Нефть и газ, перспективы нефтегазоносности.

С середины 18 века в пределах Московской синеклизы известны накопления нефти и газа на поверхности земли. Так проявления горючего газа известны на р. Сить в Тверской области, на р. Кострома в районе г. Солигалич, на оз. Галич. В выходах ордовикских отложений в Прибалтике, в Ленинградской области обнаружены пропитанные битумом и асфальтом породы. При бурении на Даниловской площади, расположенной в Среднерусском авлокогене получены непромышленные притоки нефти и газа. В скважине Бутово-4, пробуренной в пределах Москвы, из вендских отложений поднят керн, пропитанный нефтью. Все эти данные позволяют связывать с разрезом осадочного чехла Московской синеклизы определенные перспективы нефтегазоносности.

В. П. Гаврилов с соавторами пишут, что признаки нефтегазоносности рифейских и вендских отложений Московской синеклизы весьма показательны (рисунок). Так, из рифейских отложений непромышленные притоки получены на Даниловской, Солигаличской и других площадях.

Из вендских отложений в нескольких скважинах на Даниловской площади были получены притоки высококачественной нефти. Извлекаемые ресурсы газа Московской синеклизы по рифейскому комплексу оцениваются в 1,6 млрд. м³ и по вендскому комплексу - 2,2 млрд. м³. Извлекаемые ресурсы нефти по рифейскому комплексу составили 3,4 млн. т, а по вендскому - 1,8 млн. т (Гаврилов и др., 2000).

 

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

Выветривание.

Большинство геологических процессов на поверхности Земли обусловленных действием солнечной энергии и силы тяжести, называются экзогенными. Все горные породы под воздействием различных факторов постепенно разрушаются — выветриваются. Образовавшиеся мелкие обломки (дресва, песок, глина) смываются дождем, водными потоками и перемещаются. Этот процесс называется денудацией (лат. «денудо» — смыв). В дальнейшем весь рыхлый материал где-то накапливается — происходит его аккумуляция. Процесс разрушения первоначально монолитных горных пород является очень важным в ряду выветривания, денудации и аккумуляции. Приходя в контакт в поверхностной части Земли с атмосферой, гидро- и биосферой, горные породы, ранее находившиеся на глубине, подвергаются изменению состояния, нарушению сплошности и дезинтеграции, т.е. разрушению на мелкие частицы.

 

Виды выветривания.

Механическое.

Морозное или механическое выветривание связано с увеличением объема воды, попавшей при замерзании в трещины. Вода, замерзая, превращается в лед, объем которого на 10% больше, и при этом создается давление на стенки, например трещин, до 200 МПа, что значительно больше прочности большинства горных пород. Такое же расклинивающее действие на породы оказывают кристаллы соли при их росте из раствора. Механическое расклинивающее воздействие на горные породы оказывают корни деревьев и кустарников, которые, увеличиваясь в объеме, создают большое добавочное напряжение на стенки трещины. Хорошо известно, как раньше раскалывали гранитные блоки. В них забивали дубовые клинья, поливали водой и разбухший клин Разрывал породу на блоки. Даже мелкие грызуны, а также черви, муравьи и термиты оказывают механическое воздействие на горную породу, роя ходы глубиной до 1,5 м. Земляные черви способны переработать до 5 т почвы на 1 га за 1 год. При этом поверхностные слои почвы обогащаются гумусом. Улитки высверливают глубокие ходы в карбонатных породах, а муравьи роют неглубокие но многочисленные ходы, разрыхляя почву и способствуя проникновению в нее воздуха.

Очевидно, что температурное выветривание шире всего проявляется в условиях жаркого климата, особенно в пустынях, где велики перепады дневных и ночных температур, достигающие 50 "С. Морозное выветривание свойственно полярным и субполярным областям, а также высокогорьям, для которых характерны развалы обломков горных пород.

 

Химическое

Химическим выветриванием называется разрушение горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислоты и органических кислот, содержащихся в воздухе и воде и воздействующих на поверхность пород, растворяя их.

Химическое выветривание представлено несколькими основными типами: растворением, окислением, гидратацией, восстановлением, карбонатизацией, гидролизом.

Растворение  играет наиболее важную роль, так как связанно с воздействием воды, в которой растворены ионы Na+,Mg2+,Ca2+, Cl -,So2-, HC03-.Особенно существенны ионы водорода Н+, гидроксильный ион ОН" и содержание О2, СО2 и органических кислот. Как известно, концентрация ионов Н+ оценивают в виде рН — логарифма концентрации ионов. При рН = 6 растворимость железа в 100 тыс. раз (!) больше, чем при рН = 8,5. Глинозем А12О3, при рН = 5-9 практически нерастворимый, при рН <4 прекрасно растворяется. Кремнезем SiO, значительно увеличивает свою растворимость при переходе от кислых растворов с рН < 7 к щелочным рН>7. Отсюда ясно, какую важную роль играет водородный ион в ускорении процессов химического выветривания, в частности растворения.

Хорошо растворяются соли хлористо-водородной и соляной кислот. Так, на 100 частей воды по весу растворяется 36 частей NaCl, 32 - RC1, 56 - MgCl, 67 - CaCI. Карбонаты и сульфаты растворяются хуже, например на 10 тыс. частей воды всего 20

частей CaSO4 или 25 частей CaSO4 ■ 2Н2О. Еще хуже растворяются карбонатные породы: известняки, мергели, доломиты. Однако если растворение продолжается длительное время, то возникает большое разнообразие карстовых форм рельефа, включая глубокие, многокилометровые пещеры (см. гл. 8).

  Окисление представляет собой взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидроксидов, если присутствует вода. Сильнее всего окисляются закисные соединения железа, марганца, никеля, серы, ванадия и других элементов, которые легко соединяются с кислородом. Легко окисляется такой распространенный минерал, как пирит:

FeS2 + n O2 + m H2O -> FeSO4 -> Fe2 (SO4) -» Fe2O3 ■ n H2O.

Таким образом, на «выходе» после окисления получается такой распространенный минерал, как лимонит, или бурый железняк. На многих месторождениях сульфидных руд встречается «шляпа», или «покрышка» из бурого железняка — результат одновременных окисления и гидратации. Для нижних частей почвы характерны отрзанды — корки лимонита, цементирующего песок. Следы окисления в виде пород, окрашенных в бурый, охристый цвет, наблюдаются везде, где в породах содержатся железистые минералы или их включения. Во влажном и жарком климате при испарении воды образуются бедные водой минералы группы гематита Fe2O3 с красной окраской. Поэтому в тропических областях коры выветривания превращаются в твердую красную породу — латерит (лат. «латер» — кирпич).

Восстановление происходит в отсутствии химически связанного кислорода, когда сильным восстановителем является органическое вещество, сформировавшееся в результате отмирания болотной растительности. При этом необходимы анаэробные условия в неподвижной застойной воде, например в болотах. Породы с оксидом железа, окрашенные в бурые, желтые и красноватые цвета, восстановительные процессы превращают в серые и зеленые. Под торфом иногда возникает серо-зеленая глинистая масса, называемая глеем.

Гидролиз - сложный процесс, особенно затрагивающий минералы из группы силикатов и алюмосиликатов. Он происходит при взаимодействии ионов Н+ и ОН" с ионами минералов, следовательно, для гидролиза всегда необходима вода. Гидролиз приводит к нарушению первичной кристаллической структуры минерала и возникновению новой структуры уже другого минерала. Наиболее распространенный пример -это гидролиз ортоклаза, одного из полевых шпатов, часто встречающегося в горных породах, особенно в гранитах. Гидролиз в присутствии СО2 приводит к образованию нерастворимого минерала каолинита и выносу бикарбоната калия и кремнезема:

K2A!2Si6O10 + 2 Н2О + СО2 -> H2Al2Si20,«Н2О + К2СО3 + 4 SiO2.

ортоклаз                                   каолинит

Каолиновая глина, покрывая панцирем выветривающуюся породу, препятствует ее дальнейшему разрушению. Будучи довольно устойчивым минералом, каолинит при определенных условиях способен к дальнейшему разложению с образованием еще более устойчивых минералов, например гиббсита А10(0Н)3, входящего в состав боксита, основной руды для получения алюминия.

Карбонатизация представляет собой реакцию ионов карбоната и бикарбоната с минералами, которая ведет к образованию карбонатов кальция, железа, магния и др. Большая часть известных нам карбонатов хорошо растворяется в воде и выносится из зоны выветривания. Именно поэтому грунтовые воды в таких местах обладают высокой жесткостью.

Гидратация — это процесс присоединения воды к минералам и образование новых минералов. Самый простой пример — переход ангидрита в гипс:

CaSO4 + 2 Н2О о CaSO4 • 2Н2О. Или гематита в гидроокислы железа:

Fe2O3 + п Н2О о Fe2O3 • п Н2О.

Объем породы при гидратации увеличивается, что может привести к деформациям отложений.

  Биологическое

Биологическое выветривание. Живое вещество, с точки зрения В.И. Вернадского, создает химические соединения, которые могут производить большую геологическую работу.

Горные породы на поверхности содержат огромное количество микроорганизмов. На 1 г выветрелой породы может приходиться до 1 млн бактерий. Как только порода начинает выветриваться, на ней сразу же поселяются бактерии и сине-зеленые водоросли, затем лишайники и мхи, которые растворяют и разрушают поверхностный слой породы, и после их отмирания на ней образуются углубления, ямки, борозды, заполненные сухой биомассой отмерших организмов. Изучение поверхности камней под микроскопом, слагающих древние храмы, дворцы, церкви, жилые здания и другие показывает, что на них находится множество разнообразных организмов — бактерии (цианобактерии, актиномицесты), водоросли, грибы, протисты, членистоногие, лишайники и др. Наиболее распространены грибныефы (ветвящиеся тяжи) и микроколонии из округлых клеток. Грибы, как правило, интенсивно окрашены различными пигментами — меланином, каротиноидами, микроспоринами, которые вызывают потемнение трещин и придают поверхности мрамора, например, красновато- бурый, бурый — почти черный цвет. Еле заметные трещинки на поверхности камней обладают другими экологическими обстановками, нежели обстановки на гладкой поверхности породы. Там больше влаги и меньше света. Поэтому в субаэральных пленках на поверхностях камней преобладают микроскопические грибы, гифы которых активно растут, удлиняются и в конце концов покрывают всю поверхность камня.

Таким образом, на поверхности горных пород формируются сообщества микроорганизмов, играющие важную роль в процессах выветривания.

Биота, поселившаяся на поверхности горных пород, извлекает из нее необходимые для жизни химические элементы — Р, S, К, Са, Mg, Na, В, Sr, Fe, Si, Al и другие, что подтверждается их большим содержанием в золе растений, выросших на горных породах. Даже Si извлекаются из кристаллических решеток алюмосиликатов. Следовательно, организмы участвуют в разложении минералов. Однако они и возвращают новые химические элементы в геологическую среду. Тем самым происходит круговорот веществ, обусловленный активностью биоты.

Следует отметить, что в процессах химического выветривания организмы участвуют и косвенным путем, выделяя, например, кислород при фотосинтезе, образуя СО2 при отмирании растений, провоцируя образование весьма агрессивных органических кислот, которые резко усиливают растворение и гидролиз минералов. Такое воздействие наиболее интенсивно происходит во влажном, тропическом климате, в густых болотистых лесах, в которых опад (отмершие растения, листья и др.) составляет почти 260 ц/га. Вода в подобных джунглях обладает кислой реакцией и активно растворяет горные породы, нарушая связи в кристаллической решетке минералов.

                         Процессы гипергенеза и коры выветривания

Под зоной гипергенеза понимается поверхностная часть земной коры, непрерывно подвергаемая воздействию различных экзогенных факторов и в которой горные породы стремятся войти в равновесие с непрерывно изменяющейся окружающей геологической средой. Термин «гипергенез», введенный знаменитым Российским минералогом А.Е. Ферсманом, по существу является синонимом термину «выветривание». Гипергенные процессы проникают вглубь поверхностной части земной коры и оидои меняют ее в сильно расчлененном горном рельефе на сотни метров и даже первые километры.

Типы гипергенеза, установленные Б.М. Михайловым, включают в себя следующие обстановки. Поверхностный (континентальный) гипергенез происходит на поверхности суши и проникает вглубь с помощью нисходящей воды. К наиболее важным образованиям поверхностного гипергенеза относятся два вида.

1. Элювий, или кора выветривания представляет собой геологическое тело, развитое на определенной площади или вдоль какой-либо зоны в горных породах, сложенное продуктами переработки поверхностных горных пород процессами физического, химического и биохимического выветривания. Элювий не перемещается, он остается на месте разрушенных пород. Естественно, что процессы формирования элювия развиваются на слабо расчлененном, выровненном рельефе, достигшем стадии зрелости. Именно в таких условиях и формируются коры выветривания, представляя собой остаточные продукты разрушения пород. Кора выветривания, как и ее мощность, зависит от ряда факторов. Наиболее благоприятные условия создаются при высокой температуре, высокой влажности и выровненном рельефе. В условиях жаркого гумидного климата образуются латеритные красные коры выветривания, состоящие из минералов гидрооксидов и оксидов алюминия, железа и титана с примесью каолинита. В связи с тем, что верхняя часть коры выветривания обладает наибольшей степенью разложения первичного материала, в ней присутствуют глинозем (А12О3) и гидроокислы железа, которые придают элювию в сухом состоянии высокую прочность, напоминая красный кирпич. Эта твердая самая верхняя часть латеритной коры выветривания называется панцирем, или кирасой (франц. «кираса» — панцирь). Нижняя часть латеритной коры выветривания имеет неровную границу с глубокими карманами над более раздробленными участками пород, где залегает дресва — мелкие обломки этих же коренных горных пород. В областях с гумидным климатом распространен глинистый элювий — слой или толща глин, в которых сохраняется реликтовая структура коренных пород.

Над рудными залежами сульфидных руд иногда образуются рудные «шляпы», специфические коры выветривания, прочные корки из разложившихся сульфидных минералов.

2. Иллювий, или ипфильтрациопная кора выветривания — еще один из типов гипергенеза, в котором вещество, замещающее коренные породы, привнесено извне. Иллювиальные коры выветривания характеризуются различным составом и мощностью в зависимости от химического состава инфильтрующего раствора, физико-химических и климатических обстановок. Встречаются сульфатные, карбонатные, кремнистые и соляные (солончаки и солонцы) иллювиальные коры выветривания.

Выделяется также подводный гипергенез, или гальмиролиз, который связан с воздействием морской воды на отложения океанского или морского дна. Магматические породы в этом случае располагаются с образованием глин, а вулканические пеплы превращаются в особую глинистую массу.

Современные коры выветривания обладают небольшой мощностью и они, как правило, еще не сформировались, так как было недостаточно времени. В далекие геологические времена, когда большие пространства континентов обладали слабо расчлененным, выровненным рельефом, в условиях благоприятного климата формировались мощные до 100 м и более коры выветривания, обладающие характерным вертикальным профилем. В их основании располагалась дресва коренных пород, сменяемая выше зоной с гидрослюдами, и в верхней части разреза находилась толща каолиновых глин. Подобный вид разреза древней мезозойской коры выветривания характерен для гранитных пород Урала, а для других коренных пород зональная последовательность в коре выветривания может быть иной. С древними  корами выветривания связаны разнообразные полезные ископаемые, такие как бокситы — основное сырье для получения алюминия; гидроокислы окислы железа, марганца; гидросиликаты никеля, развитые по ультраосновным породам, и др. 

В настоящее время наблюдаются лишь сохранившиеся татки древних кор выветривания, уцелевшие от эрозии в западинах и карманах рельефа. Раньше они были площадными занимая большие пространства или, наоборот, имели линейный" характер, будучи приуроченными к раздробленным зонам крупных разломов.

Чаще всего перечисленные типы выветривания действуют одновременно. Однако под воздействием климата, водного режима, смены суточной и сезонной температур решающим становится какой-нибудь один тип, подчиняясь климатической зональности. Так, во влажной тропической зоне химическое выветривание благодаря высокой температуре протекает интенсивно, с максимумом выщелачивания. Несколько менее энергично такое же выветривание происходит в таежно-подзолистой зоне. В пустынях, полупустынях и тундре преобладает физическое выветривание, тогда как химическое сходит на нет.  

Выветривание происходит всегда и везде. Даже на пирамиде Хеопса в Гизе, в предместье Каира, за последнюю1000 лет потеря материала поверхности известняковых блоков составила 0,2 мм гранитных облицовочных плит - 0,002 мм/год. Современной загрязнение воздушной среды способствует быстрому выветриванию древних каменных скульптур, храмов и памятников.

 

 

        Геологическая деятельность поверхностных водных потоков

Геологическая деятельность рек относится к экзогенным геологическим процессам. Геологические процессы видоизменяют земную кору и ее поверхность, приводя к разрушению и одновременно созданию горных пород. Экзогенные процессы обусловлены действием силы тяжести и солнечной энергии.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РЕК

Мощные водные потоки рек, расчленяющие огромные пространства суши, производят значительную эрозионную, переносную и аккумулятивную деятельность. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Интенсивность работы рек определяется их живой силой, т. е. кинетической энергией, равной mv²/2, где m - масса воды; v - скорость течения. Последняя зависит от уклона продольного профиля и определяется по формуле Шези: v = с , где с - коэффициент, зависящий от шероховатости русла; R - гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения водотока к смоченному периметру; i - уклон.

Под уклоном понимается величина перепада высот, деленная на расстояние по горизонтали, на котором наблюдается этот перепад.

На интенсивности процессов в речных долинах сказывается турбулентный характер течения, когда молекулы воды движутся беспорядочно или по перекрещивающимся траекториям, наблюдаются различные завихрения, вызывающие перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности. Наибольшие скорости наблюдаются в приповерхностной части потока на стрежне, меньше у берегов и в придонной части, где поток испытывает трение о породы, слагающие русло. Вдоль реки скорость течения также меняется, что связано с наличием перекатов и плёсов, нарушающих равномерность уклона.

Питание рек бывает: снеговое, ледниковое, дождевое, смешанное, за счет подземных вод. В зависимости от характера и интенсивности питания изменяются режим рек, количество и уровень воды, а также скорость ее течения. В соответствии с изменением уровня воды в реке говорят о высоком горизонте, соответствующем половодью, и низком меженном горизонте, или межени, наступающей после спада половодья. Помимо этого, в реках наблюдаются периодические паводки, соответствующие кратковременному повышению уровня воды от затяжных дождей.