Геологическая деятельность морей и озёр

4

План:

1. Геологическая деятельность морей и озёр.

2. Сульфиды.

3. Формы существования воды в горных породах.

4. Корреляция разрезов скважин (сопоставление).

Литература.

1. Геологическая деятельность морей и озёр.

Как и другие геологические факторы, море производит разнообразную работу - разрушает горные породы, переносит разрушенный материал, способствует его накоплению и созданию новых горных пород. В противоположность суше, где преобладают процессы денудации, в море основное значение имеет аккумуляция. Осадочные горные породы, слагающие верхнюю часть литосферы, на 90% представлены морскими отложениями.

Разрушительная работа моря. Эта работа проявляется у берегов и связана с движением воды, возникающим под воздействием ветра и приливно-отливных течений.

Даже при слабом волнении у берегов плещутся волны, непрерывно подтачивая прибрежные скалы. Во время сильных штормов на берега обрушиваются колоссальные массы воды, способные причинить серьёзные разрушения. Сила прибоя во время шторма может достигать нескольких тонн на квадратный метр. Разрушение берегов морем производится в результате: 1) гидравлического удара самой воды, 2) ударов обломками горных пород, захватываемых волнами, 3) химического действия воды Габриэлянц Г.А. Геология нефтяных и газовых месторождений. - М.: Недра, 1984..

Как результат разрушения пород в основании склона берега может возникнуть волноприбойная ниша, над которой образуется карниз из нависших пород. При дальнейшем углублении ниши может произойти обвал пород карниза, потерявших устойчивость. Крупные глыбы и обломки пород остаются некоторое время у подножия склона, где набегающие волны полируют их, дробят и окатывают мелкие обломки. Эта работа моря получила название абразии (лат. "абрадо" - сбриваю).

В результате обработки берега волнами образуется подмытый или крутой береговой обрыв - абразионный уступ. Такой обрыв, созданный морем, ещё называется клиффом (нем. Kliff - обрыв). Примыкающая к его подножью выровненная пологонаклонная площадка называется абразионной террасой. Выступающая над водой часть её называется пляжем.

Масштабы абразии зависят и от силы прибоя, которая возрастает с увеличением размеров морского бассейна. Абразия совершается главным образом под воздействием ветровых волн. Приливные и отливные волны оказывают меньшее действие, но зато значительно расширяют зону прибоя и способствуют переносу осадков; уносят мелкий, а иногда и более крупный материал, подставляя коренные породы под удары волн.

Действие волн по переносу осадков не ограничивается их перемещение с суши вглубь моря. Волны намывают на пляже обломочный материал, поднятый со дна. При опрокидывании волны на берег часть воды всасывается в песчаные отложения, а остальная масса воды, потерявшая почти всю живую силу, уносится обратно, оставляя на месте гальку и песок, которые образуют береговой вал высотой иногда до 5 м.

При сильно изрезанной береговой линии галька и песок, выносимые с мысов, образуют косу, постепенно перегораживающую вход в залив. Последняя затем превращается в сплошную пересыпь, отшнуровывающую бухту или залив от открытого моря. Так возникают полуизолированные от моря лагуны или полностью потерявшие связь с морем озёра. Например, Арабатская стрелка отделяет Сиваш от Азовского моря; косы отделяют Кара-Богаз-Гол от Каспийского моря и т.д.

Морские осадки, их происхождение и распределение на дне моря.

По мере отступления от береговой линии разрушительная работа моря уступает место созидательной. Материал, из которого образуются осадки, может иметь различное происхождение. Основная масса его поступает с суши в виде растворённых или твёрдых частиц различных размеров. Могут они возникать и органогенным путём за счёт отмирания морских организмов. В соответствии с этим выделяются осадки терригенные, органогенные и химические Волков В.Н. Основы геологии горючих ископаемых. - СПб., Изд-во С-Пб. ГУ, 1993.

.

Распределение этих осадков на дне моря зависит от физико-географической обстановки осадконакопления, определяющейся географическим положением бассейна, глубиной, удалённостью от берега, рельефом дна, температурой воды, её прозрачностью, солёностью и другими факторами.

Терригенные осадки приурочены главным образом к литоральной и неритовой зонам, хотя встречаются и в батиальной. Вблизи берегов они представлены крупнообломочными осадками: галечниками, гравием, крупнозернистыми песками. В них всегда есть примесь органического вещества, скелетов организмов. По мере удаления от берега осадки становятся всё более тонкозернистыми. В батиальной зоне они представлены исключительно илами.

Органогенные осадки в чистом виде образуются преимущественно в открытых частях моря, иногда на мелководье.

Химические осадки возникают главным образом в лагунах, но некоторые и в открытом море (Фосфориты, глауконит) и даже в морских пучинах (пирит, марганцевые стяжения).

Прибрежные осадки (литоральной области). Отличаются большим разнообразием. Состав и строение зависят от морфологии берегов и характера слагающих их пород. У обрывистых скальных берегов, сложенных крепкими породами, накапливаются крупные глыбы, оторванные в результате абразии. На абразионных террасах у крутых берегов накапливаются галечники, состоящие из хорошо окатанной гальки. Форма гальки зависит от текстуры пород (массивная галька приобретает изометричную форму, слоистая - уплощённую).

При размыве берегов, сложенных рыхлыми породами, на пляже накапливаются песок или гравий. На участках Чёрного моря около Одессы пляж покрыт тонко измельчённой битой ракушью, образованной разрушением береговых известняков-ракушечников (тоже у Евпатории).

У отлогих берегов происходит накопление тонкозернистого песчаного или илистого материала. Поверхность песчаных пляжей часто бывает покрыта знаками ряби или волноприбойными знаками - удлинёнными, изогнутыми валикообразными возвышениями. В илистых осадках хорошо сохраняются следы различных животных, оставленные во время отлива; при приливе они заносятся новым слоем осадков.

Кроме терригенных осадков, в литорали могут накапливаться органогенные или химические осадки. На заболоченных морских побережьях образуются осадки, богатые органическим веществом, при благоприятных условиях они могут преобразоваться в угли. Подобное происхождение имеют многие палеозойские угли (Донбасс и др.) Пласты углей в них характеризуются большой протяжённостью и выдержанной мощностью. Угольные бассейны с залежами подобного типа называются паралическими, в отличие от лимнических, где пласты углей возникают в условиях континентальных боло и не выдержаны по простиранию (Кузбасс и др.).

Иногда в литоральной зоне происходит накопление известковых осадков - битой ракуши, намываемой в виде берегового вала и осадков, образованных за счёт отмирания организмов с известковым скелетом (моллюски, кораллы и др.).

Химические осадки возникают в литорали сравнительно редко. Они встречаются в областях жаркого и сухого климата в прибрежной зоне моря, вода которой обогащена известью. При наличии в воде мелких песчинок, служащих центрами кристаллизации, вокруг них выделяется известь и образуется оолитовый известняк. В настоящее время оолитовые известняки накапливаются у берега Красного моря, у побережья Флориды, в юго-восточной части Каспия и др. В современном состоянии они называются оолитовыми известняковыми осадками.

Чаще химические осадки возникают в лагунах, заливах, почти или полностью утративших связь с открытым морем. Здесь выпадают различные соли: NaCl, KCl, гипс, мирабалит.

Осадки шельфа (материковой отмели). Ещё более разнообразны. Известны осадки всех трёх типов. На характер осадконакопления в этой области влияет в основном гидродинамический режим бассейна и рельеф дна, а также количественный и качественный состав донной фауны.

Терригенные осадки представлены песками или илами. Грубообломочный материал встречается редко, нетипичен. Крупность зерна уменьшается по мере удаления от берега, но картина часто бывает более сложной в зависимости от рельефа дна, течений. В прибрежной части шельфа также возможны знаки ряби, так как при сильных волнениях волны проникают на глубину до 100 м. Поверхность осадка часто бывает нарушена ходами червей-илоедов, следами ползания моллюсков, морских ежей. Все эти признаки, обнаруженные в ископаемом состоянии, надёжно указывают на мелководные условия их образования.

Органогенные осадки образуются благодаря отмиранию донных организмов, обладающих скелетами из извести, кремнезёма и в меньшей степени фосфорнокислого кальция. Наиболее распространены ракушечники, образующиеся за счёт скоплений моллюсков, устричных банок, и коралловые рифы вместе с мшанками, червями, известковыми водорослями, простейшими (фораминиферы). Кораллы - одни из наиболее капризных морских животных, поэтому в настоящее время коралловые рифы распространены исключительно в приэкваториальной полосе в области Тихого и Индийского океанов.

Современные коралловые рифы по морфологии разделяются на береговые, барьерные и атоллы.

Береговые рифы - протягиваются вдоль берега, образуя как бы его подводное продолжение.

Барьерные рифы - располагаются на некотором удалении от берега и отделены от него лагуной, достигающей нескольких десятков километров. Эти рифы окружают многочисленные острова в архипелагах Меланезии и Полинезии. Большой Барьерный риф в Австралии - наиболее коупный в настоящее время. Его длина достигает 2000 км, ширина лагуны более 100 км.

Атоллы - кольцевые рифы, внутри которых - небольшая лагуна.

Образование всех рифов связано с ростом колоний кораллов, живущих на глубине 45-50 м. Рост рифа совершается при погружении морского дна; мощность его достигает иногда 2-3 км. Погружение дна компенсируется ростом кораллов, особенно на наружной стороне рифа, где условия для питания и дыхания полипов наиболее благоприятны. Процесс рифообразования начался ещё в палеозое и продолжается в настоящее время.

Химические осадки б области шельфа также имеют большое значение, так как за счёт них возникают такие важные полезные ископаемые, как железные, марганцевые, алюминиевые руды, фосфориты. Источники их образования - сносимые реками и подземными водами химические соединения - продукты химического выветривания горных пород. Большая часть их (окиси Fe, Mn, Al) переносятся в виде коллоидных растворов, меньшая - механическим путём или в виде истинных растворов. При встрече речных вод с морскими, играющими роль электролита, происходит коагуляция коллоидов и осаждение минералов железа и марганца. Аналогичным образом в прибрежной полосе возникают бокситы, образующиеся в результате переотложения продуктов латеритного выветривания, богатых глинозёмом.

Образование фосфоритов происходит в более глубоких частях шельфа. Источник Р2О5 - разлагающиеся трупы животных. Наиболее богата фосфором вода на глубине 500 м и более. Но здесь Р2О5 удерживается в растворе благодаря СО2. Фосфориты выпадают в осадок в зоне шельфа с глубиной 50-150 м, где содержание СО2 уменьшается в результате поглощения растениями и диффузии в поверхностные воды. Иногда фосфориты накапливаются чисто органическим путём, как скопления раковин, состоящих частично из фосфата кальция (некоторые плеченогие).

Осадки материкового склона (батиальная область). Распространяются до глубины 3000 м, характеризуются большой однородностью. Резко преобладают тонкозернистые терригенные осадки - илы, имеющие в зависимости от состава и среды различные цвета, под которыми и выделяются: синий, красный, зелёный ил. Подчинённое значение имеют органогенные осадки, возникающие за счёт накопления раковин планктонных организмов, а также илы из вулканического материала.

Синий ил состоит из тончайших иловатых и глинистых частиц с небольшой примесью кальцита (раковины планктонных организмов) и мельчайших выделений сернистого железа. Обладает запахом сероводорода. Цвет обусловлен образованием в восстановительной среде при недостатке кислорода и большом количестве органического вещества. Широко распространён.

Красный ил распространён значительно меньше. По составу очень близок к синему, но окрашен окислами железа в красно-бурый или жёлтый цвет. Таким образом, это разновидность синего ила, образовавшаяся в результате переотложения продуктов выветривания горных пород. Встречается у берегов Бразилии, Китая и других жарких стран, откуда реки сносят огромное количество продуктов латеритного выветривания.

Зелёный ил более грубозернистый песчано-глинистый осадок, зелёный цвет которого обусловлен присутствием большого количества зёрен минерала глауконита; иногда встречаются желваки фосфорита. Зелёный ил распространён в верхней части континентального склона, иногда заходит в область шельфа (до глубины 80 м).

Вулканический ил отличается остроугольной формой зёрен и присутствием обломков вулканического стекла, темноцветных силикатов, полевых шпатов. Образуется вблизи вулканических островов и подводных вулканов, поэтому имеет ограниченное распространение. Встречается в Атлантическом океане у берегов Исландии, у западного берега Тихого океана.

Из органогенных илов в батиальной области распространены коралловые и фораминиферовые илы.

Коралловый ил встречается в экваториальной области Тихого и Индийского океанов вблизи коралловых островов, за счёт разрушения которых он образуется. Раздробленные волнами осколки иногда после волнений настолько насыщают воду вблизи рифа, что она называется коралловым молоком. Осаждаясь, этот материал и даёт тонкозернистый известковый осадок - коралловый ил.

Фораминиферовый ил - мелоподобный, довольно рыхлый осадок белого или жёлтого цвета. Наряду с тонкозернистым обломочным материалом содержит большое количество мельчайших известковых раковин фораминифер - планктонных животных.

Осадки океанического ложа (абиссальной области). Среди органических илов, образующихся на глубине более 3000 м, различают известковые (глобигериновые и птероподовые) и кремнистые (радиоляриевые и диатомовые). Кроме органических илов большим распространением пользуется красная океаническая глина.

Глобигериновый ил - разновидность фораминиферового, сложен раковинками планктонных фораминифер - глобигерин - и мельчайшими известковыми пластинками - кокколитами, на которые распадается панцирь (наружная оболочка) одноклеточных планктонных водорослей - кокколитофорид. Примесь терригенного материала крайне невелика, но может быть значительной, в зависимости от физико-географических условий и гидродинамического режима бассейна. Нижний предел распространения илов - 4000 м. Ниже этой глубины раковинки обычно растворяются, так как вода недосыщена СаСО3.

Птероподовый ил - сложен раковинками крылоногих моллюсков - птеропод. С ними могут быть раковинки глобигерин и других планктонных фораминифер. Эти илы распространены ограниченно и ближе к берегу.

Диатомовый ил - осадок, состоящий из кремневых панцирей микроскопических водорослей - диатомей или диатомовых; присутствуют в нем и радиолярии, глинистые частицы и незначительная примесь карбонатов. По внешнему виду диатомовый ил представляет собой рыхлый жёлтый, белый или сероватый осадок. Распространён на глубинах 1000-4800 м. В отличие от известковых, диатомовые илы встречаются в высоких широтах, в Арктике и Антарктике, что объясняется преобладающим развитием флоры диатомовых в холодных водах.

Радиоляриевый ил - занимает наиболее глубокие участки дна: 4000-8000 м, покрывая 1,7% общей площади Мирового океана. В составе преобладают кремнистые раковинки одноклеточных планктонных животных - радиолярий. Присутствуют и диатомеи, и глинистые вещества.

При преобладании глинистых частиц радиоляриевый ил переходит в красную океаническую глину - своеобразный глубоководный осадок терригенного характера. Красный цвет глины указывает на её происхождение в окислительной среде, существование которой на таких больших глубинах объясняется бедностью органического мира. Накопление красной пыли происходит за счёт эоловой, вулканической и космической пыли, а также за счёт терригенного материала, приносимого айсбергами. Иногда в пробах красных глин, поднимаемых со дна, находили до 100 зубов акул и 40 слуховых косточек китов.

Процессы денудации на дне морей и океанов. Процессы денудации распространены и в океанах - в области шельфа и континентального склона. Среди них различают 3 основные категории: деятельность волн и течений, подводные оползни и работу так называемых турбидных или мутьевых потоков.

Волны, возмущающие толщу воды на значительную глубину, влияют на условия накопления морских осадков вплоть до глубин порядка двух длин волны. Но собственно денудационную работу волнение производит лишь на мелководье, вблизи побережья.

Морские течения наиболее интенсивны в верхах толщи воды на глубине до 200 м. Они способствуют переносу частиц и растворённых веществ, но не мешают накоплению осадков. Размыв дна под действием течений наблюдается лишь в особо благоприятных условиях. Например, размыв дна пролива между полуостровом Флорида и Кубой течением Гольфстрим.

Подводные оползни распространены широко и захватывают свежие илистые осадки на участках дна, имеющих даже незначительные уклоны (до 2-5о). На более крутых склонах оползают и уже частично уплотнившиеся осадки. Это уже настоящие оползни, но всё же менее интенсивные, чем на суше.

Мутьевые (турбидные) потоки возникают в областях материкового склона и на участках дна с относительно крутым уклоном, покрытых тонкозернистыми илами (тиксотропными). Тиксотропия - разжижение илов под механическим воздействием. Волнение, проникающее во время шторма на глубину до 600 м, производит эффект гидравлического удара, мгновенно разжижающего тиксотропные илы, превращая их в вязкую жидкость. Она стекает по склону, не смещиваясь с водой благодаря большому удельному весу. Этим, в частности, можно объяснить появление терригенных осадков на больших глубинах.

Диагенез морских осадков. Переход осадков в горные породы - длительный и сложный процесс, который носит название диагенеза (с греч. "перерождение"). Процесс этот начинается ещё в морском бассейне и длится десятки, сотни тысяч лет. В процессе диагенеза первоначальный осадок подвергается различным химическим изменениям, зависящим от условий среды и уплотнения. Значительную роль играют бактерии. Некоторые из них разлагают органическое вещество, вызывая появление СО2 и H2S и тем способствуя изменению химизма среды; другие непосредственно участвуют в окислительных и восстановительных процессах. Большое значение в процессе химического изменения осадков имеет преобразование малоустойчивых минералов, например, карбонатов. В глубоких придонных водах, насыщенных СО2, происходит растворение СаСО3, с чем связано отсутствие известковых илов на глубине более 4 км.

Уплотнение осадка происходит в результате перекристаллизации, обезвоживания и цементации.

Перектисталлизации подвергаются главным образом однородные мелкозернистые осадки, состоящие из легкорастворимых минералов. Пример - диагенез рифовых образований. Под действием СО2, освобождающейся при разложении органического вещества, СаСО3 скелетов частично растворяется и после выделения углекислоты выпадает заново уже в кристаллической форме.

Цементация связана с выпадением в осадок различных химических соединений, цементирующих зёрна осадков, заполняя поры, пустоты, скрепляя частицы. Таким цементирующим веществом чаще всего является кремнезём в различных модификациях (кварц, опал, халцедон), окислы железа, карбонаты, фосфаты. Выпадение цементирующего вещества может происходить одновременно, или сингенетически, с образованием осадка, или же в последующие стадии его преобразования - эпигенетически.

Обезвоживание осадка происходит в результате выжимания воды из нижних пластов в верхние вследствие давления толщ осадка. При этом происходит и процесс дегидратации минералов, богатых водой, и их перекристаллизация.

В конечном итоге осадок теряет рыхлость, пластичность и превращается в твёрдую горную породу.

В отличие от морей, озёра имеют небольшие размеры, расположены преимущественно внутри континентов и, как правило, не связаны с Мировым океаном. Общая площадь озёр 2,7 млн. км2 (2 % площади континентов).

Происхождение и типы озёрных впадин. Озёрные впадины могут быть экзогенного и эндогенного происхождения. Те и другие, в свою очередь, разделяются на плотинные и котловинные.

Плотинные экзогенные впадины развиты широко. Так, на Памире в 1911 году возникло Сарезское озеро в результате обвала на правом берегу реки Мургаб. Запруды могут образовывать и конечные морены ледников. Сюда же относятся искусственные водохранилища (Красноярское, Братское и др.).

Котловинные экзогенные впадины имеют различное происхождение. Наиболее распространены котловины, связанные с ледниковой деятельностью (озёра Карелии, Финляндии), карстовыми и термокарстовыми проявлениями.

Плотинные эндогенные впадины распространены реже. Например, озеро, образовавшееся на реке Бол. Узень, текущей с Общего Сырта на Прикаспийскую низменность в результате подпруживания её соляным куполом.

Котловинные эндогенные впадины очень распространены. Примерами могут служить озеро Байкал (глубина до 1741 м), Мёртвое море, озеро Танганьика и др.). Сюда же относятся озёра в кратерах потухших вулканов, а также вулканических трубках взрыва (маары).

Такие водоёмы, как Каспийское и Аральское моря являются реликтовыми водоёмами, которые были частями обширного морского бассейна и в результате уменьшения его в размерах утратили связь друг с другом и Мировым океаном

Озёра бывают:

Некоторые озёра имеют подземный сток.

Озёрные отложения.

Накопление осадков в озёрах осуществляется за счёт сноса с континента механически разрушенного (терригенного) и химически растворённого материала, а также в результате жизнедеятельности организмов. Кроме климата на характер осадконакопления влияет величина площади бассейна стока и его интенсивность.

Механические осадки. Особенно интенсивно накапливаются в предгорных озёрах (например, Балхаш). В таких озёрах часто накапливаются галечники в виде конусов выноса рек, впадающих в эти озёра. Если озеро большое, вдали от берега галечники сменяются глинами с хорошей горизонтальной слоистостью.

Химические осадки. Зависят от климатических условий. В солёных озёрах засушливых областей накапливаются главным образом галоиды, сульфаты, углекислая известь путём выпаривания растворов и повышения их концентрации. В основном это происходит в летнее время, а в зимнее - при понижении температуре воды и её растворяющей способности. Соли сносятся дождевыми водами, ручьями из почвы и горных пород. Если озеро высыхает, дно его покрывается корочкой соли (в основном NaCl).

Карбонат натрия (сода) - Na2CO3 - выпадает чаще в холодное время, когда температура воды понижена. Но бывает и при выпаривании крепких рассолов (озеро Кучербак в Казахстане, крупные озёра Михайловское, Петуховское в Кулундинской степи).

Углекислая известь - CaCO3 - также может выпадать непосредственно из толщи воды. В таких отложениях может присутствовать и доломит CaMg(CO3)2. Наиболее распространены в солоноватых озёрах засушливой зоны, но могут образовываться и в пресных озёрах. Чаще же среди глинистых озёрных отложений возникают кальцитовые конкреции различной формы или прослои, состоящие из мелких сферических образований (оолитов). Крупно-оолитовые породы называются гороховым камнем.

В пресных озёрах умеренного пояса часто осаждаются химическим и биохимическим путём окислы Fe, выносимые грунтовыми и почвенными водами из горных пород. Они также слагают округлые конкреционные образования, называемые бобовинами. Они могут образовать залежи так называемой озёрной бобовой железной руды. Железо может осаждаться и в болотах (болотная руда и дёрновая руда).

В тропических озёрах могут возникать таким же путём залежи алюминиевых руд, или бокситов.

Органогенные осадки. Различаются минеральные и органические. Первые: остатки твёрдых скелетных частей организмов (ракушечные известняки, состоящие из раковин двустворок и брюхоногих - в озёрах тёпло-умеренного и тропического поясов). Но такие отложения редки, так как моллюсков обычно недостаточно для формирования чистых ракушечных известняков Значительно шире распространены кремнистые озёрные органогенные отложения: озёрные трепелы или диатомиты (в пресных озёрах влажно-умеренного климата). Это скопления мельчайших кремниевых скорлупок одноклеточных диатомовых водорослей.

Чисто органические осадки более распространены. Это гнилостные илы (сапропели, сапроколлы). Образуются за счёт отмирания мелких животных и растений в условиях почти полного отсутствия кислорода (анаэробная среда). По мере накопления полужидкий сапропель уплотняется и превращается в чёрно-коричневую плотную лёгкую породу с раковистым изломом - сапроколлу. Из сапропеля и сапроколлы можно получить путём сухой перегонки ихтиол и другие соединения. Сапропель и сапроколла хорошо горят, но не используются в связи с малыми запасами.

2. Сульфиды.

Сульфиды органические (тиоэфиры) - соединения общей формулы RSR? (R и R? - органические радикалы). Бесцветные жидкости со слабым эфирным запахом. Содержатся, напр., в нефтях. Применяются как антиоксиданты и стабилизаторы (моторных топлив, смазочных масел), растворители. К сульфидам органическим относится иприт. Известны также ди-, три- и полисульфиды RSnR, где n - число атомов S Геология и геохимия нефти и газа /Под общ. ред. А.А.Бакирова и З.А.Табасаранского. - М.: Недра, 1982..

Этот класс объединяет минералы, представляющие соединения металлов с S - собственно сульфиды, Se - селениды, Те - теллуриды, As - арсениды, Sb - антимониды, Вi - висмутиды, которые выступают в роли анионов. Сюда же относят минералы, в анионной части которых одновременно находятся элементы пятой и шестой групп периодической системы Д.И.Менделеева. Это сульфоарсениды (кобальтин СоAsS, арсенопирит FеAsS) и сульфосоли.

В простейшем случае анионы этого класса соединений - одиночные анионы S2-, As3- , образующие моносульфиды. В более сложных - комплексные анионные группировки типа [S2]2- - "гантель"; [AsS]3-, образующие дисульфиды, а также анионные радикалы типа [AsS3]3-, образующие сульфосоли.

В качестве катионов в сульфидах наиболее обычны элементы Fе, Со, Ni, Cu, Zn, Pb, Ag, Hg, Mo, As, Sb, причем главенствующее значение имеет железо. Ряд элементов: Cd, In ,Ga, Tl встречаются преимущественно в рассеянном состоянии в виде изоморфных примесей или крайне редко образуют самостоятельные минеральные виды. Для большинства сульфидов характерно широкое развитие изо- и гетеровалентного изоморфизма. Изоморфные замещения характерны как для катионов, так и для анионов. Например, в сфалерите ZnS наблюдается изовалентный изоморфизм Zn2+ = Fe2+,Mn2+, а также гетеровалентный изоморфизм 2Zn2+ = Ag+ + Ga3+; 2Zn2+ = Cu+ + Fe3+. Гетеровалентный изоморфизм в галените РbS осуществляется по схеме 2Pb2+ = Ag+ + Sb3+ (или Bi3+). В галените возможно также изовалентное ограниченное замещание в анионной части S2- = Se2-. Изовалентные замещения характерны также в анионных радикалах блеклых руд: [(As 1-nSbn)S3]3-, As3+ => Sb3+. В сульфидах довольно широко проявлено явление полиморфизма. Это полиморфные модификации ZnS: сфалерит, кубическая сингония и вюртцит, гексагональная сингония; FeS2: пирит, кубическая сингонияи марказит, ромбическая сингония; НgS: киноварь, тригональная сингония и метациннабарит, кубическая сингония; Fe1-xS: пирротин, гексагональная сингония и моноклинная сингония.

Сульфиды и их аналоги характеризуются ярко выраженным ковалентным типом химической связи с донорно-акцепторным характером ее проявления и существенным вкладом металлической и вандерваальсовой связей.

Изо- и гетеродесмический характер химической связи определяет разнообразие структурных мотивов в сульфидах. Среди них известны минералы с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурой.

Кристаллохимические особенности сульфидов, типы химической связи, состав определяют характерные для сульфидов физические свойства.

Для большинства сульфидов с ковалентно-металлическими связями характерны металлический блеск, высокая электропроводность, полупроводниковые свойства. Цвет их серый, желтоватый или бронзово-желтый. Слоистые и цепочечные сульфиды имеют низкую твердость от 1 до 2,5. Координационные моносульфиды имеют умеренную твердость от 2 до 4, а у дисульфидов и их аналогов с возрастанием доли ковалентности твердость достигает 6-6,5 единиц. Существенно ковалентные моносульфиды с координационной (сфалерит), цепочечной (киноварь), молекулярно-слоистой (аурипигмент), молекулярно-островной (реальгар) структурами отличаются алмазным блеском, полупрозрачностью, яркими окрасками, низкой и умеренной твердостью.

Сульфиды обычно образуют сплошные кристаллически-зернистые массы, вкрапленники или встречаются в виде кристаллов. Сульфиды с цепочечной структурой часто представлены агрегатами удлиненно-призматических кристаллов до тонкоигольчатых с совершенной спайностью по удлинению (антимонит). Для слоистых сульфидов характерна уплощенно-таблитчатая форма кристаллов и весьма совершенная спайность в одном направлении (молибденит, аурипигмент).

Сульфиды имеют в основном гидротермальное происхождение. Они образуются также в магматическом процессе, характерны в скарнах. В гипергенных условиях образуются в зоне вторичного сульфидного обогащения и в осадочных породах. Для метаморфических процессов и ассоциаций сульфиды не характерны. Сульфиды обнаружены в метеоритах и образцах лунного грунта.

В поверхностных условиях сульфиды (за исключением киновари) легко окисляются, переходя в сульфаты. За их счет образуются различные вторичные минералы - окислы, карбонаты, сульфаты, силикаты, а также самородные металлы.

Всего к классу сульфидов относят сегодня болев 250 минеральных видов, но общее содержание их в земной коре невелико и не превышает 0.15%. Широко распространены и встречаются в больших количествах около 20 из них. Наибольшее распространение имеют пирит и пирротин, на долю которых приходится около 4/5 всех известных нам сульфидов. Подавляющее же число минералов (около 200) являются редкими и наблюдаются в незначительных количествах. Роль сульфидов чрезвычайно велика как сырья для получения цветных, благородных и многих редких металлов. Особый интерес проявляется к электрофизическим и оптическим свойствам сульфидов. Их специально выращивают в виде монокристаллов, находящих применение в качестве полупроводников.

Классификация сульфидов по кристаллохимическому принципу достаточно сложна и различна у разных авторов.

3. Формы существования воды в горных породах.

Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды в природе. Все, что связано с подземной водной оболочкой, включая теоретические и, особенно, прикладные аспекты, изучает наука гидрогеология. В наше время непрерывно усиливающегося техногенного пресса на природную среду пресная вода стала важнейшим полезным ископаемым.

Структура и свойства воды определяется строением ее молекулы - Н2О в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет гидроль или элементарную дополнительную структурную единицу воды.

Гидроли могут объединяться между собой. Так, для льда устойчивой структурой будет тетраэдр, состоящий из гидролей. Гексагональная решетка льда, состоящая из связанных между собой тетраэдров очень рыхлая, поэтому увеличение температуры приводит к нарушению и так непрочных связей решетки и некоторые гидроли как бы «падают» внутрь решетки, которая разрушается на отдельные массивы и, наконец, превращается в пресную воду, обладающую наибольшей плотностью при Т= +4°С.

Вода в горных породах содержится в нескольких различных видах.

1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например, в гипсе - CaSO4·2H2O, мирабилите Na2SO4·10H2O. Если эти минералы нагревать, то вода высвобождается из кристаллической решетки. Так, гипс потеряет одну молекулу воды при +107°С, а вторую - при +170°С, после чего он превращается в ангидрит - CaSO4.

2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и прожилков льда. Также лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся в горных породах.

3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.

4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы (рис. 1).

5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев молекул воды на частицы породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от более толстой пленке к менее толстой.

6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно перемещаться в горной породе по трещинам и порам под действием силы тяжести, начиная с верхнего почвенного слоя.

Рис. 1. Типы воды: 1 - прочносвязанная, 2 - рыхлосвязанная, 3 - гравитационная

7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных (лат. капилярис - волосяной) трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод и при этом она может подниматься, подтягиваясь вверх от этого уровня на 1,5 - 3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.

Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капиллярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных горизонтов суглинков и глин (рис. 2).

Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называют зоной аэрации, т.к. она связана с атмосферой и с почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может присутствовать и в виде льда.

Рис. 2. Распределение воды выше зоны грунтовых вод: 1 - зона аэрации, 2 - зона полного насыщения (водоносный горизонт), 3 - капиллярно-подтянутая вода, 4 - капиллярно-подвешенная вода

Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой между атмосферой и гидросферой. В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно-жидкой водой и тогда образуется водоносный горизонт.

4. Корреляция разрезов скважин (сопоставление).

Назначение автоматизированного модуля - создание геологических реперов по скважинным данным для построения трехмерной структурной модели залежи.

Выполняемые функции:

динамика выбора и визуализация скважинных данных;

управление параметрами визуализации скважинных данных;

создание шаблона визуализации данных в окне профиля;

непрерывный контроль за процессами создания и редактирования репера;

выравнивание профиля по реперу;

цветокодирование значений глубин репера;

элементы автоматизации процесса корреляции;

автоматическое построение реперов по кровле и подошве коллектора;

использование фильтра для проверки результатов корреляции;

оперативная оценка качества корреляции по профилю и построение карт качества корреляции;

создание сводных таблиц корреляции.

Полуавтоматическая корреляция разрезов скважин по данным ГИС.

Прослеженные границы горизонтов сохраняются в базе данных и могут быть переданы в систему интерпретации данных сейсморазведки.

Литература

Волков В.Н. Основы геологии горючих ископаемых. - СПб., Изд-во С-Пб. ГУ, 1993.

Габриэлянц Г.А. Геология нефтяных и газовых месторождений. - М.: Недра, 1984. - 285 с.

Геология и геохимия нефти и газа / Под общ. ред. А.А.Бакирова и З.А.Табасаранского. - М.: Недра, 1982. - 288 с.

Геофизические методы поисков и разведки нефти и газа. - Л.: Недра, 1982. - 304 с.