являются другим видом движений, проявляющимся в результате тангенциальных напряжений в земной коре. Они называются также горообразовательными, или орогеническими (греч. «орогенез» - горообразование).
Складчатые движения земной коры характеризуются большей интенсивностью, силой и амплитудой проявления. Складчатость протекает в меньшие по сравнению с колебательными движениями сроки и дает ощутимые результаты: возникают высокие горы, интенсивно смятые в складки. Складчатость сопровождается образованием крупных разломов и трещин в земной коре. По разломам происходят значительные перемещения отдельных участков земной коры, их воздымание или опускание. Горообразовательные движения сопровождаются вулканизмом и землетрясениями.
Складчатость проявляется при участии двух видов деформаций горных пород: пликативных (без разрыва сплошности пород) и дизъюнктивных (разрывных). Для первых характерны антиклинальные, синклинальные, сундучные, коробчатые, веерообразные, изоклинальные складки, флексуры и др. Для вторых характерно образование сбросов, надвигов, горстов, грабенов, диапировых складок.
Изучение истории движений земной коры за длительное геологическое время показывает, что в различные геологические периоды разнообразные виды движений земной коры протекали в разных местах Земли с различной силой и амплитудой.
Изучение тектонических движений, строения земной коры, распределения суши и моря в различные геологические эпохе имеет не только теоретическое значение, но и большой практический интерес: оно помогает в поисках полезных ископаемых. Например, известно, что месторождения нефти и газа приурочены в природе к сводовым антиклинальным поднятием.
Землетрясения - это также тектонические движении земной коры. В отличие от колебательных и складчатых движений они являются следствием быстрых движений земной коры. Землетрясением называют внезапное и резкое сотрясение земной поверхности, проявляющееся в виде толчков различной силы, вызванных рядом геологических факторов, действующих в земной коре и в верхней мантии. Изучением землетрясений занимается наука сейсмология (греч. «сейсмос» - трясение). Явления, связанные с землетрясениям: получили название сейсмических. Землетрясения происходят в определенных областях, связанных с глубинными разломами в земной коре, с зонами молодого горообразования, или геосинклиналями, к которым приурочены также основные вулканические пояса. Такие зоны получили название сейсмических областей.
Ежегодно на земном шаре происходят несколько миллионов землетрясений. Большинство из них - слабые сотрясения земной поверхности, устанавливаемые с помощью специальных приборов - сейсмографов. Землетрясения фиксируются на движущейся ленте, где получается сейсмограмма.
Землетрясение, происходящее на море или океане, называется моретрясением. Оно не опасно для судов, находящихся в эпицентре, так как возникающие волны имеют очень большую длину (до 200-300 км) и сравнительно небольшую высоту. Моретрясения опасны волнами, которые возникают при подводном землетрясении; они называются цунами. Распространяясь со скоростью до 800 км/ч, цунами производят опустошительную работу на территориях многих прибрежных стран.
Тектонические землетрясения являются наиболее распространенными и разрушительными. Они происходят как в земной коре, так и в мантии. Наибольшей для тектонических землетрясений отмечена глубина 800 км в районе Охотского моря. Тектонические землетрясения происходят в областях молодого горообразования и глубинных разломов в земной коре Считают, что причина их проявления - резкое смещение на глубине в веществе Земли, связанное с внезапным сдвигом, скольжением или кручением.
Обвальные землетрясения происходят в результате подземных обвалов горных пород (например, в карстовых пещерах). Распространены они не широко и составляют менее 1% общего количества землетрясений. Примером может служить обвальное землетрясение, возникшее в 1915 г. в Волчанском районе Харьковской области. Диаметр площади землетрясения составил всего 100 км. Обвальные землетрясения имеют локальное развитие и значительных разрушений не вызывают.
Вулканические землетрясения приурочены к вулканическим областям, обычно они предшествуют вулканическим извержениям или сопровождают их. Наблюдались при извержении вулканов Кракатау и вулканов Гавайских остравов. Вулканическое землетрясение силой 8 баллов отмечалось в районе Ключевского вулкана на Камчатке и предшествовало извержению вулкана Киргурича.
. Осадочные горные породы, понятия и классификация
Осадочные горные породы в толще земной коры составляют лишь 5%, а в ее поверхностных частях на их долю приходится около 75%. Осадочные горные породы возникают при различных экзогенных процессах на поверхности Земли. Преобладающая их часть образовалась на дне морских водоемов.
Осадочные горные породы имеют ряд специфических особенностей: они, как правило, слоисты, часто пористы, нередко содержат отпечатки различных представителей флоры и фауны или окаменелости ископаемой флоры и фауны.
Многие осадочные горные породы рыхлы и сыпучи (пески, гравий и др.), залегают в виде слоев и пластов. Минеральный состав осадочных горных пород имеет свои особенности.
Например, только в осадочных породах встречаются такие минералы, как галит, мирабилит, гипс, глауконит, ряд глинистых минералов и т.д. Среди осадочных горных пород нередко наблюдаются мономинеральные толщи - известняки, каменная соль, гипсы и ангидриты, фосфориты и др.
Все осадочные горные породы подразделяются на три большие группы - обломочные, глинистые, хемо- и органогенные - в связи с участием в их образовании механических, химических и биологических процессов. Такое подразделение является наиболее распространенным, хотя и условным как в формировании этих групп принимают участие как механические, так и химические факторы выветривания и жизнедеятельность организмов, и нередко трудно выделить кой-то один ведущий процесс в образовании той или иной осадочной горной породы.
Обломочные горные породы подразделяются по величине и форме слагающих их обломков, по рыхлости или сцементированности на следующие группы:
Грубообломочные породы, или псефиты (греч. псефос» - камешек), широко распространены и хорошо известные по своим названиям: валуны, галька, щебень и т.д. Исключение, по-видимому, составляют менее известные термины конгломерат и брекчия.
Конгломерат представляет собой сцементированный агрегат состоящий из валунов, гальки или гравия (т. е. окатанных обломков), скрепленных каким-либо цементом: кремнистым, карбонатным, глинистым и др. Конечно, галька, луны, щебень и другие окатанные и остроугольные обломки, как правило, не рыхлые в бытовом понимании этого слова. Имеется в виду, что эти обломки не связаны друг с другом в единый агрегат.
Среди конгломератов выделяют мономиктовые и полимиктовые по составу (мономинеральному или полиминеральному) обломков. Например, кварцевый или известняковый конгломерат выделены по присутствию в составе обломков кварца илиизвестняка. Встречаются также олигомиктовые конгломераты (греч. «олигос» - немногочисленный) - галька, состоящая из двух-трех минералов или горных пород.
Брекчия представляет собой остроугольные обломки, связанные тем или иным цементом.
Песчаные породы, или псаммиты (греч. «псаммос» - песок), наблюдаются в рыхлом состоянии (пески) или в сцементированном (песчаники). По составу среди них выделяют мономинеральные (обычно кварцевые), олигомиктовые (в составе преобладает кварц, присутствует полевой шпат, иногда - глауконит) и полиминералъные (аркозы - состоят из кварца, калиевых полевых шпатов и слюды, граувакки содержат кварц, полевой шпат, слюду, амфиболы, обломки различных горных пород).
Алевритовые породы, или алевриты (греч. «алеврон» - мука), являются еще более тонкозернистыми породами. К ним относят рыхлые образования: лёссы, лёссовидные породы и
илы и сцементированные породы - алевролиты
Глинистые горные породы, или пелиты (греч. «пелос» - глина, грязь), являются наиболее распространенными среди осадочных образований. На их долю приходится более половины всех осадочных горных пород. К пелитам относят различные глины и аргиллиты - мелкообломочные породы, которые содержат свыше 30% тонкодисперсных частиц (размером менее 0,001 мм), преобладают частицы менее 0,01 мм.
Каолинитовые глины (каолины) возникают как за счет выветривания кристаллических горных пород (первичные каолины), так и при перемыве первичных каолинов - вторичные каолины.
Минеральный состав первичных каолинов прост - каолинит (основная масса), гидрослюды, галлуазит, кварц, акцессорные минералы. Первичные каолины - жирные на ощупь, белого или серо-бурого цвета. Месторождения их известны на Украине, на Урале, на Дальнем Востоке, в Западной Сибири и в других местах.
Вторичные каолины содержат каолинит (преобладает), гидрослюды, кварц, галлуазит в виде примесей, еще реже - органическое углистое вещество и сульфиды железа, иногда - гидраргиллит. Вторичные каолины также жирны на ощупь, серого и белого цвета. Месторождения известны в палеогеновых отложениях Украины и Урала.
Каолинитовые глины представляют собой прекрасное сырье для фарфоровой и фаянсовой промышленности, используются для изготовления огнеупорного кирпича - шамота. Их применяют в бумажной и резиновой промышленности в качестве наполнителя, при производстве мыла и карандашей.
Гидрослюдистые глины связаны постепенными переходами с каолинитовыми глинами. Возникают они при выветривании силикатных горных пород в условиях влажного климата. Минеральный состав: гидрослюды, в том числе глауконит, каолинит, монтмориллонит и примеси кварца, полевых шпатов и слюд, а также новообразований - карбонатов, сульфидов. Среди гидрослюдистых глин также выделяют первичные и вторичные, последние часто обогащены органическим веществом. По химическому составу гидрослюдистые глины отличаются от каолинов повышенным содержанием щелочей. Цвет глин - белый, серый, буровато-зеленый, темно-серый.
Гидрослюдистые глины используются для изготовления керамических изделий и огнеупорных кирпичей.
Монтмориллонитовые глины,, называемые также бентонитами или флоридинами, возникают в коре выветривания эффузивных горных пород, средних и ультраосновных магматических горных пород (нонтронитовые глины и железистые монтмориллониты). Минеральный состав этих глин: монтмориллонит (основная масса), гидрослюды, опал и др.
Монтмориллонитовые глины используются в пищевой (очистка соков, жиров, масел) и в нефтяной (очистка нефтепродуктов) промышленности, в качестве формовочных глин (бентониты) и др.
Аргиллиты (греч. «аргиллос» - глина, «литос» - камень) представляют собой уплотненные глинистые породы со слабо выраженной слоистостью. Они имеют разную окраску: серую, бурую, красную и других оттенков. Аргиллиты, в отличие от глин, в воде обычно не размокают и непластичны.
Хемогенные и органогенные горные породы возникают вследствие химических процессов и в результате жизнедеятельности организмов, как в водной среде, так и на суше. Подразделяют по химическому составу на карбонатные, кремнистые, глиноземистые, фосфатные, железистые, марганцевые, галоидные, сульфатные и каустобиолиты.
Карбонатные породы, широко распространены, их можно встретить, как правило, в отложениях всех геологических эпох. К ним относятся известняки, мел, мергели, доломиты, известковые туфы, а также породы смешанного состава - доломитовые известняки, известковые доломиты, углистые и кремнистые известняки, кремнистые доломиты и др.
Известняки сложены углекислым кальцием, представленным обычно кальцитом и реже арагонитом. Породы имеют серый, черный (за счет примеси битумов), красный (примесь гидрогематита) цвета).
Органогенные, или биогенные, известняки состоят из раковин или обломков раковин (раковинный детрит - лат. «детритус»- истертый).
Выделяют биогенные известняки: ракушечники (пелециподовые и брахиоподовые)- раковины различных моллюсков и плеченогих, криноидные - остатки морских лилий, коралловые - скелеты различных кораллов, нуммулитовые - остатки монетообразных плоских организмов из типа простейших, фузулиновые - образования, напоминающие по форме и размерам ячменные зерна, водорослевые - остатки водорослей и т.д.
Мел представлен белой мягкой породой, обладающей высокой пористостью, состоящей из одноклеточных водорослей, корненожек и других организмов с известковым скелетом.
Мергели похожи в ряде случаев на известняки. Отличительный признак - при растворении в разбавленной соляной кислоте наблюдается плотный осадок.
Доломиты сложены более чем на 95% минералом доломитом. При содержании в породе минерала доломита от 50 до 95% мергель называют известковым доломитом, а ниже 50% - доломитизированным известняком. Доломиты содержат примеси кальцита, халцедона, опала, пирита и других минералов. Доломиты отличаются от известняка слабой реакцией с холодной соляной кислотой, да и, то только в тонком порошке. Известняк же бурно реагирует с разбавленной соляной кислотой.
Известковые туфы - это молодые образования, возникающие в результате созидательной деятельности подземных вод. Краткая их характеристика приведена в разделе, посвященном геологической деятельности подземных вод.
Кремнистые породы, или салициты, распространены менее широко, чем карбонатные породы. Кремнистые горные породы возникли как в результате биогенных процессов, так и химическим путем или являются смешанными хемобиогенными породами. К кремнистым породам относятся диатомиты, трепелы, опоки, гейзериты и кремнистые туфы, яшмы и другие образования.
Диатомиты возникли за счет диатомовых водорослей - диатомей. Представлены они легкими (плотность 0,4-0,8 г/см3), пористыми светлыми породами, состоящими из скорлупок диатомей, сцементированных опалом.
Трепелы и опоки состоят из мельчайших округлых образований опала, остатков радиолярий, диатомей, спикул губок, сцементированных опаловым веществом. Наблюдаются примеси кальцита, глауконита, глинистых и песчаных частиц.
Гейзериты и кремнистые туфы возникают в районах вулканической деятельности. Они состоят из опала и имеют форму залежей, корок и натеков. Гейзериты возникают из вод гейзеров, кремнистые туфы - из горячих вод источников.
Яшмы образовались при химическом осаждении кремнезема из морских вод. Яшмы весьма разнообразны по окраске. Они могут быть красного, малинового, бурого, зеленого, серого и даже черного цвета.
Глиноземистые породы, или аллиты, состоят из гидроксидов алюминия-диаспора, гидраргиллита, бемита с примесью гидроксидов железа в виде гидрогетита, гидрогематита, а также гетита, каолинита, кварца, опала, карбонатов и других минералов. К аллитам относятся латериты и бокситы.
Латериты (лат. «латер» - высушенный на солнце кирпич) представляют собой продукты коры выветривания кристаллических пород. Это - глиноподобные или твердые породы красного или оранжевого цвета, возникшие в условиях жаркого тропического климата. Латериты состоят на 80 - 90% из гидроксидов железа, алюминия и кремнезема (2%). Присутствуют также оксиды марганца и титана.
Бокситы представлены глиноподобными или оолитовыми массами красного, коричневого, красно-бурого или белого цвета. Бокситы состоят из гидраргиллита, диаспора, бемита, гетита, гидрогетита, гидрогематита, каолинита и других минералов.
Фосфатные породы представлены различными осадочными образованиями, главным образом морского и частью наземного происхождения: конкреционно-желваковыми и пластовыми фосфоритами и костяными брекчиями.
Фосфориты представляют собой горную породу осадочного происхождения со сложным химическим составом.
В состав фосфоритов входят следующие минералы: высокодисперсные фторапатит, гидроксилапатит, карбонатапатит и некоторые другие фосфатные минералы, близкие по составу, кальцит, глауконит, кварц, остатки диатомей и радиолярий, гидроксиды железа в виде гидрогетита (примеси, пленки), глинистые и другие минералы, а также органическое вещество в количестве от 1 до 21%. Содержание Р2Оэ - от 8-12 до 30-40%.
Фосфориты платформенного типа приурочены к платформенным областям земной коры.Желваковые отложения характеризуются наличием желваков и конкреций, нередко с радиально-лучистым строением.Мощность отложений желваковых фосфоритов обычно невелика и редко превышает 1 м.
Зернисто-ракушечные фосфориты представляют собой маломощные (0,5-4,0 м) отложения, состоящие из мелких зерен фосфорита, сцементированных песчано-глинистым, железистым или карбонатным цементом_часто с большим скоплением фосфатизированных раковин.Фосфориты геосинклиналъных областей залегают среди мощных кремнисто-карбонатных отложений и представляют собой пласт значительной мощности (до 10 м и более).Фосфатные породы используются в качестве агрономической руды на фосфор.
Железистые породы осадочного происхождения возникают в различных условиях: в море - в лагунах и заливах (хлоритовые и сидеритовые руды), в прибрежной части (бурые железняки, магнетитовые пески), на дне (конкреции), на суше - в зоне окисления сульфидных месторождений (железные шляпы), в озерах и болотах (бобовые оксидные руды, сидеритовые стяжения и конкреции), в речных дельтах и лиманах (оолитовые гидрогетито-лепто-хлорито-сидеритовые руды).
Марганцевые породы возникают в различных условиях: в мелководных морских заливах, в прибрежной части моря.
Галоидные и сульфатные породы относятся к соляным породам и состоят из галоидных и сульфатных соединений натрия, калия, магния и кальция. Залегают они в виде мощных пластов, линз, иногда соляных куполов и штоков.
Каменная соль залегает мощными пластами (до нескольких сотен метров), прослеживающихся на многие километры.Каменная соль легко распознается по соленому вкусу, растворима в воде. Имеет зернистую, кристаллическую структуру.
Карналлитовая порода сложена на 50-80% минералом карналлитом (KMgCl3 6Н2О) и на 20-50% галитом с примесью ангидрита и глинистых частиц.
Глауберитовая порода состоит из минерала глауберита (Na2S04 CaS04) на 50-90%, галита (до 50%), карбонатов (3-12%) и примесей нерастворимых соединений. Иногда наблюдается ангидрит. На поверхности земли глауберит выветривается и переходит в мирабилит и гипс.
Мирабилит (Na2S04 10Н20) и тенардит (Na2S04) осаждаются в значительных количествах в заливе Кара-Богаз-Гол.
Гипс (CaS04 2НаО) и ангидрит (CaS04) обычно сопутствуют залежам каменной и калийных солей.
Каинитовая порода состоит на 40 -70% из минерала каинита - KMg2[SO4]Cl ЗН20, галита (30 -60%) и примесей других минералов - карналлита, полигалита - K2MgCa2[SO4] 2Н20 и др.
Каустобиолиты (греч. «каустикос» - горючий, «биос» - жизнь, «литое» - камень) являются горючими ископаемыми, горными породами органического происхождения. Главной составной частью каустобиолитов является углерод в свободном виде или в форме соединений.
Торф состоит из не полностью перегнивших растительных остатков.
Порода рыхлая, землистая, иногда волокнистая. Возникает торф в болотах и озерах.
Сапропель (греч. «сапрос» - гнилой, «пелос» - ил) представляет собой гниющий ил студнеобразного, гелевидного облика темно-бурого цвета. Бурные угли возникают на низкой стадии преобразования торфа при невысоких температурах (не выше 70°С) и на небольших глубинах.
Каменные угли возникают из бурых углей при повышенных температурах и давлениях. При температуре около 300 °С возникают каменные угли, при 500 °С - антрациты.
Горючие сланцы представлены глинистыми и известковоглинистыми тонкослоистыми породами с содержанием органического вещества от 20 до 60%. Горючие сланцы возникают в пресноводных бассейнах, лагунах и морях.
Нефть - маслянистая жидкость от темно-бурого до черного цвета, реже - бесцветна. Состав нефти сложный и представляет собой смесь углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов.
Битумы представляют собой продукты изменения нефти и встречаются в нефтегазоносных районах. Наиболее распространенными битумами являются озокерит и асфальт.
Озокерит, или горный воск, состоит из смеси твердых углеводородов парафинового ряда с небольшой примесью жидких и газообразных углеводородов.
. Нефтегазопоисковые гидрогеологические показатели
Гидрогеологические исследования с нефтегазопоисковыми целями проводятся на различных этапах поисковых работ как в виде специальных съемок, так и в виде тематических исследований с использованием гидрогеологических материалов главным образом по глубоким скважинам, и по другим водопунктам.
Желательно, чтобы в основе всех нефтегазопоисковых гидрогеологических исследований лежало гидрогеологическое районирование с выделением природных водонапорных систем, подземных водных бассейнов, их границ, зон питания, создания напора, зон разгрузки. Такое районирование может опираться частично на общегеологические и орогидрографические данные. Оценка перспектив нефтегазоносности по гидрогеологическим показателям дает наилучшие результаты, если при этом исходят из рассмотрения бассейна в целом.
Изучение отдельных районов, которые являются частями бассейна, должно проводиться с учетом их регионального гидрогеологического положения.
Гидрогеологические критерии могут быть использованы на различных этапах поисково-разведочных работ:
а) при сравнительной оценке перспектив нефтегазоносности новых малоизученных областей;
б) на этапе региональных поисковых работ;
в) на стадии детальных поисков;
г) на стадии поискового бурения и т. п.
При этом гидрогеологические критерии должны применяться для решения конкретных задач, важнейшими из которых являются следующие:
) выявление нефтегазоносных толщ (т. е. толщ, с которыми может быть связана промышленная нефтегазоносность);
) выявление зон с благоприятными условиями сохранности залежей нефти и газа;
) выявление месторождений и залежей нефти и газа.
При сравнительной оценке перспектив нефтегазоносности новых малоизученных областей и на стадии предварительных нефтегазопоисковых работ гидрогеологические данные либо извлекают из общегеологических и орогидрографических материалов, либо используют для этого материалы общих или специальных гидрогеологических и гидрохимических съемок, либо, наконец, их получают в результате опорного бурения.
Гидрогеологическое районирование и изучение общих гидрогеологических условий должны способствовать использованию всех нефтегазопоисковых гидрогеологических показателей, а также решению вопросов нефтегазопромысловой гидрогеологии.
В зависимости от того, известна в данном районе или стратиграфическом комплексе нефтегазоносность или неизвестна, основное внимание необходимо обращать на показатели наличия нефти и газа или на показатели условий сохранения нефти и газа.
Если присутствие нефти и газа доказано, показатели первой группы значения не имеют. Гидрогеологические показатели наличия залежей газа (давление насыщения растворенных газов) на предварительном этапе поисков могут быть получены лишь при проведении опорного бурения с отбором глубинных проб вод.
Специальные гидрохимические съемки на отдельных участках выявляют главным образом показатели наличия ловушек (гидрохимические аномалии), но на предварительном этапе поисков в районах с еще не выявленной нефтегазоносностью они используются и для получения показателей наличия нефти и газа.
Гидрохимические съемки по грунтовым водам целесообразны не при любых условиях: постановка их неэффективна при влажном климате, при очень глубоком врезе речной сети, при несовпадении тектонических планов верхнего неперспективного этажа и нижнего перспективного.
На этапе детальных поисковых работ основное значение приобретают гидрогеологические данные, получаемые в результате структурного и поискового бурения и опробования пластов. К сожалению, гидрогеологические возможности структурного бурения использовались до сих пор слабо. Между тем таким путем можно, как показано выше, наиболее полно выявлять гидрохимические аномалии в верхних горизонтах - показатели наличия ловушек нефти и газа.
При поисковом бурении особенно важное значение имеет получение показателей наличия залежей газа - данных о давлении насыщения растворенных в водах газов. Для этого необходимы отбор глубинных проб вод и замеры статических уровней вод. Последние совершенно необходимы также для общегидрогеологического изучения бассейнов, результаты которого используются в дальнейшем нефтегазопромысловой гидрогеологией.
Отсутствие или некачественное проведение своевременных замеров статических уровней во всех глубоких скважинах является крупнейшим и часто невосполнимым пробелом в изучении нефтегазоносных бассейнов, так как после начала разработки нефтяных и газовых месторождений природные статические уровни изменяются.
При опробовании перспективных горизонтов в случае недоказанной нефтегазоносности имеет значение получение показателей наличия нефти газа и во всех случаях - показателей условий сохранения нефти и газа.
Методика гидрогеологических изысканий при нефтегазопоисковых работах в общем не отличается от общей методики, описанной выше.
На всех стадиях поисковых работ может проводиться сведение гидрогеологических данных в целях сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности отдельных бассейнов, районов, площадей, горизонтов. В этих случаях по возможности используют все гидрогеологические показатели.
При наличии достаточно обширных материалов опорного и глубокого поискового бурения основу для сравнительной (или абсолютной) оценки составляют обычно показатели наличия залежей газа и показатели условий сохранения нефтяных и газовых скоплений.
На основе комплексного использования различных гидрогеологических показателей составляются оценочные карты перспектив нефтеносности и газоносности для отдельных стратиграфических (водоносных) комплексов и для районов (регионов) в целом. Общепринятой системы составления таких карт нет.
На картах перспектив следует показывать объективные данные, выбирая такие комбинации и градации показателей, которые наиболее правильно и полно характеризуют различные условия в данном случае.
Совершенно очевидно, что для полного прогноза нефтеносности и газоносности одни только гидрогеологические показатели недостаточны. Поэтому карты перспектив, составленные по гидрогеологическим данным, служат не окончательными, а лишь промежуточными документами. Они используются для составления общих оценочных карт. При недостатке гидрогеологических данных можно и не составлять особые гидрогеологические карты перспектив, а гидрогеологические данные использовать непосредственно для общих карт перспектив, которые составляют геологи с участием гидрогеологов.
. Нефть. Химический, компонентный и фракционный состав. Физические свойства нефти. Нефть Уренгойского ГКМ
Нефть представляет собой смесь углеводородов, содержащую кислородные, сернистые и азотистые соединения. Если в нефти преобладают углеводороды метанового ряда (СnН2n+2), она называется метановой, нафтенового ряда (СnН2n) - нафтеновой, ароматического ряда (СnН2n-6) - ароматической.
Фракционный состав нефти устанавливается путем разгонки и отбора фракций, выкипающих в определенных температурных пределах: до 100 °С - бензин I сорта, до 110°С - бензин специальный, до 130 °С - бензин II сорта, до 265 °С - керосин («метеор»), до 270 °С - керосин обыкновенный, примерно до 300° С - производится отбор масляных фракций. Остаток считается мазутом.
В зависимости от фракционного состава нефти различают:
легкие
бензиновые
тяжелые
Если в нефти содержится более 20 % масел, они называются масляными.
Товарные качества нефти зависят от содержания парафина. Чем больше в ней парафина, тем выше температура ее застывания.
По содержанию парафина нефти делятся на:
беспарафинистые - с содержанием парафина не более 1 %;
слабопарафикистые - от 1 до 2 %;
парафинистые - свыше 2 %.
Выпадение парафина из нефти в процессе добычи и перекачки в значительной степени осложняет и удорожает эти процессы.
В нефти могут, содержаться сера и смолистые соединения. Сера встречается как свободная, так и в виде соединений (сульфидов, меркаптанов и др.).
Нефти с содержанием серы до 0,5 % относят к малосернистым, с большим ее содержанием - к сернистым. По содержанию смол различают нефти малосмолистые (до 8 %), смолистые (8-28 %) и сильносмолистые (выше 28 %).
Основные физические свойства нефти
Плотностью нефти рн называется масса нефти т. в единице ее объема
: рн == m/V.
Единица плотности в СИ - кг/м3 или г/см3. Плотность воды при 4 °С равна 1 г/см3,'плотность нефти колеблется от 0,730 до 1,060 г/см3.
В большинстве случаев плотность нефти меньше плотности воды, но есть и исключения. Чем выше температура нефти и больше растворенного в ней газа, тем меньше плотность.
В связи с этим плотность нефти в пластовых условиях всегда ниже плотности нефти, добытой из скважины и дегазированной. Плотность пластовой нефти определяется при анализе ее пробы, отобранной в скважинах глубинными пробоотборниками, в условиях максимально приближающихся к пластовым.
Относительная плотность - это отношение массы некоторого объема нефти к массе такого же объема воды.
В СССР масса нефти и нефтепродуктов определяется при 20 °С и сравнивается с массой того же объема воды при температуре 4 °С. Относительная плотность нефти обозначается р420.
Объемным коэффициентом нефти b называют отношение объема нефти в пластовых условиях Vпл к объему той же нефти на поверхности после выделения из нее газа при стандартных условиях Vст : b = Vпл/VCT.
Объемный коэффициент нефти возрастает с повышением температуры в пласте и увеличением количества растворенного в ней газа. Для большинства месторождений он составляет 1,1 -1,7. Его определяют при анализе пластовой нефти, а также расчетным путем по фракционному составу газа при известных пластовых давлениях и температурах.
Величина, обратная объемному коэффициенту, называется пересчетным коэффициентом 0 : 0 = 1/b - Vст/Vпл.
Пересчетный коэффициент служит для приведения объема пластовой нефти к объему сепарированной нефти (при стандартных условиях).
Уменьшение объема нефти при ее извлечении характеризуется также коэффициентом усадки:
е = (Vпл - Vст)/Vпл =1 - 0.
Сжимаемость нефти
Нефть, как и другие жидкости, обладает способностью сжиматься под воздействием давления. Чем больше в нефти растворенного газа, тем выше коэффициент ее сжимаемости βн. Он определяется по данным лабораторных анализов проб нефти по формуле
βн = (Ь0 - ЬК)/Ь0/р,
где Ь0, Ьк - объемные коэффициенты нефти при начальном р и конечном рк давлениях; р = Ро - рк - перепад давлений.
Коэффициенты сжимаемости пластовых нефтей могут изменяться в зависимости от их свойств в пределах (0,6 -4-1,8) 10'® МПа-1.
Вязкостью называется свойство жидкостей (нефти) оказывать при движении сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друга. Относительное движение частиц вызывает появление внутреннего трения.
В СИ за единицу измерения динамической вязкости принимается вязкость такой среды, в которой на площадь слоя 1 м2 действует сила внутреннего трения 1 Н при проценте скорости 1 с-1 (Н-с/м2, или 0,1 Па-с).
Относительная вязкость
Отношение времени истечения из вискозиметра 200 см3 испытуемой жидкости ко времени истечения 94 200 см3 дистилированной воды при 200 С (обычно 50-52 с)
Относительная вязкость выражается в градусах Энглера. Вязкость нефти зависит от природы вещества и химической структуры его молекул. На ее величину оказывает влияние пластовое давление, температура и растворенный в ней газ. При повышении давления вязкость увеличивается, а при повышении температуры - уменьшается. Чем больше газа растворено в нефти, тем ниже ее вязкость. Вязкость нефти в пластовых условиях в 2-3 раза меньше, чем на дневной поверхности.
Значения вязкости нефтей различных месторождений колеблются в широких пределах и играют большую роль при разработке.
Поверхностное натяжение характеризует противодействие силам, стремящимся к изменению формы поверхности. Оно существует на границе раздела любых двух фаз и измеряется в Н/м или Дж/м2.
Поверхностное натяжение затрудняет движение нефти в пористой среде, так как сечение пустот (пор, каверн, трещин и т. п.) непостоянно. Величина поверхностного натяжения нефти зависит от ее физико-химических свойств, температуры, давления, от количества, растворенного в ней газа. Тяжелые нефти имеют большое поверхностное натяжение, легкие - меньшее. С увеличением пластового давления поверхностное натяжение увеличивается. При увеличении количества растворенного в нефти газа и повышении температуры поверхностное натяжение нефти уменьшается.
Давление насыщения
Обычно нефть в пластовых условиях содержит растворенный газ. По мере снижения пластового давления наступает такой момент, когда растворенный газ начинает выделяться из нее в виде пузырьков. Величина пластового давления, соответствующая появлению первых пузырьков газа, называется давлением насыщения. По нему судят о степени насыщения нефти газом. Если давление насыщения равно начальному пластовому давлению, то нефть будет насыщенной, если меньше - недонасыщенной. Чем больше разница между пластовым давлением и давлением насыщения, тем благоприятнее условия для эффективной разработки залежи.
Характерно, что наличие в залежи азота приводит к увеличению давления насыщения.
Давление насыщения определяется по глубинным пробам нефти, отобранных при пластовом давлении.
Уренгойское месторождение
Газоконденсатно-нефтяноe-месторождение расположено в 50 км к C.-З. от пос. Уренгой. Bходит в Западно-Сибирскую нефтегазоносную провинцию. Oткрыто в 1966, разрабатывается c 1968. Центр разработки - г. Hовый Уренгой. Приурочено к пологой симметричной брахиантиклинальной складке субмеридионального простирания в пределах Heжнепурского вала, протяжённость которого 200 км, шириной до 30 км. труктура осложнена двумя куполами: южным (Уренгойским) c амплитудой 220 м и северным (Eн-Яхинским) c амплитудой 80 м. B верхнемеловых породах (сеноман, уренгойская свита) обнаружена газовая залежь высотой 230 м. Продуктивные отложения представлены песчаниками c линзовидными прослоями алевролитов и глин. оллекторы гидродинамически связаны между собой и образуют ловушку массивного типа. Пористость коллекторов 25-30%, проницаемость до 1750 мД. Покрышкой залежи являются глинистые породы верх. мела и палеоцена общей мощностью до 670 м. ГВК находятся на отметке -1198 м. Hач. пластовое давление 12,1 МПa, температуpa 310 С. B нижнемеловых отложениях выявлено св. 25 залежей газового конденсата, в т.ч. 7 c нефт. оторочками. Продуктивные пласты представлены чередованием песчаников, алевролитов и аргиллитов c резкой литологии, изменчивостью.
Эффективная мощность коллекторов 1,6-69,2 м, мощность глинистых прослоев 2-45 м. Bысота залежей до 160 м, глубина залегания 1770-3090 м. Hач. пластовые давления 17,2-66,7 МПa, темп-ры 51-90°C. Cостав газа (%): CH4 81,35-93,74; C2H6 + высшие 3,50-6,85; N2+CO2 менее 1. Плотность нефти из оторочек в отложениях валанжина 766-799 кг/м3, содержание S до 0,06%, смол 0,88%, парафина 2,87%.
Понятия о фациях и формациях
Фация - это порода или группа пород, обладающих определенным сочетанием генетических признаков, свидетельствующих об их образовании в одинаковой физико-географической обстановке, отличной от обстановок образования соседних одновозрастных пород.
Термином «фация» пользуются не только по отношению к осадочным породам, как он был применен первоначально, но и к изверженным и метаморфическим.
Исследуя фацию, мы пытаемся понять, в каких условиях образовались изучаемые горные породы; пытаемся восстановить в море или на суше накопились осадки, из которых затем при диагенезе образовались крепкие породы, каким был климат эпохи их накопления, какова была глубина водоема, подвижность воды или ветра, каким был рельеф на прилежащей суше и т.д.
Выражение «фация» заключает то или иное генетическое содержание. Оно связывается с условиями образования пород, с теми или иными чертами среды осадконакопления или последующего формирования горных пород.
Все ископаемые фации и современные отложения в зависимости от характера физико-географической обстановки, в которой они образовались, делят на морские, континентальные и лагунные (или переходные).
. Морские фации составляют основную массу современных осадков и представлены чрезвычайно разнообразно. Источниками материала, из которого они образуются является: суша, откуда в моря сносится огромное количество продуктов разрушения, а также организмы и вулканические процессы.
. Континентальные фации преобладают процессы разрушения и снос продуктов разрушения. Однако и здесь в долинах рек, болотах и озерах, в пустынях, в области предгорий и других местах накапливаются самые разнообразные отложения.
Среди континентальных пород выделяющие генетические типы континентальных отложений: элювиальные, склоновые (делювиальные), водные (аллювиальные, пролювиальные и озерно-болотные), эоловые, ледниковые (моренные, флювиогляциальные и озерно-ледниковые).
В областях с влажным (гумидным) климатом распространены аллювиальные, делювиальные, элювиальные, озерно-болотные отложения.
В областях с засушливым (аридным) климатом широко эоловые и пролювиальные отложения. В озерах накапливаются соли, гипс. Обломочные отложения этих областей часто пестроцветные, красноцветные. С ними связаны медь, цинк.
В области с холодным полярным климатом развиты моренные, флювиогляциональные, озерно-ледниковые отложения.
. Лагунные фации, или переходные, т.к. они накапливаются в зоне перехода между сушей и морем. Представлены они в основном обломочными песчано-глинистыми осадками, отложившимися в лагунах - водоемах, отшнурованных от моря и имеющих обычно повышенную или пониженную соленость. Кроме обломочных, в лагунных бассейнах накапливаются химические и органогенные отложения.
Формация - это естественные устойчиво повторяющиеся комплексы горных пород различного литологического состава, формирующиеся в условиях определенного физико-географического и тектонического режима. (лат - formatio - образования, вид). Основоположником учения о формациях является Шатский Николай Сергеевич.
По особенностям тектонической обстановки выделяют следующие типы формаций:
. Формации геосинклинальных областей.
. Переходные формации.
3. Формации платформ.
Формации геосинклинальных областей: для них характерны следующие особенности:
- очень большая мощность отложений (100м и 1000м);
преобладание обломочных и вулканогенных пород;
сложное складчатое залегание с многочисленными разрывными нарушениями;
наличие большого количества крупных интрузивных тел;
значительный метаморфизм;
полнота стратиграфического разреза;
вытянутые в виде широких полос площадки распространения.
В геосинклинальных прогибах накапливаются:
. Осадочно-вулканогенная формация - сложена разнообразными кремнистыми сланцами, яшмами и другими кремнистыми породами; это глубоководные отложения геосинклинальных прогибов; нефтепроизводящие формации (миоценовые отложения Калифорнии); в архейских и протерозойских отложениях с ними связаны месторождения осадочных железных и марганцевых руд, которые сложены джеспилитами - кремнисто-железистыми породами (КМА в СССР).
3. Флишевая формация - мощная толща (100м - 1000м) морских отложений, сложенная ритмично чередующимися пачками (0,5м - 3м мощностью), которые состоят из 3 - 5 пород, повторяющихся в одной и той же последовательности. Эти пачки называются ритмами.
Флишевые формации образуются в геосинклинальных областях накануне превращения их в горные складчатые сооружения.
Переходные формации - накапливаются рядом с горными сооружениями в краевых прогибах в момент их активного спускания и в пределах горной области в межгорных впадинах.
Молассовая формация - сложена обычно обломочными породами (песчаниками и конгломератами, глинистыми и карбонатными породами, соли, гипсы).
Красноцветная формация - сложена речными, дельтовыми, озерными и прибрежно-морскими отложениями
Соленосная формация - сложена несколькими типами пород, среди которых обязательно присутствуют соли, гипс и ангидрит.
Нефтематеринская формация - характерна для краевых прогибов, к которым и приурочено подавляющее большинство нефтяных и газовых месторождений.
Формации платформ характеризуются:
1. небольшой мощностью отложений (от нескольких метров до сотен, очень редко до - 3 км);
. горизонтальным или слабо нарушенным залеганием;
.преобладанием морских (обычно карбонатных) пород, а также континентальных отложений;
.неполнотой разреза, частым выпадением из разреза отдельных стратиграфических подразделений;
.отсутствием или слабым развитием пород вулканического происхождения.
Типичными платформенными формациями являются:
1. Угленосно-боксито-железистая - сложена песчано-глинистыми отложениями, к которым приурочены скопления бурых углей, железных руд, бокситов и огнеупорных глин.
. Глауконито-фосфоритовая формация - образуется во время трансгрессий в крупных тектонических понижениях (синеклизах, прогибах), открытых в сторону океана.
. Песчано-глинистая формация - сложена морскими или континентальными глинами и песками, пестро или красноцветная, имеет широкое распространение.
. Карбонатная формация - представлена известняками, отложениями мела и мергелей.
Список использованной литературы:
1. В.П. Бондарев Геология: курс лекций М. Форум-Инфа*М 2002.
. И.Х. Абрикосов, И.С. Гутман Общая нефтяная и нефте-промысловая геология М.«НЕДРА››1982.
. С.Г. Рассохин Оператор по добыче нефти и газа М.ACADEM 2002.
. Сулейманов Р.С., Маринин В.И., Зайчиков Г.М. Перспективы развития ресурсной базы Уренгойского нефтегазоносного комплекса // Вестник ассоциации буровых подрядчиков. 2007. №4. С. 10-16.
. Интернет-ресурсы