Геология и нефтегазоносность морей и океанов

Министерство образования и науки Республики Татарстан
Альметьевский государственный нефтяной институт
З.М. Сабирзянова
Геология, поиски и разведка
Учебное пособие
по дисциплине «Геология, поиск и разведка нефтегазовых месторождений»
для студентов и слушателей, занимающихся по программе профессиональной
переподготовки, специальности 080104.65 «Экономика труда»
Альметьевск 2005
1
УДК 550.8
С-12
Сабирзянова З.М.
С-12
Геология, поиски и разведка: Учебное пособие по дисциплине
«Геология, поиск и разведка нефтегазовых месторождений» для
студентов и слушателей, занимающихся по программе профессиональной
переподготовки, специальности 080104.65 «Экономика труда». –
Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2005.
– 68 с.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
программе профессиональной переподготовки по специальности 080104.65
«Экономика труда»
В учебном пособии «Геология, поиски и разведка» приведены общие
сведения о строении Земли, составе земной коры, геологических процессах.
Особое внимание уделяется основам минералогии и петрографии. Описаны
состав и свойства нефти и природных газов, происхождение и формирование
залежей нефти и газа, методы поисково-разведочных работ. Описаны
нефтегазоносные провинции Российской Федерации.
Печатается по решению учебно-методического совета АГНИ.
Рецензенты:
Р.Ш. Хайретдинов – к.г.-м.н.
Е.Ф. Захарова – к.т.н., доцент кафедры «Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений».
 Альметьевский государственный
нефтяной институт, 2005
2
Оглавление
Часть первая. Основы геологии
Глава I. Общие сведения о строении Земли, составе земной коры и
геологических процессах ……………………………………………………….3-21
1.1. Строение Земли………………………………………………………3-6
1.2. Геологические процессы…………………………………………….6-7
1.3. Минералы……………………………………………………….......7-13
1.4. Горные породы…………………………………………………….13-21
Глава II. Структурные формы осадочной толщи земной коры………..22-26
2.1.
2.2.
Слой. Элементы залегания слоя и его толщина………………........22
Пликативные и дизъюнктивные дислокации……………….......23-26
Глава III. Геологическая история развития земной коры……………..……27
3.1. Время в геологии………………………………………………….27-28
3.2. Геологическая история формирования земной коры……….......29-36
3.2.1. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы……………29-31
3.2.2. Этапы формирования и развития земной коры…………………...31
3.2.3. Современная структура земной коры………………………….31-33
3.2.4. Этапы формирования и развития современной структуры земной
коры……………………………………………………………………….33-36
Часть вторая. Геология нефти и газа
Глава I. Понятие о каустобиолитах. Состав и свойства нефтей и природных
газов……………………………………………………………..........................37-43
1.1. Каустобиолиты………………………………………………………….37
1.2. Нефть. ……………………………………………………………….37-40
1.3. Газ……………………………………………………………………40-43
Глава II. Породы, содержащие нефть и природные газы. Природные
резервуары и ловушки………………………………………………………….43-48
2.1. Породы-коллектора и породы-покрышки……………………….43-44
2.2. Природные резервуары. Ловушки……….………………………45-48
Глава III. Залежи нефти и газа………………………………………….48-53
3.1.
3.2.
3.3.
Локальные и региональные скопления нефти и газа……………48-49
Элементы залежи………………………………………………….49-50
Классификация залежей нефти и газа……………………………50-53
3
Часть третья. Поиски и разведка залежей нефти и газа………………….54-60
Глава I. Понятие о поисках и разведке залежей нефти и газа…………54-60
1.1.
Геологоразведочный процесс и задачи геологического изучения
недр………………………………………………………………………………54-55
1.2. Стадийность геологоразведочных работ на нефть и газ……….55-60
Часть четвертая. Нефтегазоносные провинции. ………………………...61-63
Глава I. Нефтегазогеологическое районирование территории РФ…..61-63
4
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Основы геологии
Изучение Земли неразрывно связано с развитием производительных сил
общества. С древних времен человек использовал для своих нужд минеральные
богатства. Это выдвинуло проблему выяснения их распределения на Земле и
поисков.
Геология появилась не сразу в объеме и с задачами настоящего времени.
Ещё в начале XVIII в. она сливалась с наукой о землевладении, в которой
суммировались знания о земном шаре как о планете, о её внутреннем строении,
поверхности, обо всем живом на нем. С течением времени объем знаний о
Земле многократно увеличился, а объекты исследований стали настолько
разнообразными, что землеведение естественно распалось на множество
самостоятельных отраслей. Основной задачей молодой ещё в то время науки
геологии становится изучение литосферы (от греч. «литос» - камень) –
каменная оболочка Земли. Как наука о Земле, её происхождении и развитии, о
зарождении и эволюции животного и растительного мира геология сыграла
немаловажную роль в борьбе за материалистическое понимание мира.
На современном уровне знаний геология – это наука, изучающая
вещественный состав литосферы, её строение и процессы, происходящие в ней
и на её поверхности, причины и закономерности возникновения этих
процессов, а также состав, строения и закономерности развития Земли в целом.
Геология является теоретической основой для поисков, разведки и разработки
всех месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа.
Глава I
Общие сведения о строении Земли, составе
земной коры и геологических процессах
1.1. Строение Земли
Земля представляет собой тело, форма которого близка к трехосному
эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и по экватору.
По данным, полученным с помощью космических исследований, длина
земного меридиана 40008,548 км, а длина экватора 40075,704 км. Средний
радиус шара – 6371 км.
По геофизическим материалам установлено неоднородное внутреннее
строение Земли. Упрощено в ней выделяются ядро радиусом около 3400 км,
мантия (или промежуточная оболочка) толщиной 2900 км и земная кора,
толщина которой в районах материков 30-50 км, а в области океанов – 5-8 км
(рис.1). Каждая из этих геосфер неоднородна и подразделяется на субоболочки,
различающиеся по физико-химическим свойствам.
5
Представление о неоднородном строении земного шара первоначально
базировалось на сравнении плотности горных пород, наиболее широко
встречаемых в природе, со средней плотностью Земли. Средняя плотность
Земли равна 5,52 г/см3, что превышает плотность горных пород,
распространенных в земной коре (табл.1).
Таблица 1
Порода
Гранит
Гнейс
Базальт
Известняк
Глина
Плотность, г/см3
2,5-3
2,4
2,7-3,2
2,4-2,8
1,6-2,8
Наиболее изучена земная кора или литосфера (рис.1.), которая
характеризуется резко изменяющейся толщиной и неодинаковым строением.
Подошва земной коры – поверхность Мохоровичича – залегает под
континентами на глубине 40 км, а под океанами на глубине 11-12 км. Средняя
толщина океанической коры около 7 км. Земная кора состоит из множества
геологических тел, разнообразных по составу, форме и размерам.
Мельчайшими в этом множестве являются отдельные зерна и кристаллы,
которые представляют собой, природные химические соединения или
самородные элементы, называемые минералами. С поверхности земной коры
сложена осадочными горными породами (глинами, песками, гипсами)
объединяемыми под названием осадочного слоя. Скорость прохождения
продольных сейсмических волн в этом слое земной коры менее 4,5 км/с.
Сложена земная кора горными породами, соединениями Si и Al, плотность
вещества δ=1,6-3,3 г/см3.
Верхняя
Нижняя
2900км поверхность
Вихерта-Гуттенберга
5100км промежуточный слой
Внутреннее
(ядрышко)
ядро
80км поверхность
Мохоровичича
900км астеносфера
Внешнее
мантия
Земная кора (литосфера)
6378км
6
Второй слой на континентах получил название гранитного, вследствие
того, что скорость поперечных и продольных волн в нем примерно отвечает
скоростям, полученным для образцов гранита. В океанических впадинах второй
слой отличается меньшей средней плотностью и меньшими скоростями
распространения сейсмических волн. Предполагается, что он состоит из
переслаивания базальтовых лав с уплотненными осадочными породами.
В нижней части земной коры скорость распространения продольных волн
изменяется от 6-7,5 км/с.
По толщине и составу различают три типа земной коры (рис.2):
Рис.2. Тип земной коры:
I – океаническая; II- континентальная; III – переходной области. 1 –
области покрытые водой; 2 – осадочный слой; 3 – гранитный слой
континентальной коры; 4 – базальтовый слой; 5 – габбро-серпентинитовый
слой (нижний слой океанической коры); 6 – переходный слой (нижний слой
континентальной коры); 7 – мантия; 8 – глубинные разломы.
1)
континентальная – характеризуется максимальной толщиной до
75 км в горных сооружениях, 25-35 км – на равнинах. Верхний
слой её сложен осадочными горными породами, толщиной до 25
км. Ниже располагается гранитный слой, толщиной до 40 км в
горных сооружениях и 15-20 км на платформах. В нижней части
коры выдвигаются базальтовый и подстилающий его
переходный слой, толщиной 20-25 км.
2)
океаническая – тоньше океанической земной коры и имеющая
трехслойное строение: верхний слой – осадочный, толщиной в
центральных частях океанов не более 1 км, на переферии – до 1015 км и более; средний слой – базальтовый (гранитного слоя в
океанической коре нет), толщиной 1,5-2 км.
3)
кора переходных областей – характерна для переферии крупных
континентов.
Промежуточная оболочка (мантия) – располагается между земной корой
и ядром Земли в интервале глубин 50-2900 км, скорость распространения
сейсмических волн – 13,7 км/с для продольных волн и 7,3 км/с для поперечных.
По составу мантия близка к ультраосновным породам – перидотитам и
пироксенитам. В верхней части мантии располагаются первичные
магматические очаги. В составе мантии большую роль играют соединения Mg и
7
Si, поэтому эту поверхность называют поверхностью «сима». Плотность
вещества 3,3-5,5 г/см3. По строению мантия состоит из верхней и нижней
мантии. В основании которых располагаются астеносфера – слабые оболочки
Земли.
Ядро Земли – центральное тело нашей планеты, ограниченное
поверхностью раздела на глубине 2900 км, скорость продольных колебаний
скачкообразно снижается с 13,7 до 8 км/с, а поперечные волны ядро не
пропускает. Ядро состоит из внешнего ядра, находящегося в расплавленном
состоянии и внутреннего (ядрышко) с глубины 5100 км – твердого. Ядро имеет
железоникелевый состав и поэтому и назвали его «нифе» (NiFe). Плотность
вещества 10-12 г/см3.
1.2. Геологические процессы
Процессы изменения земной коры и более глубоких геосфер Земли
называются геологическими. Земная кора в течение длительной истории
развития, измеряемой млрд. лет, меняла свой облик. При этом меняла как
состав, слагающих земную кору горных пород, так и её строение. Эти
изменения обусловлены проявлением различных геологических процессов.
Геологические процессы проявляются по-разному. Одни из них
протекают бурно и совершаются на глазах человека (землетрясения, вулканизм,
горные обвалы), другие действуют медленно, в течение млн. лет, благодаря
чему приводят к большим изменениям лика Земли (колебательные движения
земной коры, геологическая деятельность дождевых струй, ветра, морских
волн).
Источниками энергии геологических процессов может быть тело,
посылаемое на Землю Солнцем, притяжение Солнца и Луны, вращение Земли
вокруг своей оси, тепло, выделяемое Землей при распаде радиоактивных
изотопов.
Соответственно источником энергии все геологические процессы
условно делятся на экзогенные (внешние), источник энергии которых лежит
вне пределов Земли, и эндогенные (внутренние), обусловленные энергией,
выделяемой самой Землей.
Экзогенные процессы обусловлены атмосферными явлениями,
геологической деятельностью морей, рек, озер, подземных вод, ветра,
ледников, животного и растительного мира. В результате экзогенных процессов
в приподняты участках земной поверхности горные породы разрушаются, а в
пониженных происходит накопление продуктов их разрушения. Общим
результатом разрушения и накопления является постепенное выравнивание
рельефа, которое приводит к ослаблению экзогенных процессов. Выравнивание
поверхности земной коры было бы уже полным, если бы не непрерывные
изменения рельефа в результате эндогенных процессов.
Эндогенные процессы обуславливают вертикальные и горизонтальные
перемещения земной коры, землетрясения, извержения вулканов, изменения
горных пород под действием высоких давлений и температур на больших
8
глубинах или при изменении огненножидкой лавы на поверхность. Эндогенные
процессы протекают в глубинных областях Земли. В результате существенно
изменяются старые и образуются новые горные породы, нарушается
первоначальное залегание пород, изменяется форма геологических тел,
образуются разрывы. С эндогенными процессами связано возникновение и
развитие материков, океанических впадин и возвышенностей.
Все в природе находится в вечном возникновении и уничтожении, в
непрерывном течении. Эти изменения происходили и происходят в постоянном
взаимодействии и в непрерывной борьбе экзогенных и эндогенных процессов.
В одни отрезки времени ведущую роль играли первые процессы, а в другие –
вторые. В этом противоположении внешних и внутренних сил, и борьбе,
глубоком взаимодействии и единстве и выражается диалектика исторического
развития нашей планеты.
1.3. Минералы
Минералы – это природные химические соединения, которые образуются
в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре и на
её поверхности. Известно более 5000 минералов, отличающихся химическим
составом, внутренним составом, физико-химическими свойствами, формой
нахождением
в
природе
и
происхождением.
Встречаются
они
преимущественно в твердом (кварц SiO2, слюда), в жидком (самородная ртуть),
газообразном (сероводород).
Все минералы по химическому составу подразделяются на следующие
классы:
1. самородные элементы (золото, платина, серебро, медь);
2. сульфиды (пирит FeS2, галенит PbS, киноварь HgS);
3. галоиды (галит NaCl, сильвин KCl);
4. сульфаты (гипс CaSO4∙2H2O, ангидрит CaSO4);
5. карбонаты (кальцит CaCO3, доломит CaCO3∙MgSO3);
6. окислы и гидроокислы (кварц SiO2, корунд Al2O3, гематит Fe2O3);
7. фосфаты (апатит Ca5(F,Cl)[PO4]3, фосфорит);
8. силикаты (мусковит, биотит, роговая обманка).
Минералы, имеющие широкое распространение в составе горных пород
называются породообразующими. Наиболее характерные для минерала
свойства и формы нахождения в природе называются диагностическими, то
есть используются для его определения в естественном залегании.
Физические свойства минералов
Физическими свойствами минералов являются их цвет, цвет черты,
прозрачность, блеск, излом, спайность, твердость и удельный вес. При
диагностике минерала необходимо определить все его физические свойства, так
как часто у различных минералов могут быть одинаковыми отдельные из них.
Иногда конкретное физическое свойство минерала может сильно меняться в
9
зависимости, например, от примесей. Некоторые из физических свойств
настолько характерны, что позволяют уверенно диагностировать минерал.
Например, магнетит легко распознается по реагированию на него
магнитной стрелки, вследствие солености – сильвин, галит и карналлит
распознаются на вкус. Некоторые минералы распознаются по реакции с
соляной кислотой, сопровождающейся выделением пузырьков углекислого
газа. Например, кальцит распознается по реакции с холодной, а магнетит – с
подогретой соляной кислотой. Доломит реагирует на соляную кислоту в
порошке.
Цвет. Один и тот же минерал может быть окрашен в различные цвета,
например, флюорит бывает оранжевым, фиолетовым, зеленым, бесцветным.
Для некоторых из минералов цвет – это важное диагностическое свойство.
Например, всегда желтая сера, красный киноварь или зеленый малахит. За счет
интерференции света, отражающегося от обоих плоскостей тончайших трещин,
на поверхности минерала возникают радужные окраски. Это явление
называется иризацией. Например, лабрадор легко распознается по красивой
синей иризации, возникающей при его вращении. Иногда за счет
интерференции света в поверхностной пленке на минерале возникает
побежалость. По радужной побежалости, переливающееся синим, красным и
фиолетовым цветами, распознаются барит и халькопирит.
Цвет черты или цвет минерала в порошке. У некоторых минералов цвет
их в порошке отличается от цвета в куске. Например, пирит в куске солнечножелтый, в порошке – зеленовато-черный.
Чтобы получить порошок определяемого минерала, достаточно провести
им по шероховатой (неглазурованной) поверхности фарфоровой пластинки, на
которой минералы, имеющие твердость не более 5, оставляют
порошкообразный след в виде черты.
Блеск минералов обусловлен отражением света от поверхности или
поверхности излома. По блеску минералы делятся на две группы. К первой
относятся минералы с металлическим и металловидным блеском.
Металлический блеск, напоминающий блеск свежего металла, характерен,
например, для пирита, галенита, а металловидный, напоминающий блеск
потускневшей поверхности металла, характерен, например, для графита. Вторая
группа – минералы с неметаллическим блеском. Среди неметаллических
блесков различают:
1) алмазный – самый сильный блеск у минералов с высшим показателем
преломления света (алмаз);
2) стеклянный, напоминающий блеск поверхности стекла характерный
для минералов с невысоким показателем преломления света (кальцит);
3) жирный – при котором поверхность минерала кажется как бы
покрытой пленкой жира (нефелин);
4) перламутровый, радужные переливы возникают вследствие отражения
света от плоскостей спайности (слюда);
5) шелковистый – характерен для минералов с волокнистым строением
(асбест);
10
6) матовый – кремень.
Прозрачность – это способность минерала пропускать свет. Например,
горный хрусталь и топаз является прозрачными минералами, а халцедон –
полупрозрачным. Полевые шпаты являются просвечивающими, то есть
пропускают свет только в очень тонких пластинах, а пирит и магнетит –
непрозрачными.
Излом – это вид поверхности, образовавшийся при раскалывании
минерала. Излом бывает раковистым, занозистым, неровным, землистым,
зернистым. Диагностическим свойством актинолита и роговой обманки
является занозистый излом. Раковистый излом характерен халцедона,
землистый – для каолинита и лимонита.
Спайность – это способность минерала раскалываться или расщепляться
по определенным направлениям. Различают 5 видов спайности:
1. весьма совершенная – это способность минерала раскалываться на
тонкие ровные пластинки (слюда);
2. совершенная – это способность минерала раскалываться на ровные
поверхности только по определенным направлениям. Кальцит при
ударе молотком образует обычно две ровные поверхности,
расположенные под определенным углом;
3. средняя – это способность минерала образовывать при ударе молотком
как ровные по определенным направлениям, так и не ровные
поверхности (полевые шпаты);
4. несовершенная – это способность минерала довольно редко
образовывать ровные поверхности при раскалывании (апатит, оливин);
5. весьма несовершенная – это способность минерала образовывать при
ударе молотком только неровные поверхности (кварц, золото).
Твердость – это способность минерала противостоять внешнему
механическому воздействию. Ф.Моос (1773-1839 г.г.) предложил метод
определения твердости минерала путем царапания его минералами –
эталонами. Шкала Мооса состоит из 10 минералов, расположенных в порядке
возрастания твердости:
1. тальк – Mg(OH)2[Si4O10]
2. гипс – CaSO4∙2H2O
3. кальцит – CaCO3
4. флюорит – CaF2
5. апатит – Ca5(PO4)3(F,Cl)
6. ортоклаз - K[AlSi3O8]
7. кварц – SiO2
8. топаз – Al2(F,OH)2∙[SiO4]
9. корунд – Al2O3
10. алмаз – С.
Каждый последующий минерал шкалы царапает предыдущий. Для
определения твердости исследуемого минерала по его поверхности проводят
минералом из шкалы Мооса. Если на исследуемом минерале остается царапина,
то его твердость меньше, чем у эталона.
11
Твердость минералов определяется и при помощи ряда предметов: так
твердость 1 имеет графит мягкого карандаша, твердость 2 – минерал галит,
около 2,5 – ноготь, 4 – железный гвоздь, 5 – стекло, 6 – стальной нож, 7 – кварц.
Удельный вес. Для приблизительного определения удельного веса
минерала его взвешивают на руке с оценкой тяжелый, средний или легкий. По
удельному весу различают минералы: легкие – с удельным весом до 2,5 (гипс,
галит); средние с удельным весом до 4 (кальцит, кварц); тяжелые – с удельным
весом больше 4 (барит, магнетит). Такие минералы как магнетит, барит часто
диагностируются по тяжести при взвешивании их на руке.
Физические свойства являются важными диагностическими свойствами
минералов. Однако часто возникают затруднения при диагностики минерала
даже при определении всех его физических свойств. Поэтому важно описать
морфологию минерала, то есть его внешний облик или форму нахождения в
природе.
Формы нахождения минералов в природе
Минералы встречаются в природе в виде одиночных кристаллов, их
закономерных и незакономерных сростков, конкреций, секреций, дендритов,
псевдоморфоз, налетов, выцветов, корок и минеральных агрегатов. Форма
нахождения в природе минерала часто является его важным диагностическим
свойством. Минералы встречаются в виде кристаллов, размеры которых
колеблются от микроскопических до нескольких метров.
Форма (морфология) минерала зависит от его внутреннего строения и
условий образования. Свободно растущий анизотропный минерал имеет
обычно ярко выраженную кристаллическую форму. Однако изменения в
условиях образования минералов приводят иногда к самому необычному для
данного минерала внешнему виду. Чаще минералы встречаются в виде
кристаллических агрегатов и сростков.
Кристаллические агрегаты – скопление минеральных зерен
кристаллической формы, зависящей от внутреннего строения минерала и
формы пространства, в котором происходила кристаллизация минерала.
Кристаллическими агрегатами сложены все горные породы. По величине зерен
их делят на :
1) крупнозернистые (размер зерен свыше 5 мм);
2) среднезернистые (от 2 до 5 мм);
3) мелкозернистые (менее 2 мм);
4) землистые (менее 0,5 мм).
Кристаллические агрегаты образуются при одновременном зарождении
массы кристаллов. При своем росте они заполняют все имеющиеся
пространство, и потому форма их, свойственная данному минеральному
веществу, не всегда в кристаллических агрегатах хорошо выражена. Среди
кристаллических агрегатов различают зернистые, имеющие изометричную
форму зерен (пирит, магнетит, галенит, каменная соль), шестоватые вытянутой
12
формы (роговая обманка), волокнистые (асбест), пластинчатые (гипс),
чешуйчатые (графит) и столбчатые (селенит).
Минералы в природе встречаются и в других агрегатных состояниях: в
виде друз, конкреций, секреций, в виде натечных форм.
Друзами (щетками) называют незакономерные строки отдельных
кристаллов, прикрепленных одним концом к какой-либо поверхности (кварц,
флюорит).
Конкреции – шаровидные стяжения с радиально-лучистыми или
скорлуповатым сложением. В центре конкреций часто находятся органические
остатки, вокруг которых концентрировалось минеральное вещество; рост
кристаллов в конкрециях направлен от центра к периферии. Образуются
конкреции среди осадочных пород, например, среди глин, песков (чаще в
момент их накопления). В виде конкреции встречаются фосфориты,
халькопирит. Разновидностью конкреций является оолиты – минеральные
скопления в виде горошин концентрически-скорлуповатого или радиальнолучистого строения, образовавшихся при оседании минерального вещества
(лимонит, боксит) вокруг каких-либо мелких частиц.
Секреции образуются при заполнении минеральным веществом пустот в
горные породы. В отличии от конкреций отложение вещества идет от
периферии к центру. Секреции до 10мм в поперечнике называются
миндалинами, более крупные – жеодами (кварц, кальцит).
Натечные формы возникают при медленном обволакивании
минеральным веществом каких-либо поверхностей. Главная роль принадлежит
коллоидным растворам. При этом образуются характерные почковидные,
гроздевидные агрегаты или формы в виде сосулек – сталактитов и сталагмитов
(в пещерах кроме указанных форм, минералы образуют налеты, выцветы,
корочки на поверхности каких-либо обломков пород, в месте выхода
подземных вод на поверхность. При кристаллизации минерального вещества в
мельчайших трещинах образуются дендриты – тончайшие древовидные
ветвистые формы кристаллов).
Иногда минералы образуют кристаллические формы, не свойственные
им. Это происходит в случае заполнения пустоты в породе возникшей при
растворении другого минерала или при разложении органического остатка.
Такое явление называется псевдоморфизмом. Например, кубические кристаллы
гипса представляют псевдоморфозу по каменной соли, кубы лимонита –
псевдоморфозу по пириту.
Описанный выше список морфологических форм далеко не полностью
отражает их разнообразие. Наиболее распространенными формами нахождения
минералов в природе является минеральные агрегаты. Следует отметить также,
что облик минерала в естественном залегании зависит от его происхождения.
13
Происхождение минералов (генезис)
Знание условий образования минералов и имеет громадное значение для
прогноза поисков их и для восстановления истории геологического развития
изучаемого района.
Встречающиеся в земной коре минералы образовавшиеся в результате
определенных процессов, протекающих в толще земной коры или на её
поверхности.
Различают следующие типы, происхождения минералов: магматический,
пегматитовый, пневматолитический, гидротермальный, метаморфический и др.
Магматический тип. Минералы образовавшиеся из магмы – сложного
силикатного высокотемпературного расплава, насыщенного газами. Магма
возникает в виде очагов в мантии при изменении давления или температуры в
результате, протекающих там физико-химических процессов. Магма,
вылившаяся на поверхность и потерявшая часть газов и паров, называется
лавой.
Поднимаясь из недр Земли, магма остывает и расщепляется
(дифференцируется). При медленном остывании из неё на ранних стадиях
выделяются оливин, пироксены, плагиоклазы, позже – амфиболы, слюды,
ортоклаз и микроклин и в последнюю очередь – кварц.
Пегматитовый тип. Связаны с остыванием последних порций магмы,
обогащенной щелочами и окислами, насыщенной газами, связано так
называемое пегматитовое образование минералов. Пегматитовые жилы,
состоящие из крупных кристаллов кварца и полевого шпата, прорезают иногда
магматические тела во всех направлениях. В эту стадию дифференциации
магмы образовываются многие рудные минералы и драгоценные камни. Из
магматитовых жил добывают
слюду, пьезокварц и ортоклаз. Пегматитовая стадия дифференциации
магмы, согласно А.Е.Ферсману, начинается при температуре 7000С и
заканчивается при 5000С.
Пневматолитовый и гидротермальный типы. При внедрении магмы в
земную кору или даже при её поступательном движении опережая её, движутся
выделяющиеся из неё газы. Среди них перегретые перегретые пары воды,
сернистые, фтористые и хлористые соединения различных металлов и
водорода, соединения бора, фосфора, серы и других компонентов. Они
поднимаются по трещинам и разломам в земной коре. Из этих летучих
соединений и образуются в трещинах и пустотах в земной коре, в остывшем
магматическом теле (тоже в пегматитовых жилах) разнообразные минералы.
При пневматолизе образуются руды вольфрама, мышьяка, молибдена, висмута
и другие. При температурах ниже 5000С пневматолиз сопровождается
гидротермальными процессами, с которыми связано образования золота,
галенита, сфалерита, киновари, пирита, халькопирита и других. При
температурах ниже 3750С гидротермальный тип образования минералов
проявляется самостоятельно.
14
Метаморфический тип образования характерен для большой группы
минералов. Возникновение их связано с воздействием высоких температур и
давлений на существующие минералы и горные породы. Такие условия
возникают, например, на контакте внедрившейся магмы и вмещающих её
пород. Здесь образуются магнетит, гранаты, хлориты, тальк и другие
скопления, имеющие промышленное значение. Примерами являются
месторождение магнитного железняка на Урале, месторождение графита в
Восточных Саянах.
Известны и другие типы генезиса минералов. Необходимо иметь в виду,
что один и тот же минерал может образовываться в различных условиях,
приобретая при этом различные типоморфные особенности. Совместное
образование различных минералов в одних и тех же условиях получило
название парагенезиса. По условиям образования часто определяют условия
нахождения минералов в природе.
Минеральные массы в земной коре скопляются в виде штоков – тел
неправильной формы, иногда громадных размеров, пластов (гипс), линз
(кварц), жил, представляющих собой заполнение минеральной массой трещины
в породах (асбест), конкреций (фосфориты), включений (пирит в породе), друз
(флюорит), дендритов и других форм.
Известно 5 тысяч минералов, но только 450 из них широко
распространены в природе и называются породообразующими.
1.4. Горные породы
Горные породы представляют собой природный агрегат нескольких
определенных минералов и реже состоят из скопления бесконечного числа
зерен минерала. Породы, состоящие из одного минерала, называются
мономинеральными (кварцит – из кварца). К полиминеральным минералам
относятся те, которые состоят из нескольких минералов (гранит – из кварца,
ортоклаза и слюды). Каждая горная порода образуется в строго определенных
физико-химических условиях. Входящие в состав и определяющие свойства
горной породы минералы называются породообразующими (их около 40).
Помимо породообразующих минералов в породах присутствуют акцессорные
минералы (второстепенные). Причем каждой группе пород свойственны свои
акцессорные минералы, встречающиеся в породах в виде отдельных
включений.
Для точного диагностирования породы необходимо изучить не только
минералогический состав, но и структуру и текстуру.
Под структурой понимают строение минерального агрегата, то есть
степень кристалличности, форму, размеры минеральных зерен, слагающих
данную породу. Под текстурой понимают сложение породы, то есть взаимное
расположение слагающих её минералов. Структура и текстура горной породы
обуславливается физико-химическими условиями её образования.
15
Таким образом, горные породы – это чаще всего агрегат более или менее
количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся
определенным комплексом физических свойств и условиями образования.
По условиям образования (генезису) горные породы, слагающие
литосферу, условно делятся на 3 класса:
1. Магматические или изверженные, породы, образовавшиеся из
застывшей в различных условиях магмы (лавы).
2. Осадочные породы, образовавшиеся на поверхности Земли при
разрушении любых, ранее существовавших пород и минералов и
последующем механическом или химическом отложении продуктов
этого разрушения, а также благодаря жизнедеятельности или
отмирания организмов.
3. Метаморфические породы, образовавшиеся на больших глубинах из
магматических или осадочных пород под воздействием на них
высоких температур и давлений свойственных этим глубинам, а также
в ряде случаев благодаря обогащению их различными газообразными
и парообразными веществами, выделяющимися из близлежащего
магматического очага.
Магматические горные породы
Магматические горные породы образуются в процессе кристаллизации
природного силикатного расплава – магмы. В зависимости от условий
кристаллизации магмы, многие горные породы разделяются на две
генетические группы: эффузивные, излившиеся на поверхность Земли и
интрузивные, кристаллизующиеся в литосфере. Интрузивные породы бывают
абиссальные (глубинные) и гипабиссальные (полуглубинные).
Абиссальные породы образуются при кристаллизации магмы в глубине
литосферы в условиях больших температур и давлений при незначительной
разнице в температуре магмы и окружающей среды. При медленном остывании
магмы
вся
масса
силикатного
расплава
успевает
полностью
раскристаллизоваться. Образовавшиеся породы имеют полнокристаллическую,
равнокристаллическую и крупнокристаллическую структуру, то есть целиком
состоят из кристаллов размерами приблизительно 5-20мм, равномерно
распределенных по объему породы.
Структура гипабиссальных пород, образующихся в литосфере из многих
расплавов на небольшой глубине в условиях значительной разницы температур
магмы и окружающей среды, характеризуются полнокристаллическим
строением. Однако в отличие от абиссальных структура гипабиссальных пород
не крупно-, а мелко- или среднекристаллическом, соответственно с размерами
зерен или кристаллов (1-5,1-0,1мм). В большинстве гипабиссальных пород на
фоне мелко-среднекристаллической основной массы, присутствуют отдельные
обычно крупные кристаллы в виде вкраплений. Образование вкраплений
крупных кристаллов возможно происходило ещё в условиях больших глубин,
до внедрения магмы в верхние части литосферы. Тип гипабиссальных
16
неравномерно кристаллических структур, где одновременно присутствуют
крупные вкрапленники и мелко-среднекристаллическая масса, получил
название порфировидных структур. Таким образом, гипабиссальные породы,
характеризуются
порфировидной,
полнокристаллической,
равномернокристаллической, мелко-среднекристаллической структурой.
Эффузивные поды образуются из магматического расплава, излившегося
на земную поверхность. Кристаллизация магмы при этом происходит в две
фазы: первая – начальная стадия кристаллизации при относительно медленном
остывании расплава на глубине, вторая – при быстром остывании в процессе
излияния магмы на поверхность. В первую фазу образуются небольшое
количество крупных и хорошо ограниченных кристаллов, называемых
вкрапленниками. Резкое понижение температуры и давления при излиянии
магмы на земную поверхность вызывает чрезвычайно быстрое её
затвердевание, вследствие чего расплав кристаллизуется в виде мельчайших
(<0,01мм) кристалликов – микролитов и вулканического стекла, соотношение
которых в породе может изменяться. Горная порода, полностью состоящая из
вулканического стекла, называется обсидиан. Таким образом, структуры
эффузивных пород характеризуются следующими общими признаками:
неполнокристаллические, неравномернозернистые. При наличии того или
иного качества крупных кристаллов – вкрапленников на фоне
скрытокристаллической или стекловатой основной массы структуры называют
порфировыми. Значительно реже встречаются породы, где вкрапленники
отсутствуют. Подобный тип структур носит название афировых.
Магматические горные породы – продукты кристаллизации магмы
отличавшаяся друг от друга в первую очередь условиями их образования и
составом. В основу разделения магматических горных пород по химическому
составу принимается общее соединение в них кварца SiO2; кислотность и
щелочность минералов K+Na (щелочность). По соединению SiO2 выделяется
ультраосновные (SiO2<45%), основные (SiO2 – 45-50%), средние (SiO2 – 5265%), кислые (SiO2 – 65-75%), ультракислые (SiO2>75%). По отношению
щелочей и щелочных земель выделяются нормальный или щелочно-земельный
ряд пород, богатый Ca, Mg, Fe и щелочной ряд – богатый K и Na (табл.2).
изменение химического состава пород сказывается прежде всего на появление
или наоборот исчезновению того или иного из породообразующих минералов.
В зависимости от соединения последних всех магматических горных пород
разбиты на 7 главнейших типов. Эффузивные подразделяются на 2 ряда:
неотипные (неизменные) и палеотипные (вторично-измененные) породы.
Первые из них характеризуются почти полным отсутствием вторичных
изменений вкрапленников и основной массы. В палеотипных разностях
вкрапленники
частично
или
полностью
замещены
вторичными
(эпимагматическими) минералами, вулканическое стекло превращено в
мелкокристаллический агрегат эпимагматических минералов. Для диагностики
магматической горной породы предлагается воспользоваться табл.2.
При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное
количество раскаленных обломков вулканического стекла, кристаллов
17
различных минералов, твердеющей лавы и вулканического пепла. Падая на
землю, эти обломки засыпают большие площади, часто смешиваются с
осадочными породами и образуют группу пирокластических пород. В
дальнейшем эти отложения претерпевают литогенез подобно осадочным
горным породам. К ним относятся вулканические туфы.
Таблица 2
Щелочной ряд (повышенное содержание Na и К)
Нормальный
щелочноземельный ряд
(содержит Fe,Mg, Ca)
52-65
45-52
<45
Содержание SiO2, в%
<52
52-65
Минеральный состав
Нефелин;
калиевые
полевые шпаты;
кислые
плагиоклазы;
щелочные
роговые
обманки;
щелочные
пироксены;
слюды
Калиевые
полевые
шпаты;
кислые
плагиоклазы;
роговая
обманка
(щелочной
пироксен,
биотит)
Кварц;
калиевые
полевые
шпаты;
кислые
плагиоклазы;
слюды
(роговая
обманка)
Средние
плагиоклазы;
кварц;
роговая
обманка;
калиевые
полевые
шпаты,
биотит
(пироксен)
Средние
плагиоклазы;
роговые
обманки
(пироксен,
биотит)
Основные
плагиоклазы;
пироксены
(оливин,
роговая
обманка)
Трахит
Липарит
Дацит
Андезит
Базальт
Трахитовый
(ортоклазов
ый) порфир
Липарит
(кварцевый
порфир)
Дацитовый
(кварцевый
порфирит)
Андезитовы
й порфорит
Базальтовый
порфирит
Условия залегания
Особенност
и хим.
состава
Главнейшие группы магматических горных пород
65-75
Пироксены;
оливин; рудные
минералы
Гипабиссальные
Абиссальные
Интрузивные породы
Неотипн
ые
Фенолит
Палеоти
пные
Эффузивные
породы
Структура
Порфировая, неравномерно
кристаллическая, с
крупными вкрапленниками
стекловатой или
микрокристаллической
основной массой
Меймечит
Порфировидная –
полнокристаллическая,
неравномерно кристаллическая с
крупными вкрапленниками и
мелко- или средне зернистой
основной массой
Порфиро
видный
нефелино
вый сиенит
Сиенитпорфир
Гранитпорфир,
пегматит
Гранодио
рит
порфир
Диорит
порфир
Диабаз,
габбродиабаз
Пикрит,
пикрито
вый
порфирит,
кимберлит
Полнокриталлическая,
равномернокристаллическая,
крупнокристаллическая
Нефелино
вый сиенит
Сиенит
Гранит
Гранодио
рит
Диорит
Габбро,
лабрадо
рит,
горнблен
дит
Дунит,
перидотит,
пироксе
нит
Осадочные горные породы
Если глубокие недра литосферы почти нацело состоят из магматических
и метаморфических пород, то поверхностная толща литосферы на 75% сложена
из осадочных пород (от общего объема пород, слагающих земную кору, на
долю осадочных приходится не более 3%). Осадочные горные породы
образовались на поверхности Земли в результате накопления минеральных
масс, полученных в процессе разрушения горных пород (магматических,
осадочных, метаморфических). Процессы разрушения и накопления новых
горных пород на поверхности Земли идут повсеместно: в пустынях, вдоль
морских и океанических берегов, на дне морей и океанов, в речных долинах, в
горах. Образование осадочных горных пород происходит в несколько этапов:
18
1) образование осадков в результате выветривания более древних горных
пород, действия других экзогенных факторов или жизнедеятельности
организмов;
2) перенос осадков водой, ветром, ледниками и другими агентами;
3) накопление осадка (седиментогенез) в результате осадочной
дифференциации;
4) диагенез – преобразование рыхлого осадка в достаточно плотную
осадочную породу;
5) катагенез и метагенез – преобразование уже осадочной горной породы
под действием возрастающих tоС и давлений зникающих в развитие перекрытия
их вновь формирующимися осадочными породами.
Этапы образования осадочной горной породы называется литогенез
Осадочные горные породы по происхождению делятся на 3 группы:
1.
обломочные
(кластические),
образовавшиеся
благодаря
механическому разрушению каких-либо ранее существовавших
пород, переносу обломков и накоплению их. Обломочные горные
породы претерпевают все этапы литогенеза, однако на этапе
седиментогенеза основную роль играют процессы механической
осадочной
дифференциации.
Механическая
осадочная
дифференциация заключается в том, что ближе всего от места
образования обломочного материала отлагаются наиболее
крупные частицы, дальше всего – наиболее мелкие. При прочих
равных условиях в направлении от источника сноса
последовательно накапливаются глыбы, валуны, галька, гравий,
песок, алеврит, пелитовые (глинистые по размеру) частицы
(рис.3). При классификации обломочных пород учитываются не
только размер обломков, но и их форма (окатанные или
неокатанные), а также наличие или отсутствие цементирующего
материала (табл. 3).
глыбы
валуны
галька
гравий
песок
алеврит
Рис. 3 Схема механической осадочной дифференциации
19
пелит
Таблица 3
Классификация обломочных пород
Группы горных
пород
Размеры обломков,
мм
Грубообломочные
породы (псефиты)
Крупные
Песчаные породы
(псаммиты)
Алевролитовые
породы (алевролиты)
Глинистые породы
(пелиты)
Рыхлые породы
С окатанными
обломками
С неокатанными
обломками
Валуны
Глыбы
Сцементированные породы
С окатанными
обломками
С неокатанными
обломками
Средние
200-10
Мелкие
10-2
Грубые
2-1
Крупные
1-0,5
Средние
0,5-0,25
Мелкие
0,25-1
0,1-0,01
Галечники
Щебень
Гравий
Дресва
Пески грубозернистые
Пески крупнозернистые
Пески среднезернистые
Пески мелкозернистые
Алевролиты
Валунные
Глыбовые
конгломераты
брекчии
Конгломераты
Брекчии
Гравийные конгломераты
Песчаники грубозернистые
Песчаники крупнозернистые
Песчаники среднезернистые
Песчаники мелкозернистые
Алевролиты
<0,01
Глины (физические)
Аргиллиты
200
глинистые, сформировавшиеся в результате совместного
механического и химического разрушения каких-либо ранее
существовавших пород, переноса продуктов разрушения и их
накопления. К глинистым осадочным горным породам относят
каолин, монтмориллонит, хлорит, гидрослюды, глина и т.д. и
состоят из обломков диаметром менее 0,01мм.
3.
химические породы образовались благодаря выпадению осадков
из растворов; органогенные – результат жизнедеятельности
организмов или скопления отмерших организмов (например,
известняк, доломит, мергель, лимонит).
Химические и органогенные горные породы делятся на следующие
подгруппы по составу:
а) карбонатные (доломит, известняк);
б) железистые (лимонит, гематит);
в) галлоидные (сильвинит, карналит);
г) сернокислые (гипс, ангидрит);
д) алюминистые (боксит, корунд)
е) фосфатные (фосфорит);
ж) горючие породы (каустобиолиты-торф, угли, горючие сланцы).
2.
Метаморфические горные породы
Метаморфические горные породы образуются в процессе преобразования
ранее образовавшихся осадочных, магматических, а также метаморфических
пород, под действием высоких температур и громадного давления и
пневматолиза.
Пневматолиз
–
процесс,
ведущий
к
изменению
минералогического состава исходных горных пород под действием химически
активных веществ – газов и паров, выделявшихся из внедрившейся в эти
породы магмы. Последняя изменяет вмещающие её породы и за счет
воздействия на них высоких температур, свойственных ей. Ориентированное
20
давление возникает при горообразовательных процессах, а всестороннее при
опускании горных пород в более глубокие зоны земной коры, где они
испытывают давление вышележащих толщ и влияние высоких температур,
характерной для этой зоны.
В связи с преобладанием того или иного фактора в преобразовании
горных пород различают следующие виды метаморфизма: (табл. 4).
1. динамометаморфизм
2. региональный
3. контактовый
4. пневматолитовый или гидротермальный метаморфизм
5. автометаморфизм
Динамоморфизм. Основная причина изменения пород – высокое
давление. Под действием давлений породы скручиваются, сжимаются, а иногда
перетираются до мельчайших частиц. Так возникают тектонические брекчии и
милониты. Минералы в горных породах, подвергшихся динамоморфизму,
приобретают характерную ориентировку, располагаясь линейно – параллельно.
Текстура пород сланцеватая, тонкополосчатая нередко очковая (табл. 5).
Региональные метаморфизм – проявляется под действием высокого
давления и температуры, свойственных глубоким зонам земной коры,
охватывает громадные площади. При этом образуется характерные для
каждого из этапов преобразования ряды пород. Значительные изменения
претерпевают глины, уплотняясь, обезвоживаясь и превращаясь в аргиллиты,
отличающиеся полной неразмокаемостью. В начальной стадии метаморфизма в
условиях относительно низких температур аргиллиты превращаются в
аргиллитовые (глинистые) сланцы (табл. 5). Изменения выражаются в
появлении тонкосланцеватой текстуры, характеризуются параллельным
расположением чешуйчатых и таблитчатых минералов. В глинистом минерале
возникают скопления мельчайших зерен кварца, слюды, хлорита, пирита, угля.
Эти породы легко раскалываются сланцеватости на ровные плитки с матовой
поверхностью.
Так как температура и давление меньше в верхних зонах земли и больше
в недрах, то и степень преобразования горных пород на разных глубинах не
одинакова. На глубинах 12-15 км, где температура и давление сравнительно
малы, исходные породы испытывают лишь слабые преобразования. Здесь могут
формироваться глинистые, хлоритовые, тальковые сланцы. При более высоких
температуре и давлении происходит полная перекристаллизация исходных
горных пород и часто изменение минерального состава. Здесь из глины могут
образоваться слюдяные сланцы, гнейсы. Они отличаются сильным
шелковистым блеском и наличием хорошо различимых чешуек. Обладают
хорошо выражаемой сланцеватостью или полосчатой текстурой.
Контактовый метаморфизм обусловлен воздействием внедряющихся масс
на вмещающие породы. При контакте вторгшаяся магма, остывание которой
происходит на протяжение млн. лет, воздействует на вмещающую толщину во
21
всех направлениях, оплавляя и обогащая породу вблизи контакта
выделяющимися из нее газами (температура на контакте достигает 1000 0С и
более). За счет смещения расплавленных вмещающих пород с магмой
возникают новые минералы и горные породы, образующие контактную
оболочку или контактный ареал. Так, на контакте гранитной магмы с
известняками появляется целый ряд переходных зон, которые по мере удаления
от гранитных масс представлены все более основными породами. В тех
случаях, где не происходит смещение известняка с расплавленной магмой,
происходит перекристаллизация чистого известняка и превращение в мрамор.
При вторжении той же гранитной магмы в толще осадочных кварцевых песков
или песчаников почти не наблюдается образование новых минералов, а
осадочные толщи превращаются в кварциты. На контакте гранитов с
оливиновыми породами появляются тальковые и хлоритовые сланцы. Их
структура чешуйчатая, текстура-сланцеватая, реже полосчатая.
Пневматолитический и гидротермальный метаморфизм. Выделяются из
магмы газа и пары, а частью также и водные растворы, продвигаясь по порам и
трещинам пропитывают значительные участки земной коры, вызывая
своеобразное преобразование горных пород. Если изменение вызвано горячими
газами и парами без участия жидкой воды, процесс называется
пневматолитическим метаморфизмом. Если метаморфизм происходит под
движением горячей воды, то он называется гидротермальным. При этом
происходит изменение не только минерального, но химического состава горных
пород. При этом этапе метаморфизма возникают скарны. Скарны возникают на
контакте карбонатных и интрузивных пород, в результате контактовометалосоматических растворов. Главное породообразование минералы скарновпироксин, плагиоклаз, гранат, при более низкой температуре-эпидот,
актинолит, карбонаты.
Автометаморфизм – это изменение остывающей магмой горных пород
под влиянием циркулярных сквозь нее паров и газов, обычно выделяющихся из
остаточной магмы того же магматического очага. К числу такого рода
относятся грейзены. Структура грейзенов-средне-крупнозернистая, а текстурамассивная.
К числу других продуктов автометаморфизме относятся серпентиниты
или змеевики, образующиеся при изменении ультраосновных оливиновых
пород под влиянием гидротермальных растворов. Они характеризуются
плотной тонкозернистой или волокнистой структурой.
Таблица 4
Классификация метаморфических пород
Исходная
порода
Тип метаморфизма
Региональный
Осадочная
Известняк
Мрамор
Магматическая
Песчаник
Глина
Кислая
Средняя
Основная
Ультраосновная
Кварциты
Аргиллитглинистый сланецкровельный
аспидный сланецфиллит серцитовый
сланецкристаллический
слюдяной сланецгнейс
Гнейсы,
слюдяные
сланцы
Гнейсы,
слюдяные
сланцы
Зеленые
сланцыамфиболиты –
гранатовые
амфиболиты,
эклогиты
Змеевикисерпентиниты
тальковые
сланцы
22
Продолжение табл. 4
Контактовый
Известковосиликатные
роговики,
мрамор
Биотитовы
й роговик
Пятнистые сланцыузловатые,
слюдистые сланцыпироксеновые
роговики
Автометаморфизм
Пневматолитовый и
гидротермальный
Динамометаморфизм
Амфиболитовый роговик
Серпентинит
змеевик
Грейзен
Скарн
Милониты, тектонические брекчии, гравелит
Таблица 5
Основные особенности важнейших типов метаморфических пород
Минеральный
состав
Текстура
Структура и внешний вид
Название
1
2
3
Кварц, микроклин,
биотит, роговая
обманка, плагиоклаз,
пироксин, гранат
Массивная, гнейсовая,
реже полосчатая,
очковая, сланцевая
Зернистокристаллическая,
серая или желтоватая порода
4
Микроклиновый,
плагиоклазовый, биотитроговообманковый,
биотит-гранатовый,
биотитовый гнейс
Кварц
Кальцит, реже
доломит, иногда
примесь графита и др.
Кварц, светлая слюда
Гранит, пироксен,
плагиоклаз, эпидот,
карбонат, рудные
минералы, актинолит
Массивная, иногда
сланцеватая, плитчатая
Массивная, редко
сланцеватая или неясно
волнисто-полосчатая
Массивная,
беспорядочная
Мелкозернистая, иногда
сливная, отдельные зерна
нельзя различить; белая,
желтоватая, красноватая;
блестящая на изломе
Зернокристаллическая белая,
бело-серая, белая, красноватая,
желтоватая
Крупнокристаллическая; белая
или светло-серая
Кварц
Мрамор
Грейзен
Массивная,
беспорядочная
Мелкокрупнокристаллическая,
неравнозернистая
Скарн
Серпентин, магнетит
Массивная или
сланцевая
Тонкочешуйчатая масса серозеленая с пятнами темнозеленого, белого, черного и
гладкими зеркальноэмаливыми поверхностями
Змеевик серпентин
Тальк
Сланцеватая, реже
плойчатая
Чешуйчатая масса талька
Тальковый сланец
Хлорит, актинолит,
альбит, эпидот
Сланцеватая, реже
плойчатая
Хлорит, кварц,
примесь слюды и др.
Сланцеватая, реже
плойчатая
Серицит, хлорит,
кварц
Сланцеватая, иногда
плойчатая
Биотит, мусковит,
кварц, гранат, графит и
др.
Сланцеватая, иногда
плойчатая
Гематит, магнетит
Сланцеватая,
плойчатая, гнейсовая
Мелкозернистая зеленая
довольно массивная порода с
шелковистым блеском
Чешуйчатая, листовая масса
зеленого цвета. Кварц плохо
различим
Зеленая, светло или темносерая микрочешуйчатая
порода. Кварц заметен плохо.
Слабый шелковистый блеск
Средне или крупночешуйчатая
порода. Кварц чаще заметен
плохо, часто с обильной
слюдой
Черная, вишнево-красная по
цвету, скрытокристаллическая
или кристаллическая структура
23
Зеленый, актинолитовый
сланец
Хлоритовый сланец
Филлит
Слюдяной, биотитовый
графитовый сланец
Гематитовый,
магнетитовый сланец,
джеспелит
Продолжение табл. 5
1
Роговая обманка,
плагиоклаз, гранат
2
Массивная,
сланцеватая, реже
тонкополосчатая
Плагиоклаз, амфибол,
пироксен
Массивная,
беспорядочная
Кварц, биотит,
магнетит, иногда
полевой шпат, гранат
Массивная,
беспорядочная
3
Зернокристаллическая масса
темно-зеленого или черного
цвета
Мелкозернистая, очень крепкая
порода темно-серого, темнозеленого или черного цвета
Мелкозернистая крепкая
порода серого, буроватосерого, иногда розовато-серого
цвета
4
Амфибиолит,
гранатовый амфибиолит
Амфиболовый роговик
Биотитовый роговик
Глава II
Структурные формы осадочной толщи земной коры
2.1. Слой. Элементы залегания слоя и его толщина
Осадочная толща земной коры состоит из разных слоев земной коры.
Слой – это геологическое тело, представленное в основном однородной горной
породой и ограниченное более или менее ровными и параллельными
поверхностями. По этим поверхностям слои соприкасаются друг с другом,
образуя слоистые толщи. Слоистые толщи, т.е. чередование слоев, - одно из
самых характерных свойств осадочной оболочки. Горизонтальные слои
являются первичной формой залегания осадочных горных пород, вследствие
таких движений земной коры они могут быть наклонены, смяты в складки и
разорваны, образуя при этом различные структурные формы.
Верхняя поверхность слоя называется кровлей, нижняя – подошвой.
Каждый слой характеризуется толщиной. Различают истинную, вертикальную
и горизонтальную толщину. Истинная толщина - кратчайшее расстояние между
кровлей и подошвой, вертикальная толщина - расстояние между кровлей и
подошвой, горизонтальная толщина - по горизонтали (рис. 4).
О форме слоя можно судить, если известно положение в пространстве
хотя бы одна из его горизонтальных поверхностей. Появление поверхности
слоя в пространстве определяется по замеру горным компасом направлений
двух линий, лежащих на поверхности слоя, - линии простирания и линии
падения, а также угол наклона линии падения к горизонту (рис.5). Этот угол
называется углом падения.
Линия простирания-толщина пересечения кровли или подошвы пласта
(слоя) с горизонтальной плоскостью. Линией простирания называется линия,
перпендикулярная к линии простирания и лежащая на пласте. Угол падениявертикальный угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную
плоскость. Азимутом простирания (падения)-называется горизонтальный угол
между меридианом и линией простирания (падения).
Азимут падения, азимут простирания и угол падения составляют
элементы залегания пласта (слоя), которые наносятся на специальные карты
особыми значками. По этим картам судят о структурной форме слоев.
24
Рис.4. Истинная (ас), горизонтальная (аb) и
вертикальная (ad) мощности слоя.
Рис.5. Элементы залегания слоя. аб – линия
простирания; вг – линия падения; вд – проекция
линии падения на горизонтальную плоскость; α –
угол падения.
2.2. Пликативные и дизъюнктивные дислокации
Всякое отклонение слоев от первоначального горизонтального залегания
называется дислокацией (нарушением). Дислокации бывают без разрыва
сплошности слоев-пликативные и с разрывом-дизъюнктивные.
Пликативные дислокации. К ним относятся моноклинали, складки,
флексуры.
Моноклиналь-структура, в которой слои наклонены в одну сторону
(рис. 6, 7).
Рис.7. Моноклиналь,
геологический разрез
Рис.6. Блок-диаграмма
моноклинали
Складки-структурные формы с волнообразными изгибами слоев. Они
бывают антиклинальные и синклинальные (рис. 8). Антиклинальная складка
характеризуется тем, что перегиб слоев выпуклостью обращен кверху. В
центральной части-ядре-антиклиналей расположены наиболее древние породы,
вокруг них по мере от ядра-молодые (рис. 8а, рис. 9).
Рис.8. Элементы складок. а – периклинальное
окончание антиклинальной складки; б –
центриклинальное окончание синклинальной
складки.
Синклинальная складка выпуклой частью обращена книзу. В ядрах
синклиналей залегают наиболее молодые породы, а вокруг них, по мере
удаления от ядра-все более древние (рис. 8б, рис. 10).
Рис.9. Антиклинальная
складка.
25
Рис.10.
Синклинальная
складка.
Рис.11. Осевая поверхность складки
(заштрихована).
Осевой поверхностью складки называется поверхность, проходящая через
точки перегиба слоев, составляющих складку (рис. 11). Осевая поверхность
проходит вдоль складки через ее окончания, которые носят название
переклинальных (у синклиналей). Эта поверхность делит складку на 2 части, в
которых выделяют крылья складки. Часть складки в месте перегиба слоев
называется замком складки (рис. 11,8).
Размеры складок характеризуются длиной, шириной и высотой (рис. 12).
Длина складки замеряется вдоль ее осевой поверхности, ширина между
крыльями. Высота складки определяется по вертикали между замком
антиклинали и замком смежной с ней синклинали.
б
а
в
г
Рис.13.
Типы
складок:
а
–
симметричная; б – асимметричная; в –
диапировая; г – сундучная.
Рис.12. Размеры складок: а – длина; б – ширина; в – высота.
Существует
несколько
классификаций
складок.
Наиболее
распространенная из них учитывает форму складок и носит название
морфологической. Согласно этой классификации выделяют симметричные,
асимметричные, диапировые, брахиантиклинальные, куполовидные и д.р. (рис.
13).
У симметричных складок осевая поверхность вертикальная, углы наклона
крыльев
одинаковые.
Асимметричные
складки
наклонные
либо
горизон6тальные осевые поверхности и не одинарные углы наклона крыльев.
26
Асимметричные складки в свою очередь делятся на наклонные,
опрокинутые,
лежащие,
ныряющие.
Наклонные
(косые)
складки
характеризуются падением крыльев в противоположные стороны под
различными углами и наклонной осевой поверхностью. Опрокинутые складки
имеют наклонную осевую поверхность, крылья их наклонены в одну сторону.
Сундучные складки характеризуются плоским широким сводом и
крутыми крыльями.
Диапировые складки – это складки ядро которых сложено соляным или
глиняным теплом, протыкающим антиклинально изогнутые слои. В ядрах таких
складок пластичные поры сильно перемяты. Слои, примыкающие к ядру,
залегают под крутым углом и имеющим меньшую толщину, чем в
периферийных частях складки.
По отношению длины складки и ширине различают линейные,
брахиформные и куполовидные складки. Линейными называют складки, у
которых величина отношения длины и ширины более трех. Складки, которых
это отношение меньше, называется брахиформным (брахиантиклинальными и
брахиасинклинальные). При приблизительноодинаковой длине и ширине
антиклинальные складки относятся к куполовидным, а синклинальные к
чашевидным.
Флексуры – это изгибы в слоистых толщах, характеризующиеся
наклонным расположением слоев при общем их горизонтальным залегании
(рис. 14).
Дизъюнктивные дислокации (разрывные нарушения). Вследствие
движения земной коры слои горных пород могут быть разорваны и участки
горных пород, лежащие по обе стороны от поверхности разрыва, могут
оказаться смещенными относительно друг друга. Смещение слоев происходит
по поверхности, которую условно принимаем за плоскость, названную
сместителем или плоскостью смещения, а разорванные и перемещенные
участки слоев, примыкающие к сместителю - крыльями или блоками.
К дислокациям со смещением относятся сбросы, взбросы, грабены, горсты,
надвиги (рис. 15).
Рис. 14. Флексура. Геологический разрез
Сбросами называют структуры, в которых поверхность разрыва
наклонена в сторону расположения опущенных пород (рис. 15г). В сбросах
различают следующие элементы (рис. 16): верхнее (поднятое) крыло А, нижнее
(опущенное)-Б, сместитель - В, угол падения сместителя α, амплитуда по
сместителю - ав, вертикальная амплитуда - аб, горизонтальная амплитуда - бв.
27
Взбросы - это структуры в которых поверхность разрыва наклонена в
сторону расположения приподнятых горных пород (рис. 15б, 18). При взбросах
скважина, пересекая сместитель, повторно вскрывает отложения, которые уже
были пройдены. Это отличает взбросы от сбросов, т.к. при сбросах, наоборот,
из разрезов скважин выпадает та или иная толща пород (рис. 17).
Надвиги – это взбросы, у которых угол наклона сместителя очень мал
(рис. 15в).
Грабенами называют структуры, образованные сбросами и взбросами,
центральная часть которых на поверхности сложены более молодыми
породами, чем породы в их краевых частях (рис. 15д).
Горстами
называются
структуры,
образованные
разрывными
смещениями, центральная часть которых на поверхности сложена более
древними породами, чем породы в краевых частях (рис. 15е). Таким образом, в
горстах в отличие от грабенов центральные части приподняты относительно
периферийных участков. В горстах и грабенах различают по меньшей мере три
блока (центральный и два периферийны), однако в сложных грабенах и горстах
число их может быть больше.
Описанные выше пликативные и дизъюнктивные дислокации не
исчерпывают всего многообразия форм геологических тел и поверхностей в
осадочных толщах.
а
г
д
б
в
е
Рис. 15. Формы дизъюнктивных дислокаций (геологические разрезы): а – сброс;
б – взброс; в – надвиг; г – ступенчатые сбросы; д – грабен; е – горст; f – f, f1 – f1,
f2 – f2, f3 – f3 – сместители.
Рис.16. Элементы сброса
Рис.17. Сброс
28
Рис.18. Взброс
Глава III
Геологическая история формирования земной коры
3.1. Время в геологии
В геологии принято относительное исчисление времени. Время земной
коры делится на эры, самые продолжительные временные отрезки ее истории.
Эры делятся на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века. Временным
отрезкам отвечают определенные объемы горных пород. Например, комплекс
горных пород, образующийся в течении периода, носит название системы, в
течении эпохи-отдела, в течении века-яруса.
В основе относительного исчисления времени лежит последовательность
развития и изменения органического мира на Земле. Достаточно хорошо
известно какие животные жили раньше, как какие появились позже, какие
группы животных когда вымерли. В результате изучения ископаемых остатков
животных и растительных организмов (встречающихся в осадочных породах)
удалось установить не только ход эволюционного развития органического мира
на Земле, но и последовательность образования различных толщ горных пород.
Так была выявлена последовательность образования земной коры и
геологических событий, характеризующих ее прошлое. На основе изучения
органического мира была разработана геохронологическая шкала (таблица 6),
каждое подразделение которой соответствует определенной стратиграфической
единице. Последней отвечает определенная толща горных пород, выделяемая
по совокупности встречающихся в ней ископаемых форм органических
остатков. Таким образом, стратиграфическое подразделение отражает один из
естественных этапов развития земной коры.
Для определения абсолютного возраста породы используется природная
радиоактивность минералов. В горных породах обычно соединяется некоторое,
хотя бы ничтожное количество радиоактивности элементов, таких, как уран,
уран, радий, торий, калий и их изотопов. С течением времени эти элементы
самопроизвольно распадаются, превращаясь в свинец, гелий, например, по
следующей схеме:
235
U → 207Pb + 7 He
238
U → 206Pb + 8 He
232
U → 208Pb + 6 He
Широко применяется уран-свинцовый, калий-аргоновый, рубидийстронциевый и углеродные методы, позволяющие определять абсолютный
возраст как магматических, так и осадочных пород.
Определение абсолютного возраста горных пород позволило установить
длительность эр, периодов, веков, эпох, а также возраст земной коры. Возраст
земли как планеты, судя по возрасту древних минералов и метеоритов,
определяется приблизительно в 4-5 млрд. лет. Анализ образцов грунта,
доставленных с поверхности Луны, показал, что возраст Луны и Земли
одинаков.
29
30
3.2. Геологическая история формирования земной коры
3.2.1. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы
Отложения, слагающие известную нам часть земной коры (табл.6), в
стратиграфической шкале подразделяются на пять групп: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Группы - это наиболее
крупные стратиграфические подразделения толщ горных пород, слагающих
земную кору, каждая из которых по времени формирования соответствует эре.
Самая древняя, охватывающая наиболее ранние стадии развития развития
земной коры - архейская эра. В эру на Земле еще не могли быть животные и
растительные организмы. Начало ее не известно, а конец, как видно из данных
таблицы ,определяется ориентировочно-2 млрд. 800 млн. лет до наших дней.
Продолжительность ее не менее миллиарда лет. Отсутствие органических
остатков в толщах архея исключает применение расчленения этих толщ
палеонтологических
методов
чрезвычайная
метаморфизованность
и
перемятость пород исключает применение и других методов относительной
геохронологии.
Протерозойская эра, начавшаяся 2 млрд. 600 млн. лет назад, длилась
свыше 2 млрд. лет. В начале протерозоя появились простейшие, самые
примитивные виды растительных организмов, от которых до нас дошли остатки
водорослей. На наличие растительных остатков в толщах протерозоя
указывают и косвенные данные — в гнейсах Мадагаскара, абсолютный возраст
которых определен в 2,5 млрд. лет, обнаружено вещество, возникновение
которого связано с накоплением в исходной породе органического вещества.
Прослойки углистого вещества встречены и в других регионах. В отложениях
рифея найдены морские моллюски, губки и другие органические остатки, что
указывает на существование животного мира, менее совершенного, может
быть, еще в начале Pt.
Палеозойская эра продолжалась около 330 млн. лет. Растительный и
животный мир в эту эру быстро развивался. Для нее характерны
папоротникообразные растения (хвощи, папоротники, плауны), амфибии,
пресмыкающиеся (в конце появились рептилии) и примитивные рыбы; в
середине палеозоя появились насекомые. Широко развиты из беспозвоночных
кораллы, плеченогие (продуктусы, спириферы).
Мезозойская эра продолжалась свыше 170 млн. лет. Животные и растения
более высокоорганизованные, но все еще значительно отличающиеся от
современных. В мезозое достигают расцвета пресмыкающиеся. Высота
отдельных животных доходит до 5, а длина до 20 м. Появляются птицы и
млекопитающие. Широко развиты аммониты и белемниты. В растительном
мире появляются хвойные, саговые.
Кайнозойская, или неозойская, эра (эра новой жизни), сменившая
мезозойскую 67 млн. лет назад, продолжается и в наши дни. Животные и
растения становятся с начала ее и в последующие отрезки времени все более
сходными с ныне существующими. Для нее характерно развитие
31
млекопитающих, птиц, костных рыб, господство брюхоногих и пластинчатожаберных моллюсков, расселение двудольных растений по всему земному
шару. В эту эру развитие животного мира ознаменовалось появлением
человекообразной обезьяны, а 2-3 млн. лет назад - появлением разумного
существа — человека.
Эры делятся на более мелкие отрезки времени — на периоды
(соответственно группы — на системы). Архейская и протерозойская эры
имеют местные подразделения, международная шкала для них не выработана.
Палеозойская эра разбивается на шесть периодов (снизу вверх)-кембрийский,
ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский;
мезозойская-на три (снизу вверх): триасовый, юрский, меловой; кайнозойская –
на три: палеогеновый, неогеновый, антропогеновый (четвертичный). В
международной шкале кайнозойская эра делится на два периода: третичный и
четвертичный. Из них первый объединяет палеогеновый и неогеновый,
рассматриваемые в шкале СССР как самостоятельные.
Названия периодам палеозойской эры, кроме каменноугольного, даны по
имени тех местностей, в которых впервые были писаны их осадки с
характерными остатками организмов. Каменноугольный период назван так
потому, что именно в это время впервые в истории Земли появилась богатая
растительность, давшая начало каменноугольным месторождениям.
Триас — значит тройной. Отложения этого периода мезозоя по составу
горных пород резко делятся на три различных отдела.
Название второго периода мезозоя происходит от Юрских гор в
Восточной Франции, где соответствующие отложения были впервые описаны.
Меловой период назван так потому, что именно в это время впервые в истории
Земли накопились в больших количествах отложения чистого мела.
Название периодов неозойской эры установлено по характеру развития
животного мира этой эры. В палеогеновом периоде (по-греч. Палеос – древний,
генос-род) мы встречаем остатки позвоночных млекопитающих, совершенно
вымерших. Позвоночные неогена по своему развитию уже более или менее
приближаются к современным млекопитающим (неос по-греч. значит новый).
И, наконец, антропогеновый период характеризуется появлением человека
(антропос по-греч. – человек). Периоды в свою очередь делятся на более
мелкие подразделения (эпохи, века).
Та толща осадков, которая отложилась в течение определенной эпохи
жизни Земли, получила название отдела.
Приведенные выше крупные возрастные и стратиграфические подразделения
(эры-группы и периоды-системы) нередко обозначаются на разнообразной
геологической графике и в текстах сокращенно, индексами — первыми
буквами латинского названия данного подразделения. Более мелкие, чем
период, стратиграфические единицы обозначаются при помощи цифр, пишущихся сбоку индекса соответствующего периода (системы). Так, индекс
каменноугольной системы-С, индекс его нижнею отдела-С1. Если отдел делится
далее на ярусы или свиты, последние обозначаются в нашем примере-С11 С12
С13 и т.д., причем цифры соответствуют последовательности отложения толщи,
32
т. е. С21 будет старше С22, но моложе С12. Индексация эр, периодов и деление их
на отделы даны в таблице 6.
3.2.2. Этапы формирования и развития земной коры
Формирование земной коры рассматривается по модели, содержащей
последовательно сменяющие друг друга геосинклинальный, платформенный и
орогенный этапы.
Геосинклинальный этап характеризуется преобладанием нисходящих
тектонических движений, интенсивным прогибанием территории и
накоплением в пределах возникшего прогиба мощных толщ (20-30 км.)
осадков, интенсивным магматизмом и вулканизмом. Он включает раннегеосинклинальную и поздне-геосинклинальную стадии.
Орогенный этап отличается сменой знака тектонических движений
(преобладают восходящие движения), продолжающимися вулканическими и
мегматическими процессами. На месте прогиба в периоды активизации
складко-и-горообразовательных процессов, получивших название эпох
складчатости,
возникают
горно-складчатые
сооружения-орогены.
В
дальнейшем в пределах орогенов начинаются процессы, приводящие к
выравниванию гор.
Платформенный этап характеризуется дифференцированностью
тектонических движений (нисходящие и восходящие движения незначительной
амплитуды сменяют друг друга), полным прекращением процессов магматизма
и вулканизма. Нередко на уже сформировавшихся платформах активизируются
процессы горообразования, приводящие к образованию в их пределах горноскладчатых сооружений - орогенов. Эти процессы получили название
эпиплатформенного орогенеза.
3.2.3. Современная структура земной коры
В структуре современной земной коры выделяются древние
докембрийские; молодые эпикаледонские, эпигерцинские, эпимезозойские
платформы и альпиды (рис. 19).
Структура древних платформ включает кристаллический фундамент,
сложенный породами архейского (Ar) и протерозойского возрастов (Рг). Он
перекрывается толщей пород осадочного чехла палеозойского (Pz),
мезозойского (Mz) и кайнозойского (Kz) возрастов. Геологическое строение
молодых платформ - это складчатый фундамент и осадочный чехол. На
эпикаледонских платформах складчатый фундамент сложен горными породами
раннепалеозойского (Pz1), а осадочный чехол позднепалеозойского (Рz2),
мезозойского (Мz) и кайнозойского (Кz) возрастов. На эпимезозойских
платформах складчатый фундамент эпигерцинских платформ состоит из пород
позднепалеозойского (Мz), а осадочный чехол мезозойского (Мz) и
кайнозойского (Kz) возрастов (таблица 7.1).
33
Таблица 7.1
Современная структура земной коры
Геотектоническая
область
Платформы
древние
Эра, период
Эпикарельские
Эпибайкальские
++++
++++
++++
++++
+++++
+++++
+++++
+++++
+++++
+++++
молодые
Эпикаледонские
Kz
Mz (T, J, K)
Pz2 (D, C, P)
Pz
Pz1 (Є, O, S)
Pr2
Pr
V
R
Pr1
Ar
Складчатые
сооружения
Альпиды
Условные обозначения к табл. 7.1
Кристаллический фундамент
Складчатый фундамент
Платформенный чехол
Современные складчатые сооружения
34
Эпигерцинские
Эпимезозойские
Рис.19 Современная тектоническая схема земной коры
Платформы: а – докембрийские (1 – Северо-Американская, 2 – ВосточноЕвропейская, 3 – Сибирская, 4 – Бразильская, 5 – Африкано-Аравийская, 6 –
Индостанская, 7 – Восточно-Китайская, 8 – Южно-Китайская, 9 – ИндоСинийская, 10 – Австралийская, 11 – Антарктическая), б – эпикаледонские, в –
эпигерцинские, г – эпимезозойские, д – области альпийской складчатости,
пунктирные линии – недостоверные границы.
б – эпикаледонские / 1 – Центрально-Казахстанская, 2 – Алтае-Саянская, 3 –
Северо-Грендланская, 4 – Грампианская, 5 – Наньшанская, 6 – Катазиатская /
в – эпигерцинские / 1 – Урало-Сибирская, 2 – Монголо-Таньшаньская, 3 –
Западно-Европейская, 4 – Аппалачская, 5 – Восточно-Австрийская, Капская /
Южно-Африканская / 7-Северо-Африканская, 8-Южно-Американская /
г – эпимезозойские / 1 – Верхояно-Колымская, 2 – Дальневосточная, 3 –
Индокитайская, 4 – Кольдильерская / д – области алипийской складчатости /
1 – Северо-Американская / Береговые хребты 1,2 – Южно-Американская /
Андийская/, 3 – Средиземноморская, 4 – Понто-Иранская, 5 – Гималайская, 6 –
Восточно-Азиатская /
3.2.4. Этапы формирования и развития
современной структуры земной коры
Рассмотрим
этапы
формирования
геологической истории Земли (табл. 7.2).
35
земной
коры
в
рамках
1 . Докембрийская эра в истории Земли характеризуется геосинклинальным
развитием на древних платформах Байкальская и Карельская эпохи
складчатости (в конце протерозоя) привели к образованию на их месте горноскладчатых сооружений байкалид и карелид.
2. Раннепалеозойская эра характеризуется вовлечением а геосинклиналые
развитие территорий, охватывающие современные
эпикаледонские
платформы Каледонская эпоха складчатости (в конце раннего палеозоя)
привела к образованию на месте геосинклинальных
прогибов горноскладчатых систем – каледонид. Древние платформы в это время-это горноскладчатые сооружения (байкалиды и карелиды) на которых интенсивно
протекают процессы разрушения и выравнивания гор.
3.
Позднепалеозойская
эра
характеризуется
вовлечением
в
геосинклинальное развитие территорий современных эпигерцинских платформ.
Герцинская эпоха складчатости (в конце позднего палеозоя) формирует на их
месте герцениды. Древние платформы находятся на платформенном этапе
развития и на них накапливатся основной объем пород осадочного чехла.
Каледониды интенсивно разрушаются.
4. Мезозойская эра характеризуется вовлечением в геосинклинальное
развитие эпимезозойских платформ. Мезозойская эпоха складчатости (в конце
мезозоя)
приводит
к
формированию
на
их
месте
мезозоид.
Эпигерцинские платформы находятся на орогенном
этапе развития. На
древних платформах продолжают накапливаться породы осадочного
чехла. Эпикаледонские платформы вступают в платформенный этап своего
развития.
5.
Кайнозойская эра характеризуется геосинклинальным развитием в
пределах Андийской, Восточно-Азиатской, Гималайской, Понто-иранской,
Северо-Американской (Береговых хребтов), и Средиземноморской областей
Альпийская эпоха складчатости приводит к формированию на некоторых из
этих территории горно-складчатых областей-Альпид (Альпы, Гималаи, Анды и
т.д). На платформенном этапе развития находятся территории древних,
эпикаледонских и эпигерцинских платформ. Эпимезозойские платформы
находятся на орогенном этапе развития и на них активизируются процессы
разрушения и выравнивания гор
Следует отметить, что в некоторых областях ранее сформировавшихся
платформ в наиболее активные последующие эпохи складчатости начинается
эпиплатформенный орогенез, приводящий к формировании в их пределах
горно-складчатых сооружений (Монголо-Охотский пояс, Тянь-Шань). Это
позволяет выделить в современной структуре земной коры-области
каледонской и герцинской складчатости.
Можно говорить, что на геосинклинальном этапе развития закладывается
фундамент кристаллический на древних и складчатый на молодых платформах.
Осадочный чехол, перекрывающий фундамент, формируется на орогенном и
платформенном этапах. При чем основной объем пород осадочного чехла
накапливается на этапе платформенного развития, a на орогенном этапе
развития осадконакопление ограничено внутриконтинентальными бассейнами
36
и межгорными впадинами.
Рассмотренные модели лишь схематично отражают развитие и
формирование земной коры на каждом из выделенных элементов структуры
земной коры, формирование и развитие имеет специфические черты. Так,
например мезозойская эпоха складчатости с наибольшей интенсивностью
проявилась в раннем мелу в Верхоянско-Колымской области и привела к
образованию здесь горно-складчатых систем, получив катание австрийской
(верхоянской) фазы складчатости. В позднем мелу мезозойская эпоха
складчатости, приведшая к формированию Северо-Американских Кордильер,
получила название ларамийской фазы складчатости.
Таблица 7.2
Этапы формирования и развития современной структуры земной коры
Геотектоническая
область
Платформы
древние
Эра, период
Эпикарельские
Эпибайкальские
молодые
Эпикаледонские
Kz
Mz (T, J, K)
Pz2 (D, C, P)
Pz
Pz1 (Є, O, S)
Pr2
V
R
Pr
Складчатые
сооружения
Альпиды
Pr1
Ar
Условные обозначения к табл. 7.2
Геосинклинальный этап развития
37
Эпигерцинские
Эпимезозойские
Орогенный этап развития (наименование горно-складчатой области)
Платформенный этап развития
Эпоха складчатости
38
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Геология нефти и газа
Геология нефти и газа изучает происхождение, условия залегания в
земных недрах и геологическую историю этих полезных ископаемых. На ее
основе разрабатывается научная база поисков, разведки и разработки
скоплений нефти и газа.
Глава I
Понятие о каустобиолитах. Состав и свойства нефтей и природных газов
1.1. Каустобиолиты
Нефть и газ, угли и горючие сланцы, а также другие природные
органические остатки составляют особую группу минеральных образований
земной коры. Их называют горючими ископаемыми или каустобиолитами
(«каусто»-горючий, «биос»-жизнь, «литос»-камень). Возникали они в результате
преобразований органического вещества, первоисточником которого являлись
остатки живых организмов.
Все горючие полезные ископаемые подразделяются на два больших ряда:
угольный и нефтяной (табл. 8). Нефти характеризуются весьма незначительным
колебанием содержаний углерода (83-87%), водорода (12-14%) и кислорода (от
десятых долей процента до 1,5%), в то время как в каустобиолитах угольного
ряда диапазон их изменения значительно больше. Нефть и газ подвижные
вещества, тогда как угли образуют твердые тела (угольные пласты). Изучение
геологии нефти и газа принято начинать с рассмотрения их химического состава
и физических свойств.
1.2. Нефть
Нефть – это жидкое полезное ископаемое, состоящее в основном из
углеводородных соединений. По внешнему виду это маслянистая, чаще всего
черного цвета жидкость, флюоресцирующая на свету.
Химический состав. По химическому составу нефти из различных
залежей отличаются друг от друга, поэтому практическое знание их
неравнозначно. Изучение состава нефти очень важно также для решения
вопросов ее геологической истории.
Элементный состав нефтей характеризуется обязательным наличием пяти
химических элементов-углерода, водорода, кислорода, серы и азота при резком
преобладании первых двух-свыше 90%. Максимальное соединение трех
остальных элементов-5-8%.
Углеводородные
соединения
подразделяются
на
парафиновые
(метановые или алканы), нафтеновые (полиметиленовые или цикланы),
ароматические и смешанные.
39
Парафиновые углеводороды СnH2n+2 делятся на нормальные и
разветвленные. К нафтенам относят углеводороды СnH2n (мононафтены), СnH2n-2
и СnH2n-4 (полинафтены). Ароматические углеводороды также делятся на
моноарены (бензол и его гомологи СnH2n-6) и полиарены (СnH2n-12, СnH2n-18,
СnH2n-24). В молекулах смешанных УВ имеются различные структурные
элементы: ароматические кольца, парафиновые цепи, пяти и шести членные
нафтеновые циклы. Приблизительное количество соотношения указанных
видов УВ в разных фракциях нефти приведено в табл. 9.
Таблица 8
Вещество
С
Высшие растения
Низшие организмы
(планктон)
49,7
50,08
Элементный состав, % по массе
Н
N
S
Живые организмы
6,1
7,32
8,29
1,22
Каустобиолиты угольного ряда
57,48
6,14
1,55
71,64
5,33
1,57
83,71
5,12
1,68
94,37
2,19
0,6
Каустобиолиты нефтяного ряда
59,07
7,84
3,61
85,4
12,81
0,22
Торф
Бурый уголь
Каменный уголь
Антрацит
Сапропель
Нефть
С/Н
O
44,2
33,09
8,4
6,9
0,2
0,38
0,52
0,25
34,63
21,67
8,97
2,59
9,4
13,4
16,3
45
2,63
1,16
26,85
0,41
7,5
6,6
Таблица 9
CnH2n
CnH2n-2
CnH2n-4
CnH2n-6
CnH2n-12
CnH2n-18
CnH2n-24
<100
100-200
200-300
300-400
400-500
>500
Распределение углеводородов, % по массе
CnH2n+2
Температура
выкипания
фракций, оС
80
60
30
15
5
0
15
20
10
15
0
0
0
5
30
10
5
0
0
0
5
25
35
30
5
10
10
0
0
0
0
5
10
20
20
10
0
0
5
10
30
40
0
0
0
5
5
20
Физические свойства
Измерение физических параметров нефтей позволяет определить их
товарное качество. Некоторые параметры (плотность, вязкость и др.)
используются при расчете и проектировании разработки местоскоплений,
нефтепроводов, транспортирования нефти и т.д. В геологии из физических
параметров наибольшее значение имеют плотность, вязкость, оптическая
активность и др.
40
Плотность нефти определяется ее массой в единице объема. Единица
плотности в СИ-кг/м3. На практике используются относительной плотностью,
которая представляет собой отношение плотности нефти при t0C=200C к
плотности воды при 40С. По плотности нефти бывают:
1) легкие <870 кг/м3
2) средние 870-920 кг/м3
3) тяжелые 920-1000 кг/м3
4) сверхтяжелые >1000 кг/м3
5) битумы
В пластовых условиях плотность нефтей меньше, чем на земной
поверхности, т.к. в пластовых условиях нефти содержат растворенные газы.
Плотность нефти в процессе разработки увеличивается.
Вязкость-это свойство жидкости (газа) оказывать сопротивление
перемещению ее частиц при движении. Вязкостью определяются масштабы
перемещения нефти и газа в примерных условиях, ее необходимо учитывать в
расчетах, связанных с добычей этих полезных ископаемых.
Различают динамическую (абсолютную) вязкость нефти, кинематическую и
относительную.
Динамическая вязкость вырабатывается величиной сопротивления в Па·с
взаимному перемещению двух слоев жидкости с поверхностью 1 м2, отстоящих
друг от друга на расстоянии 1 м., при относительной скорости перемещения
1м/с под действием приложенной силы в 1Н. по динамической вязкости
расчетным путем определяют значения рациональных дебитов скважин.
Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической
вязкости данной жидкости к ее плотности при той же температуре. Единица
кинематической вязкости в СИ-м2/с. Данные о динамической вязкости
используются в технологических расчетах.
Относительная вязкость вырабатывается отношением абсолютной
вязкости нефти к вязкости воды. Относительную вязкость определяют с
помощью вискозиметров. Нефти по вязкости бывают:
1) с незначительной вязкостью μ< 1 МПа·с
2) маловязкие – μ=1-5МПа·с
3) с повышенной вязкостью – μ=5-30 МПа·с
4) высоковязкие – μ>30МПа·с.
Вязкость нефти возрастает в процессе разработки.
Температура кипения углеводородов зависит от их строения. Чем больше
атомов углерода входит в состав молекулы, тем выше температура кипения. У
нафтеновых и ароматических УВ, у которых атомы углерода соединены в
циклы (кольца), температура кипения выше, чем у метановых при одинаковом
количестве атомов углерода. Природная нефть соединит компоненты,
выкипающие в широком интервале температура от 300С до 6000С. Из нефтей
путем разгонки получают большое количество товарной продукции. На первой
стадии перегонки получают дистиллятные фракции, выкипающие при
температуре до 3500С (бензиновый дистилят-до 1800С, керосиновый-до 150041
2000С, дизельный-до 2500-3500С), и остаток-мазут, выкипающий при
температуре выше 3500С.
Мазут поступает во вторую стадию перегонки (в вакууме), из него
получают масляные, дистилляты (соляровый, машинный, цилиндровый).
Поверхностное натяжение определяется работой, которую нужно
произвести, увеличить свободную поверхность жидкости на 1 см2, не менее ее
температуры. Выражается в СИ - Дж/м2.
Поверхностное натяжение является результатом действия молекулярных
сил, которые у разных веществ неодинаковы. Силы сцепления молекул
жидкости с молекулами твердого тела могут быть больше, чем силы сцепления
между молекулами жидкости. Молекулярные силы сцепления между водой и
породой больше, чем между нефтью и породой. Это может привести к
вытеснению нефти водой из мелких пустот породы в более крупные т.е. к
миграции нефти в горные породы.
Добавляя в жидкость поверхностно-активные вещества, могут изменять
ее поверхностное натяжение.
Оптические свойства нефтей также не одинаковы. Одной из
качественных характеристик нефти является цвет. В зависимости от ее состава
он меняется от черного, темно коричневого до красноватого, желтого и светложелтого. УВ нефти бесцветный цвет же ее обусловлен в основном соединением
в ней смолисто-асфальтеновых соединений-чем их больше, тем темнее нефть.
Некоторые нефти при освещении не только отражают часть падающего на них
света, но и сами начинают светится. Такое явление носит название
люминесценции. Так, бакинские нефти, рассматриваемые при дневном свете,
характеризуются
синеватым
свечением,
а
грозненские-зеленоватым.
Люминесцентный анализ широко используется при поисках и разведке нефти.
Нефти оптически активные вещества. При прохождении через них
поляризованного луча плоскость поляризации смещается (почти всегда в право
по ходу луча). Установлено, что нефти из более древних отложений менее
оптически активны по сравнению с нефтями из молодых отложений.
Электрические свойства играют особую роль. Нефти не проводят
электрический ток, поэтому для обнаружения в разрезах скважин нефтеносных
пластов используют электрические методы.
Теплота сгорания нефтей исключительно высокая. Для сравнения:
теплота сгорания нефти 43 250-45 500 Дж/кг, каменного угля-33 600 Дж/кг,
природного газа (сухого)-37 700-56 600 Дж/кг.
1.3. Газ
Углеводородные газы, генерируются в осадочной оболочке земной коры,
могут находится в различных состояниях: свободном, растворенном в твердом.
В свободном состоянии они образуют газовые скопления промышленного
значения. Углеводородные газы хорошо растворимы в подземных водах и
нефтях. При определенных условиях они вступают в соединение с водой или
переходят в твердое состояние (газогидраты).
42
Химический состав. Газы газовых скоплений представлены в основном
метаном (до 98,8 %) с примесью его гомологов, а также не углеводородных
компонентов: углекислого газа, азота и сероводорода (табл. 10). Ввиду резкого
преобладания метана и небольшого (до 0,2 %) количества жидких его
гомологов эти газы относят к так называемым сухим газам.
Таблица 10
Местоскопление
Угерское
Северо-Ставропольское
Уренгойское
Медвежье
Шебелинское
Канчуринское
Ленинградское
Карадагское
Газлинское
Оренбургское
Сызранское
Мухановское
Ишимбайское
Средний состав природных газов, % по объему
СН4
98
98,3
95,1
98,3
92
85,5
86,9
93,2
93,2
84,8
31,9
30,1
42,4
С2Н6
0,4
0,3
1,1
0,3
4
4
6
2,1
3,2
4,5
23,9
20,2
12
С3Н8
0,2
0,1
0,3
0,1
1,1
2,8
1,6
1,2
0,9
1,4
5,9
23,6
20,5
С4Н10
0,3
0,04
0,07
0,15
0,52
1,2
1
1
0,47
0,3
2,7
10,6
7,2
С5Н12
0,1
0,02
0,03
0,26
0,2
0,5
1,2
0,13
1,5
0,8
4,8
3,1
СО2
0,1
0,13
0,4
0,1
0,12
0,6
1,2
0,8
0,1
1,15-1,00
1,6
1,5
1
Н2
1,5-3
1,7
2,4
2,8
N+R*
0,8
1
3
1
2
5,2
2,8
0,5
2,0
5
31,5
6,8
11
Относительная
плотность (по
воздуху)
0,57
0,562
0,578
0,507
0,606
0,651
0,64
0,62
0,668
0,932
1,186
1,046
Газы, растворенные в нефтях, называются попутными нефтяными
газами. Нефтяные попутные газы резко отличаются от сухих значительным
содержанием этана, пропана, бутана и высших углеводородов (в сумме до
50%), поэтому они получили название жирных или богатых газов.
В составе газов, растворенных в подземных водах, основное место
занимают метан, азот и углекислый газ. Концентрация метана в растворенном
газе может достигать 80-95 % и составлять тысячи кубических сантиметров на
литр. Это форма концентрации углеводородов имеет иногда промышленное
значение.
Данные по химическому составу газа используются не только при
проектировании комплексной разработки газового местоскопления. Изучение
химического состава газов, в том числе растворенных в подземных водах,
проводится также с целью решения некоторых геологических задач, связанных
с прогнозированием нефтегазоносности.
Физические свойства. Химический состав природного газа определяет его
физические
свойства.
Основными
параметрами,
характеризующими
физические свойства газов, являются плотность, вязкость, критические
давления и температура, диффузия, растворимость и другие (табл. 11).
Плотность газа-масса 1 м3 газа при температуре 0 0С и давлении 0,1
Мпа. Единица плотности в СИ-кг/м3. На практике часто пользуются
относительной плотностью газа (по отношению к воздуху).
Вязкость газов очень мала и не превышает 1·10-5 ПА·с. С повышением
давления она увеличивается.
43
Для каждого газа существует температура, выше которой он не переходит
в жидкое состояние, как бы велико ни было давление. Эта температура
называется критической. Для метана критическая температура равна –82,1 0С.
В недрах земной коры уже на небольшой глубине температура выше 0 0С,
поэтому в земной коре метан не может быть в жидком состоянии. Гомологи
метана (этан, пропан) в условиях земной коры могут находится в жидком
состоянии при давлении выше критического т.е. давлении, ниже которого, как
бы ни была низка температура, газ не переходит в жидкое состояние.
Таблица 11
Газ
Критические
Температура, Давление,
о
С
МПа
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Пентан
Воздух
-82,1
32,2
97
153
197,2
-140
4,49
4,72
4,12
3,68
3,24
3,65
Плотность
при 0,1
МПа и 0
о
С, кг/м3
0,7166
1,3561
2,0193
2,6720
3,2159
1,2928
Относительная
плотность
(по воздуху)
0,554
1,038
1,523
2,007
2,491
1,000
Молекулярная масса
Вязкость,
мПа∙с
16,043
30,070
44,097
58,124
72,147
28,896
0,0109
0,0092
0,80
0,073
0,0062
0,0181
Теплота
сгорания
(высшая),
кДж/м3
37668
65946
93889
121685
158085
-
Диффузия-явление взаимного проникновения одного вещества в другое
(при их соприкосновении) обусловленное движением молекул. Диффузия газов
в
осадочных
толщах
в
естественных
условиях
осуществляется
преимущественно через водонасыщенные поры в трещины пород. Вызывается
она в основном разностью концентрации газа в смежных частях горных пород и
протекает в направлении большей концентрации к меньшей. Коэффициенты
диффузии D зависят от состава диффундирующего газа, от свойств среды, через
которую происходит диффузия, и от термодинамических условий
(коэффициенты диффузии увеличиваются с ростом температуры). Можно
предполагать, что порядок величин коэффициентов диффузии n·10-6 отвечает
породам с сообщающимися порами или трещинами, заполненными водой.
Явления диффузии газов играет существенную роль в процессах
формирования и разрушения залежей газа.
Растворимость газов при небольших давлениях (приблизительно до 5
МПа) подчиняется закону Генри, согласно которому количество растворенного
газа прямо пропорционально давлению к коэффициенту растворимости.
Коэффициенты растворимости газа в воде зависят от температуры и
минерализации воды. Зависимость растворимости от температуры при не
высоких температурах-примерно до 90 0С-обратная, при более высоких
температурах прямая. С ростом минерализации воды растворимость газа падает
(табл. 12).
Растворимость углеводородных газов нефти примерно в 10 раз больше,
чем вода. Жирный газ лучше растворяется в нефти, чем сухой: более легкая
нефть растворяет больше газа, чем тяжелая.
44
При уменьшении давления и повышении температуры из газонефтяного
раствора выделяется газ: сначала наиболее трудно растворимые углеводороды
(СН4), а по мере уменьшения давления-последовательно более тяжелые
углеводороды (С2Н6, С3Н8 и т.д.). Давление, при котором начинает выделятся
газ, называется давлением насыщения.
Таблица 12
Минерализация, г/л
Температура, оС
Давление,
МПа
Растворимость
метана, см3/л
Минерализация, г/л
Температура, оС
20
20
10
2100
200
20
20
20
30
4100
200
20
20
80
10
1390
200
80
20
80
30
3025
200
80
Примечание. Таблица составлена по данным Г.Лонга, Г.Чиеричи.
Давление,
МПа
Растворимость
метана, см3/л
10
30
10
30
750
1550
550
1210
Газ, растворяясь в нефти, увеличивает ее объем и уменьшает плотность,
вязкость и поверхностное натяжение. Если объем газовой фазы значительно
превышает объем нефти, то при давлении 20-25 МПа и температуре 90-95 0С
наступает обратная, растворимость - жидкие углеводороды начинают
растворятся в газе, и при определенных давлении и температуре смесь флюидов
полностью превратится в газ. Это явление называется ретроградным, или
обратным, испарением. При понижении давления из смеси начинает выпадать
конденсат в виде жидкости углеводородов (С5Н12+высш.). это явление
называется ретроградной конденсацией.
Конденсат-жидкая часть газоконденсатных скоплений. Конденсаты
называют светлыми нефтями. Плотность их 698-840 кг/м3. они практически
полностью выкипают до 300 0С и не содержат смолисто-асфальтовых веществ.
Основные компоненты конденсатов преобладают метановые углеводороды.
Физические свойства природных газов, которые были рассмотрены выше
,играют заметную роль в процессах формирования залежей нефти и газа и в
размещении их в земной коре. Например, миграция нефти через
плохопроницаемые породы практически невозможна, в то время как нефть,
раствореннная в газе, может мигрировать через такие породы. Эти свойства
имеют большое значение и должны учитываться также при разработке
нефтяных и газовых местоскоплений.
Глава II
Породы, содержащие нефть и природные газы.
Природные резервуары и ловушки
2.1. Породы коллекторы и породы-покрышки
Породы коллекторы-это горные породы, обладающие способностью
вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке. Коллекторами нефти
и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и
45
некоторые глинистые породы), так и карбонатные (мел, известняки, доломиты)
породы.
Из определения пород-коллекторов следует, что они должны обладать
емкостью, т.е. системой пустот-пор, трещин и каверн. Однако, далеко не все
породы, обладают емкостью, являющиеся проницаемыми для нефти и газа, т.е.
коллекторами. Поэтому, при изучении коллекторных свойств горных пород
определяют не только их пустотность, но и проницаемость.
Все породы-коллекторы по характер пустот подразделяют на 3 типа:
гранулярные или поровые (только обломочные горные породы), трещинные
(любые горные породы) и каверновые (только карбонатные горные породы).
Емкость порового коллектора называется пористостью. Для
характеристики которой употребляется коэффициент, который показывает,
какую часть от общего объема породы составляют поры. По размерам все поры
делятся на:
1) сверхкапиллярные (> 508 мкм)
2) капиллярные (508-0,2 мкм)
3) субкапиллярные (< 0,2 мкм)-характерны для глинистых горных пород.
Различают следующие виды пористости:
1) общую (полная, абсолютная)-это объем всех пор
2) открытую-объем только тех пор, которые связаны, сообщаются между
собой. Она характеризуется коэффициентом открытой пористости К оп –
отношением суммарного объема открытых пор V0 к объему образца породы
Vп  К оп 
VO
.
Vп
3) эффективную, которая определяется наличием таких пор, из которых
нефть может быть извлечена при разработке. Коэффициент эффективности
пористости равен отношению объема пор, через которые возможно движение
нефти, воды или газа при определенных температуре плотности, к объему
образца породы - К э.п. 
Vэф
Vп
.
Проницаемость-важнейший показатель коллектора, характеризующий
свойство породы пропускать нефть и газ. За единицу проницаемости (1 мкм2)
Применяется проницаемость такой породы, при фильтрации через образец
какой площадью 1 м2 и длиной 1 м при перепаде давления 0,1 МПа расход
жидкости вязкостью 1 МПа∙с составляет 1 м3/с. Проницаемость нефтеносных
песчаников изменяется от 0,05 до 3 мкм3, известняков - 1от 0,05-0,02 мкм2, она
зависит от размера и конфигурации пор (величина зерен), от плотности укладки
и взаимного расположения частиц.
Породы-покрышки. Сохранение скоплений нефти и газа в породахколлекторах невозможно, если они будут перекрыты непроницаемым для
флюидов (нефть и газ). Перекрывание нефти и газа залежи плохопроницание
пород называется покрышками (глины, соли, гипсы, ангидрты, карбонаты).
Наличие трещинноватости в породах-покрышках снижает их
экранирующие свойства. Важную роль в экранирующих свойствах пород46
покрышек играет степень их однородности: присутствие прослоев песчаников и
алевролитов ухудшает их качество.
2.2. Природные резервуары. Ловушки
В земной коре вместилищем для нефти, газа и воды служат породыколлекторы, заключенные в плохопроницаемые породы (рис. 20). И.О. Брод
предложил называть природными резервуарами естественные вместилища для
нефти, газа и воды, внутри которых эти флюиды могут циркулировать и формы
которых обусловлена соотношением коллектора с вмещающим его (коллектор)
плохопроницаемыми породами.
Выделяются три основных типа природных резервуаров: пластовые,
массивные и литологически ограниченные со всех сторон.
Пластовые
резервуары
представлены
породами-коллекторами,
значительно распространенными по площади (сотни и тысячи квадратных
километров), характеризующимися небольшой мощностью (от долей метров до
десятков метров). Они могут быть сложены как карбонатными, так и
терригенными образованиями (рис. 20); часто содержат отдельные
линзовидные прослойки непроницаемых пород в толще основного горизонта,
что делает их неоднородными по строению как в вертикальном направлении,
так и в горизонтальном.
Рис.20. Пластовый природный разрез с
включением линзовидных тел глинистых
пород.
1 – глины; 2 - песчаники
Массивные природные резервуары представляют собой мощную
(несколько метров) толщу пластов-коллекторов различного или одинакового
литологического состава (рис. 21а). они бывают сложены терригенными и
карбонатными породами. В толще пластов-коллекторов могут быть
непроницаемые прослои, однако все пласты проницаемых пород сообщаются,
представляя единый природный резервуар. Часто возраст пластов, слагающих
массивный природный резервуар, бывает различным. Частным случаем
массивного природного резервуара является ископаемые рифы (рис. 21б),
представляющий собой захороненные под мощной толщей молодых отложений
рифовые постройки.
Рис.21.
Массивные
природные
резервуары, связанные с толщей
пластов – песчаников (а) и с рифом
(б). 1 – песчаники; 2 – глины; 3 –
известняки; 4 – соль.
б)
а)
1
2
3
4
47
Рис.22. Линза песков (1) в толще глин (2).
Природные резервуары, литологически ограниченные, практически со
всех сторон окружены непроницаемыми породами. Примером такого
природного резервуара может служить линза песков в толще глинистых пород
(рис. 22).
Как правило, большая часть природного резервуара заполнена водой. Это
связано с тем, что либо породы природного резервуара первично насыщены
седиментационными, или, как их еще называют, элизионными («элизио»выжимание), водами, либо в их поровое пространство внедрились
атмосферные, т.е. инфильтрационные воды. Нефть и природный газ по
отношению к седиментационной воде являются более поздними
образованиями.
Нефть и газ, оказавшиеся в свободном состоянии в природном
резервуаре, заполненном водой, стремятся занять в нем самое высокое
положение. Они перемещаются вверх, оттесняя воду (вследствие
гравитационного эффекта), до тех пор, пока не достигнут кровли пластаколлектора (подошвы пласта-флюидоупора). Дальнейшее их продвижение по
пласту-коллектору происходит только в том случае, если кровля пласта
наклонена к горизонту. Тогда нефть и газ перемещаются преимущественно
вверх по наклонному пласту – коллектору вблизи его кровли. Если на их пути
встречается препятствие (литологический экран, изменение наклона пласта на
обратное), то в этой части природного резервуара, перед припятствием,
образуется скопление нефти и газа. Как видно на рис. 23 нефть (или газ) из
точки А (или Б) может переместится в точку Л, но не может переместится из
точки Л в точку А (или Б). В точке Л нефть (или газ) будет задерживаться
(экранироваться), т.е. будет находится в состоянии относительного покоя.
Часть природного резервуара, в котором могут экранироваться нефть и газ и
может образоваться их скопление, называется ловушкой. Примеры ловушек в
пластовом, массивном и литологическом природных резервуарах показаны на
рис. 24.
а
б
Рис.23. Схемы возможных перемещений и экранирования нефти (или
газа) в природном резервуаре: а – в случае литологического экрана; б – в
антиклинально изогнутом пласте. 1 – часть природного резервуара, в котором
нефть (или газ) экранируются.
48
Рис.24. Ловушки нефти и газа в
пластовых (А, Б, Г), массивных (Е,
Ж) и литологических (В, Д)
природных резервуарах.
Породы: 1 – терригенные; 2 –
хемогенные; 3 – карбонатные; 4 –
ловушки;
5
–
поверхность
стратиграфического несогласия.
1
4
2
3
5
В пластовых и массивных резервуарах ловушками для нефти и газа
являются сводовые изгибы пласта (пластов) (рис. 24, Б, Г, Е) или верхние части
рифовых массивов, имеющие, как правило, сводообразную форму (рис. 24, Ж);
литологически замкнутый (линзовидный) природный резервуар сам является
ловушкой для нефти и газа (рис. 24, В).
Как видно из рис. 24, объем ловушки Е к контролируется не
перекрывающим её пластом ангидритов, а вышележащими глинами. В данном
случае ангидриты выполняют роль ложной покрышки: они не могут содержать
промышленных скоплений углеводородов (ввиду незначительной емкости), но
способны пропускать их (так как в ангидритах имеется система трещин).
Ложные покрышки («полупокрышки») впервые описал Б.В. Филиппов (1963 г.).
По происхождению различают следующие ловушки:
структурные – образованные в результате изгиба слоев (рис. 24, Б, Г, Е)
и (или) разрыва их сплошности;
стратиграфические (рис. 24, И) – сформированные в результате эрозии
пластов-коллекторов во время перерыва в накоплении осадков (в эпоху
восходящих движений) и перекрытия их затем непроницаемыми породами (в
эпоху нисходящих движений). Как правило, толщи пород, образовавшиеся
после перерыва в осадконакоплении, характеризуются более простыми
структурными формами залегания. Поверхность, отделяющая эти толщи от
толщ, возникших ранее, называется поверхностью стратиграфического
несогласия;
литологические – образованные в результате литологического замещения
пористых проницаемых пород непроницаемыми (рис. 24, В, Д);
рифогенные – сформированные в результате отмирания организмоврифостроителей (кораллов, мшанок), накопления их скелетных остатков в
49
форме рифового тела (рис. 24, Ж) и последующего его перекрытия
непроницаемыми породами.
Около 80% залежей в мире связано с ловушками структурного класса, на
долю ловушек иного происхождения (рифогенных, стратиграфических и
литологических) приходится немного более 20%.
Связь нефти и газа с антиклинальными структурами была установлена
еще в XIX в. Г.В. Абихом, Г.А. Романовским, А. Уайтом и др. Тогда же была
сформулирована антиклинальная теория залегания нефти.
Глава III
Залежи нефти и газа
3.1. Локальные и региональные скопления нефти и газа
Скопление нефти и газа подразделяются на две категории: локальные и
региональные. Такое деление предложил А.А. Бакиров, опубликовавший в
трудах Международного геолгического конгресса (1964г.) единую
классификацию всех категорий скоплений нефти и газа в земной коре. В
категорию локальных скоплений им включаются залежи и местоскопления.
Залежь нефти и газа представляет собой естественное локальное (единичное)
скопление нефти и газа в ловушке. Залежь образуется в той части резервуара, в
которой устанавливается равновесие между силами, заставляющими нефть и
газ перемещаться в природном резервуаре, и силами, которые препятствуют
этому.
Местоскопление нефти и газа – это совокупность залежей нефти и газа,
приуроченных к одной или нескольким естественным ловушкам в недрах одной
и той же ограниченной по размерам площади, контролируемой единым
структурным элементом (рис. 25).
Термин «месторождение нефти и газа» не отвечает действительному
смуслу этого понятия, так как образование залежей происходит в результате
сложных миграционных процессов, протекающих в недрах. Поэтому правелнее
говорить операционной системы «местоскоплении залежей нефти и газа»
(термин введен А.А. Бакировым).
Рис.25. Продуктивная часть разреза местоскопление.
1 – нефтяные залежи в пластах Б1, Б2 и Б3;
2 – пласт-коллектор за пределами нефтяной залежи,
насыщенный водой.
В категорию региональных скоплений углеводородов включаются зоны
нефтегазонакопления, нефтегазоносные области и провинции.
Наряду с нефтегазоносными провинциями и областями в литературе
также
широко
используется
термин
«нефтегазоносный
бассейн»,
50
предложенный И.О. Бродом дляя крупных впадин, выполненных осадочными
толщами, в которых имеются комплексы с залежами нефти и газа.
Нефть и газ в земной коре приурочены к ее осадочной оболочке –
стратисфере. Однако осадочная оболочка на земном шаре распространена не
повсеместно и имеет различную мощность. Участки земной коры,
различающиеся по мощности ископаемых осадков и размерам, оцениваются и в
нефтегазоносном отношении неодинаково. Отмечается прямая связь между
объемом осадочных толщ и масштабами ресурсов углеводородов в недрах той
или иной территории, выделенной в качестве самостоятельной единицы
нефтегазогеологического районирования.
3.2. Элементы залежи
Газ, нефть и вода располагаются в ловушке в соответствии с их
плотностью. Газ, как наиболее легкий, находится в кровельной части
природного резервуара под покрышкой. Ниже поровое пространство
заполняется нефтью, а еще ниже – водой. На рис. 26 приведены
принципиальные схемы (карта и разрез) залежи нефти с газовой шапкой,
приуроченной к свободному изгибу пласта – коллектора пластового
природного резервуара.
I
I
I
а
Рис.26. Принципиальная схема сводовой залежи. а –
геологический разрез; б – структурная карта. 1 –
газовая шапка; 2 – нефтяная часть залежи; 3 –
водоносная часть пласта; 4 – изогипсы по кровле
пласта, м; контуры нефтеносности: 5 – внутренний; 6
– внешний; контуры газоносности: 7 – внешний; 8 –
внутренний; hг – высота газовой шапки; hн – высота
нефтяной части залежи; hг + hн = h – высота залежи.
1
б
2
6
5
1
2
3
3
7
4
8
Рис.27. Принципиальная схема
нефтяной залежи с наклонным
водонефтяным контактом. а –
геологический
разрез;
б
–
структурная карта. 1,2 – нефть
соответственно на разрезе и на
карте; 3 – изогипсы, м; 4 –
внешний контур нефтеносности.
4
51
Поверхности контактов газа и нефти, воды и нефти (рис. 26,а) называются
поверхностями (соответственно) газонефтяного (ГНК) и водонефтяного (ВНК)
контактов. Линия пересечения поверхности ВНК (ГНК) с кровлей
продуктивного пласта называется внешним, контуром нефтеносности
(газоносности). Если поверхность контакта горизонтальная, то контур
нефтеносности (газоносности) в плане параллелен изогипсам кровли пласта
(рис. 26,б). При наклонном положении поверхности ВНК (ГНК) контур
нефтеносности (газоносности) на структурной карте будет пересекать изогипсы
кровли пласта, смещен в сторону наклона поверхности раздела (рис. 27).
Линия пересечения поверхности водонефтяного (газонефтяного) раздела
с подошвой пласта называется внутренним контуром
нефтеносности
(газоносности).
Если в ловушке количество нефти и газа недостаточное для заполнения
всей мощности пласта, то внутренние контуры газоносности и нефтеносности
будут отсутствовать. У залежей в массивных резервуарах внутренние контуры
отсутствуют.
Длина, ширина и площадь залежи определяются по ее проекции на
горизонтальную плоскость внутри внешнего контура нефтеносности
(газоносности). Высотой залежи (высота нефтяной части залежи плюс высота
газовой шапки) называется вертикальное расстояние от подошвы до ее
наивысшей точки.
3.3. Классификация залежей нефти и газа
Разработке классификации различных типов залежей нефти и газа
посвящены многочисленные работы. Наиболее известны классификации И.О.
Брода, Н.А. Еременко, Н.Ю. Успенский, А.А. Бакирова. Согласно
классификации А.А. Бакирова учитывающей главнейшие особенности
формирования ловушек, с которыми связаны залежи, выделяются четыре
основных класса локальных скоплений нефти и газа (табл. 13).
Таблица 13
Классификация залежей, по А.А. Бакирову
Класс
Группа
Тип
1
Структурные
2
3
Сводовые
Антиклиналей
и куполов
Висячие
Тектонически
экранированные
52
Вид ловушки
4
Антиклинали
и
купола:
простого
ненарушенного
строения;
осложненные
разрывными нарушениями; осложненные
диапиризмом и грязевым вулканизмом.
Солянокупольные структуры. Структуры,
осложненные
вулканогенными
образованиями
Структуры: простого и сложного строения;
осложненные
диапиризмом,
грязевым
вулканизмом
Структуры,
осложненные
разрывными
нарушениями, диапиризмом и грязевым
вулканизмом.
Солянокупольные структуры, осложненные
вулканогенными образованиями.
Поднадвиговые структуры
Продолжение табл. 13
1
2
3
Блоковые
Приконтактные
Моноклиналей
Рифогенные
Литологические
Синклиналей
Рифовых
массивов
Литологически
экранированные
Литологически
ограниченные
Нарушенных
моноклиналей
Ненарушенных
моноклиналей
Бортовые и центральные части синклиналей
Рифогенные образования
Выклинивающихся
или
замещенных
коллекторов
Экранированные
Шнурковатые или
рукавообразные
Баровые
Линзовидные
Стратиграфические
В коллекторах,
срезанных
эрозией
и
перекрытых
несогласно
залегающими
слоями
непроницаемых пород
4
Сильно нарушенные структуры
Пласты, экранированные: соляным штоком;
диапировым ядром или образованиями
грязевого
вулканизма;
вулканогенными
образованиями
Экранированные разрывными нарушениями
моноклинали
Флексуры и структурные носы
Под несогласиями
на
тектонических
структурах
Останцовые
Участки: выклинивания коллекторов вверх
по
восстанию
пластов;
замещения
проницаемых пород непроницаемыми
Экранированные отложениями асфальта и
битума
Песчаные образования ископаемых русел
палеорек.
Прибрежно-дельтовые образования палеорек
Песчаные
валоподобные
образования
ископаемых баров
Линзовидно- или гнездообразно залегающие
коллекторы среди непроницаемых пород
Участки стратиграфических несогласий на
антиклиналях или моноклиналях
Участки
эродированной
поверхности
погребенных останцов палеорельефа
Выступы кристаллического фундамента
Выступовые
Класс структурных залежей. К этому классу относятся залежи,
приуроченные к различным видам локальных тектонических структур.
Принципиальные схемы сводовых залежи этого класса – сводовые,
тектонически экранированные и приконтактные.
Сводовые залежи формируются в сводовых частях локальных структур.
Принципиальные схемы сводовых залежей в приделах различного типа
структур изображены на рис. 28. Тетонически экранированные залежи
формируются в доль разрывных смещений, осложняющих строение локальных
структур. Подобные залежи могут находится в различных частях структуры: на
своде, крыльях, или переклиналях (рис. 29). Приконтактные залежи
образуются в продуктивных пластах, контактирующих с соляным штоком,
глиняным диапиром или же с вулканогенными образованиями (рис. 30).
53
б
а
1
2
3
в
4
5
г
6
7
Рис.28. Сводовые залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а – ненарушенные; б – нарушенные; в
структурах, осложненных: в – криптодиапиром или вулканогенными образованиями; г –
соляными куполами. 1 – нефть соответственно на профиле; 2 – нарушения; 3 – известняки; 4
– вулканогенные образования; 5 – соляной шток; 6 – песчаные породы; 7 – глины.
а
в
б
г
д
1
Рис. 29. Тектонически экранированные залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а –
присбросовые; б – привзбросовые; в – диапиризмом или грязевым вулканизмом; г –
соляными куполами; д – поднадвиговые. 1 – грязевой вулкан; остальные условные
обозначения смотри на рис.28.
Класс литологических залежей. В составе этого класса выделяются две
группы залежей: литологически экранированных и литологически
ограниченных.
Залежи литологически
экранированные располагаются в участках
выклинивания пласта – коллектора (рис. 30). Залежи литологически
ограниченные приуроченные к писчаным образованиям ископаемых русел
палеорек (шнурковые или рукавообразные), к прибрежным песчаным
валоподобным образованиям или к гнездообразно залегающим породам –
коллекторам окруженным со всех сторон плохопроницаемыми породами (рис.
32). Рукавообразные залежи впервые были открыты И.М. Губкиным в 1911г. в
Майконском районе Северного Кавказа.
Класс рифогенных залежей. Залежи этого класса образуются в теле
рифовых массивов (рис. 33). Типичным примером могут служить залежи в
рифогенных массивах Ишимбаевского района Башкирского Приуралья.
54
Класс стратиграфических залежей. Формирование залежей этого класса
происходило в пластах – коллекторах, срезанных эрозий и стратиграфически
несогласно перекрытых непроницаемыми слоями более молодого возраста.
Залежи стратиграфического класса могут быть ограниченны в
антиклинальных, куполовидных и моноклинальных структурах (рис. 34,а). К
ним относятся и залежи, приуроченные к выветрелой части погребенных
выступов кристаллических пород фундамента (рис. 34,б).
а
б
в
Рис.30. Приконтактные залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а – с соляным штоком; б – с
диапировыми ядрами или с грязевулканическими образованиями; в – с вулканогенными
образованиями.
а
б
в
Рис.31. Литологически экранированные залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а - связанные с
выклиниванием пласта-коллектора по восстанию слоев; б – связанные с замещением
проницаемых пород непроницаемыми; в – запечатанные асфальтом.
а
б
в
Рис.32. Литологически ограниченные залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а – в песчаных
образованиях ископаемых русел палеорек – шнурковые или руковообразные; б – в
прибрежных песчаных валоподобных образованиях ископаемых баров (баровые); в – в
гнездообразно залегающих песчаных коллекторах, окруженных со всех сторон
плохопроницаемыми глинистыми образованиями.
Рис.33. Залежи рифогенных образований в разрезе (по А.А. Бакирову): а – в одиночных
рифовых массивов; б – в группе (ассоциации) рифовых массивов.
а
б
Рис.34. Стратиграфические залежи в разрезе (по А.А. Бакирову): а – в пределах локальных
структур; б – в погребенных выступах кристаллических массивов.
55
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Поиски и разведка залежей нефти и газа
Глава I
Понятие о поисках и разведке залежей нефти и газа
1.1. Геологоразведочный процесс и задачи геологического изучения недр
Геологоразведочный
процесс
опредиляется
как
совокупность
взаимосвязанных, применяемых в определенной последовательности
производственных работ и научных исследований которые должны обеспечить
открытие, геолого – экономическую оценку и подготовку к разработке
полезного ископаемого. В процессе геологоразведочных работ проводится
геологическое изучение недр. Предприятия, организации и учреждения
осуществляющие геологическое изучение недр, должны обеспечивать:
1) рациональное, научно – обоснованное направление и эффективность
работ по геологическому изучению недр;
2) полноту изучения геологического строения недр, горно – технических,
гидрогеологических и других условий разработки разведанных месторождений,
строительство и эксплуатации подземных сооружений, связанных с добычей
полезных ископаемых;
3) достоверность определения количества или качества запасов
основанных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и
содержащихся в них компанентов, геолого – экономическую оценку
месторождений полезных ископаемых;
4) ведение работ по геологическому изучению недр методами и
способами исключающими неоправданные потери полезных ископаемых и
снижение их качества;
5) размещение извлекаемых из недр горных пород и полезных
ископаемых, исключающие их вредное влияние на окружающую среду;
6) сохранность разведочных горных выроботок и буровых скважин,
которые могут быть использованы при разработке месторождений и в иных
народнохозяйственных целях, и ликвидации в установленном порядке
выроботок и скважин, не подлежащих использованию;
7) сохранность геологической и исполнительско – технической
документации образцов горных пород и руд, керна, дубликатов проб полезных
ископаемых, которые могут быть использованы при дальнейшем изучении
недр, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, а также при
использовании недрами в целях, не связанных с добычей полезных
ископаемых.
Выполнение этих законодательных положений должно лежать в основе
дальнейшего совершенствования геологического изучения недр и
геологоразведочного процесса, в том числе осуществляемого в нефтяной и
газовой промышленности. В значительной мере оно будет обеспеченно
56
благодаря использованию новейших достижений науки и техники. Этому будет
способствовать также проведение технико – экономического анализа
спомощью ЭВМ, основанного на тщательном изучении всех этапов
геологоразведочного процесса в нефтяной и газовой отраслях.
1.2. Стайдиность геологоразведочных работ на нефть
и газ и их геолого - экономическая оценка
Стадийность геолоразведочных работ на нефть и газ – это оптимальная
отраженная в планировании и на практике последовательность геологического
изучения недр какого – либо региона от начала его освоения до обнаружения
местоскоплений и решения вопроса об экономической целесообразности
передачи их в разработку.
Деление геологоразведочного процесса на этапы и стадии позволяет
устанавливать наиболее рациональную последовательность проведения
различных видов и методов исследований, которые обеспечивают решение
конечной задачи поисково - разведочных работ — подсчет запасов нефти и газа
местоскопления и составление проекта разработки его залежей. Стадийность
позволяет также определять эффективность работ на различных этапах и
стадиях геологоразведочного процесса и контролировать условия смены одних
исследований другими или их полного прекращения.
Обнаружение, разведка и подготовка к разработке скоплений нефти газа
занимают значительный период времени, в течение которого проводятся
различные работы. Геологоразведочный процесс начинается с учения общей
геологической характеристики крупных территорий. На следующем этапе
выбираются районы с благоприятными для образования и сохранения залежей
нефти и газа геологическими условиями, в которых проводится поиск ловушек
различного рода. После установления ловушек и получения промышленных
притоков нефти и газа начнется разведка.
Цель геологоразведочного процесса — открыть местоскопление нефти и
газа, количественно и качественно оценить его запасы подготовить их к
разработке. При проведении геологоразведочных работ на дельных этапах и
стадиях применяются различные методы исследований (геологические,
геофизические,
геохимические,
гидрогеологические,геотермические,
аэрокосмические методы, буровые работы) и обработки полученной
информации. Процесс поисков и разведки постоянно меняется по качеству
вследствие применения новых методов и повышения точности исследований
(например, в последнее время расширяются масштабы применения
математических методов и ЭВМ, космических съемок и др.).
Геологоразведочные работы на нефть и газ требуют огромных средств,
исчисляемых миллиардами рублей ежегодно. Так, на поиски и разведку нефти
и газа приходится более 50 % затрат на поиски всех полезных ископаемых в
стране. Отсюда очевидно важнейшее народнохозяйственное значение
проблемы всемерного повышения эффективности качества проведения
исследований во всех звеньях геологоразведочного процесса.
57
Региональный
Этап
Согласно положению об этапах и стадиях геологоразведочныех
работы на нефть и газ в зависимости от стоящих перед ними задач и состояния
изученности нефтегазоносности недр подразделяются на региоиальный,
поисковый и разведочный этапы с выделением в них стадий. Каждый этап
или стадия преследуют определенные цели и предусматривают решение ряда
задач (табл. 14). На всех этапах и стадиях геологоразведочного процесса на
нефть и газ определяется геологоэкономическая оценка проводимых работ на
основе оценки ресурсов и подсчета запасов нефти и газа.
Различают ресурсы и запасы нефти и газа (рис. 35). Факт установления
продуктивности отложений испытанием скважин служит границей,
разделяющей запасы и ресурсы.
Таблица 14
Геологоразведо
чный процесс
Изучаемые
объекты
Прогноз
нефтегазоносности
Осадочные
бассейны и
их части
Оценка зон
нефтегазонакоп
-ления
Основные задачи
1. Выявление
литологостратиграфических
комплексов,
структурных этажей, ярусов и структурнофациальных зон, определение характера
основных
этапов
геотектонического
развития, тектоническое районирование.
2. Выделение нефтегазоперспективных
комплексов (резервуаров) и зон возможного
нефтегазонакопления,
нефтегазогеологическое районирование.
3. Качественная и количественная оценка
перспектив нефтегазоноссности.
4. Выбор основных направлений и
первоочередных объектов дальнейших
исследований.
Нефтеперс 1. Выявление субрегиональных и зональных
пективные структурных
соотношений
между
зоны и
различными нефтегазоперспективными и
зоны
литолого-стратиграфическими
нефтегазо- комплексами, основных закономерностей
накопления распространения и изменения свойств
пород-коллекторов
и
флюидоупоров,
уточнение
нефтегазогеологического
районирования.
2. Выделение наиболее крупных ловушек.
3. Количественная оценка перспектив
нефтегазоносности.
4. Выбор районов и установление
очередности проведения в них поисковых
работ.
58
Категория
ресурсов,
запасов
Качествен
ная
оценка Д2
и
частично
Д1
Д1 и
частично
Д2
Продолжение табл. 14
Поисковый
Выявлен
-ие и
подготов
-ка
объектов
к
поисковому
бурению
Выявление
объектов
Районы с
установлен
ной или
возможной
нефтегазоносностью
Подготовка
объектов
Выявление
ловушек
Поиск
месторождений
(залежей)
Подготовленные
ловушки
Оценка
месторождений
(залежей)
Открытые
месторождения
(залежи)
1. Выявление условий залегания и других
геолого-геофизических
свойств
нефтегазоносных
и
нефтегазоперспективных комплексов.
2. Выявление перспективных ловушек.
3. Количественная оценка ресурсов в
выявленных ловушках.
4. Выбор объектов и определение
очередности их подготовки к поисковому
бурению.
1. Детализация выявленных перспективных
ловушек, позволяющая прогнозировать
пространственное
положение
предполагаемых залежей.
2. Выбор мест заложения поисковых
скважин на подготовленных объектах.
3. Количественная оценка ресурсов на
объектах, подготовленных к поисковому
бурению.
4. Выбор объектов и определение
очередности их ввода в поисковое бурение.
1. Выявление в разрезе нефтегазоносных и
нефтегазоперспективных
комплексов
коллекторов и покрышек и определение их
геолого-геофизических
свойств
(параметров.)
2. Выделение, опробование и испытание
нефтегазонасыщенных
пластов
и
горизонтов, получение притоков нефти и
газа и установление свойств флюидоупоров
и фильтрационно-емкостных характеристик
пластов.
3. Оценка запасов открытых залежей.
4. Выбор объектов для проведения
детализационных
геофизических
и
оценочных буровых работ.
1. Установление основных характеристик
месторождений (залежей) для определения
их промышленной значимости.
2.
Подсчет
запасов
месторождений
(залежей).
3. Разделение месторождений (залежей) на
промышленные и непромышленные.
4. Выбор объектов и этажей разведки,
определение
очередности
проведения
опытно-промышленной эксплуатации и
подготовка их к разработке.
59
Д1 и
частично
Д2
С3
С2 и
частично
С1
С2 и С 1
Продолжение табл. 14
Разведочный
Подготовка
месторождений
(залежей) к
разработке
Промышленные
месторождения
(залежи)
1. Определение, геометризация и оценка
достоверности
значений
геологопромысловых,
фильтрационных
и
подсчетных параметров по скважинам и
объектам
для
подсчета
запасов
и
составление
технологической
схемы
разработки месторождения (для нефти) и
проекта опытно-промышленной разработки
месторождения (для газа).
2. Подсчет запасов и определение
коэффициента извлечения.
3. Доизучение залежей и месторождений в
процессе разработки
С1 и
частично
С2
Начальные потенциальные ресурсы
Текущие потенциальные ресурсы
Прогнозные
ресурсы
(Д1; Д2)
Перспективные
ресурсы
(С3)
Накопленная добыча
Предварительно
оцененные
запасы (С2)
Разведанные
запасы
(А; В; С1)
Балансовые запасы
Забалансовые запасы
Рис.35. Номенклатура ресурсов и запасов нефти и газа (по Ф.А. Гришину)
Запасы нефти и газа по степени изученности подразделяются на
разведанные — категории А, В и С и предварительно оцененные — категория
С2. Ресурсы нефти и газа по степени изученности и обоснованности
подразделяются на перспективные — категория С3 и прогнозные — категории
Д1 и Д2 .
Запасы залежей и перспективные ресурсы нефти и газа подсчитываются и
учитываются в государственном балансе запасов полезных ископаемых СССР
по результатам геологоразведочных работ и разработки месторождений.
Под прогнозной оценкой ресурсов нефти и газа понимается
количественная
оценка
перспектив
нефтегазоносности
литологостратиграфических комплексов
или
отдельных горизонтов, которая
проводится на основе
анализа общих геологических критериев
нефтегазоносности, т.е. качественной оценки перспектив.
Оценка
прогнозных ресурсов нефти и газа осуществляется для крупных территорий,
60
небольших их частей и локальных площадей. Данные о прогнозных ресурсах
нефти и газа используются при планировании поисковых и разведочных работ.
Прогнозные ресурсы нефти и газа в литолого-стратиграфических
комплексах
крупного
тектонического
элемента
с
доказанной
промышленностью нефтегазоносностью относят к категории Д1. В категорию
Д2 выделяют прогнозные ресурсы нефти и газа в литолого-стратиграфических
комплексах крупных региональных структур с еще не доказаной
промышленной нефтегазоносностью Нефтегазоносность этих комплексов
установлена на сходных по геологическому строению крупных тектонических
структурах.
Количественная оценка прогнозных ресурсов нефти и газа категории Д1
определяется на основе результатов региональных работ и по аналогии с
разведанными залежами в тех же комплексах в пределах оцениваемой крупной
региональной структуры, а категории Д2-по предположительно взятым
параметрам на основе общих геологических представлений и по аналогии с
крупными региональными структурами, в которых залежи уже разведаны. Для
оценки прогнозных ресурсов применяются методы сравнительного
геологического анализа, объемно-генетический и др.
Ресурсы нефти и газа подготовленных к глубокому бурению площадей
подсчитываются по категории С3, если эти площади находятся в пределах
нефтегазоносного
района
(в
одной
структурно-фациальной зоне с
выявленными залежами) и оконтурены достаточно надежными для данного
района методами. В эту же категорию выделяют ресурсы не вскрытых
бурением пластов разведанных местоскоплений, если продуктивность их
установлена на других местоскоплениях района. Оценка ресурсов по категории
С3 используется для планирования прироста запасов категорий С1 и С2.
К категории С2, относятся запасы залежи (ее части), наличие которых в
неразведанных частях залежи, примыкающих к участкам с запасами более
высоких категорий, в промежуточных и вышезалегающих неопробованных
пластах разведанных местоскоплений обосновано данными геологических и
геофизических исследований.
Результаты подсчета запасов по категории С2 используются для
определения перспектив местоскопления, частично для проектирования его
разработки и планирования геологразведочных работ.
Запасы залежи (ее части), установленные на основании полученных в
скважинах промышленных притоков нефти или газа (часть часть скважин
опробована испытателем пластов) и положительных результатов геологических
и геофизических исследований в неопробованных скважинах, относят к
категорий С1. Запасы категории С1 подсчитывают по результатам
геологоразведочных работ и эксплуатационного бурения. Они могут быть
подсчитаны для участка около первой поисковой скважины с промышленным
притоком из выявленной ею залежи (в радиусе, равном удвоенному расстоянию
между добывающими скважинами сеток, применяемых на сходных по
строению залежах района), для разведанной части залежи и полностью
разведонной залежи. По результатам подсчета запасов категории С1
61
составляются технологические схемы разработки (для нефтяных залежей) и
проекты опытно – промышленной эксплуатации (для газовых).
Перспективные ресурсы, а также запасы категорий С2 и С1
подсчитываются объемным методом, который учитывает площадь
нефтегазоносности предполагаемого или выявленного продуктивного
горизонта, его мощность, пористость слагающих его пород, степень
насыщенности его углеводородами. Объем углеводородов, определенный для
пластовых условий, пересчитывается для нормальных условий.
По
мере
разбуривания
площади
количиственная
оценка
нефтегазоносности будет даваться по более высоким категориям: сначала по
категории С1, а затем (уже а процессе разработки) – по категориям В и А.
Важно отметить, что по одной и той же выявленной залежи производят
подсчет запасов по различным категориям, так как различные ее части (блоки)
в процессе разведки могут быть освещены бурением в различной степени, т.е.
изучены неодинаково. Степень изученности залежи учитывается не только в
классификации запасов, она позволяет также ришить вопрос о передачи
обнаруженного скопления (залежь, местоскопления) в разработку.
Таким образом, в основе геолого – экономической оценки геолого –
разведочного процесса на различных его стадиях лежит степень геологической
изученности недр региона, отдельной площади или выявленной залежи,
выражающаяся в конечном счете количественной оценкой нефтегазоносности –
подсчетов запасов, оценкой ресурсов различных категорий.
62
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Нефтегазоносные провинции
Глава I
Нефтегазогеологическое районирование территории РФ
Промышленные месторождения нефти и газа открыты в различных
частях – от побережья Северного Ледовитого океана до пустынь Средней Азии,
от Предкарпатья и Прибалтики до Восточной Сибири и острова Сахалин.
В РФ в пределах платформенных, складчатых и переходных территорий
по состоянию изученности выделено 19 нефтегазоносных провинций (рис.36).
Почти каждая их них включает несколько нефтегазоносных областей.
Большая часть нефтегазоносных провинций СССР находится в пределах
платформенных территорий, с ними связаны провинции преимущественно
палеозойского и мезозойского нефтегазонокопления (таблица 15). Провинции
складчатых территорий приурочены к межгорным впадинам, прогибам или
антиклинориям в основном альпийской складчатости (Кавказ и др.).
Провинции переходных территорий соответствуют предгорным прогибам
с установленной промышленной нефтегазоносностью. Почти все известные к
настоящему времени в РФ провинции складчатых и переходных территорий
относятся
к
типу
провинций
мезозойского
и
кайнозойского
нефтегазонокопления
(за
исключением
Предуральской
провинции
палеозойского нефтегазонокопления).
Промышленное значение провинций также различное. Оновная добыча
нефти и газа страны производится из недр Западно – Сибирской
нефтегазоносной провинции. Значительное количество нефти и газа добывается
в Волго – Уральской, Туранской, Прикаспийской и Тимано – Пичорской
нефтегазоносных провинциях. Потенциальные возможности открытия новых
местоскоплений нефти и газа связываются с Ангаро – Ленской, Лено –
Вилюйской, Дальневосточной провинциями, которые изучены еще
недостаточно. Неисчерпаны возможности и таких старейших нефтегазоносных
провинций страны, как Закавказская, Предкарпатское, Западно – Туркменское и
др. Все возрастающую роль в развитии нефтедобывающей промышленности
преобретает Прикаспийская впадина, которая в XXI в. станет одной из ведущих
провинций страны в добычи нефти, газа и конденсата.
Таблица 15
Нефтегазоносная
провинция
Волго-Уральская
Тимано-Печорская
Прикаспийская
Приуроченность провинции к
крупному геоструктурному
элементу земной коры
Возраст
продуктивных
отложений
Провинции платформенных территорий
Древняя Русская платформа
D, C, P
Древняя Русская платформа
S, D, C, P, T
Древняя Русская платформа
T, J, K, D, C,
P,
63
Тип провинции
по возрасту
продуктивных
отложений
PZ
PZ, MZ
PZ, MZ
Продолжение табл. 15
ДнепровскоПрипятская
Прибалтийская
Ангаро-Ленская
Ленно-Вилюйская
ЕнисейскоХатангская
Западно-Сибирская
Туранская
ПредкавказскоКрымская
Закавказская
ЗападноТуркменская
ТяньшаньПамирская
Дальновосточная
Предкарпатская
Предкавказская
Предуральская
Предверхоянская
Древняя Русская платформа
D, C, P
PZ
Древняя Русская платформа
Древняя Сибирская платформа
Древняя Сибирская платформа
Древняя Сибирская платформа
C, O
R, V, C
T, J
J, K
PZ
PZ
MZ
MZ
Молодая эпипалеозойская
PZ, J, K
платформа (Западно-Сибирская
плита)
Молодая эпипалеозойская
J, K, P
платформа (Туранская плита)
Молодая эпипалеозойская
J, K, P, N
платформа (Скифская плита)
Провинции складчатых территорий
Закавказский межгорный
K, P, N
прогиб
Западно-Туркменская
N
межгорная впадина
Межгорные впадины ТяньJ, K, P, N
Шаня и Памира
Антиклинории и синклинории
P, N
острова Сахалин
Провинции переходных территорий
Предкарпатский предгорный
J, K, P, N
прогиб
Предкавказский предгорный
J, K, P, N
прогиб
Предуральский предгорный
D, C, P
прогиб
Предверхоянский предгорный
J
прогиб
64
MZ, PZ
MZ, KZ
MZ, KZ
MZ, KZ
KZ
MZ, KZ
KZ
MZ, KZ
MZ, KZ
PZ
MZ
Рис.36. Нефтегеологическое районирование территории СССР
Нефтегазоносные провинции: 1 – Предкарпатская; 2 – Прибалтийская; 3 –
Днепровско-Припятская; 4 – Тимано-Печорская; 5 – Предуральская; 6 – ВолгоУральская; 7 – Прикаспийская; 8 – Предкавказско-Крымская; 9 –
Предкавказская; 10 – Закавказская; 11 – Западно-Туркменская; 12 – Туранская;
13 – Тяньшань-Памирская; 14 – Западно-Сибирская; 15 – ЕнисейскоХатангская; 16 – Предверхоянская; 17 – Ленно-Вилюйская; 18 – АнгароЛенская; 19 – Дальневосточная.
65
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
Бакиров Э.А. и др. Геология нефти и газа. Учебник для вузов , 2-ое
издание – М.: Недра, 1990г.
Бурханов Р.Н., Гуревич В.М., Бурханова Г.Р., Сабирзянова З.М. пособие
к лабораторным работам по геологии. Издание второе. АГНИ,
Альметьевск, 2002г.
Иванова М.Ф. Общая геология. Учебник для вузов – М.: Высшая
школа, 1969г.
Иванова М.М., Дементьев Л.Ф., Чоловский И.П. Нефтегазопромысловая
геология и геологические основы разработки месторождений нефти и
газа. Учебник для вузов – М,: Недра, 1985г.
Жданов М.А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запвсов нефти
и газа. Учебник для вузов, 2-ое издание, перераб. доп. – М,: Недра,
1981г.
66
ЛИЦЕНЗИЯ ИД № 03521 5.12.2000Г.
Подписано в печать 22.09.2005 г.
Формат 60х84/16
Печать RISO
4,25 уч.-изд.л. 4,4 ус.печ.л.
Тираж 50 экз. Заказ № 92
ТИПОГРАФИЯ АЛЬМЕТЬЕВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
НЕФТЯНОГО ИНСТИТУТА
423452, Татарстан, г. Альметьевск, ул. Ленина, 2
67
68