Файл: Основы геологии.pdf

78 2. Конденсационные воды распространены в пустынях и полупустынях.
Источником воды для них является водяной пар атмосферы, который конденсируется на поверхности Земли в результате суточных колеба- ний температуры, затем просачивается уже жидкая вода до водоупор- ного горизонта, образуя небольшие залежи. Примерами могут служить оазисы в пустынях.
3. Реликтовые или остаточные воды являются результатом захоронения поверхностных вод накапливающимися в них обломочными осадками.
Чаще всего это бывают занесённые эоловыми отложениями озёра, бо- лота или старицы рек.
4. Ювенильные или девственные воды являются продуктом остывающей в земных недрах магмы, выделяющей большое количество водяных паров, которые по мере продвижения к поверхности остывают и кон- денсируются в трещинах и пустотах горных пород.
5. Смешанные воды образуются в результате смешивания подземных вод разного происхождения. Например, при смешивании в пластах горных пород вадозных и конденсационных вод образуются смешанные ва- дозно-конденсационные воды, при смешивании вадозных и реликто- вых образуются вадозно-реликтовые и т.д.
Залегают подземные воды на разных уровнях от поверхности Земли, и по этому признаку различают почвенные воды, верховодку и грунтовые воды.
Почвенные воды заполняют пустоты в почвах, залегают непосредственно на поверхности Земли или вблизи неё, подвергаясь воздействию климатических особенностей. Верховодка залегает несколько глубже, но также близко от по- верхности, в зоне аэрации (зоне свободного проникновения воздуха), питаются они за счёт атмосферных осадков. Грунтовые воды залегают ниже зоны аэра- ции, заполняя поры, трещины и пустоты в горных породах. Пласты или слои горных пород, насыщенные водой, называются водоносными горизонтами. Ес- ли водоносный горизонт располагается между двумя водоупорными горизон- тами, воды такого горизонта называют межпластовыми, а трещинные воды заполняют трещины в трещиноватых породах.
В зависимости от температуры подземных вод среди них выделяют:
Обычные воды – с температурой, соответствующей среднегодовой тем- пературе воздуха области; такие воды называют ещё изотермическими.
Горячие воды имеют температуру, превышающую среднегодовую темпера- туру воздуха, часто она бывает выше 20 0
С; такие воды называют термальными.
Холодные воды с температурой ниже среднегодовой температуры в этом районе, их называют также гипотермическими.

79
По химическому составу среди вод выделяют четыре типа:
1. Пресные воды с содержанием в растворённом состоянии менее 1 г/л солей.
2. Солоноватые воды содержат от 1 до 10 г/л растворённых солей.
3. Солёные воды с содержанием растворённых солей от 10 до 50 г/л.
4. Рассолы или рапа с содержанием более 50 г/л растворённых солей.
На нефтяных и газовых месторождениях нефть и газ залегают совместно с подземными водами. При этом самое высокое положение в разрезе занимает газ. Ниже газа располагается нефть, а вода занимает самое низкое положение.
Соответственно пласты называются газонасыщенными, нефтенасыщенными или водонасыщенными (или газоносными, нефтеносными и водоносными). В связи со способностью к естественной сепарации газ и нефть скапливаются, как правило, в ловушках – структурных и неструктурных. Структурные представ- ляют собой выгнутые изгибы слоёв, т.е. положительные структуры; неструк- турные связаны с трещиноватыми и кавернозными карбонатными породами рифогенной формации. Выделяются пять типов подземных вод на нефтяных и газовых месторождениях:
1. Нижняя краевая или контурная вода, которая залегает в пониженных частях пласта, подпирая вышерасположенную нефтегазовую залежь.
2. Подошвенная вода залегает в нижней, подошвенной части нефтегазо- вого пласта в пределах всей структуры.
3. Промежуточная вода приурочена к водоносным пластам, находящим- ся между двумя или несколькими нефтегазовыми пластами.
4. Верхняя вода образует самостоятельный пласт, залегающий выше нефтегазового пласта.
5. Нижняя вода также образует самостоятельный пласт, залегающий ни- же нефтегазового пласта.
Наличие или отсутствие газов и жидкостей в горных породах зависит не только от самого факта их присутствия в данном районе, но и от некоторых особенностей внутреннего строения горных пород. Для того чтобы порода вмещала жидкость или газ, необходимо, чтобы она обладала определёнными
ёмкостными свойствами, т.е. чтобы в ней было место для жидкости или газа.
Кроме того, она должна ещё и пропускать через себя жидкость или газ, т.е. что- бы она обладала и фильтрационными свойствами. Эти две особенности внут- реннего строения горных пород называются коллекторскими свойствами, к которым относятся пористость и проницаемость горных пород.

80
Пористость горных пород выражает способность пород впитывать, вмещать в себя жидкости или газы. Она определяется отношением объема всех пор в породе к общему объему породы, выраженному в процентах:
%
100
Vп
Vпор
P
=
Пористость бывает первичная (диагенетическая), когда поры образуются в процессе образования горной породы, и вторичная, если она образуется в уже сформированной горной породе в результате выветривания, выщелачивания и тектонических движений.
Открытую пористость представляет объём только тех пор, которые связа- ны друг с другом, сообщаются между собой. Коэффициент открытой пористо- сти определяется отношением суммарного объема открытых пор к общему объему горной породы. Эффективная пористость определяет поры, из которых можно извлечь нефть или газ при разработке месторождения. Она определяется как отношение объёма пор, через которые возможно движение жидкостей или газов при определённых температурах и давлениях.
Пористость обломочных горных пород находится в зависимости прежде всего от формы обломков и степени сортировки обломочного материала. Об- ломки, составляющие горную породу, по форме могут быть окатанными, полу- окатанными или угловатыми (неокатанными). Если обломки окатаны, то при одинаковом размере обломков пористость будет максимальной независимо от размера обломков. Но так как в природе при любой степени сортировки прак- тически зёрна всё-таки различаются по размерам, то в более крупнозернистых горных породах пористость будет ниже, чем в менее крупнозернистых. Углова- тые, т.е. неокатанные обломки, имеют в горной породе более плотную упаков- ку, в связи с чем пористость у них ниже, чем у окатанных.
Более чётко пористость связана со степенью сортировки обломочного ма- териала. Чем выше степень сортировки обломков в горной породе, тем выше пористость, так как при неоднородных по размерам обломках более мелкие из них могут заполнять пространство между более крупными, уменьшая ёмкость горной породы, т.е. её пористость.
Проницаемость характеризует способность горной породы пропускать через себя жидкости или газы. За единицу проницаемости принят дарси – про- ницаемость пористой породы, при которой через поперечное сечение образца площадью 1 см
2
и длиной 1 см при перепаде давления 0,1 Мпа за 1 сек прохо- дит 1 см
3
жидкости. Проницаемость может быть выражена скоростью, с кото- рой флюиды – жидкости и газы, проходят сквозь породу в направлении

81 гидравлического градиента. Проницаемость является главной характеристикой горных пород при оценке и добыче нефти и газа.
Проницаемость горных пород определяется не только объемом пустого пространства в породе, но и формой, размерами пор и трещин, а также характе- ром соединения их между собой. Чем крупнее поры и чем лучше они соедине- ны между собой, тем выше проницаемость горной породы. Пористость и проницаемость имеют друг с другом очень сложную зависимость. Хорошо от- сортированные пески имеют пористость 15-20%, а проницаемость их очень вы- сока; у глин пористость достигает 50-60%, а проницаемость равна почти 0.
Проницаемость нефтеносных песчаников изменяется от 0,05 до 3 Д, трещино- ватых известняков – 0,005 – 0,02 Д.
По степени проницаемости горные породы разделяют на три группы:
1) проницаемые: пески, гравий, галечники и др.; 2) полупроницаемые: супеси, лёсс, торф и др.; 3) непроницаемые: глины, сланцы, нетрещиноватые магмати- ческие породы и др. Проницаемые и полупроницаемые горные породы отно- сятся к породам-коллекторам, а непроницаемые – к породам-водоупорам.
Изучение подземных вод на нефтяных и газовых месторождениях имеет большое теоретическое и практическое значение, так как их состав может ука- зывать на наличие или отсутствие нефтяных залежей. В нефтегазоносных рай- онах подземные воды характеризуются повышенным содержанием брома, йода, сероводорода, часто повышенным содержанием карбонатов.
Геологическая деятельность подземных вод заключается в разрушении, транспортировке продуктов разрушения и отложении перемещенного материала.
Разрушительная работа осуществляется преимущественно химическим способом, в результате растворения минералов и горных пород продвигающи- мися по порам и трещинам подземными водами. Растворение и выщелачивание минералов с выносом элементов в растворённом состоянии и образованием по- лостей в горных породах называется карстовым процессом. Растворимость по- вышается с увеличением температуры и давления. Наиболее легкораствори- мыми минералами являются галит, сильвин, карналлит, гипс, ангидрит, кальцит и др. В результате карстовых процессов образуются наземные и подземные формы мезо- и микрорельефа. К наземным формам относятся карстовые ворон- ки, поноры, карстовые долины. Размеры карстовых воронок в диаметре дости- гают сотен метров, в районе станции Карсты (Республика Коми), недалеко от г.
Ухты, многочисленные карстовые воронки имеют диаметр от 1-2 м до 20-30, а иногда, в долине р. Тобыси, превышают 300 м.

82
Подземные формы рельефа представлены макроформами – пещерами
(рис. 16) и микроформами, преимущественно натёчными, образующимися при испарении воды и осаждении минерального вещества в твёрдом состоянии. Это сталактиты, растущие сверху вниз, и сталагмиты, нарастающие снизу вверх.
Соединяясь, сталактиты и сталагмиты могут образовывать столбы, занавеси и другие, более причудливые формы.
Рис. 16. Карстовая пещера в устье р. Чути. Фото автора
Ограниченность пространства перемещения подземных вод порами и трещинами ограничивает и возможность переноса обломочного материала. При широко развитой системе пещер появляется и механический перенос обломоч- ного материала, но он весьма ограничен и объемами, и расстояниями.
На поверхности Земли подземные воды отлагают известковистые и крем- нистые туфы, поваренную соль, минералы железа и марганца и другие минера- лы. Кремнистые туфы образуются при деятельности гейзеров и называются ещё гейзеритами.
При отложении минерального вещества подземными водами в пористых горных породах образуются конгломераты, брекчии, песчаники. При этом оса- ждающиеся из подземных вод вещества цементируют обломочный материал и превращают рыхлую горную породу в сцементированную.

83
Подземные воды играют огромную роль в образовании оползней и обва- лов. Оползни образуются при размывании нижележащего слоя глин и насыще- нии его водой. Обводнённые глины играют роль смазки, по которой и происходит движение пород вышележащих слоёв относительно нижележащих слоёв. В зависимости от угла наклона слоёв или крутизны склона речной доли- ны оползни различаются по расстоянию перемещения сдвинутого слоя или его части. Из-за обводнения некоторых участков часто происходят и обвалы.
Большие оползни наблюдаются по берегам таких крупных рек России, как Волга, Дон и многие другие. Известны они и в долинах более мелких рек, в том числе и в Республике Коми (рр. Ижма, Седью, Ухта и многие др.).
2.3. Осадочные горные породы. Условия их образования и залегания
Осадочные горные породы образуются в результате геологической дея- тельности экзогенных геологических процессов и выпадения твёрдых осадков разного состава. В зависимости от способа выпадения осадков выделяются три главных типа осадочных горных пород:
1. Обломочные или терригенные горные породы. Их называют также ме- ханогенными, так как они являются продуктами механического раз- рушения материнских горных пород. Осадок для таких горных пород выпадает в виде обломков разных размеров и формы в результате дея- тельности выветривания, ветра, рек, озёр, ледников, иногда – подзем- ных вод.
2. Хемогенные выпадают из раствора химическим путём, в результате деятельности химического выветривания, подземных вод, морей, в меньшей степени – озёр и рек.
3. Органогенные или биогенные образуются в виде накоплений продук- тов жизнедеятельности организмов или остатков их скелетов главным образом в морях и на поверхности Земли.
Существуют также смешанные горные породы, образованные из разных типов вышеперечисленного вещества (обломков, нерастворимого осадка и ор- ганического вещества в разных соотношениях). Среди них выделяют обломоч- но-хемогенные, органогенно-обломочные, хемогенно-органогенные и другие, в зависимости от соотношения составных частей этих горных пород.

84
2.3.1. Условия формирования осадочных горных пород
В образовании осадочных горных пород условно выделяется несколько стадий. Они могут происходить последовательно, сменяя друг друга, или па- раллельно, часто практически одновременно, перекрывая одна другую. Для лучшего понимания процесса породообразования мы рассматриваем эти стадии обособленно.
Первой стадией в этом ряду является разрушительная. Процесс разру- шения горных пород в зависимости от того, какими силами производится раз- рушение исходных горных пород, имеет различные названия. Так, разрушение пород речными водами и ветром называется эрозией, соответственно речной или ветровой; разрушение морем и ледником – морской или ледниковой абра- зией и т.д. Различия в разрушительной работе разных экзогенных геологиче- ских процессов заключаются не только в терминологии, но и в самой сути разрушительного процесса. Ветер, физическое выветривание, река, море, лед- ник производят эту работу механическим способом, путём превращения моно- литной массивной горной породы в обломки разных размеров. При этом море и реки в значительной мере разрушают горные породы химическим способом, в результате растворения минералов водными растворами. Физической или ме- ханической разрушительной силой выступают массы воздуха, воды или льда, во много раз увеличивающиеся за счёт массы переносимого ими обломочного материала. Обломки, кроме прямого воздействия своей массой, разрушают также твёрдостью, которая передаётся на грани минерала или острые края об- ломка породы, режущие поверхность горных пород, по которым сами переме- щаются. Особенно интенсивна «режущая» разрушительная работа обломков при движении ледников, «выпахивающих» ими огромные троговые долины.
Химическое выветривание, подземные воды, в значительной степени мо- ря, в некоторых случаях реки производят разрушительную работу химическим способом. В зависимости от состава вод, производящих растворяющую дея- тельность, и химической активности самих минералов находится раствори- мость разных минералов.
Растворы, образующиеся в результате разрушительной работы, могут быть истинными или коллоидными. В виде кол- лоидов чаще других переносятся железо, алюминий, кремний.
Разрушительная работа может осуществляться и биогенным (органоген- ным) способом. Такой вид деятельности также довольно разнообразен: разру- шение может производиться как животными, так и растениями физическим
(при росте корней растений или при проделывании в породах ходов червями,