Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекция - Вещественный состав земной коры и основные физико-механические свойства горных пород - файл 1.doc


Лекция - Вещественный состав земной коры и основные физико-механические свойства горных пород
скачать (70 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc70kb.16.11.2011 20:28скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Раздел 1 Общие сведения о нефтепромысловой геологии

Тема 1.1 Основные понятия о строении и составе земной коры

Цель урока - сформировать представление об эволюции оболочек Земли и возникновении в процессе эволюции земной коры различного типа и состава.


Вещественный состав земной коры


Минералы и горные породы. Земная кора сложена минералами и горными породами. Минералами называют природные химические соединения или самородные химические элементы, которые возникли в результате определенных физико-химических процессов, протекающих в земной коре и на ее поверхности, имеющие строго конкретное, только им присущее внутреннее строение. Минералы образуются в результате эндогенных и экзогенных (природных) процессов, а также могут выращиваться в лабораториях, на заводах (драгоценные камни) и на морских фермах (жемчуг).

В природе существуют твердые (алмаз, кварц), жидкие (вода, нефть, ртуть) и газообразные (все газы) минералы. Твердые минералы могут быть кристаллическими (галит, кварц) и аморфными (опал, все смолы). Кристаллические состоят из множества структурных элементов, представляющих собой многогранники-кристаллы, аморфные кристаллов не имеют. Строение минералов определяет их свойства. Один и тот же химический элемент (или соединение) может образовывать разные кристаллические формы, т.е. разные минералы. Так, алмаз и графит состоят из углерода (С), пирит и марказит - из сульфида железа (FeS2), кальцит и арагонит - из карбоната кальция (CaCO3) и т.д.

Известно более 2500 минералов, а если учесть и их разновидности - около 4000, однако только немногим больше 50 (до1%) из них имеют породообразующее значение. Современная классификация минералов основывается на их составе и строении. В табл. III.3 приведена классификация породообразующих и некоторых наиболее часто встречающихся или представляющих особый интерес минералов.

Горные породы - минеральные агрегаты с более или менее постоянным минеральным составом. Они могут быть мономинеральными, т.е. состоящими из одного минерала, как, например, каменная соль (из галита), или из нескольких минералов, как, например, гранит (из полевых шпатов, кварца, биотита, амфибола). Многие мономинеральные породы носят такие же названия, как и слагающие их минералы: нефть, вода, слюда, глина, ангидрит, гипс и т.д. Сыпучие, жидкие и пластичные горные породы нередко называют геологическими образованиями.


Таблица III.3

^ Классификация минералов

Классификаци­онная группа

Распространение

в земной коре

Основные минералы

1. Самородные элементы

Около 90 минералов - 0,1% массы земной коры

Золото, платина, серебро - драгоценные металлы, медь - цветной металл, алмаз - драгоценный камень, графит, сера, мышьяк

2. Сульфиды

Около 200 минералов - 0,25 % массы земной коры

Сфалерит - цинковая руда, галенит - свинцовая руда, халькопирит - медная руда, пирит - сырье для химической промышленности, киноварь - ртутная руда

3. Сульфаты

Около 260 минералов, 0,1% массы земной коры

Гипс, ангидрит, барит - цементное сырье, поделочный камень и др.

4. Галлоиды

Около 100 минералов

Галит - каменная соль, сильвин - калийное удобрение, флюорит - фторид

5. Фосфаты

Около 350 минералов - 0,7% массы земной коры

Фосфорит - удобрение

6. Карбонаты

Около 80 минералов, 1,8% массы земной коры

Кальцит, арагонит, доломит - строительный камень; сидерит, родохрозит - руды железа и марганца

7. Окислы

Около 200 минералов, 17% массы земной коры

Вода, лед; кварц, халцедон, яшма, опал, кремень, корунд -драгоценные и полудрагоценные камни; бокситовые минералы - руды алюминия, минералы руд железа, олова, марганца, хрома и др.

8. Силикаты

Около 800 минералов, 80% земной коры

Пироксены, амфиболы, полевые шпаты, слюды, серпентин, глинистые минералы - основные породообразующие минералы; гранаты, оливин, топаз, адуляр, амазонит - драгоценные и полудрагоценные камни


По генезису (происхождению) горные породы классифицируют на магматические, метаморфические и осадочные. Из них только магматические породы являются первичными. Метаморфические и осадочные породы образовались за счет изменения и разрушения магматических пород.

^ Магматические горные породы. Магматические горные породы, как и слагающие их минералы, формируются из магматического расплава при застывании магмы в недрах (интрузивные) и на поверхности (эффузивные) Земли. Излившаяся на поверхность магма называется лавой. С магматическими связаны многие месторождения металлических полезных ископаемых, а также апатитов, алмазов и т.д.;

Большинство магматических пород сложено силикатными минералами и по содержанию в них кремнекислоты (SiO2) делятся на кислые, средние, основные и ультраосновные. В табл. III.4 даны названия и характеристики главных представителей этих групп пород.


Таблица III.4

^ Магматические горные породы

Тип

магмы (лавы)

Содер­жание SiO2, %

Окраска

Интрузив­ные кристалличе­ские

Типичные минералы

Эффу­зивные стекловатые

Кислая

> 65

Светлая пестрая, светло-серая

Гранит

Кварц,

полевой шпат, биотит

Липарит

Средняя

65 - 52

Серая

Диорит

Плагиоклаз, роговая обманка, биотит

Андезит

Основная

52 - 45

Темно-серая

Габбро

Плагиоклаз, пироксен

Базальт

Ультра­основная

< 45

Почти черная, зеленовато-черная

Перидотит

Оливин,

пироксен

Пикрит


Интрузивные магматические горные породы формируются при застывании магмы на глубине. Процесс этот идет достаточно медленно, и времени оказывается достаточно для роста кристаллов, поэтому интрузивные породы имеют кристаллическое строение. Эффузивные магматические породы образуются при быстром остывании вырвавшейся на земную поверхность магмы (лавы), и кристаллы не успевают сформироваться, поэтому породы имеют стекловатое (т.е. некристаллическое) строение. Особую группу магматических образований представляют собой жильные породы, с которыми связаны месторождения железа, меди, цинка, олова, золота, серебра, драгоценных камней и многих других полезных ископаемых. Таким образом, интрузивные породы отличают от эффузивных по их внутреннему строению, а кислые, средние, основные и ультраосновные - по окраске, которая отражает содержание в породе SiO2, а для интрузивных пород - их минеральный состав.

^ Метаморфические горные породы. Метаморфические горные породы образуются в результате сложных преобразований в составе и строении горных пород в связи с воздействием на них высоких температур и давлений.

В метаморфических условиях формируются железные, медные, полиметаллические, урановые и другие руды, а также графит, драгоценные камни, огнеупоры и т.п

С каждым типом метаморфизма (региональным, дислокационным, контактном и ударном) связаны определенные породы. С региональным, типичным для обширных платформенных территорий, связан наиболее обширный спектр пород. Ближе к поверхности (но на достаточной глубине!) образуются породы так называемой зеленокаменной фации, содержащие много зеленого минерала хлорита. Наиболее типичны для этой зоны сланцы - породы со сланцеватым строением и серпентиниты. Глубже, т.е. при более высоких температурах и давлении, формируются более плотные кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты и, как результат частичного переплавления амфиболитов, - мигматиты1. На больших глубинах, близ границы раздела с мантией, возникают гранулиты2 и эклогиты3 - своеобразные плотные кристаллические породы с набором метаморфических минералов.

Таким образом, метаморфические горные породы очень и очень разнообразны. Различать их может помочь знание особенностей строения и набора типично метаморфических минералов.

^ Осадочные горные породы. Осадочные горные породы формируются на поверхности Земли или чуть глубже из продуктов выветривания, жизнедеятельности организмов, посредством химической садки солей из перенасыщенных растворов.

Как полезные ископаемые имеют значение следующие осадочные породы: нефть, газ, уголь, торф, бокситы, фосфориты и др.;

Особую группу пород составляют горючие полезные ископаемые. Осадочные породы покрывают около 75% поверхности континентов, и подавляющая их часть образовалась из осадков морских водоемов. По генетическому признаку их делят на четыре классификационные группы: обломочные; глинистые; химические и органогенные; каустобиолиты.

Обломочные породы сложены преимущественно продуктами физического выветривания и подразделяются по величине слагающих их обломков на: грубообломочные (валуны, щебень, галька, гравий - рыхлые, конгломераты и брекчии - сцементированные); среднеобломочные (пески и песчаники); мелкообломочные (алевриты и алевролиты). Нижний предел размера частиц, слагающих обломочные материалы, - 0,01 мм.

Глинистые породы состоят преимущественно из продуктов химического выветривания и сложены частицами размером 0,01-0,001 мм и мельче. Кроме того, глинистые породы сложены глинистыми минералами, имеющими специфические свойства. Глинистые породы составляют около 50% массы всех осадочных пород. Окаменелая глина называется аргиллитом.

В четвертичных отложениях, особенно ледникового происхождения, присутствуют песчано-глинистые (больше глины, чем песка) и глинисто-песчанистые (больше песка, чем глины), которые при содержании меньшей составной части около 30% называются суглинками и супесями соответственно.

Химические и органогенные породы по происхождению либо являются химически осажденными, либо сформированы скелетными фрагментами организмов. Некоторые породы этой группы могут быть как химического, так и органогенного генезиса (карбонатные, кремнистые, фосфатные).В специфических морских обстановках образуются железо-марганцевые, фосфоритовые, баритовые конкреции, арагонитовые иглы и оолиты и другие минеральные образования. В водоемах аридных (засушливых) зон формируются залежи хлоридных (каменная и калийная), сульфатных (гипс, ангидрит, барит), карбонатных (извес­тняк, доломит) и других солей.

Горючие полезные ископаемые (каустобиолиты) образуют два генетических ряда: угля и нефти. Ряд угля включает торф, лигнит, бурый и каменный уголь, антрацит. В нефтяной ряд входят все углеводородные газы, нефть, озокерит (горный воск), асфальт. Однако, антрацит, как и относящиеся к этой группе пород горючие сланцы, По-существу, являются метаморфическими породами и к осадочным отнесены условно.


^ Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс их разрушения при строительстве скважин.


К таким свойствам горных пород, в первую очередь, следует отнести их твердость и абразивность, упругость и пластичность, пористость и плотность, трещиноватость и устойчивость и др.

Твердость

Твердость характеризует способность горной породы сопротивляться внедрению в нее породоразрушающего инструмента. Твердость породы в целом (агрегатная твердость) отличается от твердости слагающих ее минералов.

В геологии большое распространение имеет шкала твёрдости минералов Мооса, по которой условную твёрдость минералов определяют методом царапания.

1 – тальк;

2 – гипс или каменная соль;

3 – известковый шпат или кальцит;

4 – плавиковый шпат;

5 – апатит;

6 – полевой шпат;

7 – кварц;

8 – топаз;

9 – корунд;

10 – алмаз.


^ Абразивность горных пород

Абразивность - это особое свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.


^ Упругость горных пород

Способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних усилий.


Хрупкость горных пород

Способность горной породы разрушаться без заметной пластической деформации под воздействием внешних усилий.


^ Пластичность горных пород

Способность породы необратимо изменять, без нарушения сплошности, свою форму и размеры под действием внешних усилий; чаще всего проявляется в условиях всестороннего сжатия породы.

Установлено, что горные породы, обладающие высокими упругопластичными свойствами, разбуриваются медленнее, чем упруго-хрупкие породы.


^ Сплошность горных пород.

Данное понятие предложено для оценки структурного состояния горных пород и их способности передачи внутри породы воздействия, например давления внешней жидкостной или газовой среды


^ Приростость горных пород

Наличие в породе пустот (пор); оценивается коэффициентом пористости, представляющим собой отношение суммарного объема пор и пустот в породе к объему породы.


^ Плотность горных пород

К основным физическим свойствам горных пород относятся плотность пород и плотность твердого компонента породы. Плотностью породы называется масса единицы объема породы с естественной влажностью и ненарушенным строением.


^ Устойчивость горных пород

Способность породы длительное время сохранять первоначальное положение при вскрытии ее в массиве (при бурении скважин, проходке шахт и других горных выработок); зависит от условий залегания, характера связи между частицами породы, трещиноватости и степени выветривания. При бурении в слабоустойчивых породах обрушаются стенки скважины, снижается выход керна, повышается износ буровых коронок и снижается скорость бурения за счет потери времени на борьбу с осложнениями.


^ Трещиноватость горных пород

Совокупность в породе трещин различного происхождения и разных размеров. Наличие трещиноватости уменьшает прочность породы, но увеличивает ее абразивность.

^ Влагоёмкость горных пород

Способность породы удерживать то или иное количество влаги.


Водопроницаемость горных пород

Способность породы пропускать воду при наличии перепада давлений.


^ Водопоглощение горных пород

Способность сухой породы впитывать воду при выдерживании ее в воде при атмосферном давлении и комнатной температуре; определяется как отношение разности в массах свободнонасыщенного и сухого образца породы к массе сухого образца.


^ Зернистость горных пород

Совокупность расположения частиц в породе, которые могут различаться по своему внутреннему строению, форме или размеру. Различаются породы мелко-, средне- и крупнозернистые.


^ Слоистость горных пород

Повторяющаяся в разрезе неоднородность осадков: по составу, крупности зерна, окраске и другим особенностям.


Предел прочности при сжатии



1 Мигматиты - породы, по минеральному составу очень близкие к гранитам.

2 Гранулит состоит из кварца, ортоклаза, плагиоклаза и типично метаморфических граната, силлиманита, пироксена.

3 Эклогит формируется на границе земной коры и мантии и сложен пироксеном и гранатом.



Скачать файл (70 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации