Загрузил Анна Худорожкова

Типы коллекторов подземных вод. Реферат

реклама
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
Скачать