МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет» Геологический факультет Кафедра динамической геологии и гидрогеологии Типы коллекторов подземных вод реферат Кондидат геолого-минералогических наук, доцент Студент группы ГЛГ-3-2015 НБ Килин Ю.А. Худорожкова А.И. Пермь, 2017 1 Оглавление Введение ................................................................................................................... 3 Классификация коллекторов .................................................................................. 4 Поровые коллекторы............................................................................................... 4 Пористость ........................................................................................................... 4 Трещинные коллекторы.......................................................................................... 7 Генетические типы трещин ................................................................................ 7 Заключение .............................................................................................................. 8 Список литературы ................................................................................................. 8 2 Введение Гидрогеологический коллектор — горная порода, водопроницаемость которой значительно выше водопроницаемости смежных горных пород. Лучшими коллекторами для подземных вод служат: рыхлые четвертичные отложения — аллювиальные и флювиогляциальные галечники и пески; лавы и туфы; известняки; песчаники; трещиноватые изверженные породы, особенно в коре выветривания и зонах разломов. Содержание и накопление воды в породе зависит от ее коллекторских свойств, т. е. от способности вмещать и пропускать через себя воду и любую другую жидкость или газ. Коллекторские свойства горных пород определяются их пористостью и трещиноватостью. Все горные породы в той или иной степени способны пропускать воду, однако степень проницаемости их различна. По степени проницаемости горные породы подразделяются на три группы: 1) проницаемые породы, через которые вода фильтруется наиболее легко (пески, гравий, галечники, трещиноватые разности других пород); 2) полупроницаемые породы — супеси, лёсс, неразложившийся торф и др.; 3) практически непроницаемые породы — глины, плотные глинистые сланцы, аргиллиты, сцементированные осадочные породы, нетрещиноватые разности магматических и метаморфических пород, а также породы, находящиеся в зоне многолетней мерзлоты. Породы первой и второй групп слагают пласты-коллекторы, породы третьей группы образуют пласты-водоупоры. 3 Классификация коллекторов По характеру пустот породы-коллектора (лат. "коллектор" - собирающий) могут быть подразделены на следующие категории: 1) 2) 3) гранулярные (лат. "гранулум" - зернышко) или рыхлые зернистые пористые породы, такие, как пески, гравий, галечники; трещиноватые скальные породы с трещинной пустотностью - песчаники, известняки, доломиты, магматические, метаморфические породы и др.; трещиноватые и трещинно-карстовые породы, такие, как известняки, доломиты, гипсы, соли. Или, в наиболее общем смысле на поровые (1 группа) и трещинные (2 и 3 группа) коллекторы. Таким образом, подземные воды могут заполнять поры между отдельными зернами осадка, мелкие и крупные трещины, зоны тектонических разломов, карстовые пустоты и полости. Поровые коллекторы Поровые коллекторы осадочных пород слагают 10-20% объема земной коры. Пористость обусловлена их зерновым сложением. В осадочных породах формируется каркас порового коллектора, в котором полое пространство между зернами образует системы сообщающихся между собой пустот или пор. В магматических породах минеральные зерна тесно соприкасаются (срастаются) между собой плоскостями граней и открытыми остаются немногочисленные полости неправильной формы между зернами минералов. Образование пор в вулканитах нередко вызвано выделением газов из остывающего расплава. Пористость метаморфических пород проявляется как следствие кристаллизации или перекристаллизации первичных пород. Поровый коллектор – геологическое тело (массив, блок или пласт горной породы), в котором система сообщающихся между собой пор обеспечивает накопление и движение подземных флюидов и газов в виде фронтального потока. Непрерывность фронтального потока подземных вод по всему объему коллектора является принципиальным отличием порового коллектора от трещинного, в котором движение подземных вод осуществляется в виде сходящихся и расходящихся струй. В поровых коллекторах, в отличие от трещинных, движение по геологическому телу равномерное (в трещинных зависит от распределения трещиноватости). Пористость Выделяют общую (абсолютную) пористость и открытую (эффективную). Общая пористость (абсолютная) пород количественно выражается отношением объема всех пор (Vп) к объему всей породы (Vобщ), в долях единицы или в процентах: n=Vп/Vобщ(*100%) 4 Открытая пористость (эффективная) – наличие пор, сообщающихся между собой и атмосферой. Количественно она выражается так же, как и общая пористость, отношением объема данных пор к общему объему породы. Пористость осадочных пород колеблется от 70% в озерных отложениях и илах и до 2% в аргиллитах. Разнообразны размеры пор (пустот), их форма и суммарный объем. Пористость в осадочных породах зависит: 1.От стадии литогенеза. При седиментогенезе - при осаждении обломков пород, скелетных остатков или раковин отмерших организмов, пористость может достигать в начальной стадии 80%, при уплотнении пористость уменьшается (в глинах на 20-25%); На стадии диагенеза (превращения осадков в осадочные породы) - пористость меняется вследствие перекристаллизации вещества осадка, частично поры заполняются цементом; Стадия катагенеза (превращение в метаморфические породы) приводит к изменению пористости и коллекторских свойств, изменяется минеральный и химический состав осадочных толщ. 2.От тектонических движений. При поднятии происходит разуплотнение пород, увеличивается пористость. 3.От стадии гипергенеза, где происходит разрушение пород, что приводит к формированию коллекторов, не связанных с процессами осаждения - это элювиальные, элювиально-делювиальные отложения. Коллекторы крупнообломочных пород. 4.От взаимного расположения обломков, от их формы, способа укладки и характера переотложения материала. По способу укладки зерен при их осаждении выделяют следующие группы: 1) Наиболее плотная укладка; а — наиболее плотная мягкая укладка зерен; 2) б — менее плотная укладка. Менее плотная укладка. 5 В первом случае теоретическая величина пористости составляет 25,9%, во втором – 47,6 %. 5. Степени отсортированности частиц; Пористость осадочных пород, особенно песков и алевритов, тем выше, чем более однородны по размеру и лучше окатаны отдельные песчинки. И наоборот, чем разнообразнее по размеру частицы, слагающие породу, и чем меньше они окатаны, тем меньше пористость породы. Происхождение порового пространства в породе определяется особенностями ее формирования и последующего развития (рис. 3). В зависимости от этих процессов различают поры первичные и вторичные. Рис. 3. Типы пустотного пространства Межзерновое пустотное пространство (поры) в коллекторах а — хорошо отсортированных, б — плохо отсортированных, е — с цементирующим материалом; г — пустоты выщелачивания; д — трещины. 1 — порода; 2 — цемент Между пористостью и проницаемостью существует довольно сложная зависимость, однако проницаемость породы определяется не только объемом пустотного пространства, но и формой, размерами пор и трещин, характером их соединения между собой. Этим можно объяснить тот факт, что не всегда значительная пористость обеспечивает высокую проницаемость породы. Например, глины нередко имеют пористость не меньшую, а даже большую (до 50—60 %), чем крупнозернистые пески (до 30 %), а оказываются практически непроницаемыми. Обусловлено это тем, что размеры 6 пор у глины настолько малы, что большая часть влаги находится в них в капиллярном состоянии, т. е. не способна свободно перемещаться по пласту. Трещинные коллекторы Коллекторские свойства также определяются наличием разрывов и трещин. Трещиноватость – характерный, типичный вид пустотности. Генетические типы трещин По происхождению (генезису) все трещины делят тектонические и нетектонические (гравитационные, гидравлического разрыва, петрогенные, гипергенные и техногенные). Нетектонические трещины возникают в горных породах на поверхности Земли или вблизи нее под действием сил, связанных с экзогенными геологическими и антропогенными процессами или с изменением температуры, влажности, плотности пород. К ним относятся: 1) Гравитационные трещины. Их образование обусловлено напряжениями, которые возникают в горных породах под влиянием веса вышележащих толщ. Величина напряжений определяется глубиной залегания массива. 2) Трещины гидравлического разрыва образуются под давлением флюидов в земной коре по мере погружения водосодержащих осадков. Накопление перекрывающих осадочных пород и рост геостатического давления ведут к уменьшению пористости осадков. Процесс уплотнения осадков и их метаморфизация сопровождается истечением к поверхности земли огромного количества воды. Восходящий поток воды, отжатой из пор, как правило, сосредоточенный, он проявляется в высокодебитных родниках в бассейнах платформенного типа. Гидравлические разрывы пластов происходят, когда давление воды превышает суммарную величину всестороннего давления и предела прочности породы на растяжение. Трещины гидравлического разрыва и сосредоточенных восходящих потоков могут формироваться при дегидратации гипса (превращаясь в ангидрит он теряет 48,5% своего объема в виде воды), глинистых минералов, цеолитов, слюд и т.д. Трещины гидравлического разрыва возникают на разных уровнях: от микроскопических до региональных. 3) Петрогенные трещины возникают в массивах магматических пород под действием внутренних напряжений при остывании и сжатии этих тел. Образование трещин в осадочных породах связано с физико-механическими свойствами горных пород. 5) Гипергенные трещины формируются на поверхности раздела минеральных зерен и напластования горных пород, в которых силы сцепления ослаблены тектоническим или петрогенными процессами. Трещины являются наложенными. Развиваются в процессе 7 выветривания (температура), химических и биохимических процессов в зоне окисления, приводящих к разрушению ранее образованных минералов и образованию новых минеральных образований. Происходит расширение существующих и образование новых. Климатический фактор, глубина распространения от 60 до 120м. 6) Техногенные трещины образуются на участках воздействия технических средств. Буровзрывные работы, шахты. Носят локальный характер. Тектонические трещины проявляются в верхних частях земной коры из-за разгрузки напряжений, возникающих в верхней мантии и глубинных горизонтах коры. Образующиеся разрывы коры, разломы, рассекают породы на значительные (десятки и сотни километров) расстояния по простиранию и нередко по глубине. Разломы, как правило, оперяют трещины. Заключение Все горные породы в той или иной степени имеют способность пропускать воду, относительно проницаемые породы относят к коллекторам, относительно непроницаемые – к водоупорам. Все коллекторы делятся на поровые и трещинные, в зависимости от типа пустот, которые, в свою очередь, подразделяется по генезису. Возможно также наличие в породе пор и трещин вместе, такие породы будут называться порово-трещинными коллекторами. На проницаемость породы влияет не только наличие пустот и их общий объем, но и однородность гранулометрического состава, форма и размера пор, ширины раскрытия трещин и т.п. Определяющей для проницаемости пород является эффективная пористость. 7872325016 Список литературы 1. Овчинников А. М. Общая гидрогеология. М., 1955. 3. http://biofile.ru/geo/2280.html 4. http://ifreestore.net/1356/17/ 5. Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова, Основы геологии, М., 1991 6. Всеволожский В. А. Основы гидрогеологии: Учебник, Москва: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 2007. 7. Ломтадзе В. Д., Инженерная геология, Ленинград, «Недра», 1984 8
