 |
Основы нефтегазопромысловой геологии
|
|
|
|
Геология земной коры
Геология - это наука о составе, строении и истории Земли. Установлено, что внутри Земли несколько оболочек: литосфера, мантия и ядро.
Литосфера - это внешняя твердая оболочка, толщиной 50-70 километров от поверхности Земли. За литосферой располагается мантия на глубине 2900 километров. В центральной части земного шара на глубине от 2900 до 6380 километров расположено ядро. Химический состав, физическое состояние и свойства оболочек различны.
Литосферу называют земной корой. Наиболее изучена по сравнению с другими литосфера. Состав и строение мантии и ядра окончательно еще не изучены. В современном понятии геология - это наука, изучающая вещественный состав литосферы, ее строение и процессы, происходящие в ней и на ее поверхности, причины и закономерности возникновения и развития этих процессов, а также состав, строение и закономерности развития Земли в целом. Геология является теоретической основой для поиска, разведки и разработки всех месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа.
Строение Земли
По данным, полученным в результате проведения космических исследований, длина земного меридиана 40008,548 км, а длина экватора 40075,704 км. Средний радиус шара, равновели-
кого объему Земли, - 6371 км. Упрощенно, по геофизическим материалам, установлено неоднородное внутреннее строение Земли. В ней выделяются (упрощенно) ядро радиусом около 3400 км, мантия (промежуточная оболочка) толщиной примерно 2900 км и земная кора, максимальная мощность которой 70 км, в районах материков 30-50 км, в области океанов 5-8 км. Средняя плотность Земли принята 5,52 г/см. Плотность земли значительно выше плотности наиболее встречающихся горных пород, распространенных в земной коре (Таблица 2).
|
|
|
Таблица 2.
| № п/п | Порода | Плотность, г/см3 |
| 1. | Гранит | 2,5-3 |
| 2. | Базальт | 2,7-3,2 |
| 3. | Известняк | 2,4-2,8 |
| 4. | Доломит | 2,9 |
| 5. | Глина | 1,6-2,8 |
Наиболее изучена земная кора. Земная кора представляется резко изменяющейся толщиной и неодинаковым строением.
В среднем подошва земной коры 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.
Мельчайшие зерна и кристаллы, которые представляют собой природные химические соединения или самородные элементы, называются минералами. Минералов насчитывается более 2000. Геологические тела, состоящие из минеральных зерен или их обломков, называются горными породами.
Земная кора сложена горными породами, различными по своему составу, строению и свойствам. Горные породы, слагающие земную кору, состоят из минералов. Минералы - это природные химические соединения, представленные однородными по составу и физическим свойствам телами, образующимися при различных физико-химических процессах, протекающих в земной коре.
Горные породы - это минеральные соединения постоянного минералогического и химического состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. В зависимости от происхождения все горные породы разделяют на магматические, или изверженные, осадочные и метаморфические, или видоизмененные. Изверженные породы имеют, в основном, кристаллическое строение, образовались в результате застывания и кристаллизации на поверхности Земли или в ее недрах селикат-ного (кремнеземного) расплава - магмы. Это плотные, крепкие, однородные массивы. Представителями изверженных пород являются базальты, граниты. В этих породах нет остатков растительного и животного происхождения.
|
|
|
Осадочные горные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности Земли с последующим их уплотнением и изменением. Мельчайшие частицы раздробленных водой и ветром изверженных пород, а также остатки животных и растительных организмов при осаждении образовывали слои и пласты. Эти породы по способу образования подразделяют на обломочные (механические осадки), породы химического и смешанного происхождения. Осадочные горные породы - наиболее распространенные, так как они покрывают около 75% всей земной поверхности и составляют 10% массы земной коры. Обломочные породы образовались в результате разрушения, переноса и отложения мелких частиц разрушенных пород. К обломочным породам относятся валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины, аргилиты и глинистые сланцы. Породы химического происхождения образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций в земной коре. Эти породы разбиты на следующие группы: карбонатные, кремнистые, железистые, галоидные соли, сернокислые соли.
Карбонатные породы - это известняки химического происхождения, солитовые известняки, известковые туфы, доломиты. Кремнистые породы - это кремнистые туфы, которые образуются в результате выпадения аморфного кремнезита из воды горячих источников. К группе железистых пород относятся различные
железные руды (бурые железняки, железистые оолиты). К галоидным солям относится каменная соль. Ангидрит и гипс относятся к группе сернистых солей.
К породам органического происхождения относятся известняки, мел, трепел и каустобоилиты.
Породы смешанного происхождения состоят из материалов обломочного, органического и химического происхождения. К породам смешанного происхождения относятся мергели, песчаные и глинистые известняки.
Метаморфические горные породы образовались в результате изменения осадочных или изверженных пород при метаморфизме с полным или значительным изменением минералогического состава, структуры и текстуры. Метаморфизм в переводе с греческого языка означает «подвергнутый превращению» и связан с изменением структуры, минералогического и химического состава горных пород в земной коре под влиянием температуры, давлений и химических воздействий. Под влиянием высокой температуры и давления изверженные породы превращаются в сланцевые, а осадочные породы приобретают кристаллическую структуру. Таким образом, горные породы, претерпевая изменения, приобретают новые свойства.
|
|
|
Метаморфические превращения осадочных горных пород начинаются на глубине 3-5 км и усиливаются с глубиной под действием повышающихся температур и давления. Известно, что на каждые 100 м верхней оболочки земного шара температура повышается примерно на 3° С. Предполагают, что температура на глубине 40-50 км в земном шаре составляет 1200-1500° С. Такую температуру имеют жидкие раскаленные лавы действующих вулканов.
К метаморфическим горным породам относятся кварциты, мраморы, яшма, сланцы, кристаллические известняки и другие. У метаморфических пород структура кристаллически-зернистая, сходная со структурой изверженных пород, а параллельно-линейное расположение минеральных веществ подобно осадочным породам. Одно из свойств метаморфических пород - это возможность раскалываться на тонкие слои. Промышленные за-
пасы нефти и газа, в основном, находятся в осадочных породах (песчаниках, известняках).
Осадочные породы чаще всего встречаются в пониженных местах континентов и водных бассейнов. Учитывая, что определенные виды животных и растительных организмов существовали в течение определенного времени, возраст горных пород стали определять по останкам организмов в этих породах.
Вес время формирования земной коры принято делить на эры, которые, в свою очередь, подразделяются на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века. Толща горных пород, образовавшаяся в течение эры, называется группой, в течение периода - системой, в течение эпохи - отделом, в течение века - ярусом. Самой древней эрой считается архейская, что в переводе с греческого означает «эра начала жизни». В породах этой эры останков животного и растительного происхождения почти не встречается. За архейской следует протерозойская эра, что означает «заря жизни». В породах этой эры уже встречаются окаменелости беспозвоночных животных и водорослей. За протерозойской следует палеозойская эра («палеон» - древний), т.е. «эра древней жизни». Эта эра характеризуется бурным развитием животных организмов и растений и горнообразовательными процессами. В горных породах этого возраста открыты большие по запасам месторождения нефти, газа, угля и сланцев. Следующая -мезозойская эра («мезос» - средний), то есть «эра средней жизни». Для этой эры также характерно образование нефти, газа и угля. Последняя - кайнозойская эра («кайнос» - новый), то есть «эра новой жизни». В горных породах этой эры открыты самые крупные в мире нефтяные и газовые месторождения.
|
|
|
Составлена геохронологическая таблица (табл. 3), в которой расположены в определенной последовательности условные отрезки времени, на которые делится история Земли.
Промышленные запасы нефти и газа в своем большинстве встречаются в осадочных породах (песчаники, известняки и их конгломераты). В магматических (изверженных) и метаморфических горных породах нефть и газ встречаются очень редко и промышленного значения не имеют. Осадочные породы характеризуются
Таблица 3. Геохронологическая таблица
| Эра | Период | Эпоха | Возраст, млн. лет назад | |
| Кайнозойская | Четвертичный (Антропогенный) | Голоценовая Плейстоценовая | ||
| Неогеновый | Плиоценовая Миоценовая | 26 ] | ||
| Палеогеновый | Олигоценовая Эоценовая Палеоценовая | |||
| Мезозойская | Меловой | Позднемеловая Раннемеловая | ||
| Юрский | Позднеюрская Среднеюрская Раннеюрская | |||
| Триасовый | Позднетриасовая Среднетриасовая Раннетриасовая | |||
| Палеозойская | Позднепалеозой-ская | Пермский | Позднепермская Раннепермская | |
| Каменноугольный (карбон) | Позднекаменноугольная Среднекаменноугольная Раннекаменноугольная | |||
| Девонский | Позднедевонская Среднедевонская Раннсдсвонская | |||
| Раннепалеозой-ская | Силурийский | 1 1очднссилурийская Ран несилурийская | ||
| Ордовикский | 1 1озднеордовикская Среднеордовицкая Раннеордовицкая | |||
| Кембрийский | Позднекембрийская Среднекембрийская Раннекембрийская | |||
| Протерозойская | Позднепротеро-зойская | Вендская Позднерифейская Среднерифейская Раннерифейская | ||
| Среднепротеро-зойская | - | |||
| Раннепротерозой-ская | - | |||
| Архейская | >2600 |
слоистостью, то есть свойством располагаться параллельными или почти параллельными слоями, отличающимися друг от друга составом, структурой, твердостью и окраской слагающих их пород.
|
|
|
В земной коре каждый слой (пласт) осадочных горных пород отделен от другого поверхностью напластования. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а поверхность, ограничивающая его сверху, - кровлей. Кровля нижележащего слоя одновременно является подошвой для вышележащего слоя. Возможно, первичной формой залегания слоя пласта был горизонтально лежащий слой-пласт. Но за миллионы лет существования Земли в ней происходили и происходят в настоящее время всевозможные сдвиги и смещения. Это приводило и приводит к тому, что первично горизонтальные слои (пласты) осадочных пород деформируются и принимают другие положения (наклонные пласты, складки и так далее).
Изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх, называется антиклиналью, а выпуклостью вниз - синклиналью. Соединение антиклиналь и синклиналь в совокупности образует полную складку. Во всем мире от 70 до 90 процентов известных нефтяных и газовых месторождений находятся в антиклиналях. Размеры антиклиналей различны по длине и по ширине, а также по высоте. По длине они могут быть от нескольких сот метров до нескольких сот километров, по ширине - от нескольких сот метров до нескольких десятков километров. По высоте (толщина пласта) от одного метра до нескольких сот метров. На Уренгойском газовом месторождении толщина пласта до 200 метров, а на Тенгизском нефтяном месторождении (Казахстан) - более 800 метров.
Движения, происходящие в земной коре, бывают колебательными, складчатыми и разрывными. Колебательные и складчатые движения земной коры вызывают пластическое нарушение пластов горных пород, а разрывные движения вызывают разломы пластов горных пород.
Колебательные движения вызывают вертикальные перемещения, то есть поднятия и опускания одного участка земной коры относительно другого. Такие движения происходили с момента образования земли и происходят до настоящего времени. Из-за колебательных движений горизонтальное положение осадочных пород изменяется, образуются очень пологие прогибы (синеклизы), то есть образуются локальные нарушения горизонтальности. Образованные при этих нарушениях новые структуры называют локальными.
Складочные движения вызывают пластическое нарушение пластов горных пород, в результате чего образуются складки. Пласты в складках земной коры изогнуты волнообразно. При этом различают два вида складок синклинали и антиклинали. Складка, в ядре которой расположены более молодые пласты, чем по краям, называется синклиналью. Она бывает обращена изгибом (вершиной) вниз, пласты на крыльях ее падают навстречу друг другу.
Антиклиналь - это складка, ядро которой сложено из более древних пород, а по краям расположены более молодые породы. Антиклиналь обращена изгибом (вершиной) кверху. Пласты направлены от нее в обе стороны. Две соседние складки синклиналь и антиклиналь образуют полную складку.
В процессе образования разрывных складок породы пластов часто не выдерживают действующих на них сил и разрываются, образуя трещины. Кроме трещин возникают сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги. Сброс образуется тогда, когда одна часть складки опускается, а вторая часть остается на месте. При взбросе, наоборот, одна часть складок поднимается, а вторая остается неподвижной.
Разрывные движения в земной коре бывают вертикальные и горизонтальные, способствуют образованию сдвигов. Когда сдвиги горных пород в пластах происходят под небольшим углом наклона к горизонту, то в земной коре образуются надвиги.
В земной коре образуется ряд геологических структур, главные из них - платформы и геосинклинали. Платформой называют основную тектоническую единицу земной коры, не способную к резкому изменению своей первоначальной структуры. А геосинклинали - это наиболее подвижные участки земной коры, состоящие из осадочных горных пород большой толщины - до нескольких километров.
В формировании геосинклиналей различают две стадии: геосинклиналь в виде морского бассейна с интенсивно прогибающимся дном, где скапливаются мощные пласты осадочных и изверженных (вулканических) пород. Превращение геосинклиналей происходит за счет интенсивного поднятия земной коры в складчатую систему с последующим превращением в горы (Урал, Крым, Карпаты). Примером развивающихся в наше время геосинклиналей служит часть Тихого океана с грядами Курильских островов.
Глава IV
|
|
|
