Д. Б. Искандеров Геология нефти и газа
жүктеу/скачать 1.24 Mb.
|
Министерство образования и науки Республики Татарстан
Альметьевский государственный нефтяной институтД.Б. Искандеров Геология нефти и газа Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров и магистров по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» и подготовки дипломированных специалистов по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» Альметьевск 2004 УДК 550.822.3 Д.Б. Искандеров Геология нефти и газа: Учебное пособие. – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2004. – 128с. ISBN5-94454-024-9 Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин», 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ». Пособие составлено в соответствии с учебными программами по дисциплинам «Геология», «Геология нефти и газа», «Геология, поиск и разведка». Оно выполнено в форме конспектов лекций и состоит из 3-х частей: 1) «Общая геология», 2) «Основы петрографии», 3) «Геология нефти и газа». Лекции снабжены необходимыми рисунками, схемами, таблицами, аналитическими данными по составу минералов, горных пород и углеводородов. Приведена краткая характеристика и схема расположения региональных нефтегазоносных провинций Российской Федерации и государств СНГ. Материал лекций изложен в доступной и сжатой форме, иноязычные термины использованы в минимальном количестве и кратко пояснены.
Зав. кафедрой разработки АГНИ, д-р технических наук, профессор А.А. ЛИПАЕВ; Доцент кафедры геологии Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина, кандидат геолого-минералогических наук А.Н.РУДНЕВ; Зам. генерального директора, главный геолог ОАО «Татнефть», д-р геолого-минералогических наук, академик Академии горных наук, академик Российской академии естественных наук Р.С. ХИСАМОВ. ISBN5-94454-024-9 © Альметьевский государственный нефтяной институт, 2004 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ Лекция 1 Тема. Предмет геологии. Земля в мировом пространстве. Физические поля и химический состав Земли Введение Слово геология в переводе с греческого означает «наука о Земле». В школьных курсах географии вы уже знакомились со строением Земли, но там вы рассматривали Землю вне исторического плана, если можно так выразиться, изучали её как Богом данный объект. Геология же является наукой исторической, изучающей не только то, что доступно непосредственному наблюдению, но и те объекты и процессы, которые скрыты от наблюдения в результате длительной истории развития Земли. Поэтому геологию можно определить как науку о строении, истории развития Земли как космического тела вообще и её наружной каменной оболочки в особенности. Прежде всего, кратко рассмотрим Землю как небесное тело, т.е. её объективные характеристики. Если можно сказать, её «паспортные данные»: «Что? Где? Когда?», а также важнейшие свойства её физических полей и химического состава. Земля в мировом пространстве и Солнечной системе Во Вселенной выделяются космические тела, находящиеся в форме звезд, планет и межзвёздной материи. Звезды – тела, радиус которых достигает 109 км, а температура – даже на поверхности – многих десятков тысяч градусов. Звезды во Вселенной размещаются неравномерно. Кучности (участки более плотного расположения звезд) называются галактиками. Наша галактика носит название Млечного Пути, и Солнце одна из её звезд. Межзвёздная материя представлена газами, пылью и метеоритами. Средняя плотность её мала – 1 г в кубе с ребром 500 км. Планеты – сравнительно небольшие и холодные тела, как правило, сопутствующие звездам и нередко имеющие спутников. Космические тела группируются в системы, где они связаны силами тяготения. Земля является одной из планет Солнечной системы, которая состоит из звезды (Солнца), 9 планет с их спутниками и более мелкими телами – астероидами и метеоритами. Последовательность планет от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Согласно первому закону Кеплера, каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Земля совершает полный оборот за 365,26 суток со скоростью 30 км/сек. Радиус обращения близкого к окружности эллипса 149,5 млн км принят за астрономическую единицу. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 часа 56 минут. Наклон земной оси под углом 660,5 ориентирован к плоскости эклиптики (орбиты) так, что северное полушарие в январе отклонено от Солнца, а южное обращено к нему. В июле – наоборот, но в это время Земля отстоит от Солнца на 5 млн км дальше (расстояние между фокусами эллипса). Поэтому южное полушарие Земли находится ныне в более выгодном тепловом режиме. (Но нам, северянам, не стоит отчаиваться, благодаря прецессионным, т.е. волчкообразным, движениям земной оси, примерно каждые 13 тыс. лет тепловой режим полушарий изменяется на противоположный). Угол наклона оси Земли каждые 40 тыс. лет изменяется в пределах 63,05 – 68,05, что приводит к изменениям климатических поясов (поживем – увидим!). Ось вращения Земли испытывает и т.н. нутации, т.е. небольшие изменения угла наклона (кивания) с периодом в 19 лет. Все эти виды движения приводят к изменению физико-географических условий и связанных с ними геологических процессов. Форма, размеры, масса и плотность Земли В XVII веке методом триангуляции была установлена эллипсоидальная форма Земли. Более позднее вычисления показали, что она имеет величину сжатия по полярной оси αр=(Re- Rp): Re=1/300,где Re= 6378 км, Rp=6357 км. Сплюснутость Земли у экватора составляет αе=1/30000 с разностью экваториальных полуосей около 200м. В настоящее время за фигуру Земли принимают геоид – поверхность, которую в океанах имеет средний уровень воды, а на материках – уровень воды в воображаемых узких каналах, сообщающихся с Мировым океаном. Масса Земли составляет 5,98×1021 т, а средняя плотность – 5,52 г/см3.
По данным глубинного сейсмического зондирования в Земле выделяют 10 границ раздела. Из них 2 являются основными: 1) поверхность Мохоровичича, залегающая на глубинах 30-70 км под континентами и 5-7 км под дном океанов; 2) поверхность Вихерта-Гутенберга на глубине 2900 км. Этими поверхностями планета подразделяется на 3 концентрические оболочки – геосферы. Сверху вниз выделяются следующие геосферы.
Закономерен вопрос: на чем основано утверждение, что Земля имеет такое строение, ведь прямое изучение вещества столь глубокого залегающих частей планеты невозможно? Но есть косвенные данные. Во-первых, о существовании оболочек Земли можно судить по изменению на определенных глубинах скоростей прохождения сейсмических волн (а, следовательно, и плотностей вещества). Во-вторых, наличие среди метеоритов каменных, железокаменных и железных хорошо согласуется с идеей выделения литосферы, мантии и железного ядра.
Теплота Земли складывается из внешней, получаемой от Солнца, и внутренней, поступающей из её недр. Солнце излучает в Мировое пространство 3×1030 ккал/год. Из них 1,26×1021 ккал/год попадает ежегодно на Землю. Это в 300 раз больше теплоты, которую можно получить при сжигании мировых запасов ископаемых углей. Ею можно растопить сплошной слой льда, если бы он покрывал всю поверхность нашей планеты толщиной в 24 м. Перепад температур на поверхности максимально может достигать 1600.
Повышение температуры при углублении на 100 м называется геотермическим градиентом: G = T - tппт × 100. H – hппт Магнетизм Земли Северный и южный полюса магнитного поля Земли расположены вблизи разноименных географических полюсов. Магнитная ось, соединяющая магнитные полюса, не проходит через центр Земли и образует с её осью вращения угол 11026/. Иногда нормальная напряженность магнитного поля нарушается сравнительно близким расположением к поверхности т.н. магнитовозмущающих масс – главным образом горных пород, обогащенных железом. Такие нарушения называются магнитными аномалиями. Обнаружение их имеет практическое значение для поисков железорудных месторождений. Колебания магнитной напряженности в течение суток называются магнитными бурями. Они развиты в высоких широтах северного и южного полушарий. Возможно, есть связь магнитных бурь с полярными сияниями, количеством пятен на Солнце и т.д. Палеомагнитные исследования показали, что магнитная напряженность и положения магнитных полюсов во времени изменялись. Гипотезы происхождения Земли Первые попытки научного объяснения происхождения Земли относятся к XVII – XVIII столетиям. Одна из замечательных гипотез была разработана независимо друг от друга немецким философом И.Кантом (1755) и французским математиком П.Лапласом (1796) – т.н. небулярная гипотеза, (небула - туманность). Гипотеза Канта-Лапласа. Солнечная система образовалась из огромной газоподобной раскаленной туманности, вращавшейся вокруг оси. Со временем туманность остывала, сокращалась в размерах, и скорость её вращения увеличивалась. От туманности отрывались кольца, которые затем свертывались в шары, превратившиеся в ядра будущих планет. А центральная часть туманности превратилась в Солнце. Лаплас полагал, что видимые туманности и есть образцы той, из которой возникла Солнечная система. Ныне установлено, что это гигантские звездные системы (галактики), только очень удаленные. Число фактов, не объяснимых с позиций К-Л, возрастало. Поэтому гипотеза представляет ныне лишь исторический интерес, хотя в свое время сыграла важную роль в развитии науки. Гипотеза О.Ю. Шмидта разработана в 40-х годах. Планеты возникли из холодных и твердых частиц, которые были притянуты огромной массой Солнца при его движении в Млечном Пути, когда попадались участки особенно густого скопления пыли. Из частиц возникли небольшие зародыши планет. Их объем постепенно возрастал. Орбиты планет и их спутников расположились слабо наклоненными одна к другой. Разогрев Земли под действием радиоактивного распада изотопов привело к дифференциации её вещества и расслоению на отдельные оболочки. Позднее академик В.Г. Фесенков (1960) связал происхождение Солнечной системы с общими закономерностями формирования материи в космическом пространстве. Механизм формирования планет близок к образованию их по метеоритной гипотезе О.Ю. Шмидта. Однако первичным материалом рассматривались конденсированные капли (хондры) солнечного вещества. Таковы основные гипотезы происхождения Земли. Лекция 2 Тема. Геологические процессы и время в геологии Как и в истории развития человеческого общества, в геологической истории происходили события и протекали различные процессы. И именно в результате геологических процессов прошлых эпох недра Земли, в т.ч. и ее наружная каменная оболочка, перетерпели те преобразования, которые привели их к современному состоянию. От этих процессов остались материальные «улики» в виде определенных сообществ горных пород и минералов, а также целых ассоциаций остатков органического мира прошлых геологических эпох. При благоприятных условиях среди этих сообществ образовались и скопления полезных ископаемых, в т.ч., конечно, нефти и газа. Это теоретическая предпосылка. Отсюда следует важный (опять таки теоретический!) вывод: изучая сообщество горных пород, и теоретически зная условия их образования, можно установить, какие геологические процессы привели к их образованию. На основании этого можно сделать сугубо практический вывод: могли ли эти условия привести к образованию промышленных скоплений полезных ископаемых определенного рода (т.е. месторождения). В предыдущей лекции мы зафиксировали мысль о том, что строение Земли, её положение в Солнечной системе, периодические и непериодические изменения в движении нашей планеты и её физических полях влияют на геологические процессы. Последние подразделяются на процессы внешней динамики (они называются экзогенными) и процессы внутренней динамики (эндогенные), связанные с активностью недр Земли. А геологические процессы прошедших геологических эпох фиксируются в земной коре в виде минеральных ассоциаций (горных пород и их сообществ). Горные породы и минералы, по словам Ф.Ю. Левинсона-Лессинга, являются материальными памятниками тем геологическим процессам, которые разыгрывались в истории развития земной коры. Они играют в геологии такую же важную роль, как остатки материальной культуры человечества для археологии и истории. Несколько забегая вперед, отметим, что горные породы по происхождению подразделяются на магматические, метаморфические и осадочные. Причем, первые две группы пород по происхождению связаны, как правило, с эндогенными, а осадочные – с экзогенными процессами. Однако процессы эти происходят не только в пространстве, но и во времени. И конкретные практические выводы о возможности образования месторождений можно делать только по событиям определенного отрезка геологического времени и в результате изучения только соответствующего этому времени комплекса горных пород. Следовательно, встает вопрос о времени геологических событий и возрасте горных пород и минеральных ассоциаций.
Однако должна быть единая шкала относительного летоисчисления. И такая шкала была создана. Она базируется на палеонтологических исследованиях. Возраст горных пород устанавливается по руководящим ископаемым, находящимся в их комплексах. Все время формирования земной коры в геологии делится на эры, состоящие из периодов, периоды состоят из эпох, эпохи – из веков. Соответственно этой иерархии, комплексы пород, образовавшихся за эти отрезки времени, называются: группы – системы – отделы – ярусы (табл.1). Помимо относительного, существуют методы определения абсолютного возраста горных пород. В основе этих методов лежит распад радиоактивных изотопов. Например, у калия имеется распадающийся изотоп K40 → Ar40. Зная период полураспада изотопа, по количеству конечного продукта рассчитывают время, необходимое для его образования. Это и есть возраст породы, из которой извлечен элемент. Так же можно определить возраст по урану и продукту его распада свинцу (уран-свинцовый метод). Приведем для примера формулу подсчета возраста: t = 1,515×1010 lg [ 1+ (1,56 Pb)/(U + 0,34 Th)]. Подведем итоги. Таким образом, предметами непосредственного изучения в геологии являются:
За длительный период своего развития геология выработала свой богатый арсенал методов исследования. В частности, для изучения геологических процессов геологам помогает актуалистический метод, согласно которому, к пониманию геологического прошлого идут от изучения современных процессов, осторожно допуская, что процессы в истории Земли проистекают в основном так же, как это происходило в прошедшие эпохи. О других методах, применяемых в геологии, речь будет по мере необходимости. Здесь лишь отметим, что каменный, бронзовый и железные века в истории человечества определялись, разумеется, и степенью развития геологических знаний. Главный вывод из выше изложенного следует такой: практическое значение геологии в том, что она служит теоретической базой для поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых, в т.ч. и нефти и газа. Конечной же целью геологических исследований является обеспечение народного хозяйства запасами минерального сырья. Возвращаясь к геологическим процессам, рассмотрим процессы внешней динамики, земной коры и связанные с ними этапы и факторы осадочного породообразования. Тема. Экзогенные геологические процессы Связаны с активностью всех внешних сред планеты: атмосферы, гидросферы, в т.ч. океанов, морей и озер, рек, временных водных потоков и ледников, а также верхней части литосферы и подземных вод. Эти процессы происходят в термодинамических условиях, свойственных верхней части планеты, как назвал ее Л.В. Пустовалов, в зоне осадкообразования. Зона осадкообразования «Процесс осадкообразования охватывает буквально всю поверхность нашей планеты,- писал Л.В. Пустовалов. Он проявляется в медленном накоплении тончайшего ила на дне глубочайших впадин Мирового океана, в бурном накоплении грубого обломочного материала в результате деятельности временных потоков, когда за несколько десятков минут иногда приходят в движение и нагромождаются миллионы кубометров песка и гравия. Вся поверхность полупустынь и пустынь, измеряющаяся в данный геологический момент около 5000000 км2 , с ее перевивающимися дюнными песками, является также ареной осадкообразования. Склоны высочайших горных хребтов, окаймленные фацией осыпей и обвалов; быстро текущие горные потоки, мутные от переносимого ими минерального материала; спокойные реки равнин, незримо перекатывающие по своему дну песчинки и уносящие в моря и океаны илистую муть; величественные ледники, медленно сползающие с возвышенностей и несущие зажатый во льду обломочный материал, чтобы отложить его в виде моренных образований; рыхлый почвенный слой, представляющий собой кору выветривания нижележащих пород; торфяные болота, где накапливаются остатки растений, которые со временем дадут ископаемые угли, полярные области, где в широких пределах осуществляется своеобразное накопление осадков, состоящих из твердой воды и представляющих собой крайне подвижную и неустойчивую горную породу, расплавляющуюся уже при температуре 00С; старые поселения человека, где он оставляет после себя кучи мусора в виде так называемого «культурного слоя», где впоследствии совершаются, между прочим, интереснейшие процессы образования нитратов, и где усердно роются его потомки, отыскивая как драгоценность, некогда брошенные предметы, ставшие теперь частью осадочных образований, чтобы судить по ним об истории культуры, - все эти и другие многочисленные области и фации, крайне разнообразные по своему характеру, являются ареной осадкообразования. Мы не можем указать такой точки на поверхности земного шара, где бы в той или иной форме не протекали процессы минерального осадкообразования. Исключение из этого не составляют и положительные, приподнятые элементы земной поверхности, на которых хотя и не накапливаются осадки, сносимые отсюда под влиянием гравитационных сил в пониженные места, но где за то энергично протекают процессы разрушения коренных массивов, что является первой стадией в образовании осадочных пород. Поверхностную зону, имеющую отношение к образованию осадочных пород, мы называем зоной осадкообразования или осадконакопления. Территориально она совпадает с поверхностью Земли, по вертикали же охватывает нижние части атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы». История всякой осадочной горной породы с момента зарождения до момента ее разрушения представляет последовательный ряд сменяющих и перекрывающих друг друга процессов. Различаются следующие основные этапы:
Лекция 3 Разрушение материнских пород Разрушение материнских пород в геологии носит название выветривания. Оно состоит из механического (физического) выветривания и химического разложения, которые тесно связаны между собой. В атмосфере, в составе которой 78,8% азота, 20,95% кислорода и 0,93% аргона, нижний слой из пяти толщиной от 8 до 18 км называется тропосферой. Механическое разрушение здесь происходит под действием солнечного тепла, дождевых вод, снега, льда, ветра и гравитационных сил. Факторами выветривания являются: 1) изменения объемов и линейных размеров минералов в результате многократных периодических сезонных и суточных колебаний температур; 2) обвалы, происходящие в горах, на берегах морей, рек. В результате вытачивания (корразии) и выдувания ветром (дефляции) разрушенного материала возникают различные формы остаточного рельефа – останцы, и образуются наиболее безжизненные каменистые пустыни – гаммады. Химическое разложение происходит под действием следующих факторов (примеры): 1. окисление: FeS2 + O2 + H2O → Fe2O3·nH2O + SO3; 2. гидратация: CaSO4 + H2O → CaSO4·2H2O; 3. карбонатизация (образование углекислых солей): жүктеу/скачать 1.24 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
