Происхождение и классификация горных пород

Любой натуральный камень - это «горная порода, природное образование, состоящее из отдельных минералов и их ассоциаций». Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается петрография. Согласно ей все породы по происхождению длятся на три основные группы:
1. Изверженные («первичные» породы)

- образовались непосредственно из магмы - расплавленной массы преимущественно силикатного состава, в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различаются глубинные и излившиеся.
Глубинные
возникли в результате постепенного остывания магмы при высоком давлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: гранит, сиенит, лабрадорит и габбро.
Излившиеся
образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности при низкой температуре и давлении. Недостаточно было времени для образования кристаллов, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелко кристаллическую структуру с обилием аморфного стекла с большой пористостью: порфиры, базальты, травертин, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

Гранит (от латинского granum, зерно) - самая распространенная горная порода. Гранит имеет ярко выраженную зернисто-кристаллическую структуру и состоит в основном из полевых шпатов, кварца, слюды и других минералов.

По величине зерен различается 3 структуры гранита: мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые.Цвет гранита может быть самым разным. Чаще всего можно встретить серый гранит, от светлого до темного с разными оттенками, есть также розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый и иногда голубовато-зеленый гранит. Исключительно редок гранит с голубым кварцем. В декоративном отношении наиболее ценными являются мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, насыщенно темно-красные и зеленовато-голубые разновидности гранитов.

2. Осадочные (или «вторичные» породы)

Называются вторичными, так как образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов.
Они могут быть в виде химических осадков, которые образуются в процессе высыхания озер и заливов, когда в осадок выпадают различные соединения. Со временем они превращаются в известняковые туфы, доломит. Общая особенность этих пород - пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.
Бывают также обломочные осадочные породы. К ним относятся сцементированные песчаники, брекчии, конгломераты и рыхлые: пески, глины, гравий и щебень. Сцементированные отложения образовались из рыхлых в результате природного скрепления, цементирования. Например, песчаник - из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия - из сцементированного щебня, а конгломерат - из гальки.
Еще известны породы органического происхождения, это известняки и мел. Они образуются в результате жизнедеятельности животных организмов и растений.

Песчаник

Для геологов и петрографов - обломочная порода, состоящая из сцементировавшегося песка. Бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цвета. Наиболее прочными считаются кремнистые песчаники.
В основном песчаники не способны приобретать полированную фактуру, поэтому для них обычно используют фактуру скалывания или пиленую, а иногда - шлифованную. Песчаники хорошо поддаются теске и алмазной обработке.
Декоративными считаются мелкозернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника, которые с успехом используются для наружной облицовки. В московских и петербургских памятниках архитектуры, построенных в XIX и начале XX века, хорошо сохранились облицовки из польского песчаника серо-зеленого, желтого и розового оттенков. Успенская площадь Кремля облицована люберецким песчаником.
Песчаник - довольно пористый материал, поэтому использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно. Не рекомендуется также использовать его на цокольных конструкциях.

3. Метаморфические (видоизмененные породы)

- образовались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов.

Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к ним относятся мрамор и кварцит, а также сланцеватые - гнейсы и сланцы.

Мрамор

Название "мрамор" произошло от греческого marmaros, блестящий. Это зернисто-кристаллическая порода, которая образовалась в недрах Земли в результате перекристаллизации известняка и доломита под воздействием высоких температур и давления. В строительстве мрамором часто называют не только этот камень, но и другие плотные переходные карбонатные породы. Это, прежде всего, мраморовидные или мраморизованые известняки и доломиты.

Кварцит

Это мелкозернистые породы, которые образовались при перекристаллизации кремнистых песчаников и состоят в основном из кварца. Кварцит бывает серого, розового, желтого, малиново-красного, темно-вишневого и иногда белого цветов.
Кварцит считается высокодекоративным камнем, особенно малиново-красный и темно-вишневый. Фактура «скала» значительно осветляет общий фон этого камня, чем часто пользуются, совмещая такие изделия с контрастными по цвету полированными.
Кварцит имеет очень высокую твердость и относится к труднообрабатываемым материалам, но принимает полировку очень высокого качества.
Часто применяется при строительстве уникальных сооружений. Был использован при строительстве храма «Спас на крови». На протяжении столетий использовался и как ритуальный камень. Из него выполнены саркофаги Наполеона и Александра II, верхняя часть мавзолея Ленина.

Сланец

Плотная и твердая горная порода, которая образовалась из сильно уплотнившейся глины, частично перекристаллизовавшейся под высоким и односторонним давлением (сверху вниз, например). Характеризуется ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины. Цвет сланцев чаще всего темно-серый, черный, серо-коричневый, красно-коричневый.
Сланец - долговечный материал, он поддается обработке (расслаивается на тонкие пластины), некоторые виды принимают и полировку. Однако чаще его используют вообще без обработки, так как поверхность раскола очень декоративна.
Сланец используют и в наружной, и во внутренней облицовке. Этот камень широко применялся в известных архитектурных памятниках (полы Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге частично сделаны из сланца).

4. Полудрагоценные камни.

К ним можно относятся, в основном горные породы, получившие название «декоративно-поделочные камни». Это яшма, оникс, опал, малахит, лазурит. Встречаются они гораздо реже обычного камня и ценятся больше. Однако облицовывать ими большие участки дорого, поэтому чаще всего этими камнями отделывают небольшие элементы: детали колонн, подоконников, ванных комнат…

Одним из самых распространенных декоративно-поделочных камней считается оникс («ноготь» в переводе с греческого). Оникс имеtт слоистое или радикально-лучистое строение. Цвет оникса - белый, светло-желтый, желтый, коричневый, темно-бурый, бледно-зеленый. Рисунок полосчатый - чередование полос разных оттенков. Большинство мраморных ониксов просвечиваются, иногда на глубину 30…40 мм. Оникс хорошо обрабатывается режущими и шлифовальными инструментами и принимает полировку высокого качества.

Органогенные осадочные горные породы

1. Осадочные органогенные горные породы

На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают различные физико-химические изменения - диагенез, и превращаются в осадочные горные породы. Среди осадочных пород выделяют три группы:) обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;) глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;) химические (хемогенные) породы, образовавшиеся в результате химических процессов;) органогенные породы, образовавшиеся в результате биологических процессов.

Об осадочных органогенных породах и будет идти разговор. Органогенные горные породы - это осадочные горные породы, образующиеся из скопления продуктов жизнедеятельности и неразложившихся останков живых организмов: известняки ракушечники, ископаемые угли, гуано - разложившийся помет морских птиц и др.

При описании осадочных органогенных горных пород следует обращать внимание на их минеральный состав, который является определяющим признаком, и на строение. Также важнейшим признаком, характеризующим строение осадочных пород, является их слоистая текстура. Образование слоистости связано с условиями накопления осадков. Любые перемены этих условий вызывают либо изменение состава отлагающегося материала, либо остановку в его поступлении. В разрезе это приводит к появлению слоев, разделенных поверхностями напластования и часто различающихся составом и строением. Слои представляют собой более или менее плоские тела, горизонтальные размеры которых во много раз превышают их толщину (мощность). Мощность же слоев может, достигать десятков метров или не превышать долей сантиметра.

1.1 Происхождение

Образование осадков, из которых возникают осадочные горные породы, происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных бассейнах.

Процесс формирования осадочной горной породы называется литогенезом и состоит из нескольких стадий:

) образование осадочного материала;

) перенос осадочного материала;

) седиментогенез - накопление осадка;

) диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;

) катагенез - стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы;

) метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры.

Основная масса органогенных пород возникла в различных по солености, глубине и размерам морских и континентальных водоемах, а также в результате действия химических процессов и жизнедеятельности организмов на суше и море. Все породы хемогенного и органогенного происхождения связаны взаимными переходами и имеют смешанное хемогенно-органогенное происхождение. Классификация пород хемогенного и органогенного генезиса осуществляется по химическому составу.

Рассмотрим образование некоторых органогенных горных пород. Например, известняка. Огромные залежи известняков, образовавшиеся миллионы лет назад из скелетов морских животных, составляют примерно 20% от общего количества осадочных пород. Образовались известняки в результате длительных геохимических процессов. Реки ежегодно выносят в моря многие миллионы тонн извести в виде взвеси и в растворенном виде. При встрече речной воды с соленой морской образуется своеобразный «геохимический барьер», на котором растворимые соединения, в том числе и известь, выпадают в осадок, смешиваясь с илом. Часть бикарбоната кальция остается в растворенном состоянии и постепенно поглощается морскими растениями и животными. В результате в течение миллионов лет огромное множество раковин погибших моллюсков и кораллов образовало колоссальные скопления углекислого кальция. Так возникли различные известняки, среди которых по породообразующим организмам различают коралловые, ракушечные, нуммулитовые, мшанковые, водорослевые и др.

Рис. 1. Образование нефтяной залежи

Или образование другой органогенной породы, такой как нефть. (Рис. 1) Основные условия развития процесса формирования нефти, носящего название термокатализ - это опускание осадочных пород, вмещающих органические остатки, на большие глубины, воздействие господствующих на этих глубинах высоких температур и давлений и каталитическая роль самих вмещающих пород, ускоряющая реакции распада и химической переработки органических веществ. При окислении на поверхности нефть переходит в киры и асфальты.

Ещё один пример - это образование горючих сланцев. Образование начинается с момента накопления органических остатков. «Родители» сланцев - это мельчайшие водоросли, перемещаемые волнами или (фитопланктон), иногда водоросли подводных лугов (фитобентоз) или низшие представители животного мира (фианктон). Начали образовываться горючие сланцы 130-140 млн. лет назад в нижневолжский век юрского периода. Юрские моря были мелководны, хорошо прогревались и были густо заселены водорослями, служившими местом обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных организмов. После гибели организмы опускались на дно в иловато-глинистый осадок, который послужил основой для образования горючих сланцев. Если отколоть кусок горючего сланца, то можно увидеть большое количество отпечатков водорослей, ходов червей, аммонитов, белемнитов, двустворчатых моллюсков, чешую ископаемых рыб, позвонки ихтиозавров, плезиозавров и других организмов.

Рис. 2. Образования угля

Разнообразие типов растительности, произраставшей на Земле в различные геологические эпохи и в различных климатических зонах, условия захоронения и преобразования в торфяных залежах определили широчайший спектр свойств органической массы, которая явилась исходным материалом, а впоследствии стала непосредственно углем. Формирование торфяных залежей происходило (и происходит сейчас) в болотах различного типа: в прибрежно-морских, озёрных, речных долинах. Торфяники периодически заливались водами с которыми привносилось то или иное количество минеральных примесей как во взвешенном, так и в химически растворённом состоянии. Интенсивность их привноса и состав пород, окружающих торфяники, определили зольность угля и присутствие в его составе вредных и полезных химических элементов, таких, как сера, фосфор, германий, аллий и др. Далее торфяники за счёт прогибания Земной коры перекрывались толщей так называемых осадочных пород и погружались на различные глубины, где в условиях значительных давлений и температур исходное органическое вещество приобретало свойства, присущие той или иной марке угля.

1.2 Классификация

Органогенные горные породы (биогенные породы) - состоят из остатков животных и растительных организмов или продуктов их жизнедеятельности.

Организмы обладают способностью концентрировать определённые соединения, образуя скелеты или ткани, которые сохраняются в ископаемом состоянии. По вещественному составу среди органогенных горных пород можно выделить:

) карбонатные;

) кремнистые;

) фосфатные;

) горючие сланцы;

Я предлагаю рассмотреть каждую группу в отдельности.

Органогенные карбонатные породы (известняки) состоят из раковин фораминифер, кораллов, мшанок, брахиопод, моллюсков, водорослей и др. организмов. Своеобразными их представителями являются рифовые известняки, слагающие атоллы, барьерные рифы и др., а также мел.) Рифовые известняки - В настоящее время большая часть рифов построена кораллами, но сотни миллионов лет назад главными строителями рифов были мшанки (колониальные водные, преимущественно морские, животные, ведущие прикреплённый образ жизни) и водоросли.) Мел-мягкий известняк с очень тонкой текстурой, которая, как правило, белого или светло-серого цвета. Она формируется в основном из известковой скорлупой остается микроскопических морских организмов, таких как фораминифер или известковыми останков из многочисленных видов морских водорослей.

Кремнистые породы состоят из водного кремнезема (опала). Среди них выделяют:) Диатомит - образован из панцирей диатомовых водорослей и отчасти из скелетов радиолярий и губок, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит в основном из аморфного кремнезема в виде минерала опала.) Спонголиты - породы, содержащие обычно более 50% спикул кремнёвых губок. Цемент у них кремнистый, из опаловых округлых телец, или глинистый, слегка известковистый, нередко включает вторичный халцедон.) Радиоляриты - кремнистые породы, более чем на 30% состоящие из скелетов радиолярии, которые в современных океанах образуют радиоляриевый ил. Помимо радиолярий, в них входят единичные спикулы губок, редкие скорлупки диатомовых водорослей, кокколитофориды, опаловые и глинистые частицы. При перекристаллизации радиоляриты переходят в яшмы.) трепел - горная порода преимущественно коллоидно-хемогенного происхождения, состоящая из мельчайших зернышек опала;) опока - твердая кремнистая порода, образованная в результате перекристаллизации и цементации диатомита или трепела.

Органогенные фосфатные породы не имеют большого распространения. К ним относятся ракушечники из фосфатных раковин силурийских брахиопод - оболид, скопления костей ископаемых позвоночных, известные в отложениях разного возраста, а также гуано - продукты разложения помёта птиц, толщи которого накапливаются обычно на островах в условиях сухого климата.

Уголь формирует из накопления и сохранения растительных материалов, как правило, в болотах. Уголь является горючей породой и вместе с нефтью и природным газом является одним из трех самых важных ископаемых топлива. Уголь имеет широкий спектр применения, наиболее важным является использование для производства электроэнергии.

В зависимости от стадии метаморфизма в России различают такие виды угля. (Табл.1)

Таблица 1. Стадии метаморфизма угля

	Свойства
	Торф - исходный продукт для образования угля. Содержит 50-60% углерода. Накапливается в болотах из остатков отмерших растений, подвергшихся неполному разложению в условиях повышенной влажности и затрудненного доступа воздуха. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).
Бурый уголь	Бурые угли являют собой твердые ископаемые угли, которые образовались из торфа и на 65-70% состоят из углерода. Данный вид бурого цвета наиболее молодой среди всех ископаемых углей. Формируется под воздействиями высокой нагрузки и повышенной температуры из органических отмерших остатков на глубинах около 1 километра.
Каменный уголь	Каменные угли представляют собой осадочную породу, образовавшуюся из глубоко разложения различных остатков растений (хвощей, первых голосеменных растений, древовидных папоротников и плаунов). Химический состав этого угля являет собой смесь полициклических высокомолекулярных ароматических соединений с большой концентрацией углерода и меньшей - воды, летучих веществ и минеральных примесей, которые образуют золу при сжигании угля. Некоторые органические вещества, входящие в состав такого угля, являются канцерогенными. Каменные угли образуются из бурых на глубинах около трех километров. Имеет высокую теплоту сгорания из-за содержания 8-20% влаги и в зависимости от сорта - от 75% до 95% углерода.
Антрацит	Антрациты являются углями самой высокой степени углефикации. Отличаются высокой плотностью и блеском. Углерода содержат 95%. Формируются под действием температуры и давления из каменного угля на глубинах около 6 километров. Применяются в качестве твердого высококалорийного топлива, поскольку имеют наивысшую степень теплоты сгорания, но при этом плохо воспламеняются.

Горючий сланец-полезное ископаемое, залегающее на сравнительно небольших глубинах, относится к группе твердых каустобиолитов и состоит из органического вещества (10-50% по массе) и минеральной части. Промышленную ценность представляет как органическая, так и минеральная части сланцев, основными компонентами которой являются карбонаты и алюмосиликаты. Горючие сланцы тонкослоисты, обладают темно-серым или бурым цветом, при горении выделяют запах битума.

Нефть - органогенная горная порода. Исходным материалом для образования нефти является гнилостный ил, или сапропель, накапливающийся на дне застойных водоемов: озер, морских заливов, лагун, иногда также в прибрежных участках дна открытых морских бассейнов в результате гибели различных низших растений и животных, преимущественно планктонных микроорганизмов, населяющих воды морей и океанов.

Также органогенные горные породы можно разделить по структуре. В этих породах большое значение имеет форма составных частей, которая обусловливается характером организмов. Среди пород этой группы различают структуры: криноидные, коралловые, пелециподовые, мшанковые, фораминиферовые, водорослевые, смешанные и т.д. В зависимости от сохранности обломков в породе выделяют структуры:

Биоморфная - хорошая сохранность органических остатков. По размеру компонентов они могут быть очень различными в зависимости от организмов - от очень крупных (например, кораллы) до мельчайших (например диатомеи);

Детритусовая (детритовая) - порода сложена обломками скелетов организмов.

В свою очередь среди пород с детритусовой структурой различают:) крупнодетритусовые породы слагаются не окатанными обломками, часто хорошо заметными простым глазом и легко определимыми под микроскопом. Размеры обломков чаще всего от нескольких миллиметров примерно до 0,05 мм.) мелкодетритусовые. слагаются мельчайшими обломками организмов (обычно от 0,05 мм и мельче), неразличимыми простым глазом и в большей части не определимыми под микроскопом в шлифе.

Органогенно-обломочная структура отличается тем, что обломки раковин большей частью хорошо окатаны и почти одинаковой величины (0,5 -0,1 мм).

2 . Распространение органогенных горных пород в Краснодарском крае

В недрах края открыто более 60 видов полезных ископаемых. В основном они залегают в предгорных и горных районах. Имеются запасы нефти, природного газа, мергеля, йодо-бромных вод, мрамора, известняка, песчаника, гравия, кварцевого песка, железных и апатитовых руд, каменной соли и других полезных ископаемых. Министерством природных ресурсов РФ утвержден перечень общераспространенных полезных ископаемых Краснодарского края, ниже представлен список некоторых из них:

Диатомит;

Известняки;

Мергель;

Ракушечник;

Сланцы (кроме горючих);

Торф (кроме используемого в лечебных целях).

2.1 Месторождения в Краснодарском крае

Углеводородное и энергетическое сырье

Углеводородное и энергетическое сырье. На территории края выявлено 280 месторождений нефти (Рис. 3) и газа. Залежи нефти находятся в толще осадочных пород и расположены на глубине от 700 до 5200 м. По данным геологических служб, к 1995 г. в крае добыто 218 млн. т нефти. Из более чем 70 разведанных месторождений нефти с запасом 41,8 млн. т, в эксплуатации находится 66. Прогнозная оценка запасов нефти выше разведанных примерно в три раза.

Примером одного из самых крупных нефтяных месторождений может служить Новодмитриевское (Северский район): оно имеет длину примерно 10 км, ширину - 2,5 км, а мощность нефтесодержащих пород (этаж нефтеносности) - 450 м. Нефть залегает здесь на глубине 2400-2800 м.

Месторождения каменного угля обнаружены в горных районах в бассейнах рек Белой, Малой и Большой Лабы. Уголь встречается в виде пластов мощностью 0.5-0.9 м. Но в связи с низкой теплотворной способностью добыча кубанского угля не рентабельна.

Обнаружены проявления горючих сланцев невысокого и среднего качества в междуречье Большой и Малой Лабы. По прогнозам геологов, запасы сланцев составляют 136,25 млн. т. Месторождения торфа обнаружены в нижнем течении Кубани (Гривенское), в Новокубанском районе по р. Уруп, а также у устья рек Мзымта и Псоу на Черноморском побережье. Разработка месторождений горючих сланцев и торфа также нерентабельна из-за их низкой энергетической ценности и небольших запасов.

Известняки

Известняки и мел широко применяются в химической промышленности для производства соды, карбида кальция, едкого калия, едкого натра, в производстве минеральных удобрений и других продуктов. На территории Краснодарского края известно одно (Правобережное) месторождение известняков. Оно расположено в Лабинском районе, на правом берегу р. Малая Лаба, в 4 км к востоку от ж.-д. станции Шедок. Полезной толщей являются известняки туронского и коньякского ярусов верхнего мела, мощность которых колеблется от 0 до 73 м. Химический состав известняков продуктивной толщи (в %): CaO - 54,2; MgO - 0,3; SiO 2 - 1,4; R 2 O 3 - 0,7; Na 2 O - 0,04; K 2 O - 0,07; SO 3 - 0,1; P - 0,024. По своим свойствам известняки пригодны для содового производства, а также могут быть использованы в сахарной промышленности и для производства извести и цемента. Запасы сырья составляют 244314 тыс. т.

Морская ракушка

Месторождения морской ракушки в Краснодарском крае приурочены к побережью Азовского моря и его лиманов и в меньшей степени лиманов Таманского полуострова. Генетически они представляют собой современные морские осадки, намытые морскими течениями и прибоями вдоль береговой линии в виде валов и кос. Подобные скопления морской ракуши имеют ширину и длину несколько километров и мощность несколько метров. Основным компонентом в составе месторождений морской ракушки являются известковые раковины (целые или обломки) современных моллюсков, содержащих в качестве примесей небольшие количества песка, глины, органических остатков и др. В зависимости от гранулометрического состава и загрязненности морская ракушка может быть использована для балластировки железнодорожного полотна, для обжига на известь, для получения стеновых блоков и для приготовления кормовой муки и крупы.

В Краснодарском крае описано 33 месторождения морской ракушки. Из них на балансе запасов состоит только 6 месторождений (Кирпильское, западный участок; Слободкинское, Ханское, Должанское; Забойское и Черноерковское) с общими запасами, равными 4220 тыс. м 3 . Из них разрабатываются Кирпильское, Забойское и Черноерковское месторождения. Они расположены на территории Ейского и Приморско-Ахтарского районов. Сырье всех перечисленных месторождений пригодно для использования в качестве кормовой муки и крупы.

Наиболее крупным в Краснодарском крае является Должанское месторождение морской ракушки. Оно расположено в Ейскомрайоне, в 3 км к северо-западу от станицы Должанской и в 45 км к западу от г. Ейска, на косе Долгой. Полезная толща сложена среднечетвертичными и современными морскими отложениями, представленными целой и дробленой морской ракушкой, с примесью песка. Ракушечные скопления залегают пластообразно в виде косы длиной 4 км и шириной от 30 до 1200 м; мощность полезной толщи 2,65-6,1 м. Ракушечные отложения пригодны для подкормки птиц. Месторождение составляет резерв.

Строительный камень.

В Краснодарском крае известно 41 месторождение строительного камня. 25 месторождений разрабатываются, 7 - подготавливаются к освоению, одно разведывается и 8 составляют резерв. Известны такие месторождения как: Медвежьегорское (6 км от Дербентской), Северная гора (4 км от Ильской), Правобережное (4 км от Шедока), Ходжохское (12 км от Каменномосткого). Общие запасы строительного камня составляют 213,15 млн. м³, при этом запасы известняков, используемых для получения щебня и бутового камня - 118,886 млн. м³; запасы песчаников, пригодных для получения щебня - 39,123 млн. м³. Также известняки применяются для нужд сахарного производства.

2.2 Добыча основных органогенных горных пород в Краснодарском крае

Краснодарский край является родиной отечественной нефтяной промышленности. Из недр края ежегодно извлекается 1,7 - 1,9 млн. т. нефти, добыча природного газа доведена до 3 млрд. м³. В приведенной таблице видно, как добыча нефти на Кубани неуклонно росла, за исключением военных лет и периода экономического кризиса 90-х годов XX столетия.

Таблица 2. Темпы роста добычи нефти на Кубани

Все разрабатываемые в настоящее время месторождения нефти Краснодарского края располагаются на суше. Добыча нефти в крае по мелким месторождениям составила 74%, а из Анастасиевско-Троицкого крупного месторождения - 26% от годового объема. За последние годы наибольший прирост запасов и добычи нефти (и газа) обеспечивается за счет опоискования и разведки Прибрежно-Сладковско-Морозовской группы месторождений (33,8% годового объема добычи нефти). Средняя обеспеченность запасами нефти в крае, при современном уровне добычи, составляет около 22 лет.

Подготовка новых промышленных запасов углеводородов в крае, на современном этапе, осложняется тем, что поиски ведутся преимущественно на небольшие и сложно построенные месторождения, с выходом на значительные глубины, в районах с тяжелыми горно-техническими условиями.

Основные разведанные на территории края месторождения находятся на окончательной стадии разработки. Краснодарский край относится к самым старым нефтегазодобывающим регионам России. Большая часть его месторождений с основными запасами сырья была введена в строй более 30-40 лет назад и продолжает эксплуатироваться до сих пор.

Главный район угольной промышленности - восточное крыло Донбасса в Ростовской обл. (Шахты, Новошахтинск и др.). Добыча угля составляет около 7 млн. т. (2% общероссийской добычи)». Уголь (коксующийся и энергетический) добывается на большой глубине в условиях малой мощности пластов, что обусловливает высокую себестоимость и ограниченный (югом России) рынок сбыта этих углей. Дальнейшее падение добычи вряд ли можно будет остановить, так как условия добычи сложны, а богатые залежи уже выработаны.

Нежелательная добыча известняка ведется на восточном склоне

Рис. 4. Добыча известняка

Дзыхринского карстового массива, в 24 квартале Сочинского национального парка (Рис. 4), который входит в особо охраняемую зону. Здесь, на скалах Шахгинского ущелья, произрастают несколько видов растений, внесенных в Красную книгу России и Краснодарского края. Разработка карьера ведется с помощью экскаваторов, камень загружают на самосвалы и вывозят на расположенную выше Ермоловки дробилку.

3 . Применение в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве

Осадочные породы имеют исключительно важное практическое и теоретическое значение. В этом отношении с ними не могут сравниться никакие другие горные породы.

Осадочные породы самые важные в практическом отношении: это и полезные ископаемые, и основания для сооружений, и почвы.

Исключительно велико научно-практическое значение углей и горючих сланцев: они и их компоненты используются для периодизации истории Земли, в стратиграфических исследованиях (корреляция разрезов и определение возраста), фациальном анализе и палеогеографии, в стадиальном анализе по отражательной способности витринита и т.д.

Практическое значение угля нельзя переоценить. Это прежде вceгo основной источник энергии. Лишь с середины 50-x годов угли уступили первое место нефти, но уже наметилась тенденция повторного выхода в лидеры, и тaкая перспектива обеспечена огромными ресурсами угля на Земле (почти 15 или даже 30 трлн. т), на порядок превышающими ресурсы нефти и газа, вместе взятых (Голицын, Голицын, 1989, с. 42). При скором сокращении добычи нефти ее заменителем выступят горючие сланцы (ГC), «общие мировые запасы которых 450 трлн. т» (ООН, 1967), что на порядок больше запасов угля и нефти (92 млрд. т), хотя в это число вошла и преобладающая в их составе неорганическая часть. В ГС содержится от 26 до 53 трлн. т сланцевой смолы (по разным подсчетам; Голицын, Прокофьева 1990, с. 15), если за нижний предел coдержания смолы принимать 4% (а верхний достигает 35% в кукерситах Прибалтики и в месторождении Глен-Девис в Австралии). Больше половины (53%) ресурсов ГС сосредоточено в США, особенно в самом богатом бассейне Грин-Ривер (Скалистые гopы). Только из угля, если он будет добыт весь, можно построить куб с ребром в 21 км (объем более 10 тыс. км3, что почти в 3 раза выше Эвереста (Голицын, Голицын, 1989, с. 42). Ресурсы каменных углей подсчитаны до глубины 1800 м (иногда до 2000 м), бурых - 600, лигнитов - 300 м.

Горючие сланцы используются как топливо по крайней мере с 1694 г. Как источник энергии они надежда человечества. Теплота cгoрания их от 4-5 до 20-25 МДж/кг (Голицын, Прокофьева, 1990, с. 7). По теплоте сгорания (более 15 мДж/кг), выходу смолы (до 25-30%), малой сернистости (менее 1%), низким зольности и влажности лучшие в мире прибалтийские кукерситы. Ограничивают сжигание сланцев их сернистость, дoстигающая 10% (отравление природы серной кислотой), и высокие зольность и влажность (до 30%). Сланцы - ценное химическое сырье, особенно из-за большого содержания фенолов, трудно получаемых из нефти. Диктионемовые сланцы Прибалтики интересны содержанием молибдена, ванадия, серебра, свинца, меди и других редких и рассеянных элементов (Голицын, Прокофьева, 1990, с. 25 и др.).

Торф - уникальный материал. Несмотря на то, что он известен многие сотен лет и активно использовался человечеством в промышленности в качестве топлива и сельском хозяйстве как удобрение, только в последнее время были обнаружены уникальные свойства торфа. Торф оказался непревзойденным натуральным антисептиком и фантастически отличным сырьем для производства натуральных тканей.

Его огромные и постоянно возобновляемые запасы могут рассматриваться как гигантские залежи уникального сорбирующего материала.

Торф может в большом количестве перерабатывать нефть в безвредное вещество. Во время трагедии в Мексиканском заливе надо было просто засыпать пятно в большом количестве торфом, который мог превратится в ил, который стимулировал бы рост водорослей.

Торфа практически не применяется для очистки сточных вод от металлов и органических веществ, хотя его низкая стоимость и высокая степень очистки могут сделать его самым востребованным материалом в мире. Причем, спектр сорбции им металлов очень широкий от лития до урана. Практически все токсические органические вещества могут быть уловлены торфом.

Практическое значение карбонатолитов состоит в том, что все они - полезные ископаемые. Известняк, мел и доломит, используются в черной и цветной металлургии, химической промышленности, в производстве цемента и других вяжущих материалов, для выпуска резины, стекла, сахара, получения известняковой муки для мелиорации кислых почв, минеральной подкормки в животноводстве и птицеводстве, а также в других отраслях промышленности, где требования к карбонатному сырью определяются в основном его химическим и минеральным составом. Благодаря значительному распространению и разнообразию свойств карбонатные породы используются в больших объемах в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Также, одним из главных потребителей карбонатных пород выступает строительная отрасль. Используется для отделки фасадов (Рис. 5), для изготовления разнообразных герметиков, шпаклевочных и штукатурных смесей. Общее количество разведанных запасов карбонатного сырья, учтенных различными балансами запасов России, в настоящее время превышает 60 млрд. т, разведано более 1900 месторождений, разрабатывается около 570.

Кремнистые породы (диатомиты, трепелы, опоки) благодаря наличию в их составе аморфной активной кремнекислоты обладают рядом очень ценных свойств: тонкопористой структурой, сравнительно малой объемной массой и теплопроводностью. Совокупность указанных свойств предопределяет их эффективное использование в производстве строительных материалов (Рис. 6) и в частности при производстве керамических изделий. Опыт показывает, что использование кремнистых и глинистых пород в смеси с углесодержащими отходами позволяет значительно улучшить физико-механические свойства керамики за счет создания в процессе обжига восстановительной среды и перехода трехвалентного железа в более легкоплавкое двухвалентное, что обеспечивает более интенсивное спекание при снижении температуры на 100 - 1500С.

Заключение

Цель данной курсовой работы заключалась в том, чтобы исследовать такой вид осадочных горных пород, как органогенный. Поставленная цель достигнута - рассмотрены происхождение, состав и особенности, а так же главные месторождения в Краснодарском крае.

Не смотря на многообразие органогенных горных пород в работе присутствуют самые распространенные и наиболее важные.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития Земли. Также органогенные горные породы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности, строительстве и сельском хозяйстве.

На основе проделанной работы можно подвести итог, что органогенные горные породы используемые человеком обладают уникальными и полезными свойствами, которые делают эти породы актуальными и на сегодняшний день.

Список литературы

осадочный горный нефтяной органогенный

1. Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение. - М.: Недрабизнесцентр, 2007.

2. Соколовский А.К., Корсаков А.К., Федчук В.Я. и др. Общая геология. М.:КДУ, 2006.

3. Красильщиков Я.С. Основы геологии, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987.

4. Шванов В.Н., Фролов В.Т., Сергеева Э.И. и др. Систематика и классификации осадочных пород и их аналогов. СПб.: Недра, 1998.

Большая группа пород возникает в различных водоемах и местами на
суше в результате разнообразных химических процессов и жизнедеятельности животных и растений, а также вследствие накопления органических остатков после, отмирания животных и растений. Среди них могут быть выделены карбонатные породы, кремнистые, сернокислые и галоидные, железистые, фосфоритные и каустобиолиты.

К группе карбонатных пород относятся известняки, доломиты и мергель.

Известняки (СаСО 3) имеют наибольшее распространение и образуются как путем химического осаждения, так и главным образом органогенным. Органогенные известняки слагаются обычно из известковых раковин моллюсков, остатков криноидей, известковых водорослей, кораллов и др. В зависимости от преобладания остатков тех или иных морских организмов известняки называют коралловыми, брахиоподовыми, фораминиферовыми и др. Среди известняков химического происхождения известны: оолитовые известняки, представляющие собой скопление шаровидных известковых зерен-оолитов; известковые туфы, отложенные источниками, богатыми растворенной в воде двууглекислой известью.

Писчий мел представляет собой породу, образованную двояким путем Значительную часть его, около 60-70%, составляют остатки скелетных образований планктонных организмов, остальная часть – тонкозернистый, порошкообразный кальцит – возникла химическим путем.

Мергель дает другой пример горной, породы, возникшей двояким путем. Он состоит на 50-70% из СаСО 3 органического происхождения, а остальные 50-30% падают на глинистые частицы, в составе которых, частицы как обломочного, так и химического происхождения.

Доломиты по химическому составу представляют собой (на 90-95%) двойную углекислую соль кальция и магния CaMg(CО 3) 2 . При содержании не менее 50 % СаСО 3 порода называется известковистым доломитом. Они могут образоваться путем выпадения осадка из воды с повышенной соле­ностью, в этом случае пласты доломита нередко чередуются с пластами гипса. Но чаще доломиты образуются вследствие изменения («доломитизации») соответственными растворами известняков (или известковых осадков до превращения последних в горную породу) – так называемое экзогенно-метасоматическое замещение известняков, а также гидротермально-метасоматическим путем (при низкой температуре).

Кремнистые породы

Диатомит – рыхлая, землистая или слабо сцементированная горная порода желтоватого или светло-серого цвета, состоящая из скопления ске­летных остатков, сложенных водным кремнеземом (опалом) и принадле­жащих микроскопическим диатомовым водорослям. В них иногда наблю­дается небольшая примесь глинистых частиц, зерен кварца и глау­конита.

Трепел по своим свойствам аналогичен диатомиту, но отличается от него отсутствием остатков очевидного органического происхождения. Порода слагается из мельчайших опаловых зернышек.

Опока – кремнистая легкая горная порода, состоящая из опалового кремнезема (до 90%) с небольшой примесью остатков радиолярий и пан­цирей диатомей, с зернами кварца, глауконита и глинистых частиц. Чаще всего опоки бывают твердыми, излом – раковистый, цвет – от голу­бовато-серого до почти черного.

Кремневые конкреции (стяжения) широко распространены среди осадоч­ных горных пород. Они образуются различными способами. Одни из них возникают из циркулирующих в породах растворов путем заполнения опалово-халцедоновым веществом имеющихся в породах пустот. Другие образуются в процессе диагенеза (перерождения осадка в горную породу) путем нарастания вокруг какого-либо центра из постороннего вещества в результате действия кристаллизационных сил. Конкреции с пустотами внутри называют жеодами, с твердым ядром внутри – желваками. Крем­нистые конкреции встречаются во многих горных породах, но особенно ча­сты они в толщах известняка.

Сернокислые и галоидные породы , несмотря на разнообразие их хи­мического состава, объединяются общностью своего происхождения. Их родиной являются отделенные от морских водоемов усыхающие лагуны и соленосные озера. К этой группе горных пород относятся такие одноминеральные породы как ангидрит (CaSО 4), гипс (CaSО 4 ·2H 2 О), каменная соль (NaCI).

Железистые породы. Наибольшее распространение и практическое значение среди них имеют оолитовые бурые железняки, состоящие из мел­ких, округлых, концентрически скорлуповатых или радиально-лучистых образований.

Фосфоритовые породы представляют собой осадочные породы, содержа­щие 12-40% Р 2 О 5 . По форме залегания различают фосфориты конкрецион­ные или желваковые, когда они представлены желваками шаровидной или неправильно округлой формы, и пластовые, когда они сцементированы в плиты конгломерата.

Каустобиолиты (органогенные горючие породы). Среди них выделяются каустобиолиты угольного ряда, к которым относятся торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит и каустобиолиты битумного ряда – нефть.

Торф состоит из полуразложившихся растительных остатков, накапли­вавшихся в течение длительного периода в специфических условиях болот и озер. Разложение происходило в воде при участии различных микро­организмов и при недостаточном притоке воздуха. Общая мощность торфа может достигать порой нескольких метров. Органическое вещество торфа содержит углерод (от 28 до 35%), кислород (30-38%), водород (5,5%).

Бурые угли также являются продуктом изменения растительных осадков прежних геологических периодов. Бурые угли тверже и плотнее торфа: удельный вес – 1,1-1,3. В них присутствует при­месь глинистого материала, что обусловливает их высокую зольность. Содержание углерода в них находится в пределах 67-78%. Они представ­ляют собой переходную породу от торфа к каменным углям.

Каменные угли представляют собой следующую стадию в изменении бу­рых углей. Они черного цвета, плотны, обладают жирным или смоляным блеском и составляют на фарфоровой пластинке черную черту. Удельный вес – 1,0-1,8; твердость – 0,5-2,5. Содержание углерода достигает 80-85%.

Антрацит – последняя стадия процесса метаморфизации твердых расти­тельных остатков. Удельный вес антрацитов – 1,3-1,7; твердость – 2,0-2,5; цвет – черный; блеск – полуметаллический; черта – черная. Содержа­ние углерода – 95-97 %.

Нефть – природная горючая маслянистая жидкость коричневого цвета. В состав нефти входят С, О, Н, из которых основная роль принадлежит углероду и водороду. Нефть представляет собой смесь жидких углеводо­родов метанового (С n Н 2 n +2), нафтенового (С n Н 2 n) и ароматического (C n H 2 n -6) рядов. Удельный вес нефти – 0,8-0,9. Нефть образуется в толще накапливающихся на дне водных бассейнов осадочных пород при наличии среди илистых частиц рассеянного органического вещества, преобразую­щегося в нефть при участии органических и неорганических катализаторов, в условиях строго восстановительной среды.

Химические осадочные породы образуются путем выпадения из водных растворов химических осадков. К этим породам относятся: различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей особенностью являются их растворимость в воде и трещиноватость.

Органогенные осадочные породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, растворяются в воде. К органогенным породам относятся: известняк-ракушечник, диатомит и др.

Подавляющее большинство пород этих двух групп имеют смешанное (биохимическое) происхождение.

Группы химических и органогенных пород обычно делятся на подгруппы по составу:

карбонатные,

кремнистые,

железистые,

галоидные,

сернокислые,

фосфатные и др.

Особо выделяются горючие породы, или каустобиолиты .

Карбонатные породы

Известняк – порода, состоящая из минерала кальцита. Он определяется по бурно протекающей реакции с HСl. Цвет белый, желтоватый, серый, черный. Известняки бывают органогенного и химического происхождения.

Органогенные известняки состоят из остатков организмов, которые редко сохраняются полностью, чаще они раздроблены а также изменены последующими процессами. Если известняк состоит из целых раковин, его называют известняк-ракушечник, а если из битых – детритусовый известняк.

Разновидностью органогенного известняка является мел , состоящий главным образом из мельчайших раковин фораминифер, порошковатого кальцита и панцирей простейших микроскопических морских водорослей. Мел – белая землистая порода, широко использующаяся в качестве сырья для портландцемента, побелочного материала и пишущего мела.

Известняки химического происхождения встречаются в виде плотных тонкозернистых масс:

оолитовые известняки – скопления мелких шариков скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных известковым цементом;

известковый туф (травертин) – сильнопористая порода, образующаяся в местах выхода на земную поверхность богатых растворенной двууглекислой известью подземных вод, из которых при улетучивании углекислоты или при остывании воды быстро выпадает избыток растворенного углекислого кальция;

Натечные образования кальцита – сталактиты, сталагмиты (рис. 9).

Известняки применяются в качестве строительного материала, удобрения, в цементной промышленности, в металлургии (в качестве флюса).

Доломит CaMg(CO 3) 2 – состоит из минерала того же названия. Внешне похож на известняк, отличается от него реакцией с соляной кислотой (реагирует в порошке), желтовато-белым, иногда буроватым цветом, большей твердостью (3,4–4). Доломиты образуются в морских бассейнах главным образом как вторичные продукты за счет известняков: растворенный в воде магний взаимодействует и вступает в соединение с кальцитом известняка. Этот процесс, называемый доломитизацией, ведет к полному уничтожению органических остатков. Для доломитов не типична тонкая слоистость; они часто слагают мощные скальные утесы. Доломиты применяются в качестве флюса, огнеупора и для удобрений.

Мергель – известково-глинистая порода, состоящая из кальцита и глинистых частиц (30–50 %). Цвет ее палево-желтый, коричневато-желтый, белый, серый. Внешне мергель мало отличим от известняка; распознается он по характеру реакции с соляной кислотой, от капли которой на поверхности мергеля остается грязно-сырое или обеленное пятно, обусловленное концентрацией на ме­сте реакции глинистых частиц. Образуется мергель в морях и озерах (рис. 10).

Kpe мнистые породы

Они могут быть и химического (кремнистый туф), и органогенного происхождения (кремень, диатомит, опока).

Кремнистый туф (гейзерит) состоит из пористой (реже плотной) массы опала. Цвет породы светлый, иногда пестрый. Образуется туф при выходе на поверхность горячих источников, в воде которых растворен кремнезем.

Кремень – тонкозернистый пятнистый или полосчатый агрегат халцедона, скрытокристаллической разновидности кварца. Образуется из распавшихся скелетных остатков кремневых организмов, то есть из геля кремнезема, который, постепенно теряя воду и уплотняясь, превращается в опал и затем в халцедон. Часто содержит включения органических остатков. Цвет преимущественно серый до черного или бурый, встречается в виде конкреций (желваков) в меловых известняках, никогда не образуя связных пластов . В каменном веке кремень благодаря высокой твердости (равной 7) служил важным материалом для изготовления оружия и орудий труда. В настоящее время используется как шлифовальный и полировальный материал.

Диатомит – пористая, легкая, белая, светло-желтая рыхлая или сцементированная порода, легко растирается в тонкий порошок, жадно поглощает воду. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей, скелетов радиолярий и игл губок, встречаются зерна кварца, глауконита, глинистых минералов. Применяется как фильтрующий материал и для получения жидкого стекла. Образуется диатомит из диатомового ила, находящегося на дне озер и морей.

Опока – кремнистая, пористая порода белого, серого, черного цвета, обладающая часто раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Она состоит из зернышек опала и незначительной примеси остатков кремневых скелетов организмов, сцементированных кремнистым веществом.

Железистые породы

Среди пород этой подгруппы наиболее распространены сидерит (FeCO 3 – железный шпат) и лимонит.

Лимонит – механическая смесь гидроокисла железа с песчаным или глинистым материалом. По внешнему виду это чаще всего бобовые (оолитовые) или натечные массы. Цвет желтый, бурый, накапливается в болотах и озерах, поэтому часто называется болотной или озерной рудой.

Галоидные породы

Из галоидных пород наиболее распространена каменная соль , состоящая из минерала галита (NaCl), в природе она обычно окрашена в серый, рыже-желтоватый или красноватый цвет. Каменная соль обычно залегает слоями, имеет крупнозернистую структуру и блестит на солнце. Треть всей добываемой соли идет в пищу людям и животным, остальная часть используется в промышленности, для технических целей. В месторождении слои каменной соли нередко чередуются со слоями сильвина (KCl).

Сернокислые породы

Наиболее широко распространены гипс и ангидрит . Они образуются при выпадении из водных растворов в мелководных озерах, лагунах засушливых зон, где благодаря интенсивному испарению возникают перенасыщенные растворы.

Галоидные и сернокислые соли залегают обычно в виде пластов среди глинистых пород; последние их предохраняют от растворения подземными водами.

Гипс (CaSO 4 ∙ 2H 2 O) – белого цвета или слегка тонированный; крупнозернистый или волокнистый, с шелковистым блеском. От сходного ангидрита, имеющего твердость 3–4, отличается более низкой твердостью, равной 1,5–2. Широко применяется в строительстве. Путем обжига гипса из него удаляется 75 % кристаллизационной воды, но если к обожженному строительному гипсу добавить воду, то он быстро вновь поглощает ее, восстанавливая свое первоначальное водосодержание, что сопровождается увеличением объема. На этом основывается техническое использование гипса в качестве цемента и вяжущего материала.

Ангидрит (CaSO 4) – так называется как сама соляная порода, так и минерал, слагающий ее, похожа на каменную соль, белесовато-серого, желтоватого, голубоватого цвета, но имеет мелкозернистую структуру и не обладает соленым вкусом. Применяется в производстве минеральных удобрений и в строительстве. Ангидритовые слои представляют опасность при строительстве туннелей, так как при поступлении воды они чрезвычайно сильно разбухают и вследствие этого могут сдавить стены туннеля.

Фосфатные породы

К ним относятся многие осадочные породы, обогащенные кальциевыми солями фосфорной кислоты с содержанием Р 2 О 5 до 12–40 % и более. Фосфаты кальция представлены чаще апатитом .

В составе фосфоритов наблюдаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомей и других органических веществ. Фосфатные породы встречаются в виде конкреций и пластов. Образуются они как хемогенным, так и биогенным путем в морях и на континентах (в озерах, болотах, пещерах). В морях фосфориты возникают при выпадении химического осадка на глубинах от 50 до 150 м. Цвет фосфоритов серый, темно-серый, черный. Применяются как сырье для удобрения (суперфосфат) и получения фосфора.

Каустобиолиты

Это большая группа горючих углеродистых пород органического состава и органогенного происхождения, и потому, согласно строгому определению, не являются настоящими горными породами. Но, с другой стороны, они представляют собой составную часть твердой земной коры и частично бывают изменены в такой степени, что их органическую природу уже невозможно установить, а потому их причисляют к осадочным породам.

Каустобиолиты возникают путем углефикации скоплений растительного материала. Процесс углефикации состоит в постепенном повышении относительного содержания углерода в органическом веществе вследствие его обеднения кислородом (и в меньшей мере водородом). Повышенные давления и температуры, связанные с горообразующими и вулканическими процессами, вызывают диагенетические и метаморфические преобразования углей.

Каустобиолиты бывают твердыми (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, графит, горючие сланцы, асфальт, озокерит), жидкими (нефть) и газообразными (горючие газы). Свойства твердых каустобиолитов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Свойства твердых каустобиолитов

Каустобиолиты			Плотность, г/см 3	Теплотворная способность
		(без блеска)		1500–2000 кал (6280–8374 Дж)
Бурый уголь	Буровато-черный			2000–7000 кал (8374–29 308 Дж)
Каменный уголь				7000–8500 кал (29308–35588 Дж)
Антрацит		металловидный		8500–9000 кал (35588–37681 Дж)
		Металлический

Торф состоит из полуразложившихся болотных и древесных растительных остатков, содержащих в своем составе углерод (35–59 %), водород (6 %), кислород (33 %), азот (2,3 %). Торф – рыхлая, буровато-коричневая или черная порода. В зависимости от того, из каких растительных остатков состоит торф, различают сфагновый, осоковый и тростниковый торф. В сыром виде торф содержит до 85–90 % воды, при высушивании его до воздушно-сухого состояния в нем остается еще до 25 % воды. Торф используется для приготовления удобрений и технического воска.

Бурый уголь содержит 67–78 % углерода, 5 % водорода и 17–26 % кислорода. Это плотная темно-бурая или черная масса с землистым изломом, матовым блеском, черта темно-бурая. Твердость 1–1,5; плотность 1,2 г/см 3 . В составе бурых углей имеются примеси глинистых минералов, обусловливающие их высокую зольность.

Каменный уголь содержит углерода до 82–85 %. Порода черного цвета, плотная, блеск матовый, черта черная. Твердость от 0,5 до 2,5; плотность 1,1–1,8 г/см 3 .

Антрацит содержит углерода 92–97 %. Это твердая хрупкая порода серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом зернистый, раковистый. Твердость 2,0–2,5; плотность антрацита 1,3–1,7 г/см 3 . Цвет черты светло-черный. Образуется при высоких давлении и температуре (не ниже 300 °С).

Графит – кристаллический углерод; это высокометаморфизованный уголь, но он может иметь и неорганическое происхождение.

Горючие сланцы – сланцеватые, глинистые или мергелистые породы, в состав которых входит органическое вещество в виде рассеянного сапропеля (гнилостного ила). Горючие сланцы тонкослоисты, обладают темно-серым или бурым цветом; образовались они в процессе накопления отмерших микроводорослей и планктона. Применяются в качестве местного топлива и для получения жидких и газообразных летучих веществ, из которых получают нефтепродукты, газ, серу, олифу, дубильные экстракты, краски, ядохимикаты для защиты растений.

Нефть представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов. На долю других элементов (азота, кислорода, серы и др.) приходится 1–2 %. По внешнему виду это маслянистая жидкость, цвет изменяется от почти белого, желтого до темно-коричневого; соответственно меняется и плотность – от 0,76 до 1,0 г/см 3 . Лишь асфальтовые нефти имеют несколько большую плотность.

Янтарь (C 10 H 16 О) – затвердевшая смола хвойных деревьев, произраставших 25–30 млн. лет назад. Янтарь аморфен. Цвет его белый, желтый, коричневатый. Твердость 2–2,5. Прозрачен или просвечивает. Блеск жирный или матовый. Плотность 1,05–1,1 г/см 3 , плавится при температуре 300 °С. Горит, выделяя приятный запах. При трении легко электризуется. Встречается в виде глыб среди песчаных пород. Применяется в ювелирной промышленности и в отдельных медицинских препарата.

Основные осадочные породы органического и химического происхождения приведены в табл. 9.

Таблица 9

Основные породы органического и химического происхождения

Название подгрупп	Органогенные породы	Хемогенные породы
Карбонатные	известняк коралловый, изве­стняк-ракушечник, известняк детритусовый, мел, мергель	известняк плотный, известняк оолитовый, известковый туф, натечный известняк, доломит, сидерит, мергель
Кремнистые	диатомит, опока	трепел, кремнистые туфы, кремень
Железистые
Галоидные		каменная соль
Сернокислые		гипс, ангидрит
Алюминиевые
Фосфатные		фосфориты
Каустобиолиты	торф, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть, асфальт, озокерит, янтарь

Классификация осадочных обломочных (терригенных) пород

Тема лекции: Вводная. Геология, содержание, задачи, разделы и методы. Краткая история развития нефтяной геологии.

Конспект лекционных занятий

Геология – наука о Земле (от греч. «гео» - Земля, «логос» - знание, наука). Земля представляет собой сложно построенное тело, занимающее определенное положение во Вселенной, характеризующееся определенным физическим состоянием и химическим составом и непрерывно развивающееся во времени. В силу этого изучением Земли, кроме геологии занимаются и другие науки – геофизика, геохимия. Геофизика изучает внутреннее строение Земли, физическое состояние ее недр, ее физические поля - гравитационное (поле силы тяжести), магнитное, тепловое, электрическое. В задачу геохимии входит изучение химического состава Земли и ее отдельных оболочек, судьбы атомов химических элементов и их изотопов. Предметом исследования геологии является в основном верхняя каменная оболочка Земли – земная кора, а точнее, литосфера, охватывающая кроме коры верхнюю часть мантии. Геология ставит своей целью восстановление и объяснение истории развития Земли, на основе исследования ее вещественного состава, строения и процессов, изменяющих внутренние состояние земного шара и земную поверхность.

Геология изучает состав, строения и развитие Земли под действием процессов протекающих в ее внешних и внутренних сферах, а также закономерности и процессы формирования земной коры, слагающих ее минералов, горных пород, полезных ископаемых и историю развития жизни на Земле. В общем, геологические знания – это необходимое и важное звено научного мировоззрения.

Значение геологической науки для хозяйственной деятельности человека неуклонно возрастало по мере вовлечения в эту деятельность новых видов полезных ископаемых – от угля до урановой руды и редких элементов. Другая крупная задача прикладной геологии – изучение геологических условий мест, предназначенных для возведения различных инженерных сооружений–гидроэлектростанций, атомных электростанций, каналов и т.п. в целях обеспечения их устойчивости. Еще одно важная роль геологии предупреждение и учет возможных последствий природных катастрофических явлений – землетрясений, вулканических извержений, оползней и т.д. Относительно недавно человечество осознало необходимость сохранения окружающей природной среды и оценка направленности ее естественного изменения и экология – наука об окружающей среде заняло видное место среди других наук, а в ее составе оформился раздел, относящийся к геологической компоненте этой среды – геоэкология.

Практическое значение геологии, прежде всего состоит в разработке методов обнаружения полезных ископаемых. Среди полезных ископаемых различают рудные, или металлические (из них добывают различные металлы), нерудные (из них добывают фосфор, калий–для удобрений, каменную соль, серу и другие), строительные материалы, драгоценные (алмаз, рубин, сапфир и другие), полудрагоценные (аметист, яшма, малахит и другие) камни, горючие (уголь, нефть, горючий газ).

К настоящему времени геология выработала надежные критерии прогнозирования различных полезных ископаемых, в первую очередь таких, как нефть, природный газ, уголь, руды черных и цветных металлов. Таким образом, современная геологическая наука служит теоретической основой для поисков, разведки и разработки всех видов полезных ископаемых. Современная индустрия в значительной мере базируется на использовании минеральных ресурсов Земли – нефти, газа, угля, руд черных и цветных металлов, строительных материалов, подземных вод, солей и т.д. Особенно большую роль играет геология при поисках и разведке месторождений энергетического и химического сырья – нефти и газа.

На сегодняшний день геология представляет собой совокупность многих геологических дисциплин, выделившихся из нее в результате углубленной разработке отдельных отраслей геологических знаний и совершенствования методов геологического исследования. В этой связи можно выделить несколько основных разделов геологии:

1) науки, изучающие вещественный состав Земли (геохимический цикл); 2) науки, изучающие процессы, протекающие в недрах Земли и на ее поверхности (динамическая геология); 3) науки, изучающие историю Земли (историческая геология); 4) науки, направленные на практическое использование недр Земли (прикладная геология).

К геохимическому циклу относятся кристаллография, минералогия, петрология, литология, собственно геохимия. Кристаллография – наука о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре. Минералогия – наука о минералах природных химических соединениях, слагающие горные породы или встречающихся отдельно. Минералогия рассматривает химический состав минералов, особенности их структуры, физические свойства, условия залегания, взаимосвязи и происхождение. Петрология – наука о горных породах, изучает минералогический и химический состав горных пород, их свойства, строение, условия залегания, а также изучает их происхождение и изменения, испытываемые горными породами под воздействие различных факторов. Особый класс горных пород – осадочные породы – является предметом изучения литологии (греч. «литос» - камень). Геохимия – наука о химическом составе Земли, изучает химические элементы, устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов в недрах Земли и на ее поверхности. Геохимия оперирует атомами, минералогия изучает сочетания атомом (минералы), петрология – сочетания минералов (горные породы).

Динамическая геология изучает геологические процессы протекающие в недрах литосферы и на ее поверхности. В зависимости от источника энергии они подразделяется на экзогенные (рожденные внешними причинами) и эндогенные (рожденные внутренними причинами). Экзогенные процессы протекают под действием солнечной энергии в сочетании с гравитационной (силой тяжести); эндогенные – под действием внутренней энергии, внутреннего тепла Земли, также в сочетании с гравитационной энергией.

Историческая геология изучает историю земной коры в связи с развитием Земли как планеты в целом. Она в свою очередь подразделяется на ряд наук. Стратиграфия – учение о слоях осадочных пород и последовательности их залегания. Палеонтология – наука об ископаемых остатках организмов. Изучение захороненных в слоях остатков древних, вымерших организмов, набор которых был характерен для определенных эпох истории Земли помогает в установлении относительного возраста осадочных горных пород.

Следующий раздел геологии, стоящий ближе всего к прикладной геологии, - это региональная геология. Она занимается описанием геологического строения – возрастной последовательности горных пород, образуемых ими структурных форм, а также истории развития отдельных участков (регионов) земной коры, от небольших до очень крупных – континентов и океанов. Строение земной коры обычно изображается на геологических картах разного масштаба, на которых отражено распространение на поверхности Земли горных пород разного типа, состава и возраста. Геологические карты и производные от них разновидности – тектонические и другие карты – служат основой для поисков и разведки полезных ископаемых.

Основным методом геологических исследований является изучение естественных выходов (обнажений) горных пород, начиная с описания их состава, типа, условий залегания и взаимоотношений. Для более точного определения состава и типа минералов, пород, полезных ископаемых берутся пробы (образцы) которые подвергаются лабораторному анализу – химическому, минералогическому и другие. В осадочных породах ведутся поиски органических остатков, по которым можно определить относительный возраст породы палеонтологическим методом, широко применяется и различные физические методы определения возраста горных пород. Для изучения пород, залегающих на большой глубине используют данные буровых скважин, шахт и других горных выработок. Для изучения глубинных частей земного шара применяется геофизические и геохимические методы. Геофизические методы основаны на том, что горные породы разного состава обладают разными физическими свойствами. В отличие большинства естественных наук, широко использующих лабораторный опыт в геологии экспериментальный метод имеет ограниченное значение. Основная трудность заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Однако. в настоящее время успешно проводятся работы по применению эксперимента (физического моделирования) в различных областях исследований. Так, например, в тектонике – воспроизведения деформации горных пород, минералогии – синтез минералов, в том числе алмаза, петрологии – плавление и синтез горных пород, в инженерной геологии и других отраслях геологической науки.

Основное значение при геологических исследованиях имеет наблюдения. При этом используются разнообразные методы, разработанные на базе других наук. За стадией наблюдения и сбора материалов следует стадия обобщений и выводов, с которой связано установление закономерности явлений и построение научных гипотез или теорий. В дальнейшем необходима проверка полученных выводов. В геологических исследованиях она заключается в повторном наблюдении, сопоставлением более широкого круга фактов и подтверждении экспериментальными данными. Одним из важнейших методов геологических обобщений, касающихся природы геологических процессов, является метод актуализма. Наиболее краткую его формулировку дал знаменитый британский геолог XIX века Ч. Лайель: «Настоящее есть ключ к познанию прошлого». Сущность метода заключается в понимании прошлого путем изучения современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию последних. Успешное решение теоретических задач геологии связано с разрешением одной из важных практических задач – прогноза поисков, необходимых для народного хозяйства минеральных ресурсов.

Геология нефти и газа изучает происхождение, условия миграции и формирования скоплений и историю этих полезных ископаемых, а также изучает залежи и месторождения нефти и газа в естественном состоянии и в процессе разработки для определения их значения и рационального использования недр.

Целью геологической службы является получение сведений о вещественном составе пород, их возрасте и строении, о характере насыщения флюидами, а также о физико-химических свойствах нефтей, газов, подземных вод.

Нефть, природный газ и их производные – горючие полезные ископаемые – природные образования, которые могут быть источником тепловой энергии. Горючие полезные ископаемые служат ценнейшим топливом, а чтобы вещество являлось таковым, оно должно обладать достаточно высокой теплотой сгорания, быть распространенным, продукты его сгорания должны быть летучими, чтобы не затруднять процесс горения и не быть вредными и ядовитыми для людей.

Горючие ископаемые также являются ценным сырьем для химической промышленности, это в первую очередь касается нефти.

Нефтяная промышленность мира насчитывает около 150 лет. Зарождение ее в разных странах мира происходило почти одновременно.

В 1859 году американский предприниматель Дрейк (Пенсильвания) из пробуренной им скважины получил промышленный приток нефти, чем положил начало нефтяной промышленности США. Спустя 5 лет (1864 г.) полковником в отставке Новосильцевым в России из скважины, пробуренной на речке Кудако (левый приток реки Кубань, северо-западный склон Кавказа), был получен фонтан нефти. Этот факт свидетельствует о начале нефтяной промышленности России. В районе Баку (Азербайджан) первая промышленная нефть была получена в 1871 году из скважины, пробуренной предпринимателем Мирзоевым. Нефтяной фонтан дебитом 32 т/сутки забил здесь с глубины всего 40-45 метров.

Первая нефть Казахстана была получена в 1899 году на площади Карашунгул в скважине 7 с глубины всего 40 м из палеогеновых отложений. Суточный дебит скважины достигал 25т/сутки. Но, по мнению многих геологов, фактически нефтяная промышленность Казахстана берет отсчёт с Доссора, когда 29 апреля 1911 года в урочище Доссор на одноименной солянокупольной структуре (90 км северо-восточнее Атырау) была пробурена скважина 3, из которой (интервал 225-226 метров, средняя юра) ударил мощный фонтан нефти, выбросивший за несколько последующих дней 16000 тонн высококачественной бессернистой, маслянистой нефти. Эту дату многие нефтяники считают фактическим началом нефтяной промышленности Казахстана по следующим причинам. Нефть Карашунгула мигрировала в палеогеновые отложения из нижележащих нижнемеловых и юрских залежей, поэтому запасы ее оказались весьма скромными и в больших масштабах она так и не была использована. А вот доссорская нефть сразу же, в этом же 1911 году начала добываться в сравнительно больших объемах и интенсивно использоваться в экономике.

С зарождением нефтяной промышленности мира окончательно оформилась и геология нефти и газа, как обособленная прикладная наука геологического цикла. С развитием нефтяной промышленности добыча нефти бурно растет. Так, в России за всю историю существования нефтяной промышленности (начиная с 1864 г.) было добыто более 4 млрд. т нефти.

Если для первого млрд.тонн потребовалось 90 лет, то для второго семь, для третьего всего четыре с половиной года и для четвертого – менее двух лет. Глубины нефтяных скважин также стремительно растут с 50-100 метров до 5-7 км в настоящее время.

Нефтяная геология с первых дней своего становления оформилась в самостоятельную науку геологического цикла и рассматривает широкий круг вопросов. Она опирается на науки геологического, химического, физического и биологического циклов.

Нефть и газ возникают и образуют скопления в основном в породах осадочного слоя. Весьма редко нефть и газ скапливаются и в гранито-гнейсовом слое земной коры. Следовательно, их дальнейшая консервация и сохранение на длительное геологическое время связано с земной корой, развитие которой подчиняется общим геологическим закономерностям.

Нефть, в меньшей степени, и природный углеводородный газ – сложные химические соединения, поэтому чтобы определить их состав и строение необходимо знать и уметь применять законы общей и органической химии (науки химического цикла).

Нефтяная наука исследует специфическое, жидкое и газообразное полезное ископаемое, которое способно передвигаться (мигрировать) в земной коре. Следовательно, при изучении условий образования скоплений углеводородов (УВ) и закономерностей их залегания, а также их физических свойств геолог-нефтяник использует физические законы (науки физического цикла).

Подавляющее большинство геологов придерживается органической теории образования нефти и газа, поэтому биология и биохимия служат опорой не только при решении проблемы происхождения углеводородов, формирования их скоплений, но и их разрушения, в том числе и биологическим путем (науки биологического цикла).

Нефтяная геология дает ответы на две основные группы вопросов: как образовались и что представляют из себя нефть и газ; где искать эти ценнейшие полезные ископаемые. Другими словами нефтяная геология дает ответы на следующие вопросы: как и где залегают нефть и газ в недрах земной коры, как образуются и сохраняются миллионы лет их скопления, каковы закономерности размещения их по площади земного шара, как возникли нефть и газ в природе в таких больших объемах.

Основной задачей курса является изучение форм скоплений нефти и газа в недрах (типы залежей, месторождений), закономерностей их размещения, условий их возникновения, преобразования и разрушения (генерация, аккумуляция, консервация).

Основная литература: 4, 5,

Дополнительная литература 14

Контрольные вопросы:

1. Назовите дату начала нефтяной промышленности мира.

2. Назовите дату начала нефтяной промышленности Казахстана

3. На каких науках базируется нефтяная геология?

4. Какие вопросы изучает геология нефти и газа

2. Тема лекции: Cтроение и состав Земли. Земля в космическом пространстве. Форма и размеры Земли. Внутреннее строение Земли. Химический и минеральный состав недр Земли. Физические поля Земли. Строение и состав земной коры. Вещественный состав земной коры. Минералы. Горные породы.

Земля является одним из бесчисленных небесных тел, рассеянных в безграничном пространстве Вселенной. Общее представление о положении Земли в мировом пространстве и отношении ее с другими космическими телами необходимы и для курса геологии, так как многие процессы, совершающиеся на поверхности и в глубоких недрах земного шара, тесным образом связаны с влиянием внешней среды, окружающей нашу планету. Познание Вселенной, изучение состояния различных тел и протекающих на них процессов проливает свет на проблемы происхождения Земли и ранние стадии ее развития. Вселенная – это весь мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в своем развитии. Вселенная состоит из бесчисленного множества тел, весьма различных по своему строению и размеру. Различают следующие основные формы космических тел: звезды, планеты, межзвездная материя. Звезды представляет собой крупные активны.е космические тела. Радиус крупных звезд может достигать миллиарда километров, а температура даже на поверхности – многих десятков тысяч градусов. Планеты – сравнительно небольшие по размеру космические тела, как правило, холодные и обычно являющийся спутниками звезд. Пространство между космическими телами заполнены межзвездной материей (газы, пыль). Космические тела группируется в системы, в пределах которых они связаны между собой силами тяготения. Простейшая система – Земля со своим спутником Луной, образует систему более высокого порядка – Солнечную систему. Еще более сложным строением характеризуется скопления космических тел высшего порядка – галактики. Примером такой системы может служить галактика Млечный путь, в состав который входит Солнечная система. По форме наша галактика напоминает двояковыпуклую линзу, а в плане представляет собой яркое сгущение звезд в ядре со спиралевидными звездными потоками.

Строение Солнечной системы. Наша Солнечная система включает, кроме центрального светила – Солнца, девять планет, их спутники, астероиды и кометы. Солнце – звезда, раскаленный плазменный шар, типичный «желтый карлик», находящийся на средней стадии звездной эволюции. Расположено Солнце в пределах одной из спиральных ветвей нашей Галактики и обращается вокруг центра Галактик с периодом около 200 миллион лет. Температура внутри Солнца достигает нескольких миллионов лет. Источником энергии Солнца является термоядерные превращения водорода в гелий. Спектральное изучение Солнца позволило выделить в его составе 70 элементов, известных на Земле. Солнце состоит на 70 % из водорода, 27% из гелия, на долю остальных элементов остается около 3 %. В Солнце сосредоточено 99,886 % всей массы Солнечней системы. Солнце оказывает огромное влияние на Землю, на земную жизнь, ее геологическое развитие. Наша планета – Земля отстоит от Солнца на 149600000 км. Планеты вокруг Солнца располагаются в следующем порядке: четыре внутренних - Меркурий, Венера, Земля и Марс (планеты земной группы) и пять внешних – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов – несколько тысяч мелких твердых тел. Для геологов представляют интерес четыре внутренние планеты, которые характеризуются небольшими размерами, высокой плотностью, небольшой массой. Эти планеты по размерам, составу и внутреннему строению наиболее близки нашей Земле. По современным представлениям тела Солнечной системы формировались из первично холодной космической твердой и газообразной материи путем уплотнения и сгущения до образования Солнца из центральной части. Из частиц окружающей газово-пылевой материи в результате аккреции сформировались планеты обращающиеся по орбитам вокруг Солнца.

Общая характеристика Земли. Форма и размеры Земли. Под фигурой, или формой Земли, понимают форму ее твердого тела, образованную поверхностью материков и дном морей и океанов Геодезические измерения показали, что упрощенная форма Земли приближается к эллипсоиду вращения (сфероиду). Действительное форма Земли является более сложной, так как на ее поверхности имеется много неровностей. Наиболее близкой к современной фигуре Земли является фигура, по отношению к поверхности которой сила тяжести повсеместно направлено перпендикулярно. Она названа геоидом, что дословно означает «землеподобный». Поверхность геоида в морях и океанах соответствует поверхности воды, а на континентах – уровню воды в воображаемых каналах, пересекающих все материки и сообщающихся с Мировым океаном. Поверхность геоида приближается к поверхности сфероида, отклонясь от него примерно на 100м, на материках она немного повышается по отношению к поверхности сфероида, а в океанах - понижается. Измерения размеров Земли показали следующее: экваториальный радиус-6378,2км; полярный радиус-6356,8км; средний радиус Земли-6371км; полярное сжатие- 1/298; площадь поверхности- 510 млн. км кв; объем Земли-1, 083млрд. км куб; масса Земли-6*10 21 т; средняя плотность-5, 52 г/см 3

Физические свойства Земли. Земля обладает определенными физическими свойствами. В результате их изучения выявлены общие особенности строения Земли и можно установить в ее недрах наличие полезных ископаемых. К физическим свойствам Земли относятся сила тяжести, плотность, давление, магнитные, тепловые, упругие, электрические и другие свойства. Сила тяжести, плотность, давление. На Земле постоянно действуют сила притяжения и центробежная сила. Равнодействующая этих сил определяет силу тяжести. Сила тяжести меняется как по горизонтали, увеличиваясь от экватора к полюсам, так и по вертикали, уменьшаясь с высотой. В связи с неравномерным распределением вещества земной коре действительное значение силы тяжести отклоняются от нормальной. Эти отклонения получали название аномалий силы тяжести. Они бывают положительными (при наличии более плотных горных пород) или отрицательными (при распространении менее плотных пород). Изучение аномалий сил тяжести ведется с помощью гравиметров. Отрасль прикладной геофизики, которая изучает аномалии силы тяжести с целью выявления в недрах полезных ископаемых или благоприятных геологических структур называется гравиразведкой. По гравиметрическим данным, средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см 3 .Плотность пород, слагающих земную кору, от 2,0 до 3,0 г/см 3 .Средняя плотность земной коры 2,8 г/см 3 . Различие между средней плотностью Земли и земной коры указывает на более плотное состояние вещества во внутренних частях Земли, достигая в ядре порядка 12,0 г/см 3 . Одновременно с увеличением плотности в направлении к центру Земли возрастает и давление. В центре Земли давление достигает 3,5 млн.атм. Магнетизм Земли. Земля представляет собой гигантский магнит с силовым полем вокруг. Магнитные полюса Земли в настоящее время расположены вблизи географических полюсов, но не совпадает с ними. Различают магнитное склонение и магнитное наклонение. Магнитным склонением называется угол отклонения магнитной стрелки компаса от географического меридиана. Склонение может быть западным и восточным. Магнитное наклонение определяется углом наклона магнитной стрелки к горизонту. Наибольшее наклонение наблюдается в районе магнитных полюсов. На общий фон магнитного поля накладывается влияние горных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит и некоторые другие), в результате чего на поверхности Земли возникают магнитные аномалии. Выявлением таких аномалий с целью поисков железных руд занимается магниторазведка. Исследования показали, что горные породы содержащие ферромагнитные минералы, обладают остаточный намагниченностью сохраняющей направление магнитного поля времени и места их образования. Палеомагнитные данные используются для восстановления особенностей магнитного поля древних эпох, а также для решения задач геохронологии, стратиграфии, палеогеографии. Они оказали большое влияние на разработку теории тектоники литосферных плит.

Тепло Земли. Тепловой режим Земли обусловлены двумя источниками: тепло, полученное от Солнца; тепло, выделяемое из недр Земли. На поверхности Земли основным источником тепла является Солнце. Прогревание Солнцем распространяется на незначительную глубину не превышающую 30 м. На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равный среднегодовой температуре данной местности. В окрестностях Москвы на глубине 20 м от поверхности наблюдается постоянная температура, равная +4,2 0 . Ниже пояса постоянной температуры установлено увеличение температуры с глубиной, связанное с тепловым потоком, поступающим из внутренних частей Земли. Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называется геотермическим градиентом, а интервал глубины в метрах, на котором температура повышается на 1 0 , называется геотермической ступенью. Величина геотермической ступени меняется в широких пределах: на Кавказе 12 м, в Эмбенском районе 33м, Карагандинском бассейне 62 м, на Камчатке 2-3 м. В среднем геотермический градиент принимается около 30 0 С на 1км и соответствующее ему геотермическая ступень около 33м. Считают, что геотермическая ступень сохраняется до глубины 20км. Ниже рост температуры замедляется. По расчетом ученых на глубине 100 км температура, видимо достигает 1300 0 С. На глубине 400км – 1700 0 С, 2900км – 3500 0 С. Источниками внутреннего тепла Земли считают радиоактивный распад элементов, в процессе которого выделяется огромное количество тепла, энергию гравитационной дифференциации вещества, а также остаточное тепло, сохранившееся со времен формирования планеты.

Строение Земли. Земля характеризуется оболочным строением. Оболочки Земли, или геосферы, различаются составом, физическими свойствами, состоянием вещества и подразделяются на внешние, доступные для непосредственного изучения, и внутренние, исследуемые главным образом косвенными методами (геологическими, геофизическими, геохимическими). Внешние сферы Земли – атмосфера, гидросфера и биосфера составляют характерную особенность строения нашей планеты и играют важную роль в формировании и развитии земной коры.Атмосфера – газовая оболочка Земли, играет одну из главных ролей в развитии жизни на Земле и определяет интенсивность геологических процессов на поверхности планеты. Воздушная оболочка нашей планеты, общая масса которой оценивается в 5,3*10 15 m представляет смесь различных газов: азота (78,09%) , кислорода (20,95%), аргона (0,93%) . Кроме того, присутствует углекислый газ (0,03%) , водород, гелий, неон и другие газы, а также водяной пар (до 4%) , частицы вулканической, эоловой и космической пыли. Кислород воздуха обеспечивает процессы окисления различных веществ, а также дыхание организмов. В атмосфере имеется озон на высоте 20-30 км. Наличие озона обеспечивает защиту Земли от губительного для жизни воздействия ультрафиолетовых и других излучении Солнце. Углекислый газ и водяные пары служат регулятором температуры, так как конденсирует получаемое Землей тепло. Углекислый газ поступает в воздух в результате разложения организмов и их дыхания, а также при вулканических процессах, расходуется же для питания растений. Воздушные массы атмосферы находятся в постоянном движении под воздействием неравномерного нагревания поверхности Земли в различных широтах, неравномерного нагревания материков и океанов. Воздушные потоки переносят влагу, твердые частицы - пыль, существенно влияют на температуру различных областей Земли. Атмосферу подразделяют на пять основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Для геологии наибольшей интерес представляет тропосфера, непосредственно соприкасающаяся с земной поверхностью и оказывающая на нее существенное влияние. Тропосфера характеризуется большой плотностью, постоянным присутствием водяного пара, углекислоты и пыли, постепенным понижением температуры с высотой и существованием вертикальной и горизонтальной циркуляции воздуха.

Гидросфера - прерывистая оболочка Земли, включающая воды океанов, морей, озер и рек, подземные воды и воды, собранные в виде вечных снегов и льда. Основная часть гидросферы-Мировой океан, объединяющий все океаны, окраинные и связанные с ними внутриконтинентальные моря. Количество океанических вод суши 4млн.км 3 , материковых льдов около 22 млн.км 3 , подземных вод 196 млн. км 3 . Гидросфера занимает 70,8% земной поверхности (361 млн.км 2).средняя глубина составляет 3750 м, максимальная глубина приурочена к Марианскому желобу(11022м). Океанические и морские воды характеризуются определенным химическим составом и соленостью. Нормальная соленость вод Мирового океана составляет 3,5% (35 г солей на 1 л воды). Воды океана содержат почти все известные химические элементы. Подсчитано, что общее количество солей растворенных в воде Мирового океана, составляет 5*10 16 m. Карбонаты, кремнезем широко извлекаются из воды морскими организмами на построение скелетных частей. Поэтому солевой состав океанических вод резко отличается от состава речных вод. В океанических водах преобладают хлориды (88,7%) - NaCl, MgCl 2 и сульфаты (10,8%) , а в речных водах карбонаты (60,1%) - CaCO 3 и сульфаты(9,9%). Кроме солей в воде растворены и некоторые газы –главным образом азот, кислород, углекислый газ. Воды гидросферы совместно с растворенными в ней веществами активно участвует в химических реакциях, протекающих в гидросфере, а также при взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Гидросфера, как и атмосфера, является действующей силой и средой экзогенных геологических процессов. Мировой океан играет огромную роль в жизни, как всей планеты, так и человечества. В океане и в его недрах находятся огромные запасы минеральных ресурсов, которые во все большем объеме привлекаются для нужд человечества (нефть, химическое сырье и др). Воды океанов подвергаются загрязнению нефтью и нефтепродуктами, радиоактивными и бытовыми отходами. Это обстоятельство приобретает угрожающие размеры и требует безотлагательного решения.

Биосфера. Биосферой называют область распространения жизни на Земле. Современная биосфера включает в себе всю гидросферу, верхнюю часть атмосферы (тропосферу). Ниже почвенного слоя живые организмы встречаются в глубоких трещинах, подземных водах, иногда в нефтеносных слоях на глубине в тысячи метров. В состав живых организмов входят не менее 60 элементов и главными из них являются C, O, H, S, P, K, Fe и некоторые другие. Живая масса биосферы в пересчете на сухое вещество составляет около 10 15 т. Основная масса живого вещества сосредоточена в зеленых растениях, способных аккумулировать солнечную энергию благодаря фотосинтезу. С химической точки зрения фотосинтез – окислительно- восстановительная реакция CO 2 + H 2 O->CH 2 O + O 2 , в результате который за счет поглощения углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Биосфере принадлежит большая роль в энергетике Земли. За миллионы лет биосфера накопила в недрах колоссальные запасы энергии – в толщах углей, нефть, скопления горючего газа. Организмы являются важными породообразовательными земной коры.

Внутренние строение Земли. Изучение глубинного строения Земли - одно из главных задач современной геологии. Непосредственному наблюдению доступны лишь самые верхние (до глубин 12 – 15км) горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые рудниками шахтами и буровыми скважинами.

Представления о строении более глубоких зон Земли, основывается главным образом на данных комплексах геофизических методов. Из них особое значение имеет сейсмический (греч. «сейсма» - сотрясения) метод, основанный на регистрации скорости распространения в теле Земли волн, вызываемых землетрясениями или искусственным взрывами. В очагах землетрясений возникают продольные сейсмические волны, которые рассматриваются как реакция среды на изменения объема, и поперечные волны, представляющие собой реакцию среды на изменения формы и поэтому распространяющиеся только в твердых телах. В настоящее время имеющиеся данные подтверждают сферически – симметричное строение недр Земли. Еще в 1897 г. профессор Геттингенского университета Э. Вихерт высказал мысль об оболочечном строением Земли, которая состоит из железного ядра, каменной мантии и земной коры. В 1910 г. югославский геофизик А. Мохоровичич, изучая особенности распространения сейсмических волн при землетрясении в районе города Загреб, установил на глубине 50 км поверхность раздела между корой и мантией. В дальнейшем эта поверхность была выявлена на различных глубинах, но всегда прослеживались четко. Ей дали название «поверхность Мохоровичича», или Мохо (М). 1914 г немецкий геофизик Б. Гуттенберг установил границу раздела ядра и мантии на глубине 2900км. Она получила название поверхности Вихерта – Гуттенберга. Датский ученный И. Леман в 1936г. обосновала существование внутреннего ядра Земли радиусом 1250км. Весь комплекс современных геолого-геофизических данных подтверждает идею об оболочечном строением Земли. Чтобы правильно понять главнейшие особенности этого строения, геофизики строят специальные модели. Известный геофизик В.Н. Жарков характеризует модель Земли: это «как бы разрез нашей планеты, на котором показано, как меняется с глубиной такие важнейшие ее параметры, как плотность, давление, ускорение силы тяжести, скорости сейсмических волн, температура, электропроводность и другие» (Жарков, 1983, с. 153). Наиболее распространена модель Буллена – Гуттенберга.

Земная кора – твердая верхняя оболочка Земли. Ее толщина изменяется от 5-12 км под водами океанов, до 30-40 км в равнинных областях и до 50-750км в горных районах. Мантия Земли распространяется до глубины 2900 км. Она подразделяется на две части: верхнюю до глубины 670 км и нижнюю до 2900 км. Сейсмическим методом в верхней мантии установлен слой в катором наблюдается понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных, и повышение электропроводности, что свидетельствует о состоянии вещества, отличающегося от выше- и нижележащих слоев. Особенности этого слоя, получившего название астеносфера (греч.астянос-слабый) объясняется его плавлением в пределах 1-2 до 10%, происходящим в результате более быстрого повышения температуры с глубиной, чем повышения давления. Астеносферный слой расположен блихе всего к поверхности под океанами, от 10-20 км до 80-200км, от 80 до 400 км под континентами. Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой носит название литосфера. Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки. Нижняя мантия характеризуется дальнейшим увеличением плотности вещества и плавным нарастанием скорости сейсмических волн. Ядро занимает центральную часть Земли. В его составе выделяют внешнее ядро, переходную оболочку и внутреннее ядро. Внешнее ядро состоит из вещества нахлдящегося в расплавлено-жидком состоянии. Внутреннее ядро занимает сердцевину нашей планеты. В пределах внутреннего ядра скорости продольных и поперечных волн возрастает, что свидетельствует о твердом состоянии вещества. Внутреннее ядро состоит из сплава железа с никелем.

Состав и строение земной коры. Наиболее достоверные сведения имеются о химическом составе самой верхней части земной коры, доступной для непосредственного анализа(до глубины 16-20 км). Первые цифры о химическом составе земной коры были опубликованы в 1889 г. американским ученым Ф.Кларком. Впоследствии А.Е.Ферсман предложил называть процентное содержание элемента в земной коре кларком этого элемента. По данным А.Б.Ронова и А.А.Ярошевского (1976 г.), в составе земной коры наиболее распространены восемь элементов (в весовых %), составляющих в сумме свыше 98 %: кислород-46,50; кремний-25,70; алюминий-7,65; железо-6,24; кальций-5,79; магний-3,23; натрий-1,81; калий-1,34. По особеннстям геологического строения, геофизической характеристике и составу земная кора делится на три основных типа: континентальную, океанскую и промежуточную. Континентальная состоит из осадочного слоя толщиной 20-25 км, гранитного (гранитно-метаморфического) толщиной до 30 км и базальтового толщиной до 40 км. Океанская кора состоит из первого осадочного слоя толщиной до 1 км, второй-базальтовый толщиной 1,5-2,0 км и третий-габбро-серпентинитовый толщиной 5-6 км. Вещество земной коры состоит из минералов и горных пород. Горные породы состоят из минералов или продуктов их разрушения. Горные породы, содержащие полезные компоненты и отдельные минералы, извлечениекоторых экономически целесообразно, называют полезными ископаемыми.

Основная литература: 1

Контрольные вопросы:

1 Происхождение Солнечной системы.

2 Форма и размеры Земли.

3 Физические поля Земли.

4 Внутреннее строение Земли.

5 Строение и состав земной коры.

3 Тема лекции: Горные породы как вместилище нефти и газа . Горная порода – это природное, чаще всего, твердое тело, состоящее из одного (известняк, ангидрит) или нескольких минералов (песчаник полимиктовый, гранит). Иными словами это естественная природная ассоциация минералов. Все горные породы по происхождению (генезису) подразделяются на три больших класса: магматические, метаморфические и осадочные.

Магматические горные породы образовались в результате внедрения магмы (силикатного расплава) в земную кору и затвердевания последней в ней (интрузивные магматические горные породы) или излияния лавы (силикатного расплава) на дно морей, океанов или земную поверхность (эффузивные магматические горные породы). И лава и магма изначально – это силикатные расплавы внутренних сфер Земли. Магма, внедрясь в земную кору, затвердевает в ней неизмененной, а лава, изливаясь на поверхность Земли или на дно морей и океанов, теряет растворенные в ней газы, пары воды и некоторые другие компоненты. В силу этого интрузивные магматические горные породы по своему составу, структуре и текстуре резко отличаются от эффузивных. Примером наиболее распространенных магматических горных пород могут служить гранит (интрузивная порода) и базальт (эффузивная порода).

Метаморфические горные породы образовались в результате коренного преобразования (метаморфизма) всех других ранее существовавших горных пород под влиянием высоких температур, давлений и нередко с привносом в них или выносом из них отдельных химических элементов. Типичными представителями метаморфических горных пород являются мрамор (образовавшийся из известняка), различные сланцы и гнейсы (образовавшиеся из глинистых осадочных пород).

Осадочные горные породы образовались за счет разрушения других, ранее слагавших земную поверхность, пород и осаждения этих минеральных веществ в основном в водной, реже воздушной среде в результате проявления экзогенных (поверхностных) геологических процессов. Осадочные горные породы по способу (условиям) их образования подразделяются на три группы: осадочные обломочные (терригенные), органогенные и хемогенные.

Осадочные обломочные (терригенные) горные породы сложены обломками ранее существовавших минералов и горных пород (таблица 1). Органогенные горные породы состоят из остатков (скелетов) живых организмов и продуктов их жизнедеятельности (биологический путь образования) Хемогенные осадочные горные породы сформировались в результате выпадения химических элементов или минералов из водных растворов (таблица 2). Типичными представителями осадочных обломочных пород являются песчаники и алевролиты, осадочных органогенных - различного типа органогенные известняки, мел, угли, горючие сланцы, нефть, осадочных хемогенных - каменная соль, гипс, ангидрит. Для геолога-нефтяника осадочные горные породы выступают главенствующими, так как они не только вмещают 99,9% мировых запасов нефти и газа, а и согласно органической теории происхождения нефти и газа, являются генераторами этих углеводородов. Осадочные горные породы слагают верхний осадочный слой земной коры, который распространен по площади Земли не повсеместно, а только в пределах, так называемых, плит, которые входят в состав платформ – крупных стабильных участков земной коры, межгорных впадин и предгорных прогибов. Толщина осадочных пород колеблется в широких пределах от первых метров до 22-24 км в центре Прикаспийской впадины, расположенной в Западном Казахстане. Осадочный слой в нефтяной геологии принято называть осадочным чехлом. Под осадочным чехлом располагается нижний структурный этаж, именуемый фундаментом. Фундамент сложен магматическими и метаморфическими горными породами. Породы фундамента содержат всего 0,1 % мировых запасов нефти и газа. Нефть и газ в земной коре заполняют мельчайшие и мелкие поры, трещины, каверны горной породы, подобно тому как вода насыщает губку. Следовательно, чтобы порода содержала нефть, газ и воду она должна быть качественно отличной от пород не содержащих флюидов, т.е. она должна иметь поры, трещины или каверны, должна быть пористой. В настоящее время чаще всего промышленные скопления нефти и газа содержат осадочные обломочные (терригенные) горные породы, затем идут карбонатные породы органогенного генезиса и, наконец, карбонаты хемогенные (оолитовые и трещиноватые известняки и мергели). В земной коре пористые горные породы, вмещающие нефть и газ, должны переслаиваться с качественно иными породами, которые не содержат флюидов, а выполняют функцию изоляторов нефтегазонасыщенных тел. В таблицах 1 и 2 показаны литофации горных пород, вмещающих нефть и газ и служащих флюидоупорами.

Онлайн калькуляторы