Пористость горных пород, ее зависимость от окатанности и размеров зерен обломочных горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агентство по образованию

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра минералогии и геохимии, геологии, геодезии

Курсовая работа

по общей геологии на тему

«Пористость горных пород. Ее зависимость от окатанности и размеров зерен обломочных горных пород»

Выполнила

студентка гр. ГНГ-1-07

Старченко Надежда Егоровна

Проверил проф.

Дата

Оценка

Ухта 2008 г.

Содержание

Введение

1. Определение термина пористость и ее разновидности

1.1 Окатанность зерен

1.2 Размер зерен

1.3 Обломочные горные породы

2. Пористость и упаковка

3. Последиагенические изменения осадочных горных пород

Заключение

Список литературы

Введение

Длительный процесс накопления и преобразования осадочных горных пород обусловил создание естественных пористых сред, отличающихся строением пустотного пространства и текстурно-структурными свойствами пород. Пористость, проницаемость, трещиноватость, газонефтенасыщенность и другие физические свойства зависят от первичных условий, при которых формировались осадки, а также от направленности и интенсивности проявления диагенетических и катагенетических преобразований. Не меньше влияние на формирование этих свойств оказывают термодинамические и тектонические процессы.

В настоящей работе мы рассмотрим одно из свойств горных пород - пористость. Ее зависимость от разных факторов, включая окатанность и размер зерен обломочных пород. Различия общей, открытой, эффективной пористости. Классификацию окатанностей и размеров зерен. Способ укладки породы и ее влияния.

Многие обломочные породы являются полезными ископаемыми. Например, хорошо сцементированные мелкогалечные и гравийные конгломераты, известняковые, силицитовые и другие брекчии используются как строительный материал; красивые разности идут на облицовку зданий, а в отдельных случаях даже как поделочные камни ‡V класса.

Изучение свойств пород при всем их многообразии не заменяют, а дополняют друг друга. Исследуя породы, решают многие задачи. Это и всестороннее исследование породы, в частности углубленное изучение ее структуры и состава; стадиальный анализ- выделение генераций минералов и структурно-текстурных преобразований и установление истории формирования породы; определение видов и методов, освещающих отдельные стороны или компоненты.

1. Определение термина пористость и ее разновидности

Одним из наиболее важных физических свойств осадочных пород является пористость.

Пористость горных пород - это объем всех сингенетических и эпигенетических пустот (пор, каверн, микротрещин и др.) в горных породах. Сингенетичская пористость возникает при образовании данной породы (межзерновая пористость, пустоты лав и др.) Пористость определяется отношением объема пор ко всему объему пород и выражается в процентах. Существуют следующие виды пористости:

1) Пористость общая (абсолютная, физическая, полная)- это суммарный объем всех пустот независимо от их формы, величины и взаимного расположения: определяется на основании значений удельного и объемного веса или петрографическими методами. Величина полной пористости определяет степень изменения пород, и вычисляется по формуле:

где: П- пористость, - плотность, _0- средняя плотность сухой породы, для пород влажных вводится поправка на влажность.

2) Пористость открытая (насыщенная)- совокупность сообщающихся между собой пор и пустот: объем той пористости, в пределах которой возможно движение жидкости и газов при определенном давлении и температурах; в частности, при эксплуатации нефтяных месторождений она называется пористостью динамической (эффективной), которая всегда меньше общей пористости. эффективная пористость представляет интерес для суждения о свойствах коллекторов нефти и газа. Эффективная пористость определяется пропитыванием образцов пород различными жидкостями в шлифах под микроскопом.

3) Пористость закрытая (отрицательная, замкнутая)- совокупность замкнутых, не имеющих между собой сообщения, пор; вычисляется по разрядности между общей и открытой пористостью;

Следует отметить, что по размеру пористость делится на:

- капиллярную - это пористость, в которой вода и другие жидкости (нефть) могут двигаться под воздействием капиллярных сил; размер капиллярных пор округлой формы условно принимается за 0.0002-1.0 мм, а для трещинообразных пустот-0.0001-0.25 мм;

- суперкапиллярную (сверхкапиллярную) - общего размера сравнительно с капиллярной;

- субкапиллярную - меньшего размера сравнительно с капиллярной.

- «ультропористость» - пористость горных пород превышающая объем элементарных ячеек минералов в 10-100 раз.

1.1 Окатанность зерен

Немаловажной характеристикой обломочных горных пород являются окатанность зерна. В термин окатанность зерна включают следующие характеристики: 1) Степень стертости острых граней и ребер зерна и шлифовка его поверхности. Показатель окатанности зерна определяется отношением радиуса кривизны самой острой части зерна к наибольшему его диаметру. Степень окатанности зерна - это отношение среднего радиуса кругов, вписанных в контуры углов зерна, к радиусу круга, вписанного в контур зерна. 2) Способность зерен, вращаясь, скатываться по наклонной поверхности. Измерения выполняются соответствующими приборами, например граниформаметрами; Окатанность зерна влияет на сортировку зерен по форме при транспортировке. Измерение окатанности зерна позволяет делать выводы об условиях транспортировки и седиментации осадка.

По степени окатанности обломки можно подразделять на следующие пять групп.

1. Прекрасно окатанные - лишенные угловатости и вогнутости на отдельных участках поверхности (эллипсоидальные или яйцевидные).

2. Хорошо окатанные - с еще сохранившимися следами угловатости и даже первоначальной формы исходных обломков.

3. Умеренно окатанные - с ясными следами первоначальной угловатости и умеренно выраженными следами исходной формы обломков.

4. Слабо окатанные - с закругленными гранями и отчетливо выраженной исходной формой обломков.

5. Неокатанные - с сохранившейся первоначальной формой обломков, с незакругленными или почти с незакругленными тупыми и (или) острыми ребрами.

1.2 Размер зерен

Также не надо забывать о зависимости пористости от гранулометрического состава. Размер зерен или гранулометрический состав обломочных пород - характеристика зерен, обычно даваемая по величине диаметра; размер обломков грубозернистого гравия определяется на основе измерения оси отдельных обломков, зерен мелкозернистого гравия и песка - с помощью грохочения или измерений под микроскопом, а размер алевритовых и глинистых частиц - гравитационными методами. Гранулометрический состав обломочных пород является основным критерием классификации обломочных пород. К сожалению, общепринятых гранулометрических классификаций, и они различаются не только по странам, но и по группам пород, и даже в одной стране часто они различны по отношению к одной и той же группе пород. В основном выделяют четыре главных фракции: гравий, песок, пыль (алеврит) и глина.

К примеру, гранулометрический состав терригенных пород зависит от многих факторов. К их числу относятся: минеральный состав материнской породы, климатическая обстановка, условия переноса и седиментации обломочного материала, гидродинамическая активность среды осадконакопления, последующая дезинтеграция обломочного материала. В зависимости от сочетания этих факторов в одних случаях осадконакопление происходит из частиц более или менее однородного гранулярного состава, в других - сопровождается накоплением частиц размером широкого диапазона величин. При этом одни условия благоприятствуют накоплению глинистых отложений, другие - песчаных. Многочисленные исследования показывают, что количественное соотношение фракций частиц в той или иной породе определяет ее пористость, объем, проницаемость, степень проявления капиллярных сил.

1.3 Обломочные горные породы

Обломочные горные породы подразделяются на подгруппы по величине и форме обломков, а также степени цементации.

Цемент - одна из характерных структурных особенностей осадочных пород, свидетельствующая о первично рыхлом состоянии зернистого осадка и о двухфазном составе породы. Первую фазу составляют первичные компоненты- обломки, оолиты, раковины, образующие структурный костяк породы или породный скелет, а вторую - чаще всего вторичный, более поздний по отношению к обломкам цемент, обусловливающий крепость породы и отражающий историю ее формирования из осадка. Следует различать цемент и цементацию. Последняя не всегда происходит с участием цемента, а часто осуществляется механическим подбором зерен при сжатии (механическая конформность). Свойство цементации, как более общее, следует поэтому отмечать раньше цемента.

Типы цемента выражают ее структурные особенности, прежде всего по отношению к породе в целом, или зернам и дополняют структурную характеристику породы. По количественному соотношению с костяком породы выделяют четыре типа цемента.

1. Базальный - зерна не соприкасаются друг с другом, а как бы плавают в цементе, отделяясь друг от друга в среднем на величину большую, чем половина диаметра зерен. По площади он занимает 60-50 или 60-45%, что отвечает истинному объемному содержанию 40-50%. За счет среза не через центр многих зерен, площадь цемента увеличивается.

2. Поровый или заполнения пор - зерна соприкасаются или отстоят друг от друга не дальше чем на половину диаметра зерен, что занимает площадь 30-45% и соответствует содержанию цемента 25-40%.

3. Пленочный - цемента мало (<25%) и достаточно на то, чтобы покрыть пленкой зерна. Выделяют два подтипа цемента: а) неконформная структура обломков (пористость 5-15%, цементация непрочная); б) конформная структура - зерна механически или при растворении и регенерации плотно соприкасаются, разъединяются лишь тонкой пленкой (цемента 0-20%, цементация прочная).

4. Контактовый, или соприкосновения, когда цемента <10%, и присутствует он на контактах между зернами (в местах наибольшего сближения, пористость 15-30%, цементация непрочная).

Среди обломочных горных пород выделяются: 1) псефитовые (грубообломочные); 2) псаммитовые (песчаные); 3) алевритовые. Таблица 1.

Следует отметить, однако, что существует не одна, а несколько классификаций, в которых за границу между отдельными подгруппами обломочных пород принимается различная размерность обломков. Достаточно широко распространена классификация, в которой принимается, что грубообломочные породы сложены преимущественно обломками более 1 мм (а не 2, как приведено в таблице), песчаные от 1 до 0,1 мм, алевритовые от 0,1 до 0,01 мм. С другой стороны, грунтоведами и специалистами, занимающимися инженерной геологией, принимаются следующие градации: для песчаных пород - от 2 до 0,05 мм, для алевритовых - от 0,05 до 0,005 мм. Породы с размерностью частиц меньше 0,005 мм относятся к глинам.

Таблица 1. Классификация обломочных пород (по Л.Б.Рухину, с некоторым упрощением)

Грубообломочные породы представлены как рыхлыми, так и сцементированными разностями. При этом по форме обломков они подразделяются на окатанные, т.е. имеющие округлую сглаженную форму, свидетельствующую о дальности переноса их от места разрушения до места накопления, или длительности воздействия среды; на неокатанные, характеризующиеся угловатыми формами частиц, указывающими на незначительный перенос.

При цементации грубообломочных рыхлых пород образуются брекчии и конгломераты.

Брекчия представляет собой сцементированную горную породу, состоящую из остроугольных неокатанных обломков (глыб, щебня, дресвы). Последние могут быть или продуктами физического выветривания, накапливающимися в непосредственной близости от места их первоначального коренного залегания, или выносами селевых потоков, или оползневыми накоплениями и др. Цементирующим веществом обычно служит кальцит, окислы железа, кремнезем и др.

Конгломераты встречаются гораздо раньше. Они представляют собой сцементированные в результате процессов диагенеза рыхлые окатанные обломочные породы - валуны, галечники, гравий. Как правило, конгломераты залегают в виде более или менее мощных пластов и по своему происхождению могут быть как наземными (пролювиальными, аллювиальными), так и морскими (прибрежно-морской галечник).

Песчаные породы - псаммиты. К ним относятся пески, состоящие из зёрен различных размеров и по этому признаку разделяемые на грубозернистые, крупнозернистые, среднезернистые, и мелкозернистые; песчаники, представляющие собой породу, образующуюся в результате цементации песков различными цементирующими веществами (железистыми соединениями, известковыми, кремнистыми и др.).

2. Пористость и упаковка

Пористость пород, оказывает огромное влияние на многие практически важные свойства. Она обусловливает возможность или невозможность легкого получения подземных вод для водоснабжения, определяет устойчивость грунта под сооружениями, создает условия, благоприятные или неблагоприятные для образования залежей нефти, делает некоторые породы полезными ископаемыми (диатомиты и др.)

Как сказано выше пористость может быть первичной или вторичной. Первичная пористость определяется прежде всего, характером зерен, слагающих породу и их упаковкой, т. е. их взаимным расположением. Внутри раковин, особенно мелких организмов, как фораминиферы и диатомеи, после разрушения заполнявших их тел остаются в одних случаях крупные, а в других мельчайшие полосы, делающие породу исключительно тонкопористой. Упаковка песчинок, кристаллов осадочных новообразований, обломочков раковин и т. д. может быть очень различной и в зависимости от этого промежутки между ними могут составлять больший или меньший процент породы. Он определяется, кроме упаковки, величиной и формой зерен, а также давлением накапливающихся осадков, постепенно все более и более спрессовывающих породу и уменьшающих объем порового пространства. Его объем постепенно сокращается и потому, что уже в процессах диагенеза по мере вытеснения воды поры все более заполняются минеральными новообразованиями, образующую основную (цементирующую) массу породы. Однако, с другой стороны, в результате обезвоживания породы и воздействия вод, циркулирующих в уже затвердевшем осадке или породе при замещении или растворении отдельных минералов, образуются вторичные поры, хорошо сохраняющиеся, так как затвердевшая порода слабо поддается спрессовыванию.

Грубая пористость хорошо видна макроскопически, мелкую иногда можно обнаружить по некоторым признакам в шлифе (стенки пор обросли кристалликами),

Способ укладки определяется режимом накопления осадка: при мгновенном осаждении переносимого материала укладка менее плотная, а при колебательных движениях воды - наиболее плотная. Укладка меняется в постседиментационные стадии жизни осадка и породы: она, как правило становится более плотной. Если отвлечься от заполнителя, то гальки в конгломератах упаковываются весьма различно: различают их сильную сгруженность, при полном расположении, и в разной степени слабую, рыхлую сгруженность, когда гальки отстоят друг от друга на некотором расстоянии.

Укладка определяется также формой зерен, о чем нельзя не упомянуть, в частности степенью уплощенности, или вообще говоря - степенью коформности; плоские обломки обычно приводят к более плотной упаковке. Способ укладки влияет на проницаемость, так как от него зависит диаметр наименьшего живого сечения, т.е. площадь поровых каналов в наиболее узком месте.

При раннем и неполном заполнении пор гидрохимическим цементом, рыхлая укладка сохраняется довольно долго, и порода остается весьма пористой. При заполнении пор той же породы мы будем иметь совершенно иной тип строения (и он отличается только упаковкой), хотя все особенности структуры и текстуры одинаковы. Это показывает, что упаковка не сводится ни к структуре, ни к текстуре, а является самостоятельной стороной строения, определяемой как расположением зерен, так и количеством материала в единице объема.

3. Последиагенические изменения осадочных горных пород

пористость окатанность зерно

Осадочные горные породы, сформированные в процессе диагенеза из рыхлых осадков, в последующем подвергаются различным изменениям под влиянием определённой совокупности процессов. Эти изменения сводятся к приспособлению осадочных пород к новым условиям. Важнейшими причинами, определяющими направленность, характер и степень изменения, являются тектонические движения земной коры - погружение горных пород на глубину или поднятие их к поверхности. В том случае, когда горные породы погружаются в более глубокие горизонты земной коры, они изменяются в результате повышения давления и температуры. Чем больше погружение, тем больше возрастает давление и температура, а, следовательно, и степень изменения осадочных пород. В новых условиях происходит значительное уплотнение пород. Наибольшей способностью уплотняться отличаются глины, имеющие и наибольшее распространение среди осадочных горных пород. В зависимости от глубины в глинах намечаются три стадии уплотнения (по Н.Б. Вассоевичу), приводящие к значительному уменьшению пористости: 1) стадия относительно свободного уплотнения, сопровождающегося выделением свободной (подвижной) воды; 2) стадия затруднённого уплотнения, во время которого отжимается рыхло связанная вода; 3) стадия сильно затрудненного уплотнения, когда частично удаляется прочно связанная вода; 4) стадия весьма сильного затруднённого уплотнения (консолидация). При этом пористость глин изменяется от начальной 49-50 % до 5 % и менее в стадию весьма затруднённого уплотнения. Зависимость пористости глин от давления и глубины погружения видна на прилагаемом графике. Рис. 1.

В зернистых породах (песчано-алевритовых и др.) под давлением происходит уменьшение пористости вследствие изменения взаимного расположения частиц, т. е. более плотной их упаковки. При высоких давлениях дальнейшее уменьшение пористости зернистых пород возможно за счёт раздробления зёрен (Н.В. Логвиненко).

Уплотнение сцементированных пород происходит в незначительной степени.

Наличие водных растворов в зернистых или трещиноватых сцементированных породах, относительно высокие давления и температуры, существующие на глубине, способствуют процессам растворения, образованию новых вторичных минералов, осаждению растворённых веществ (карбонатов, кремнезёма и др.) в порах и трещинах и частичной перекристаллизации вещества. В результате указанных изменений глины переходят в аргиллиты (не размокающие в воде), алевриты - в алевролиты, пески и рыхлые песчаники - в плотные песчаники, ракушечники - в плотные известняки.

Такой процесс изменения осадочных горных пород, происходящий вне зоны диагенеза и метаморфизма при повышенных температурах и давлениях и наличии минерализованных подземных вод, называют (по Н.М. Стахову и Н.Б. Вассоевичу) катагенезом. При дальнейшем повышении температуры и давления, когда осадочные горные породы оказываются на большой глубине, они подвергаются более глубоким изменениям, близким к начальным стадиям метаморфизма. Эту стадию изменения осадочных горных пород Н.Б. Вассоевич и др. называют метагенезом. Для неё характерны процессы растворения, перекристаллизации, взаимодействие циркулирующих минерализованных растворов и минералов, при котором возможен привнос и вынос вещества (метасоматоз).

По данным Н.В. Логвиненко, метагенез в геосинклинальных областях происходит при мощности осадочной толщи свыше 7000-8000 м., давлении 2000 атм. и более, температуре 200-300⁰ и наличии минерализованных растворов. Не исключается возможность метагенеза и на платформах при более низких температурах и давлениях. При этом большая роль отводится значительной длительности процесса, приводящей к сходным результатам.

Характерными горными породами в этой стадии являются глинистые сланцы, кварцитовидные песчаники, частично перекристаллизованные известняки и др. дальнейшее повышение температуры и давления приводит к ещё более глубоким изменениям горных пород, соответствующим начальной стадии метаморфизма. Из пород здесь встречаются кварциты, филлитоподобные сланцы, метаморфизованные известняки и др.

В том случае, когда осадочные горные породы в результате тектонических движений поднимаются к поверхности земли, они попадают в совершенно иные условия, которые определяют и иную последовательность всех явлений. Если при погружении слоёв горных пород на глубину важнейшее значение приобретает их уплотнение, обезвоживание, перекристаллизация, то при поднятии к поверхности земли, направленность изменений как раз обратная. В этих условиях под влиянием различных поверхностных факторов (вода, кислород, углекислота и др.) происходит окисление, растворение, гидратация и другие процессы. Растворение сопровождается выносом веществ, в результате этого увеличивается пористость, кавернозность осадочных пород, они становятся менее плотными. При гидратации происходит увеличение объёма. Примером тому является переход ангидрита в гипс, образование гидроокислов железа на различных безводных минералов железа и др. Следовательно происходит как бы регрессивный процесс в сравнении с катагенезом и тем более - метагенезом. Это изменение осадочных горных пород в поверхностной зоне земной коры под влиянием различных факторов выветривания называется гипергенезом.

Таким образом, история образования осадочных горных пород и их последующего изменения в условиях прогибания земной коры может быть выражена следующей схемой: седиментация (накопление осадков), или седиментогенез диагенез (преобразование осадков в горные породы)катагенез (изменение осадочных горных пород на глубине вне зон диагенеза и метаморфизма)метагенез (более глубокое изменение вещества осадочных пород, близкое самой начальной стадии метаморфизма). Конечным моментом в этом ряду будут метаморфизм и превращение осадочных пород в метаморфические.

Такой направленный процесс может быть прерван на любой стадии тектоническими движениями, в результате которых осадочные горные породы могут быть подняты к поверхности, где будут происходить уже гипергенные процессы.

Следует отметить, что нередко последиагенетические изменения горных пород, протекающие на глубине, называют эпигенезом. Однако этот термин более свободного пользования. В прямом значении он указывает на все вторичные процессы, обусловливающие любые последующие изменения и новообразования в горной породе в период её существования в земной коре, включая метаморфизм и гипергенез. Л.Б. Рухин (1969) с целью подчеркнуть различную направленность последиагенетических (эпигенетических) изменений вводит понятие прогрессивного эпигенеза, вызываемого погружением горных пород в более глубокие горизонты земной коры (соответствующего катагенезу и метагенезу приведённой схемы), и регрессивного эпигенеза, связанного с поднятием земной коры и перемещением горных пород к поверхности в условия небольших давлений и температуры.

Заключение

Пористость горных пород относится к числу наиболее важных параметров для подсчета запасов полезного флюида, поэтому очень большое значение имеет ее точное определение. Существующие способы определения пористости очень разнообразны и все основаны на установлении объема образца, пор и частиц, слагающих породу.

Пористость обломочных пород изменяется в широких пределах от 70-90% в озерных и некоторых морских илах, 50-60% в лессах и лессовидных суглинках до 1-2% в аргиллитах и глинистых сланцах. Она зависит в зернистых и глинистых породах от гранулометрического состава, степени сортировки, формы зерен и способа их укладки, а также от вторичных изменений осадочных пород. В других типах пород факторы, определяющие пористость, еще более сложные и не всегда достаточно определенные, и величина пористости определяется условиями их образования и последующего изменения. В общем случае пористость зависит от степени цементации и вторичных изменений осадочных пород. Особенно большая пористость и кавернозность наблюдаются в карбонатных породах, в известняках, представляющих собой ископаемые рифовые массивы.

Пористость обломочных пород горных пород зависит от величины и формы обломков, степени их цементации, а также степени их окатанности. Изучение укладки и пористости дают возможность использование породы в качестве коллекторов воды, нефти или газа.

Список литературы

1. Вассоевич Н.Б. Справочник по литологии.- М.: Недра, 1982.-509с.

2. Горшков Г.П. Общая геология. Издательство Московского университета. 1973.-591с.

3. Швецов М.С. Петрография осадочных пород. М.: Государственное научно-техническое издательство. 1958.-412с

Размещено на Allbest.ru