Загальна геологія. Геологія нафти і газу

Роботу підготував Карпов Сергій Володимирович

УДГУ, Нафтовий факультет

Іжевськ, 2005 р.

1. Поняття про гірських породах.

Гірськими породами називаються щільні або пухкі агрегати, слоган земну кору і складаються з однорідних або різних мінералів і уламків інших порід.

Гірські породи утворюються в результаті геологічних процесів, що відбуваються в надрах земної кори або на її поверхні.

Гірські породи поділяються на три основні групи: виверження вулканів або магматичні, осадові і метаморфічні. У даному випадку розглянемо всі три варіанти.

Магматичні породи утворюються в результаті охолодження і затвердіння магми як на глибині, всередині земної кори, так і на земній поверхні після виливу. Залежно від цього вони поділяються на глибинні, або інтрузивні, і ізлівшіеся або еффузівние. у свою чергу інтрузивні породи також підрозділяються на Абісальна тобто застиглі на великій глибині і гіпабіссальние, що застигли на невеликій глибині.

Еффузівние породи, що не зазнали зміни, називаються кайнотіпнимі, а зазнали зміни, давніші - палеотіпнимі.

Магматичні породи відрізняються за хімічним та мінералогічному складу, а також по фізичними властивостями.

Різниця в хімічному складі визначається змістом кремнекислоти (SiO2) в породі. За цією ознакою інтрузивні і еффузівние породи поділяють на кислі (SiO2 75-65%); середні (65-52%); основні (52-40%) і ультраосновних (<40). Ступінь кислотності характеризується також кольором і відносною щільністю породи. Колір залежить від наявності таких кольорових мінералів в породі, як біотіт, Авгіт та інші. Чим кисліше породи тим вони світліші.

В основних породах зростає вміст темного силікату-Авгіт.

Тому вони мають темно-зелений і навіть чорний колір.

З зменшенням кислотності зростає відносна щільність порід.

У кислих порід вона 2, 5-3, 1; у середніх 2, 7-2, 8; основні 2, 9-3, 1; ультраосновних 3, 1-3, 3.

Розглянемо представників магматичних гірських порід. : Наприклад граніт, польовий шпат, кварц. .

Кварц -SiO2-шкло, н зламі жирний. Зустрічається білий, сірий, безцветний. Різновиди: прозорий-гірський кришталь, чорний-Маріон, жовтий-цитрин та ін Риса-безбарвна, на зламі-раковина. Форма-призматичні ерісталли, друзи, зернисті суцільні, скритокрісталліческіе маси. Щільність-2, 5-2, 8.

Має п'єзоелектричні властивості.

Ознаки: Твердість, на зламі блиск, глинистих корочок немає. на гранях кристалів поперечна штриховка.

Граніт : Світло-сірий, червонувато-сірого строкатою забарвлення порода складається з польових шпатів і мають світле забарвлення і скляний блиск на площинах спаяності кристалів.

Порода глибинна з кристалічної структурою і масивною текстурою.

Польові шпати: ортоклаз K [ALSi3O8] забарвлення біла, сіра, рожева, та ін

Порошок білий, блиск скляний, мінерал твердий.

В групи входять також Мікроклін, плагіоклазу, альбіт та ін

Питома вага-2, 6-2, 76.

Властивості групи мінералів дуже схожі.

Метаморфічні гірські породи:

Утворилися в результаті зміни осадових або вивержених порід при метаморфізмі з повним або значною зміною мінералогічного складу, структури і текстури.

Метаморфізм у перекладі з грецької мови означає (підданий перетворення) і пов'язаний зі зміною структури, мінералогічного і хімічного складів гірських порід в земній корі під впливом температури, тиску і хімічних впливів.

Під впливом високої температури і тиску вивержені породи перетворюються на сланцеві, а осадові породи набувають кристалічну структуру. Таким чином гірські породи претерпівая зміни, набувають нових властивостей.

Метаморфічні перетворення осадових гірських порід починаються на глубіне3-5км. і посилюються з глибиною під дією підвищуються температур і тисків.

Відомо що на кожні 100м. верхньої оболонки земної кулі температура підвищується приблизно на 3 С.

До метаморфічних гірських порід відносяться; кварцити, мармур, яшми, сланці, кристалічні вапняки та інші мінерали.

У метаморфічних порід структура кришталево-зерниста, подібна до структури вивержених порід, а паралельно-лінійне розташування мінеральних речовин подібно осадковим порід.

Наведемо приклади яскравих представників даної групи:

Яшми складаються переважно халцедоном або сумішшю халцедону і кварцу. В їх складі спостерігається істотна домішка глинистого матеріалу, оксидів заліза, а в деяка різниця присутня органічна речовина.

Яшми мають яскраві фарби-червонувато-коричневі різних відтінків, бурі, зелені, строкаті.

Яшми міцні, тверді породи з раковістим зламом. Щільність-до 2, 5г/см в кв.

Кварцит-складається з кварцу, польовий слюди, містить домішки шпату.

Дуже міцне з'єднання, колір сірий, рожевий, текстура масивна або полосчата. Характерний мономінеральних склад. Порода кристалічно зерниста, характерний жирний блиск і раковістий злам, невисокий питома вага.

шаруватість успадкована від осадовою породи (піску або пісковика), з якої він виник.

Мармур-Має середню твердість і може мати склад:

кальцитових, арагонітовий, доломітовий, магнезитовий. Структура шарувата, масивна, реагує з HCL. Забарвлення різна.

Осадові гірські породи:

Утворилися в результаті осадження органічних і неорганічних речовин на дні водних басейнів і на поверхні Землі з подальшим їх ущільненням і зміною.

Найдрібніші частки роздроблених водою і вітром вивержених порід, а також залишки тварин і рослинних організмів при осадженні утворювали шари і пласти.

Ці породи за способом утворення підрозділяють на уламкові (механіч. опади), породи хімічного та змішаного походження.

Осадові гірські породи-найбільш розповсюджені тому що вони покривають близько 75% усієї Земної поверхні і становлять-10% маси Земної кори або як її ще називають-літосфери.

Осадові гірські породи становлять для нафтовиків особливий інтерес, оскільки з ними пов'язані переважне число покладів нафти і газу.

В світовій практиці відомі лише окремі випадки видобутку нафти з вивержених і метаморфічних порід.

В відповідності зі способами освіти осадових гірських порід, їх можна і потрібно описувати в певній послідовності, а саме:

уламкові породи утворилися в результаті руйнування, перенесення і відкладення дрібних частинок зруйнованих порід.

В відповідності зі структурними особливостями уламкові гірські породи підрозділяються на великоуламкових (псефіти), среднеобломочние (псамміти), мелкообломочние (алевритами) і тонкообломочние (пеліти).

До уламковим гірських порід відносяться: Валуни, галечники, гравій, піски, пісковики, глини, аргеліти і глинисті сланці.

Порода хімічного походження утворилися в результаті випадання солей з водних розчинів або в результаті хімічних реакцій в Земній корі. Ці породи розбиті на наступні групи:

карбонатні, крем'янисті, залізисті галлойдние солі, сірчанокислий солі. карбонатні породи-це вапняки хімічного походження, солітовие вапняки, вапняні туфи, доломіт.

крем'янисті порд-це крем'янисті туфи, які утворюються в результаті випадання аморфного кремнезіта з води гарячих джерел.

До групі залізистих порід відносяться різні залізні руди (бурі залізняки, залізисті солити).

До галлойдним солям відноситься кам'яна сіль. Ангідрид і гіпс належать до групи сірчистих солей.

До порід органічного походження відносяться вапняки, крейда, трепел і каустобоіліти.

Порода змішаного походження складаються з матеріалів уламкового, органічного та хімічного походження. До породам змішаного походження відносяться: мергелі, піщано і глинисті вапняки.

Глинисті мінерали в чистому вигляді білі або безцветние, тому у відсутності хлорофоров породи мають білу забарвлення іноді з жовтим або світло-сірий відтінок. Бурий і червоний кольори різної інтенсивності і відтінків обумовлені присутністю окисних Сполучені заліза, присутність підвищених кількостей Хлорити і зелених гідрослюд часто додає породам сірувато-зелене забарвлення. Як правило порода насичена глинистими шарами має дрібнозернисту структуру.

В глинистих породах виявлені майже всі хімічні елементи.

Оксиди кремнію і алюмінію в сумі состовляет не меньше 70%.

В помітних колічесвах присутні: залізо, кальцій, магній, калій, натрій, титан і водень.

Зміст решти елементів незначно. Глинисті породи мають ряд властивостей і ознак, що відрізняють їх від інших осадових утворень. Глини можуть розмокає у воді, у вологому стані їм властива пластичність. Глини здатні поглинати воду переважно прісну і за рахунок цього значно збільшуватися в розмірах. При висиханні вони розтріскуються, а в деяких випадках перетворюються на дрібну щебінку.

карбонатні породи:

Вапняк-основна часть-кальцит. Забарвлення досить різноманітна, але переважно сіра різної інтенсивності. Нерідко зустрічаються світло-сірі вапняки з жовтим, бурим, зеленим або рожевим відтінками. Нафтоносні вапняки мають чорний або буро-чорний колір.

Фізичні властивості вапняків, в слідстві відрізняються в склад, структуру і текстурою, змінюються в широкому діапазоні, є дуже щільні, міцні і навпаки низької щільності, пористі, не міцні.

Найголовніші домішки в вапняках представлені доломітом, магнезит-том, глинистими мінералами, чудові органічною речовиною

Рідше присутній алеврітовий та піщаний матеріал.

Структура породи визначається відмінностями, такими як біоморфною, детрітовие, сіламовие, зернисті, уламкові та інші.

Хімічний склад СаО-55, 64%, МgО-0, 02%, СО2-43, 38%, SiO2-0, 16%, Al2O3 0, 07%, P2O5-сліди.

Доломить-породи, переважно міцні низькопористий, нерідко тріщинуваті. Найбільш поширені хемогенние. Склад в основному мінерали доломіту і містять домішки гіпсу, ангідриду, кальциту, глинистих частинок і ін

Хімічні властивості СаО-30, 4%; MgO-21, 9%; (CaMg (CO3) 2-47, 7% СО2).

Забарвлення доломітів переважно світла, блакитно-сіра, сірувато-жовтий, кремовий зеленувато-сіра. Зустрічаються і темно кольорові, наприклад, коричнево-чорні і бурі нефтенасищенние доломіт.

Мел-складається переважно з кальциту, містить незначну домішку кремнозема, а іноді глинистого і навіть уламкового матеріалу.

Забарвлення породи-біла, іноді з сіруватим або слабким буруватим відтінком.

Мел Не проти, легко піддається обробці ножем, склом, забруднює руки, високо порист (40-50%), добре вбирає воду.

2. Скидання - є розривне порушення, у которго висячий крило щодо лежачого зміщений вниз.

Скиди утворюються або при переміщенні одного крила, або при русі обох крил в різних напрямках, або при різношвидкісної русі обох крил в одному напрямі.

При скиданні утворюється утворюється зона зяяння. Тому свердловини, що перетинають скидання, фіксують випадання частини пластів з розрізу.

K1-зона зяяння; f-f-сместітель.

Взбросом називається розривне порушення, у якого висячий крило щодо лежачого зміщене вгору.

В результаті утворюються зони перекриттів, які фіксуються в розрізі свердловин повторенням одних і тих же пластів.

У взбросов кут нахилу сместітеля завжди більше 60 градусів.

K2-зона перекриття, f-сместітель.

Розривні порушення, за формою напоменающіе взброси, але з меншими кутами сместітеля, називаються насуваючись:

зрушенням називається розривне порушення, при якому зміщення порід відбувається в горизонтальній площині.

Поряд з неречісленнимі, у природі зустрічаються більш складні розривні порушення: скидання-зсуви та взбросо-зрушення. :

Блок-діаграма скидання-зсуву:

грабенами називається блок гірських порід, обмежений розривними порушеннями і опущений щодо суміжних з ним блоків.

До грабенами нерідко приурочені річкові долини, а на дні океанів--підводні рифи (долини). Грабени часто ослажняют склепіння складок.

Вони супроводжують майже всім соляним куполам Північного Прикаспію.

Горст називається обмежений розривними порушеннями блок гірських порід, піднятий щодо суміжних з ним блоків.

Горст можуть бути тісно пов `язані з антиклінальними складками, а також можуть бути самостійними структурними формами.

а -Горст; в-Грабени;.

Найпростішими видами складок є антикліналі і сінкліналі

У антикліналі вигин шарів звернений опуклістю вгору, у сінкліналі опуклістю вниз.

В кожній складці розрізняють її елементи. Бічні поверхні складки називаються крилами; зона, в якій сходяться крила, характеризується максимальною кривизною,-замком, або зводом складки; біссекторная площину кута між крилами складки--осьовий площиною; лінія перетину осьової площини із замком--шарніром, а проекція шарніра на поверхню Землі-віссю складки.

Осьовий поверхнею називають поверхню, що проходить через шарніри всіх верств, слогани складку.

Товща гірських порід, що лежить в перегині антиклінальними або синклінальне складок, є ядром складки.

В ядрі антикліналі залягають найбільш древні породи, в ядрі сінкліналі-навпаки, найбільш молоді.

Закінчення антиклінальними складок називають переклінальнимі, а синклінальні-центріклінальнимі.

Довжиною складок вважається відстань між їх переклінальнимі або центріклінальнимі закінченнями, шириною-відстань між осьовими поверхнями в поперечному перетині, що обмежують складку.

В складках, розвинених в межах складчастих областей, спостерігаються пластичні переміщення деяких гірських порід, що ведуть до збільшення потужності шарів на склепіннях складок.

Складки в цих областях розташовані паралельними рядами, причому антикліналі чергуються з пов'язаними з ними синкліналь, що відповідає повній складчастості.

За морфологічними ознаками виділяють: лінійні складки із співвідношенням довжини до ширині більше ніж 10:1, брахіантіклінальние і брахісінклінальние складки з співвідношенням довжини до ширини від 10:1 до 2, 5:1.

На околицях складчастої області довжина складок зменшується і вони можуть мати майже округлу форму (купола).

Брахіантіклінальная складка:

Тип структури-морфологічний, властивий платформних областям, співвідношення довжини до ширини от5: 1 і менше.

В це особливість визначення даної геологічної структури.

Методика побудови зведеного стратиграфічного розрізу.

Стратиграфія (від лат. stratum - настил, шар і... графія), розділ геології, що вивчає послідовність формування геологічних тіл та їх первинні просторові взаємини. Для цих цілей у першу чергу використовується можливість простежування пластів осадових гірських порід і вивчення їх фаціальних змін в басейнах минулих геологічних епох. Основне значення для встановлення одновіковим вивчених відкладів має склад викопних організмів, знаходять в осадових товщах, що відображають необоротне розвиток органічного світу Землі. Тому Стратиграфія тісно пов'язана з палеонтологією, а також з геохронологія - вченням про хронологічній послідовності формування і вік гірських порід, що складають земну кору. Виникнення стратиграфії пов'язано зі становленням геології як науки; вона стала основою створення геологічних карт і геохронологічної шкали.

Предмет і методи дослідження стратиграфії:

Основним становищем в стратиграфії?? і є закон послідовності нашарування, що коли при нормальному заляганні пластів кожен підстильний пласт стародавнє покриває; виняток з цього правила спостерігається тільки в тому випадку, коли в результаті тектонічних деформацій первинне залягання пластів порушується, і вони можуть виявитися перевернутими. Шари гірських порід, відкладається в басейнах минулих геологічних періодів, залягають у певній послідовності, вивчаючи яку можна скласти стратеграфіческую колонку. При зіставленні цих колонок застосовуються різні методи, з них найбільш поширеним і надійним є палеонтологічний метод, заснований на необоротному прогресивному розвитку органічного світу Землі. Палеонтологічний метод може застосовуватися тільки з урахуванням даних палеоекології.

За суті всі групи викопних організмів можуть бути використані для цілей стратиграфічної кореляції; особливо велике значення мають залишки найдрібніших організмів, що зустрічаються в масовій кількості (форамініфер, радіолярії, нанопланктон, діатомові і ін); навіть невеликі шматки осадових гірських порід містять сотні й тисячі таких організмів, що особливо важливо при визначенні віку порід в керна свердловин. Цими ж особливостями відрізняється і застосування споровопильцевого аналізу, який використовується для визначення віку осадових товщ всіх підрозділів фанерозою. Палеонтологічний метод має широке застосування у всій фанерозойських історії Землі. У більш давніх відкладах докембрію залишки тварин зустрічаються вкрай рідко; в масовому кількості зустрічаються сліди життєдіяльності синьо-зелених водоростей, які в 1960-і рр.. почали з успіхом використовуватися для розчленування та кореляції карбонатних товщ верхнього докембрію; у більш давніх відкладах палеонтологічний метод поки не застосовується.

Провідне значення для більш древніх відкладень набувають дані ізотопних визначень, засновані на радіоактивному розпаді різних елементів (К, U, Pb), укладених у мінералах осадових і магматичних гірських порід. Інформація за ізотопним віком осадових порід досить мізерна. При калій-аргонової методі датування використовуються дуже рідкісні калійні солі (Карналіт) і звичайний для осадових порід глауконіт. Рубідій-Стронцієвий метод визначення застосовується при дослідженні різноманітних глинистих порід і кислих ефузивних породах; урано-торієвим методом датуються циркони з ефузивних породах.

Значно більш повні дані про вік порід зазначеними методами можуть бути отримані для різноманітних інтрузивні гірських порід, впроваджуються в осадові товщі; основна складність полягає в тому, щоб прив'язати ці точні цифри до стратиграфічної колонці (для цих цілей уважно вивчаються контакти інтрузивні тіла з осадовими шаруватими товщами). У багатьох випадках істинний вік інтрузивні масивів може бути встановлений тільки за результатами ізотопних визначень.

З ін методів кореляції шаруватих осадових і вулканогенних товщ використовуються дані літологічного і геохімічного дослідження (зіставлення з домінуванням тих чи інших мінералів або елементів) і різні геофізичні методи розвідки - дані палеомагнітних і електрокаротажних визначень, які застосовуються для зіставлення розрізів бурових свердловин на розвідувальних площах.

стратиграфічні підрозділи і шкали.

Застосування всіх методів кореляції дало можливість скласти для всієї земної кулі загальний зведений стратиграфічний розріз, на основі якого встановлена сувора ієрархія стратиграфічних підрозділів. Така система стратиграфічних підрозділів, або стратиграфічна шкала, була вперше затверджена на Міжнародному геологічному конгресі в Болоньї в 1881. У середині 20 ст. вона була доповнена введенням еонотеми - найбільш великого підрозділи стратиграфічної шкали, що сформувався протягом еону; застосовувався раніше термін «група», що означав відкладення, що сформувалися протягом ери, замінюється терміном «ератема». З цими доповненнями та змінами співпідпорядкованість прийнятих підрозділів має такий вигляд (праворуч вказані відповідні їм геохронологіческіс підрозділу):        

Загальні стратиграфічні   підрозділу         

Геохронологічна   підрозділу             

Еонотема         

Еон             

Ератема (група)         

Ера             

Система         

Період             

Відділ         

Епоха             

Ярус         

Століття             

Зона (хронозона)         

Час     

Кожне із зазначених стратиграфічних підрозділів відповідає природному етапу розвитку Землі та її органічного світу; вони розпізнаються на всіх материках і, як показало буріння, проведене в 1970-х рр.. , І в океанських западинах. За думку деяких дослідників, яруси геологічні і зони стратиграфічні мають лише місцеве значення; це положення справедливо в тих випадках, коли ярус і зона виділяються на матеріалі ізольованих палеобассейнов, фауна яких розвивалася відокремлено і не була пов'язана зі Світовим океаном (наприклад, неогенові відкладення Чорноморсько-Каспійського басейну). Якщо за стратотіп ярусів і зон беруться розрізи відкритих океанічних басейнів, ці підрозділи можуть бути простежені практично по всій земній кулі.

Відділи, яруси та зони єдиної або загальної стратиграфічної шкали не скрізь розпізнаються з бажаної точністю і не відображають місцеві особливості будови розрізів. Тому основою стратиграфічної класифікації в багатьох районах є так звані місцеві стратиграфічні підрозділи, якщо вони мають палеонтологічні обгрунтування і включають відкладення, значно змінюють свого складу за простиранню, то виділяють горизонти. (приблизно відповідають за обсягом ярусу або под'ярусу) і лони (локальні зони). Навпаки, якщо провідними при виділенні місцевого підрозділу є особливості літологічного складу гірських порід, то в цьому випадку приймається особлива система літостратіграфіческіх підрозділів; їх супідрядність, прийняте в Росії, наступне (праворуч вказані еквівалентні їм підрозділи, прийняті в США):        

Росія         

США             

Серія         

Група (group)             

Свита         

Формація (formation)             

Пачка         

Член (member)     

Місцеві підрозділи за своїм обсягом можуть не відповідати підрозділам загальної шкали.

Основна проблема, що стоїть перед сучасною Стратеграфіей, - з'ясування загальної послідовності відкладів, що складають земну кору. Це завдання особливо актуальна для найдавніших відкладень докембрію. Новітня (фанерозойських) історія Землі (молодша за 570 млн. років) з'ясована незрівнянно краще, але й тут має бути робота з уточнення нині прийнятого підрозділи, створенню глобальних ярусних і зональних стратиграфічних схем, а також побудова детальних місцевих стратиграфічних шкал і пов'язання їх із загальною шкалою.

Практичне застосування. Стратеграфія є основою при регіонально-геологічних дослідженнях, що дозволяють зрозуміти особливості тектоніки території, визначити напрям пошуків і розвідки корисних копалин; особливо це відноситься до пластовим родовищ (нафта, вугілля, залізні і марганцеві руди, фосфорити, боксити, кам'яні і калійні солі, чорні урансодержащіе сланці тощо), які строго приурочені до певних стратиграфічні рівнями. Без детального вивчення стратиграфічного розрізу не можуть бути складені геологічні карти і проведені різні інженерно-геологічні роботи.