лекции / Маслов В.В. Лекции по дисциплине «Инженерная Геология»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА

Факультет геологии и геофизики нефти и газа Кафедра общей и нефтегазопромысловой геологии

ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ»

Направление подготовки академический бакалавриат

21.03.01 «Нефтегазовое дело» очно-заочная форма обучения

Преподаватель: Маслов Вадим Владимирович, кандидат геолого-минералогических наук,

доцент кафедры общей нефтегазопромысловой геологии

МОСКВА 2021

Содержание:

2

Геология как наука о Земле

Геология – наука о составе, строении и закономерностях развития Земли, других планет Солнечной системы и их естественных спутников.

Нефтегазовая геология – прогноз, поиск и разведка полезных ископаемых

– сопровождение процесса разработки и эксплуатации месторождений – геоэкология (охрана окружающей среды, в том числе недр)

Направления исследования науки геология:

oДинамическая геология:

●Минералогия

●Кристаллография

●Петрография

●Геохимия

●Гидрогеология

●Инженерная геология

●Геоморфология

●Морская геология o Историческая геология:

●Региональная геология

●Геотектоника

●Палеонтология

●Четвертичная геология

●Теоретические основы поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений

Методы изучения геологических объектов:

1) Прямые

Позволяют непосредственно (прямо) изучать вещество пород, полезных ископаемых.

Изучение – горных выработок, естественных обнажений, шурфы, карьеры, буровые скважины.

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая буровая скважина в мире. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 метра.

2) Косвенные (геофизические)

3

Метод позволяет изучить различные физические свойства глубинных недр Земли – скорость распространения в них упругих волн, электропроводность, магнитную восприимчивость и т.п.

По характеру изучаемых физических свойств различают:

●Электрометрия

●Магнитометрия

●Сейсморазведка

●Гравиметрия

Современное представление о происхождении Земли и Солнечной системы

Считается, что "колыбелью" будущего Солнца и планет Солнечной системы явилось исходное газопылевое протопланетное облако, которое образовалось из межзвёздного газа и скопления железосиликатной пыли нашей Галактики.

Первичное протопланетное облако – прародитель будущей Солнечной системы было, вероятно, довольно однообразным по составу и слабо дифференцированным.

Образование газопылевых облаков обычно происходит за счёт сгущения преимущественно атомов водорода.

Самопроизвольное гравитационное сжатие облака

Самопроизвольное гравитационное сжатие облака – коллапс приводит к образованию сгущения, включающего до 99% всей массы первичного облака.

Одновременно возрастает его внутренняя температура. Тепловое движение атомов становится всё быстрее, и при столкновении друг с другом они обнаруживают тенденцию к слиянию. Возникают термоядерные реакции, общим результатом которых является превращение водорода в гелий и выделение огромного количества энергии.

В результате термоядерного «Большого взрыва» и возникло Протосолнце. «Рождение» Земли, как планеты Солнечной системы, произошло порядка 4,6 млрд. лет назад.

4

В соответствии с принятой нами моделью, вначале она представляла собой относительно холодное, практически не дифференцированное космическое тело.

Современное строение Земли:

•Внешнее строение (форма и размер)

•Внутреннее строение (геосферы)

•Литосферные плиты и причины движения плит

Под формой Земли понимают форму ее физической поверхности, т.е. поверхности материков и дна Мирового океана.

Фигурой Земли принято считать истинную форму уровненной поверхности Земли, данное тело достаточно сложной формы называется Геоидом.

Синим цветом обозначены области с отрицательной аномалией, там геоид поднимается над сферой; красным — с положительной аномалией, там геоид уходит вниз.

Физические характеристики Земли:

Современные результаты измерения геоида показывают:

●Поверхность превышает 510 млн. км2

●Объем составляет 1,083 млрд. км3

●Радиус равновеликого геоида, составляет 6356-6378 км

●Масса 5,98-1021 т.

●Средняя плотность 5,517 г/см3

●Давление возрастает с глубиной от 1,3 до 4х105 Мпа

●Температура увеличивается с глубиной от 1,6х1021 К, в центре вероятно 5-6х1021 К

Границы раздела (концентрические оболочки – геосферы):

oЗемная кора (литосфера) — твердая оболочка, (средняя толщина 33 км.) характеризуется высокой прочностью и упругими свойствами, залегает на пластичном астеносферном слое. Существует три типа земной коры:

континентальная, океаническая, промежуточная

oМантия самая крупная геосфера — она составляет 83 % объема планеты и около 66 % ее массы. Мантия Земли распространяется до глубины 2900 км.

5

oЯдро занимает около 17 % ее объема и составляет 34 % массы планеты. Ядро состоит из внешней оболочки до глубины 5146 км и внутреннего ядра до 6371 км.

Модель внутреннего строения Земли глубинные геосферы:

По современным сейсмическим данным, в Земле выделяют около двух десятков границ раздела, в целом свидетельствующих о концентрически расслоенном строении ее недр. Основными из этих границ являются две: поверхность Мохоровичича (Мохо или просто М) на глубине 30-70 км на континентах и 5-10 км под дном океанов, а также поверхность Вихерта — Гутенберга на глубине 2900 км. Эти границы делят нашу планету на три основные оболочки или геосферы:

o Земную кору — внешнюю каменную оболочку, расположенную над поверхностью Мохоровичича;

oМантию Земли — промежуточную силикатную оболочку, ограниченную поверхностями Мохоровичича (вверху) и Вихерта—Гутенберга (внизу);

oЯдро Земли — центральное тело нашей планеты, расположенное ниже поверхности Вихерта — Гутенберга.

Литосферные плиты

Литосферные плиты – это жесткие упругие блоки литосферы, вертикальные размеры которых много меньше горизонтальных. Литосфера состоит из ряда крупных и малых плит, отделенных друг от друга дивергентными, конвергентными и трансформными границами.

Литосферные плиты по своему строению и составу делят на океанические,

континентальные и смешанные.

Вдоль границ между главными плитами, отражая из взаимодействия, возникает множество мелких блоков – Микроплит.

Толщина литосферных плит меняется в широких пределах: океанические от 7-10 до 80-90 км, континентальные до 250-350 км.

6

Главные литосферные плиты:

●Тихоокеанская

●Северо-Американская

●Евразийская,

●Африканская

●Южно-Американская

●Индо-Австралийская

●Антарктическая.

Малые плиты: Наска, Кокос, Скоша, Филиппинская, Карибская, Аравийская, Китайская, Индостанская и др.

Причины движения литосферных плит

Движущей силой литосферных плит является химико-плотностная тепловая конвекция вещества мантии. На современном этапе геологического развития Земли наиболее вероятна обще мантийная конвекционная модель.

Движение литосферных плит по поверхности Земли носит закономерный характер. Движение плит направлено от областей, где к подошве литосферы подходит восходящий конвекционный поток (рифтовая долина), к тем районам, где конвективный поток трансформируется в нисходящую ветвь (зона субдукции).

Наряду с силами трения в механизме движения плит участвуют силы растяжения (силы тянущего блока).

7

Границы литосферных плит:

●Дивергентные или конструктивные – границы наращивания

●Конвергентные или деструктивные – границы поглощения

●Трансформные – границы скольжения

Среднее содержание химических элементов в земной коре

Впервые химический состав земной коры был установлен в 1889 г. американским геохимиков. Ф.У. Кларком, посвятившим более 40 лет решению данной проблемы.

Основные элементы по Кларку:

●кислород (кларк 49,52 %), кремний (25,75 %), алюминий (7,51%) – в сумме

82,78 %.

●железо (4,7%), кальций (3,29%), калий (2,4%), натрий (2,64%), магний

(1,94%)

8

Химический и минеральный состав недр Земли

(установлено по геофизических и экспериментальных данных):

Верхняя и нижняя мантия – сложена ультраосновными породами, обогащенными Fe и Mg, но в тоже время обедненными кремнеземом. Основными минеральными веществами верхней мантии являются оливин и пироксены.

Ядро – при расчетном давлении около 1,5 Мбар, глубина 5120 км. Слагающее вещество состоит из Fe с 10% Ni и небольшой примесью серы во внешнем ядре, которая образует с железом минерал троилит.

Геофизические поля

Гравитационное поле или поле силы тяжести на поверхности Земли складывается в основном из двух сил – притяжения и центробежной.

Центробежная сила на полюсах отсутствует, поэтому тела с одинаковой массой на полюсе весят больше, чем на экваторе.

Закон распределения силы тяжести g на поверхности Земли был выведен французским математиком А.К.

Клеро: g=gэ+(gп-gэ)*sin2ψ gп, gэ – ускорение силы тяжести на экваторе и на полюсе, ψ – географическая широта.

Поле сила тяжести называется редукция Буге.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле земли обусловлено причинами внутренней динамики Земли (конвективные движения проводящего вещества) динам Электрическое поле Земли

Электрическое поле Земли

Возникновение природного конденсатора: ионосфера обладает положительным зарядом, а литосфера – отрицательным.

Изолятором служат плотные слои атмосферы. Величина заряда природного конденсатора в нижних слоях атмосферы достигает 100 В, а в период грозы значительно больше.

Электрическое поле тесным образом связано с магнитным полем Земли.

9

Время в геологии

Абсолютное и относительное летоисчисление.

Первым, кто четко разграничил понятие абсолютного и относительного времени был Исаак Ньютон. Периодическая повторяемость бесчисленного множества сменяющих друг друга во времени геологических процессов и событий – явление широко распространенное. Это проявляется в чередовании трансгрессий и регрессий, изменениях геодинамического режима и палеоклимата, смены типов палеоландшафтов и многих других явлениях необратимой эволюции Земли.

Абсолютное летоисчисление

Абсолютная геохронология позволила надежно датировать в абсолютном летоисчислении (миллионы лет) все рубежи современной геохронологической шкалы.

Методы:

●Уран-свинцовый

●Рубидий-стронциевый

●Самарий-неодимовый

●Калий-аргоновый

●Радиоуглеродный

Относительное летоисчисление

Относительная геохронология определяет возраст горных пород относительно друг друга, какие слои образовались раньше и являются более древними, какие позднее, являясь молодыми. Относительная геохронология не дает представления о продолжительности формирования тех или других геологических тел, но позволяет судить о последовательности их образования во времени.

Методы:

●Стратиграфический

●Литолого-петрографический

●Палеонтологический

10