ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние уплотнения и деформации отложений на проницаемость из "Течение однородных жидкостей в пористой среде " Влияние уплотнения и деформации отложений на проницае мость. Мы подчеркнули тот факт, что не существует и не следует ожидать общей закономерности между пористостью и проницаемостью. Отсюда вполне очевидно, что любая деформация данного материала, которая создает уменьшение пористости, влечет за собой в результате и уменьшение проницаемости. Умёньшение пористости данного вещества заключается в уменьшении размеров пор, а отсюда в значительно большей степени уменьшается и проницаемость. Поэтому любая деформация, имеющая место для обломочных материалов, в последующий за отложением период, будет ли это уплотнение или цементация, даст в результате значительное снижение величины проницаемости. Так как уплотнение песков практически невелико, то большие изменения в их пористости следует отнести за счет цементации, а соответственные изменения в проницаемости следует отнести за счет того же процесса. С другой стороны, глины и сланцы, которые на ранних этапах отложения можно рассматривать как практически непроницаемые породы, после уплотнения становятся совершенно непроницаемыми. Эта характеристика глин и сланцев, так же как и остальных непроницаемых пород, имеет важное геологическое значение при установлении распределения к накопления подземных жидкостей. [c.26] Глинистые сланцы образовались из мергелей и тому подобных глинистых материалов под высоким давлением и температурой. Глинистый сланец тверже мергеля и меньше подвергается эрозии, но благодаря характерному явлению и склонности к трещинообразованию может быть проницаем для жидкостей и газа. [c.28] Мрамор образовался из известняков в процессе длительного затвердевания и кристаллизации. Это плотная черная порода, которая, подобно известняку, может медленно раствориться в циркулирующей через трещины и другие нарушения воде. [c.28] Кристаллический сланец или шифер образовался под интенсивным давлением вследствие глубокой деформации мергелей, глинистых сланцев или иных горных пород. Он имеет неправильную листоватую структуру, которая в основном обязана развитию чешуек слюды параллельно плоскости деформации пород. [c.28] Гнейс является слоистой зернистой горной породой, большая часть которой образовалась из гранита и которая переходит в гранит или иные кристаллические изверженные горные породы, но может образоваться и из осадочных горных пород. Хотя метаморфические горные породы и находятся у дневной поверхности или в залеганиях, где вследствие эрозии может иметь место разрушение и образование трещин, вполне очевидно, что в иелом они слишком непроницаемы, чтобы представлять интерес в качестве пород— коллекторов жидкости. [c.28] Обломочные типы осадочных материалов были уже рассмотрены в некоторых деталях выше, а именно в отношении их пористости и проницаемости. Так как осадочные образования органического происхождения являются довольно часто важными источниками подземных жидкостей, но отличаются от остальных типов отложений восприимчивостью к деформациям в период после первоначального отложения, рассмотрим вкратце их свойства как коллекторов жидкостей. [c.28] Ни одна горная порода так резко не отличается своими способностями к вмещению жидкостей, как известняки и родственные им разности. Некоторые известняки являются прекрасными коллекторами жидкостей, в то время как другие совершенно непродуктивны вследствие недостатка пористости и проницаемости. Это явление только частично можно отнести за счет первоначального строения породы. В основном это обстоятельство является результатом разницы в степени воздействия на породу растворяющей деятельности циркулирующей в недрах воды. Таким образом, если для обломочных осадков изменения в период после первоначального отложения вследствие явлений цементации, консолидации и метаморфизма приводят к уменьшению пористости и проницаемости, исключительно высокая пористость и проницаемость некоторых известняков явились результатом их растворения циркулирующими водами в некоторый отрезок времени их геологической жизни. Это развитие и возрастание пористости после первоначального отложения и уплотнения вполне определяются термином вторичная пористость . [c.29] Восприимчивость известняков к выщелачиванию, которое в свою очередь зависит от геологической истории залежи, определяет радикальные изменения пористости и проницаемости, которые, как уже было упомянуто, являются характерными для известняков и иных родственных им пород. Является очевидным, что те же самые факторы влияют на фациальные изменения этих параметров в пределах одного и того же стратиграфического горизонта, а также и различных горизонтов, которые первоначально могли иметь один и тот же состав и строение. Отсюда является вполне обычным, что наиболее пористые участки известковой залежи приурочены к гребню купола или антиклинальной складки, который в известный период своей геологической жизни находился над или в зоне грунтовых вод. [c.30] Этого вполне достаточно, чтобы показать природу вторичной пористости, характеризующей некоторые известняки. Принимая во внимание также восприимчивость известняков к трещинообразованию во время упомянутого выше складкообразования, ясно, что подобные залежи могут показать заметное отклонение от идеальной пористой среды, принятой в настоящем исследовании. Так как соответствующие характеристики породы не могут быть установлены изучением небольших образцов, взятых из залежи (даже в большом количестве), как это обычно делается для решения практических проблем, отклонение от идеальной пористой среды в данном случае не имеет серьезного значения. Даже при соединяющейся сети многочисленных трещин аналогия будет постоянно сохранена. Только в том случае, когда относительно непроницаемая порода будет пересечена несколькими, далеко простирающимися трещинами, будет существовать серьезное отклонение от идеальной среды 1. Нами было обращено специальное внимание на вторичную пористость, так как именно за ее счет следует отнести обычно встречаемую высокую проницаемость. Вместе с тем многие карбонатные породы могут иметь значительную пористость и проницаемость в своем, не подвергшемся изменению первоначальном состоянии. Такие известняки, состоящие из сцементированных карбонатных обломочных частиц, совершенно сопоставимы с песчаниками как в отношении их структуры, так и порового пространства. Иные породы могут быть пористы вследствие наличия в них остатков от скелетов мельчайших организмов, даже в больших структурах, какими отличаются коралловые образования. [c.30] Земная кора состоит из слоев или отдельных стратиграфических горизонтов различных горных пород, а также массивов или сланцеватых образований, которые подстилают или пересекают эти стратиграфические слои. Осадочные породы вследствие самой своей формы образования обычно слоисты. Изверженные и метаморфические породы могут образовать слои, но обычно они представлены массивными интрузиями. Под покровом из осадочных слоев и интрузий лежат изверженные породы, которые были первоначальным источником всех осадочных образований. Это так называемый изверженный фундамент или базисный комплекс , на котором заканчивается наша заинтересованность. Мощность образований осадочных пород может колебаться от нескольких метров до сотен —занимать площадь от нескольких квадратных- километров до нескольких тысяч, и они могут быть представлены или на дневной поверхности, или же быть глубоко погребенными под другими образованиями. Большинство осадочных образований состоит из слоев, мощность котооых весьма незначительна по сравнению с площадью, которую они занимают. Так, например, песчаник Св. Петра, мощность которого в среднем не превышает 30 м, занимает площадь в северо-центральной части США около ЗООООО кв. миль. [c.31] Не представляется возможным углубляться здесь далее в физиографические и геологические факторы, влияющие на установление типа и распределение различных осадков, но приведенные в последующем основные положения должны быть вполне очевидны. Все стратиграфические слои являются следствием изменений в физических условиях, при которых имело место осадкообразование. Резкая разница в последовательности образований большого масштаба обязана своей причиной региональным изменениям, меньшие отклонения в пределах единичного слоя обязаны местным или временным изменениям. В качестве примера можно указать, что глинистые частицы среди соответствующих прослоек известняка могут быть отнесены за счет штормов исключительной силы, когорые создавали значительные вихри в обычно чистых водах. Неисчислимая слоистость некоторых глин могла явиться следствием обычных или цикличных изменений бурной погоды. [c.32] Если в продолжение своей геологической жизни какая-нибудь область, состоящая из мощных складчатых осадкообразований, подверглась эрозии, то антиклинали могут частично или полностью снивел-лироваться. В результате такого оголения наклонные слои будут заканчиваться выходами на дневной поверхности. Последующая седиментация на этой площади в результате регионального оседания покроет первоначальную поверхность новыми образованиями отличного геологического возраста, которые лягут несогласно поверх более ранних горных пород. Повидимому, такой разрыв непрерывности в геологическом разрезе, именуемый несогласным напластованием (фиг. 3), может образовать замкнутые границы для некоторых погребенных слоев и так же, как сбросы, ограничить их сообщаемость. [c.33] Эти несогласия являются весьма обычными и распространенными стру -турными факторами и представляют собой покровы над ископаемыми слоями с уже отмеченной неправильностью, которой характеризуются эрозионные явления на дневной поверхности. Эти несогласия, очевидно, будут иметь серьезное влияние на скопление и региональную миграцию подземных жидкостей. [c.34] Большая часть этих осадочных образований отложилась под действием воды или непосредственно из морских бассейнов. Даже если эти осадки отложились в пустынных областях под действием ветров или иных рабочих агентов или же в случае формирования залежей любого вида, они были приподняты и подвергнуты поверхностной эрозии, то на конечном этапе погружения они оказались насыщенными грунтовыми водами. Таким образом, следует ожидать, что все горные породы, залегающие под земной поверхностью и обладающие поровым пространством, должны быть насыщены жидкостью, что и подтверждается в действительности. Обычно в глубоко залегающих морских отложениях последние содержат погребенную или сингенетичную воду. Возможно также, что эта вода проникла под давлением в отложения из смежных коллекторов или мигрировала с далеких расстояний через пористые сообщающиеся каналы. В нефтяных и газовых залежах сингенетическая вода, поступив туда после отложения осадочных образований, может явиться частью общего содержания жидкостей в породе. [c.34] В некоторых случаях можно встретить и повышенные давления, особенно в артезианских источниках, где продуктивный пласт имеет. активный выход на поверхность, через который может беспрерывно поступать в пласт значительное количество воды. [c.35] С осадкообразованием, заключенную в них в процессе отложения или же мигрировавшую в эти формации спустя некоторое время после отложения осадков. [c.36] Более точное разграничение этих двух зон может быть сделано по давлению воды. В действительной капиллярной зоне давление будет меньше атмосферного, а в зоне грунтовых вод давление будет выше атмосферного. Тогда фактический уровень грунтовых вод определяется поверхностью, где давление жидкости равно атмосферному давлению. [c.36] где почва не залегает под плоскостью раздела насыщения, она обычно содержит в поверхностном слое мощностью от 0,3 до 1,5 м, за исключением засушливых периодов, 75% воды от объема полного насыщения последнего. Таким образом, количество воды, собирающейся в этой зоне, колеблется от 4% по весу С) хой грубозернистой смеси песков до 32% в глинах с тончайшим строением. [c.37] Мы не будем дальше разбирать детальным образом движение воды в капиллярной зоне. Но следует отметить, что эти процессы имеют большое экономическое значение. Так, в течение засушливых периодов поддержание соответствующего обеспечения влагой растений, корни которых не достигают водного зеркала, зависит от капиллярного эффекта. Более того, скорость испарения, а отсюда понижение водного зеркала, в большой степени зависит от строения поверхности почвы. Дыхание почвы, которое получается в результате нисходящего просачивания поверхностных вод, изменений барометрического давления и температуры, обеспечивает глубокое проникновение в почву воздуха, необходимого для поддержания в ней органической жизни. Эти же явления оказывают существенную помощь для нормального процесса диффузии рассеянных и постепенно удаляющихся из почвы газообразных продуктов органических реакций. Без этого обстоятельства медленный процесс одной нормальной диффузии может привести в результате этого к условиям равновесия газового содержания почвы, совершенно отличного от фактически существующего, что даст резкое отличие в изобилии и видах органической жизни в почве. [c.39] Выше уже было замечено (гл. 1, п. 14), что зона грунтовых вод состоит из 1) поверхностной зоны движения последних, где миграция вод подчиняется гравитационному фактору, и 2) глубоких зон, где пористую среду можно рассматривать как имеющую верхнюю и нижнюю перемычки, а сами системы определяются течением через пространственно ограниченные пористые коллекторы. В большинстве исследований, относящихся к рассматриваемому вопросу, изучается второй тип зон, так как он относится не только к глубоким зонам грунтовых вод, но в равной степени приложим и к еще более глубоким зонам с погребенной водой. Рассмотреть детально все бесчисленные типы проблем, относящихся к поверхностной зоне движения вод, не представляется возможным, но дать краткий обзор общих характеристик будет весьма полезно. Это послужит не только введением к практическим положениям, непосредственно вытекающим из дальнейших аналитических рассуждений, относящихся к этой специфической проблеме, но работу поверхностных вод можно будет подвергнуть в значительной мере непосредственному рассмотрению. Такие непосредственные наблюдения за их работой представляют промышленный интерес и дают неоценимый метод познания практических сторон движения вод через пористую среду. [c.40] Вернуться к основной статье