Амплітуда аномалій гравітаційного поля тим більша, чим істотніші зміни густини в горизонтальному напрямку, тобто субвертикальних границях розділу. Якщо геологічний розріз представлений серією однорідних плоских шарів, паралельних горизонтальній днівній поверхності, гравітаційне поле над ним буде однаковим, в будь-якій точці цієї поверхні.

В сейсморозвідці знання густини принципове для оцінки можливостей методу відбитих хвиль. Річ в тому, що основні умови виникнення відбитих хвиль на границі двох середовищ – це суттєва відмінність в значеннях їх акустичної жорсткості , під якою розуміють добуток густини δ_П на швидкість поширення повздовжних хвиль :

В радіометричних і ядерно-геофізичних методах розвідки відомості про густину гірських порід також важливі, так як густина геологічних утворень визначає проникність природного і штучного гамма-випромінювання.

З густиною гірської породи тісно пов’язане поняття її питомої ваги.

Питома вага гірської породи – це вага P одиниці її об’єму V:

(1.1)

де М- маса зразка породи;

g- прискорення вільного падіння.

δ_П - густина породи.

Питома вага не э постійною величиною, у з'язку з тим, що її значення для одного і того ж зразка гірської породи міняється в залежності від прискорення вільного падіння g в різних точках земної поверхні.

Густина мінералів залежить від відносної атомної маси і густини упаковки атомів в одиниці об’єму. Упаковка, в свою чергу, визначаться атомними радіусами, валентністю і типом зв’язку частинок. Густина мінералів тим більша, чим більше в ньому знаходиться атомів пыдвищеної відносної атомної маси і чим густіше атоми упаковані в одиниці об’єму.

Вплив упаковки атомів на структуру мінералу і його густину можна проілюструвати на прикладі графіту і алмазу. За хімічним складом і один і інший складаються з водню. Графіт має шарову структуру при відстані між атомами в шарі 0,142 нм і між шарами 0,34 нм. Структура алмазу – кристалічна, більш щільна, з відстанню між атомами 0,154 нм. У результаті густина графіту складає 2,2 г/см³ , а алмазу – 3,5 г/см³.

Густина різних мінералів коливається в порівняно широкому діапазоні, від 0,98 г/см³у льоду до 22,5 г/см³в осмії. Тим не менше значення густини великого числа мінералів знаходиться в межах 2,5-3,5 г/см³.

Всі мінерали прийнято класифікувати за густиною на три групи: важкі (> 4 г/см³), середньої густини (2,5 - 4,0 г/см³) і малої густини (< 2,5 г/см³).

Густина гірських порід залежить від їх генезису, мінерального складу, пористості, тріщинуватості, вологості, степені метаморфізму, а також від температури і тиску при заляганні на значних глибинах в товщі земної кори.

Густина твердої фази гірської породи, або мінерального скелету, залежить від густини складаючих породу мінералів. Теоретично її можна розрахувати за формулою:

(1.2

де n-число мінералів, які складають породу;

- густина кожного мінералу, що складають породу;

V_i – доля об’єму, який займає кожний мінерал.

Між густиною сухої породи δ_С(або насиченої породи δ_П), густиною мінерального скелету породи δ_Т, її пористістю К_П і густиною рідини δ_Р,, що насичує пори, прослідковується наступний зв'язок:

для сухої породи

(1.3)

для породи насиченою рідиною

(1.4)

Густина нафто насичених порід завжди нижче густини тих же порід в максимально вологому стані, поскільки густина води більша за густину нафти.

Густина більшості гірських порід міняється в межах від 1,6 до 3,5 г/см³.^.В порядку зростання густини породи вистроюються в наступний ряд: осадочні, магматичні, метаморфічні. Для осадових порід значення густини збільшується із зменшенням їх зернистості, із збільшенням степеня літогенезу, віку і, безумовно, з глибиною залягання, що обумовлено незворотнім зниженням їх пористості.

У магматичних породах спостерігається зростання значень густини при переході від ефузивів до інтрузивів, а серед останніх – із збільшенням їх основності і відповідно зменшенням концентрації кварцу. Останнє пояснюється низькою густиною кварцу в порівнянні із залізо-магнезіальними мінералами – біотитом, піроксенами, роговою обманкою, олівіном, кількість яких збільшується в основних і ультра основних породах. У метаморфічних породах збільшення густини проявляється із збільшенням степеня метаморфізму, а також із збільшенням вмісту рудних мінералів.

Густина корисних копалин закономірно залежить від типу мінеральної сировини. Найбільшою густиною характеризуються руди важких металів, представлені магнетитом, гематитом, ільменітом, титаномагнетитом, хромітом, піролюзитом, галенітом та іншими мінералами. При переході від вкраплених руд до брекчіє подібним і дальше до суцільних масивної текстури значення густин незмінно збільшуються.

Між густиною мономінеральних залізних руд – титаномагнетиту, магнетиту, піриту, гематиту, сидериту і концентрації в них заліза існує прямо пропорційна залежність.

Найбільш низьку густину із корисних копалин мають гідрохімічні осади і енергетична мінеральна сировина.

Густина галіту 2,1 г/см³, сильвініту 2,0 г/см³, а мірабіліту лише 1,5 г/см³. Гіпс, що часто з ним зустрічається, має густину 2,3 2,1 г/см³. Саме через це купола та й інші соляні складчасті структури в геологічному розрізі осадочного чохла платформ характеризуються глибокими від'ємними мінімумами прискорення сили тяжіння амплітудою від декількох до десяти і більше міллігал. Ця закономірність порушується у випадках, коли соляний купол перекритий зверху ангідритом. Через високу густину ангідриту порівняно з гіпсом і галітом амплітуда від'ємної аномалії сили тяжіння зменшується аж до інверсії, тобто до появи додатніх значень густини. Густина нафти складає 0,8 – 0,9 г/см³. За рахунок цього поклади вуглеводів завжди мають поверхову будову: над водоупорним пластом залягає вода, вище неї «плаває» нафта, ще вище під пластом-екраном знаходиться природній газ.

Густина торфу коливається від 0,45 до 0,80 г/см³при високій, до 95%, пористості.

Низькі значення густини характерні для графіту і вугілля. Густина графіту 2,2 г/см³ . Через це густина графітовізованих порід тим менша, чим більший в них вміст графіту.

Значення густини вугілля коливаються в межах від 1,25 до 2,27 г/см³і залежать від їх пористості і присутності мінеральних домішок. Збільшення степеня метаморфізму і перехід від бурого до кам’яного вугілля і антрациту характеризується зростанням густини. Цьому сприяє зниження пористості, пропорційне збільшенню степеня вуглефікації. Найбільш низькі значення густини відповідають чистому вугіллю, які складаються на 85% з вуглецю. Із збільшенням зольності густина вугілля збільшується.

Густину гірських порід виміряють, або на спеціально відібраних зразках, або в природному заляганні.

Спосіб гідростатичного зважування відноситься до числа найбільш поширених. Він зводиться до подвійного зважування досліджуваного зразка гірської породи. Спочатку визначають масу зразка в повітрі, потім – в воді. Згідно закону Архімеда різниця між цими величинами дорівнює масі води в об’ємі зразка. Так поступають з практично непроникними породами.

Для збереження природної вологості водопроникних гірських порід їх зразки зразу після відбору парафінують. Роблять це при температурі не вище 60-70⁰С , щоб законсервувати зразок з поверхні, і одночасно не спотворити результат вимірювань за рахунок проникнення парафіну в пори породи.

За такою ж схемою можна отримати густину водо- і газонасиченої породи. Змінюється лише підготовка зразка до вимірів. Щоби отримати густину водо насиченого зразка, його попередньо насичують водою, а для отримання густини газонасиченої породи, зразок навпаки висушують при температурі 105-110⁰С в сушильній камері. Ознакою водо- чи газонасиченості служить стабілізація маси зразка.

В гравірозвідці широко поширений денситометр Самсонова, при використанні якого в результаті зважування зразка в повітрі і в воді значення густини знімають безпосередньо з нелінійної шкали пристрою. Денситометром можна вимірювати густину зразків любої форми. При роботі з денситометром потрібно 2-4 рази в день провіряти його показники, порівнюючи їх з результатами вимірювань еталонів з відомою густиною.

Мінералогічну густину визначають пікнометричним способом. Для цього породу подрібнюють до частинок менше 0,25 мм. Об'єм скелету знаходять зважуванням пікнометра з рідиною і порошоком породи. Рідину і порошок попередньо вакуумують для видалення повітря. Вимірюють масу пікнометра з порошком породи, окремо з рідиною, з порошком породи насиченого рідиною. Знаходять мінералогічну густину за формулою:

(1.5)

де М₀ – маса пікнометра;

δ_Т - густина рідини;

М_Т -маса твердоъ фази;

М_Р -маса рідини;

М_Т.Р -маса рідини і твердої фази

В якості рідини використовують воду, керосин, спирт. Важливо лиш, щоб вона не розчиняла породу і вміщуючі в ній солі.

1.1.2 Пористість.Гірські породи, які виповнюють геологічні розрізи не є суцільними монолітами, а мають певну структуру, ємність. Ємності в натуральних умовах заповнені пластовою водою, нафтою, конденсатом, різного роду газами.

По походженню пори діляться на первинні і вторинні:

первинні утворюються в процесі формування породи;

вторинні – це такі пори, які виникають після формування породи під впливом різних факторів. До таких факторів можна: тиск, температуру, хімічні перетворювання, вилужування.

Первинні це в основному різного роду пори, які утворюються між уламками зерен осадових порід, розсіяні достатньо рівномірно, як теригенних, так і в карбонатних породах. Іншими словами, такі пори називаються міжзерновими.

Вторинні пори – це в основному тріщини, каверни, або канали вилужування окремих мінералів. В основному притаманна така пористість для карбонатних порід.

За типом пористість буває: загальна; відкрита, ефективна і динамічна.

Загальна пористість- це об'єм усіх пустот породи

Відкрита – це певний об’єм пор між уламками зерен породи, сполучених між собою.

Розмір окремих пор характеризується ефективним діаметром, або поперечним січенням, які для різних типів пор різні.

За ефективним діаметром виділяють:

- крупні надкапілярні пори з діаметром більше 10^{-1 мм, вони характерні для відсортованих, слабо зцементованих крупно – і середньо уламкових порід ( галечник, гравій, крупно – і середньозернистих пісковиків );}

- капілярні пори з ефективним діаметром 10^-4– 10^{-1 мм, характерні для менш відсортованих, і крупнозернистих порід;}

- тонкі субкапілярні, малі по діаметру пори характерні для глин, вапняків, трепелам, пелітовим туфам;

- дуже малі по розміру мікропори, діаметр менше 2×10^{-6 мм}.

Форма порового простору порід.У типів ( піски, пісковики, алевроліти ) і груп (піщані, алевролітові, глинисті та ін. ) порід різні ( за походженням, формою, розміром, внутрішніми зв’язками ) пори знаходяться в неоднаковому співвідношенні з поровим простором; вони неоднаково розподіляються в об’ємі породи. Звідси виниакє представлення про специфічну форму ( структуру ) порового простору.

Поровий склад ( розпреділення пор по їх розміру ) – важлива структурна характеристика гірських порід, яка визначає концентрацію різних по ефективному діаметру в х поровому об’ємі виражається в долях об’єму всіх пор породи. Поровий склад незцементованих уламкових порід в основному залежить від їх гранулометричного складу.

У грубо -, крупно -, і середньозернистих добре відсортованих і слабо зцементованих порід переважають відносно крупні і близькі за розміром пори. У таких, але мілко -, і тонкозернистих порід більше мілких і тонких пор. У погано відсортованих незцементованих уламкових порід різні за розміром, мілкі і тонкі пори зустрічаються приблизно в однакових кількостях.

Поровий склад зцементованих уламкових порід обумовлений не тільки гранулометричним складом, але і вмістом такого цементу, як карбонат кальція. Тут зустрічаються пори різних ефективних діаметрів, при чому кількість крупних пор зменшується, а кіль кість мілких і субкапілярних пор зростає.

Ефективна і динамічна пористість.Ефективна пористість – це той максимальний об’єм V_пор.еф пор водоносних, нафта - або газоносних пластів – колекторів, в яких може знаходитися вільна вода, нафта, газ:

V_пор.еф = V_пор.В – V_в.З (1.6)

де V_пор.В- об'єм відкритого порового простору гірської породи, м³;

V_в.З - об’єм залишкової води, м³ .

Ця пористість визначає геологічні запаси вуглеводнів.

Динамічна пористість – це той об’єм пор в поровому просторі породи, який займає під певним тиском (градієнтом) фільтруюча рідина.

Коефіцієнт пористості. Коефіцієнт пористості є кількісна величина, яка характеризує породу відношенням об’єму пор до об’єму породи:

. (1.7)

Властивість порід мати неоднаковий об’єм різних видів пор на певний об’єм породи характеризується відповідно коефіцієнтами загальної (k_п), відкритої (k_п..В), закритої (k_п..з), ефективної (k_п..еф) та динамічної (k_п.д) пористості.

Коефіцієнт динамічної пористості (К_п.д) показує в якій частині об’єму породи при заданому градієнті тиску може спостерігатись рух рідини чи газу і може бути розрахований за формулою:

. (1.8)

де К_В.З і К_Н.З - відповідно коефіцієнти залишкової водо- і нафтонасичення гірської породи.

Слід пам’ятати, що

. (1.9)

Коефіцієнт загальної пористості первинних осадків, і утворених осадочних порід, їх різновидів, перетворених процесами діагенезу, катагенезу, метаморфізму, змінюється від значень близьких до 1, до значень, які практично дорівнюють нулю. Найбільш високі значення коефіцієнта загальної пористості, які перевищують 50 –80 % до більших 30% відносяться до піщаних, алевролітових, глинистих, вапнякових та ін. осадків. Коефіцієнт загальної пористості цих первинних осадків тим вищий, чим менша окатаність, медіанний діаметр.

Високу пористість тонкозернистих глинистих осадків пов’язують зїх сотовою структурою, а піщаних, алевролітових, вапнякових осадків не тільки з кутоватою формою зерен, з доброю відсортованістю, але й з присутністю біля поверхні їх твердої фази плівок зв’язаної води.

При діагенезі осадки ущільнюються, обезводнюються, перетворюються в породи з меншою пористістю, чим початкова. З опусканням породи, підвищенням тиску і температури наступають процеси раннього катагенезу і метаморфізму. Названі і інші геологічні процеси, які впливають на ущільнення породи, це їх цементація, часткова перекристалізація, зміна мінерального і гранулометричного складу породи.

Коефіцієнт загальної пористості піщаних і алевритових порід змінюється від значень менших декількох десятих долей до значень >50%; глинистих, карбонатних і кременистих груп порід – від менших десятих долей до 50 – 70%.

Зміна коефіцієнту загальної пористості (Κ_п) однотипних і одного віку порід з глибиною приблизно визначається рівнянням:

(1.10);

де Н – глибина, на якій необхідно визначити К_н:

Н_о – глибина залягання не вивітрених порід (Н_о~0,1км). Рідше значення Κ_п зростає з глибиною із-за тектоніки процесів і вилужуванні твердої речовини. У табл. 1.1 наведені значення коефіцієнту загальної пористості для різних груп гірських порід. Значення коефіцієнта пористості слабо змінених інтрузивних порід, руд магматичного походження, як правило не перевищує 2-5%.

Способи визначення пористості. Існує ряд способів за допомогою яких визначають коефіцієнт пористості, а саме: лабораторні та геофізичні.

Лабораторні способи:

- ваговий спосіб визначення загальної пористості (спосіб Мельчера);

- ваговий спосіб визначення відкритої пористості;

- метод ядерно-магнітного резонансу.

Геофізичні способи:

- акустичний каротаж;

- гамма-гамма каротаж густинний;

- нейтронний каротаж.

Лабораторні способи:

Таблиця 1.1 - Класифікація гірських порід за коефіцієнтом загальної пористості.

Група порід	K_п, %	Породи
І	>20	Високо пористі
ІІ	15-20	Підвищеної пористості
ІІІ	10-15	Середньої пористості
ІV	5-10	Пониженої пористості
V	<5	низькопористі

Лабораторні способи:

- ваговий спосіб визначення загальної пористості (спосіб Мельчера);

- ваговий спосіб визначення відкритої пористості;

- метод ядерно-магнітного резонансу.

Геофізичні способи:

- акустичний каротаж;

- гамма-гамма каротаж густинний;

- нейтронний каротаж.

Лабораторні способи:

Спосіб Мельчера. Коефіцієнт загальної пористості Κ_п визначається співвідношенням сухої породи і її твердої фази

; , (1.11

де V_пор - об'єм порового простору зразка гірської породи;

V_П - об'єм зразка гірської породи;

V_Т - об'єм твердої фази зразка гірської породи;

V_С - об'єм сухого зразка гірської породи.

Значення об’ємів V_с і V_T визначають по масах сухого зразка і твердої фази в повітрі і по масах витіснених ними об’ємів води, або другої рідини. Перед погруженням у воду зразок парафінують, або покривають колодієм. Для визначення об’єму покриваючого матеріалу (V_пм) зразок зважують до і після покриття. Відношення різниці його мас до густини дасть V_пмат. Даний спосіб визначення загальної пористості використовується при досліджені щільних та слабозцементованих піщано-глинистих порід.

Ваговий спосіб визначення відкритої пористості. Сутність вагового методу (методу Преображенського) заключається у визначені об’єму відкритого порового простору зразка породи V_П.В (за різницею мас сухого і насиченого рідиною зразка), його загального зовнішнього об’єму V (за різницею мас насиченого рідиною зразка у повітрі і в рідині, якою він насичений) та подальшому розрахунку коефіцієнта відкритої пористості K_п.в за формулою:

(1.12)

Метод ядерно-магнітного резонансу. Полягає у порівнянні амплітуд сигналу вільної прецесії.

Геофізичні способи:

Акустичний каротаж. Інтервальний час пробігу Δt_п пробігу повздовжніх ультразвукових коливань залежить від пористості та літології порід. Найбільш широке застосування має формула середнього часу:

. (1.13)

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая