Геосистеми осадової товщі, принципи їх визначення та вивчення їх ролі у формуванні сучасних ландшафтів (реферат)

Реферат на тему:

ГЕОСИСТЕМИ ОСАДОВОЇ ТОВЩІ, ПРИНЦИПИ ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ ТА ВИВЧЕННЯ ЇХ РОЛІ У
ФОРМУВАННІ СУЧАСНИХ ЛАНДШАФТІВ

 

Логічно припустити, що гідростатичні аномалії можуть здійснювати не
тільки опосередкований вплив на перебіг ландшафтних процесів, у
більшості випадків цей вплив може здійснюватися безпосередньо. Звернемо
увагу на такий загальновідомий факт, як зв’язок геоморфологічних
аномалій з нафтогазоносними структурами / 3, 6/, Традиційно, його
пояснення базувалося на їх неотектонічній активності. При цьому
практично не приділялося уваги такому важливому, а фактично головному
питанню, як проблема пошуку джерел енергії, за рахунок яких відбувається
їх активізація. Але, якщо є неотектонічна активність, то повинне бути і
джерело енергії. Для висвітлення цієї проблеми розглянемо умовну модуль
осадової товщі, у якій має місце чергування флюїдотривких (глин, солей
та т.п.) та флюїдопроникних (пісків, піщаників, доломітів) горизонтів,
останні слід розглядати як колектори, у межах яких можливе накопичення
води, нафти та газів (рис.1).

Припустимо, що в осадовій товщі в наслідок дії якихось процесів
утворилася ембріональна складка, яка на початковому етапі розвитку була
заповнена водою. У цей час у її межах діє наступна група геостатичних та
гідростатичних сил (рис.1): РВ — вага осадових верств, які знаходяться
вище перекриття (флюїдотривкого горизонту); Рс- сила пружності гірських
порід, які знаходяться нижче перекриття, і, яка виникла в результаті дії
ваги верхніх горизонтів. Ці дві сили є рівними за абсолютною величиною,
але має протилежний напрямок; Рg — гідростатичний тиск, що дії зверху на
перекриття; Рz — гідростатичний тиск у колекторі. За наявності цих сил,
умовою стабільності структури є рівняння /8/

РВ+Рс=Рg+Рz (1)

Логічно припустити, що порушення цієї рівноваги призведе до активізації
структури. В залежності від причин її порушення структура почне або
опускатися, або підніматися . Розглянемо які причини можуть порушити
встановлену рівновагу. Теоретично ними можуть бути: 1) зміна питомої
ваги води у структурі (наприклад, за рахунок зміни ступеню
мінералізації, або температури); 2) заміщення води нафтою або газом,
питома вага яких значно менша, від питомой ваги води; 3) зняття
статичного навантаження на структуру в результаті ерозії земної
поверхні, або за рахунок техногенної діяльності. Перші два чинники мають
одну й ту ж саму фізичну основу. Зміна питомої ваги води, що виповнює
структуру або її заміна більш легкими нафтою або газом призводить до
утворення додаткового тиску, величина котрого визначається за формулою

 

, (2)

де ? P — додатковий тиск; h — початкова висота структури; ? b — питома
вага води; ? w -питома вага вуглеводнів.

У певний час геологічного розвитку починається міграція вуглеводнів, яка
призводить до заміщення води в ембріональних структурах більш легкими
вуглеводнями і виникнення додаткової сили — надлишкового тиску, вектор
якої скерований догори. Внаслідок появи додаткової сили відбувається
порушення початкової рівноваги і починається ріст структури. Амплітуда
зміни висоти структуру орієнтовно може бути визначена за формулою

, (3)

де ? h — амплітуда приросту висоти структури; ? z -середнє значення
питомої ваги гірських порід.

Як показує практика, досить часто виникають проблеми з розумінням
механізму утворення додаткового тиску в антиклінальних структурах, тому,
враховуючи його значення для розуміння проблеми в цілому, є потреба
розглянути його більш докладніше. На секціях А та Б рис. 2 наведений
приклад утворення додаткового тиску у трубці яка занурюється у воду. При
зануренні манометр, який приєднаний до трубки покаже тиск, що
створюється вагою стовпа води на нижньому її зрізі. Його виникнення
пов’язане з тим, що вага стовпа води (до глибини занурення Н)
компенсується тільки вагою повітря, питома вага якого значно менша за
питому вагу води. Але створити той же самий тиск можна і іншим шляхом,
який, за своєю фізичною суттю еквівалентний до утворення додаткового
тиску у покладах вуглеводнів. Для цього зануримо на ту саму глибину
трубку, яка мала отвір у верхній частині. В ході занурення повітря з неї
витісниться водою і додатковий тиск не утвориться. Він може виникнути
тільки тоді, коли ми, попередньо закривши отвір у верхній частині
трубки, через іншу трубку (секції В та Г) будемо нагнітати до неї
повітря знизу. У цьому випадку повітря, як біль легке буде підніматися
догори трубки, витісняючи при цьому з неї воду. І це буде продовжуватися
до того час, аж поки повітря повністю не витисне воду. Величина
додаткового тиску, при цьому варіанті буде дорівнювати його величині при
зануренні трубки заповненої повітрям. Але утворення додаткового тиску за
цією схемою є точною фізичною моделлю формування покладу вуглеводній в
осадовій товщі. Роль пастки у ній виконую трубка з манометром, а замком
покладу її нижній край. Якщо проводити аналогію з відомими технічними
рішеннями, то легко зауважити подібність дії розглянутої вище моделі до
роботи механізмів у основі яких лежить рух поршнів у двигунах різних
типів, домкратів та мембран.

Як видно з формули 1, чинником порушення рівноваги може буди також
зменшення геостатичного навантаження, що може бути пов’язане з проявом
ерозійно-денудаційних, а деяких випадках і антропогенних процесів, на
земній поверхні.

Останнє пов’язане з переміщенням значних мас гірських порід в відкритих
копальнях та під час масшабних будов. Так, наприклад, після створення
котловану глибиною 20 м під час будови Саратовської ГЕС амплітуда
підняття його дна становила 10 см, а збільшення пористості гірських
порід (від 0.76 до 0.86) спостерігалося до глибини 50м. Цей факт для
теоретичного ландшафтознавства має принципове значення з тієї точки
зору, що доводить можливість, спровокованого в результаті господарської
діяльності, зародження геосистем, які впливають не тільки на зміну в
будові ландшафтів, а й призводить до активізації структур осадової
товщі. Дещо нижче ми розглянемо також можливість порушення рівноваги в
геологічних структурах в результаті експлуатації родовищ вуглеводнів та
нагнітання в структури технічної води. Зараз же звернемо увагу взагалі
на те обставину, що екзогенні чинники, у відповідності до запропонованої
моделі можуть провокувати початок активністі ПГО. З цих позицій цікаво
розглянути приуроченість значної кількості родовищ нафти та газу до
річкових долин. Їх формування пов’язане зі значним виносом мас гірських
порід, що веде до локального зняття геостатичного навантаження і, як
результат цього до початку деформування осадової товщі. Це є не що інше,
як утворення ембріональних складок. І якщо це збігається у часі з
міграцією вуглеводнів, або з притоком глибинних газів, тоді слід
очікувати, що ембріональні складки, що виникли під впливом екзогенних
чинників почнуть виповнюватися більш легкими субстанціями і розвиватися
у відповідності до наведеної вище схеми. Причому, на цьому етапі їх
розвиток практично вже не залежить від ендогенних чинників і вони
розвиватимуться автономно.

Таким чином, ми можемо зробити висновок, що процес складкоутворення не є
процесом чисто екзогенним, як це вважалося раніше, і що він при
визначених умовах може провокуватися також поверхневими явищами.
Наявність механічного зв’язку між ерозією та формуванням складок дає
підставу для виділення ландшафтно-геологічних систем, верхньою межею
яких є земна поверхня, а нижньою — зона згасання складки. Положення цієї
зони залежить від наявності в осадовій товщі пластичних верств — солей
або глин, тобто верст які здатні переміщуватися (перетікати) в умовах
осадової товщі, і перетікання яких може компенсувати дефіцит об’єму
гірських поряд нижче новоствореної складки . Як приклад цього можна
привести геологічний розріз Шугоровської антикліналі (рис.3.), в якій
виположування складки пов’язане з наявністю у розрізі глинистих
відкладів.

Аналізуючи можливі шляхи розвитку таких систем можна зазначити, що вони
відносяться до систем відкритого типу, структура функціональних зв’язків
яких обумовлює їх саморозвиток. Механізм саморозвитку базується на тому,
що чим значніший ріст структури тим більшим стає кут нахилу поверхні і
тим інтенсивнішими стають ерозійні процеси. Це, в свою чергу внеде до
подальшого зняття геостатичного навантаження і подальшого підйому
осадової товщі. Окрім того саморозвиток системи забезпечується також
допливом вуглеводнів у пастки, кількість яких, її висота покладу, а
також величина додаткового тиску визначаються рекурентним
співвідношення. Це означає, що стан змінної, що аналізується в певний
момент часу визначається, опріч станом інших змінних, її власним станом
в передній момент часу. Для систем, що аналізують припинення їх
саморозвитку обумовлене жвому чинниками. Перший, — припинення
надходження вуглеводнів, Другий, — розрив перекриття. Тобто кінець
розвитку цих систем обумовлюється зовнішніми по відношенню до їх
чинниками. Останій варіант припинення розвитку системи може призвести до
її зворотного розвитку, оскільки витік вуглеводнів викличе падіння тиску
в структурі і порушиться рівноваги, яка склалася на момент розриву
перекриття. Аналогічне за своєю суттю порушення рівноваги також можливе
і в результаті антропогенної діяльності, зокрема під час експлуатації
родовищ нафти та газу, що завжди супроводжується падінням тиску в
покладах. Виходячи з рівняння (2), ми повинні очікувати осідання
поверхні над експлуатованими покладами.

Як показують дослідження це явище досить широко поширене в регіонах, де
має місце експлуатація покладів нафти та газу. Так Г.Т.Овтанов / 5/
наводить дані, які свідчать про те, що в районі родовища Сабунчі
(Азербайджан) протягом 16 років щорічне осідання поверхні становило
приблизно 40 мм. Д.А. Лілієнберг / 4/ наводить приклади осідання
поверхні над родовищами Азербайджану до 1-2.5 м протягом 50 років. У США
над родовищами Вілінгтон і Солт-Лейк амплітуда опускання дорівнює 10 м
та 12 м за період 50 років. Щорічне опускання поверхні над Шебелинським
родовищем дорівнювало 25 мм, над родовищем Газлі (Узбекистан) — 10-20
мм, родовищем Гронінгем (Голландія) — 200 мм / /. Останній приклад є
цікавий тим, що родовище Гронінгем розташоване на землях, які були
відвойовані у моря, і постійне опускання поверхні призводить до його
підтоплення. Рівень підземних вод у цьому випадку відіграє роль репера,
відносно якого можна віксувати наявність вертикальних рухів.

З експлуатацією родовищ нафти та газу пов’язане також виникнення
техногенних землетрусів, які можуть досягати досить високих амплітуд, як
це було у Газлі у 1975 році / / та на Сахаліні у 1995 році. Незначні
поштовхи в районах нафтогазових промислів є звичайним явищем. Окрім
порушення існуючої рівноваги, виникнення техногенних землетрусів
пов’язане з геометрією локальних структур, яка може бути прирівняна до
конструкції арки. Така конструкція якийсь час може утримувати рівновагу
після зниження пластового тиску, але її руйнування відбувається
стрибкоподібно. Техногенні землетруси можуть бути також викликані
штучним підйомом рівня підземних вод у водосховищах, а також при
нагнітанні технічних вод у антиклінальні структури / 1, 2/. В обох
випадках це відбувається за рахунок порушення рівноваги між геостатичним
та гідростатичним тисками.

Яке ж практичне значення мають результати проведеного вище аналізу?
По-перше, знання структури геосистеми, закономірностей функціонування та
прояву у різних типах ландшафтів дозволяє теоретично обгрунтувати
використання ландшафтно-індикативних (дистанційних) методів в комплексі
різних видів географічних та геологічних досліджень. По-друге, дозволяє
свідомо підходити до прогнозу, зміни стану цих систем та пов’язаних з
ними ландшафтних утворень, в процесі природного розвитку, так і змін
викликаних антропогенною діяльністю, зокрема в зонах експлуатації
нафтових та газових родовищ, при видобуванні корисних копалин кар’єрним
способом, при будівництві великих промислових об’єктів. На останнє слід
звернути особливу увагу, тому значне переміщення гірських порід під час
будівництва може призвести до спонтанного зародження геосистем подібного
типу, розвиток яких будуть в майбутньому може вплинути на стан технічних
споруд і технологію виробництва, що може призвести до дуже небезпечних
наслідків. Можливо що ті проблеми які зараз існують на ряді АЕС зі
станом технічних споруд є пов’язаними з розвитком геосистем даного типу.
Сьогодні стверджувально відповісти на це питання не має підстав, але
теоретичне обгрунтування спонтанного зародження геосистем дозволяє
припустити таку можливість та заставляє поставити питання про врахування
такої можливості при проектуванні інших новобудов.

 

Література:

 

Гетенберг Ю.П. Гидрогеология и динамика подземных вод с основами
гидрогеологнии — М., 1980..

Киссин И.Г. Землетрясения и подземные воды. М., 1982.

Ласточкин А.Н. Неотектонические движения и размещение залежей нефти и
газа. Л., 1974.

Лилиенберг Д.А. и др. Комплексные исследования современных тектонических
движений на геодинамических полигонах Азербайджана. //Современные
тектонические движения земной коры. М., 1980.

Овтанов В.Г. Вскрытие пласта и освоение скважин. М., 1959.

Pazynych V.G. The Possibilities of Earth Electrostatic Field Data Use in
Hydrocarbons-accumulation Prospecting. //Nafta & Gas (Poland), №1, 1996.

Пазинич В.Г. Роль функціональних та динамічних ландшафтних зв’язків у
спустелюбванні та збереженні акумулятивних еолових форм рельєфу. УГР, №3
(23), 1988. С.23-29.

Фомин В.М., Валейшо В.О. Механизм формирования напряженного состояния в
очагах землетрясений, вызваных деятельностью человека. //Сов. геология.
1978. — №3..

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *