|
Реферат: Выветривание (Геология)
Выветривание - совокупность многих факторов: колебаний
температуры; химического воздействия различных газов (02) и кислот
(углекислота) растворённых в воде; воздействия органических веществ,
образующихся в результате жизнедеятельности растений и животных и при
разложении их остатков; расклинивающего действия корней кустарников и
деревьев. Иногда эти факторы действуют вместе, иногда по отдельности, но
решающее значение имеют резкая смена температуры и водный режим. В
зависимости от преобладания тех или иных факторов выделяют физическое,
химическое и биогенное выветривание. г
Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении
коренных горных пород под воздействием солнечной энергии, атмосферы и
воды. Горные породы подвергаются то нагреванию, то охлаждению. При
нагревании происходит расширение и увеличение их объёма, при охлаждении
- сжатие и уменьшение объёма. Это расширение и сжатие очень невелики;
но, сменяя друг друга не день и не два, а целые сотни и тысячи лет, они,
в конце концов, обнаружат свое действие. Горные породы состоят из разных
минералов, одни из которых расширяются больше, другие меньше. За счёт
разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения,
неоднократные действия которых приводят, в конце концов, к ослаблению
связей между минералами и порода рассыпается, превращаясь в скопление
мелких обломков, щебня, грубого песка. Особенно интенсивно разрушаются
много минеральные горные породы (граниты, гнейсы и др.). Кроме того,
коэффициент линейного расширения даже у одного и того же минерала
неодинаков в разных направлениях. Это обстоятельство при колебаниях
температуры вызывает напряжения и нарушения сцепления минеральных зёрен
и в одно-минеральных породах (известняк, песчаник), что приводит со
временим к их разрушению.
На скорость выветривания оказывает влияние величина слагающих её
минеральных зёрен, а также их окраска. Тёмные породы нагреваются, а
значит, расширяются больше, чем светлые, которые сильнее отражают
солнечные лучи. Такое же значение имеет и цвет отдельных зерен в породе.
В породе, состоящей из зёрен разного цвета, сцепление зёрен будет
ослабевать быстрее, чем в породе, состоящей из зёрен одного цвета.
Наименее устойчивы к смене холода и жары породы, состоящие из крупных
зёрен разного цвета.
Ослабление сцепления между зернами приводит к тому, что эти зерна
отделяются друг от друга, порода теряет прочность и рассыпается на свои
составные части, превращаясь из твердого камня в рыхлый песок или
дресву.
Температурное выветривание особенно активно происходит в областях
с жарким континентальным климатом - в пустынных районах, где очень
велики суточные перепады температуры и характерно отсутствие или весьма
слабое развитие растительного покрова, и малое количество атмосферных
осадков. Кроме того, температурное выветривание весьма интенсивно
протекает на склонах высоких гор, где воздух прозрачнее и инсоляция
гораздо сильнее, чем на соседних низменностях.
Разрушающее действие на горные породы в пустыне оказывают
кристаллики солей, образующиеся при испарении воды в тончайших трещинках
и увеличивающие давление на их стенки. Капилярные трещинки под действием
этого давления расширяются, и монолитность породы нарушается.
Различные породы разрушаются с различной скоростью. Великие
египетские пирамиды, сложенные из глыб желтоватых песчаников, ежегодно
теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей (у
подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м3/год). Скорость
выветривания известняков составляет 2 -3 см в год, а гранит разрушается
намного медленнее.
Иногда выветривание приводит к своеобразному чешуйчатому шелушению,
называемому десквамация пород. Это отслаивание тонких пластинок от
поверхности обнажённых пород. В результате неправильные по форме глыбы
превращаются в почти правильные шары, напоминающие каменные пушечные ядра
(например, в Восточной Сибири, в долине реки Нижняя Тунгуска).
Во время дождя утёсы намокают: одни породы - пористые, сильно
трещиноватые - больше, другие - плотные - меньше; потом они опять высыхают.
Попеременное высыхание и намокание тоже сказывается на ослаблении сцепления
частиц.
Ещё сильнее действует вода, замерзающая в трещинах и мелких пустотах
(порах) горных пород. Это происходит осенью, если после дождя ударит мороз,
или весной, после тёплого дня, когда на припёке тает снег и вода проникает
в глубь утёсов, а ночью замерзает. Значительное увеличение объёма
замерзающей воды вызывает огромное давление на стенки трещин, и порода
раскалывается. Особенно это характерно для высоких полярных и субполярных
широт, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы.
Здесь разрушение горных пород происходит главным образом под влиянием
механического воздействия периодически замерзающей воды, находящейся в
порах и трещинах горных пород (морозное выветривание). В высокогорных
областях скалистые вершины, как правило, разбиты многочисленными
трещинами, а их подножия скрыты шлейфом осыпей, которые сформировались за
счет выветривания.
Благодаря избирательному выветриванию появляются разнообразные "чудеса
природы" в виде арок, ворот и т.д., особенно в пластах песчаников. Для
многих районов Кавказа и других гор очень характерны так называемые
"истуканы" - пирамидальные столбы, увенчанные крупными камнями, даже целыми
глыбами размером 5 - 10 м и более. Эти глыбы предохраняют от выветривания и
размывания нижележащие отложения (образующие столб) и похожи на шляпки
гигантских грибов.
На северном склоне Эльбруса около знаменитых источников Джилысу
есть овраг, называемый "Овраг Замков" - Кала - Кулак, "замки" представлены
огромными столбами, сложенными из относительно рыхлых вулканических туфов.
Эти столбы увенчаны крупными глыбами лав, раньше слагавших морену,
ледниковое отложение, возраст которого 50 тыс. лет.
Морена впоследствии разрушилась, а часть глыб сыграла роль "шляпки
гриба", предохранившей "ножку" от размыва. Такие же пирамиды есть и в
долинах рек Чегем, Терек и в др. местах Северного Кавказа.
Одновременно и взаимосвязано с физическим выветриванием при
соответствующих условиях происходит процесс химического выветривания,
вызывающий существенные изменения в первичном составе минералов и горных
пород и образование новых минералов. Главными факторами химического
выветривания являются: вода, свободный кислород, углекислый газ и
органические кислоты. Особенно благоприятные условия для такого
выветривания создаются во влажном тропическом климате, в местах с обильной
растительностью. Там имеет место сочетание большой влажности, высокой
температуры и огромного ежегодного опада органической массы растительных
остатков, в результате разложения которых значительно возрастает
концентрация углекислоты и органических кислот. Процессы, протекающие при
химическом выветривании, могут быть сведены к следующим основным химическим
реакциям: окисление, гидратация, растворение и гидролиз.
Окисление хорошо развито, например, в железных рудах
Курской магнитной аномалии, где минерал магнетит (FeFe2O4) превращается
в химически более устойчивую форму - гематит (Fe2O3), образующий богатые
рудные "железные шляпы", т.е. скопления хорошей руды. Многие осадочные
горные породы, такие, как пески, песчаники, глины, содержащие включения
железистых минералов, окрашены в бурый или охристый цвет, указывающий на
окисление этих металлов.
Гидратация связана с присоединением воды к минералу. Таким
образом, ангидрит (CaSo4) превращается в гипс (CaSo4.2H2O), содержащий две
молекулы воды. При гидратации происходит увеличение объема породы,
деформация ее и покрывающих отложений.
При гидролизе, т.е. разложении сложного вещества под действием воды,
полевые шпаты переходят, в конце концов, в минералы группы каолинита -
белые пластичные глины (из них делают лучший фарфор), содержащие алюминий,
кремний и молекулы воды. Гора Каолинь в Китае сложена именно такими
глинами.
При растворении из горной породы удаляются некоторые
химические компоненты. Такие породы, как каменная соль, гипс, ангидрит,
растворяются в воде очень хорошо. Известняки, доломиты и мраморы
растворяются несколько хуже. В воде всегда содержится углекислота, которая,
вступая во взаимодействие с кальцитом, разлагает его на ионы кальция и
гидрокарбоната (HCo3-). Поэтому известняки всегда выглядят как подвергшиеся
травлению, т.е. избирательному растворению. На них образуются желобки,
бугорки, выемки. Если известняк местами "испытывает окремнение" (замещение
кремнезёмом) и становится более прочным, то эти участки при выветривании
всегда будут выступать, образуя, например, такие формы рельефа, как
возвышенности.
Биогенное выветривание связано с активным воздействием на
горные породы растительных и животных организмов. Даже на самой гладкой
скале селятся лишайники. Ветер заносит их мельчайшие споры в самые тонкие
трещины или прилепляет к мокрой от дождя поверхности, и они прорастают,
плотно прикрепляясь к камню, сосут из него вместе с влагой соли, нужные им
для жизни, и постепенно разъедают поверхность камня и расширяют трещины. К
разъеденному камню легче пристают, а в расширенные трещины больше
набиваются мелкие песчинки и пылинки, которые приносит ветер или смывает
вода с вышележащего склона. Эти песчинки и пылинки мало-помалу образуют
почву для высших растений (трав, цветов). Их семена приносятся ветром,
попадают в трещины и в пыль, набившуюся между слоевищами лишайников и
прилипшую к разъеденному им утёсу, и прорастают. Корни растений углубляются
в трещины, расталкивают в стороны куски породы. Трещины расширяются, в них
набивается ещё больше пыли и перегноя от отживших трав и их корней, - и вот
подготовлено место для больших кустов и деревьев, семена которых тоже
заносятся ветром, водой или насекомыми. У кустов и деревьев корни
многолетние и толстые; проникая в трещины и утолщаясь с годами, по мере
роста, действуют словно клинья, расширяя трещину всё больше и больше.
Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют
огромное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность; даже
черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы.
Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и
гуминовые кислоты попадают в воду, которая в результате этого резко
увеличивает свою разрушающую способность. Растительный покров способствует
накоплению влаги и органических веществ в почве, благодаря чему
увеличивается время воздействия химического выветривания. Под покровом
почвы выветривание происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют
также и органические кислоты, содержащиеся в почве. Бактерии, которые
распространены повсеместно, образуют такие вещества как азотная кислота,
углекислый газ, аммиак и другие, способствующие скорейшему растворению
минералов, содержащихся в горных породах.
Таким образом, процессы физического, химического, биогенного
выветривания идут постоянно и повсеместно. Под их влиянием медленно, но
неотвратимо разрушаются даже самые прочные горные породы, постепенно
превращаясь в дресву, песок и глину, которые водными потоками переносятся
на огромные расстояния и, в конце концов, вновь отлагаются в озёрах,
океанах и морях.
В процессе выветривания возникают две группы продуктов выветривания:
подвижные, которые уносятся на то или иное расстояние, и остаточные,
которые остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещенные
продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических
типов континентальных образований и называются элювий.
Совокупность продуктов выветривания различных по составу элювиальных
образований верхней части литосферы называется корой выветривания.
Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований и мощность
изменяются в зависимости от климатических условий – сочетания температуры и
влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Наиболее
благоприятным для формирования мощных кор выветривания является
относительно выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой
влажности и обилие органических веществ.
Элювий может состоять из крупных обломков и из мелких, образующихся
при дальнейшем разрушении, в котором главную роль играют химические агенты.
Под действием воды содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в
конце концов, превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в
глину в зависимости от своего состава кварцит превратится в чистый песок,
белый или желтоватый, песчаник даст глинистый песок, гранит – сначала
дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок, глинистый сланец – глину.
Известняк, обычно нечистый, теряет известь, которую растворяет и уносит
вода, оставляя примеси в виде глины, чистой или песчаной. Эти конечные
продукты выветривания в элювии смешаны с большим или меньшим количеством
щебня и обломков, находящихся в разных стадиях своего изменения.
С элювием связаны месторождения бокситов, из которых получают
алюминий, каолинов, бурого железняка и других полезных ископаемых. При
разрушении коренных горных пород высвобождаются содержащиеся в них стойкие
минералы. Они могут образовывать ценные минеральные скопления – россыпи.
Например, элювиальные россыпи алмазов над кимберлитовыми трубками, россыпи
золота над золотоносными жилами.
Продукт выветривания находящийся на склонах гор и долин, называют
делювием, который отличается от элювия тем, что его составные части не
находятся на месте первоначального образования, а сползли или скатились
под действием силы тяжести вниз. Все склоны покрыты более или менее толстым
слоем делювия. Делювий, смачиваемый водой, может смещаться, ползти вниз по
склону, обычно очень медленно, незаметно для глаз, иногда – быстро. Сильно
пропитанный водой, он превращается в густую грязь, которая ползёт вниз,
срывает и комкает дерновый покров, вырывает кусты и даже валит при своём
движении росшие на делювии деревья. Такие грязевые потоки, иногда
значительной длины и ширины, наблюдались во многих странах. На дне долины
они останавливаются, образуя поля густой грязи с комьями дёрна, поваленными
деревьями и кустами.
У подножия разрушающихся утёсов, отвалившиеся от них обломки
накапливаются, образуя на склонах обширные осыпи, часто легко подвижные и
трудно проходимые, состоящие из крупных глыб или из щебня, ползущего под
ногами вниз. На плоской поверхности горных вершин выходы твёрдых пород
распадаются при выветривании на отдельные части, превращаясь в сплошную
россыпь глыб, торчащих в разные стороны. Эти россыпи особенно часты в
Сибири и Арктике, где они образуются при совместной работе сильных морозов
и влаги туманов, дождей и тающего снега. Но и в тёплом климате вершины
гор, поднимающиеся над линией постоянного снега, где климат почти
арктический, разрушаются быстро и дают обильные осыпи и россыпи.
"Так, потихоньку, из-за дня в день, из года в год, из века в век,
работают незаметные силы над разрушением горных пород, над их
выветриванием. Как они работают, мы не замечаем, но плоды их трудов видны
везде: сплошная твердая скала, которая первоначально была рассечена только
тонкими трещинами, оказывается, благодаря выветриванию, более или менее
сильно разрушенной; первые трещины расширены, появились новые в еще большем
числе; от всех углов и краев отвалились мелкие и крупные куски и лежат тут
же кучками у подножия скалы или скатились вниз по склону, образуя осыпи.
Гладкая поверхность скалы стала шероховатой, изъеденной; на ней местами
видны лишаи, местами выбоины и щели, местами черные или ржавые подтеки".
(Обручев)
Список использованной литературы:
1. Обручев В.А. Занимательная геология. М.: изд-во Академии наук СССР,1961
2. Судо М.М. Геология. М.: изд-во МНЭПУ, 1996
3. Энциклопедия для детей: ГЕОЛОГИЯ. М.: Аванта+, 1995
4. Якушева А.Ф. Динамическая геология. М.: Просвещение,1970
Реферат на тему: Гамма – каротаж. Физические основы метода
Министерство Образования РФ
Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет
Кафедра геофизики
Курсовая работа
На тему “Гамма – каротаж. Физические основы метода”.
Выполнил : Адиятов А.Н.
Проверил : Бурков В.Г.
Уфа 2002
Геофизик - это субъект, способный с бодрой силой духа
выворачивать бесконечные ряды непостижимых формул,
выведенных с микроскопической точностью, исходя из
неопределенных предположений, основанных на спорных данных,
полученных из неубедительных экспериментов, выполненных с
неконтролируемой аппаратурой лицами подозрительной
надежности и сомнительных умственных способностей. И все
это - с открыто признаваемой целью раздражать и путать
химерическую группу фанатиков, известных под именем
геологов, которые, в свою очередь, являются паразитическим
наслоением, окружающим честно и тяжело работающих
буровиков.
Journal of Petroleum Technology. 1957
Ядерные методы исследования скважин
Ядерные исследования скважин подразделяются на методы изучения
естественной радиоактивности (гамма-методы) и искусственно вызванной
радиоактивности, называемые ядерно-физическими или ядерно-геофизическими
(гамма-гамма и нейтронные методы).
Методы изучения естественной радиоактивности горных пород в скважинах.
На изучении естественной радиоактивности горных пород основан гамма-
каротаж или гамма-метод (ГМ). Это аналог радиометрии.
Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок.
Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения,
передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и
осуществляется их автоматическая регистрация.
В результате гамма-каротажа записывается непрерывная кривая, или
диаграмма, интенсивности гамма-излучения . Величина [pic]измеряется в
импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад
ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения
колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для
их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения
наблюдений. Так как гамма-лучи почти полностью поглощаются слоем породы
толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными
трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород,
расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение
диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше
снижают радиус обследования.
На диаграммах гамма-каротажа выявляются пласты с разной степенью
радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран,
радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты,
глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.
Спектрометрия естественного гамма-излучения, т.е. определение энергии
гамма-лучей, служит для выделения в разрезах скважин пород и руд,
содержащих определенные элементы, например, калий, торий, уран, фосфор и
др.
1. Естественная радиоактивность горных пород.
Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее
распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород
или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучение
закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород,
обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами
распада, а также радиоактивного изотопа калия К40. остальные радиоактивные
элементы (Rb87, Zr96, La138, Sm147 и т.д.) имеют столь большие периоды
полураспада, что при существующей распространенности в земной коре
заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.
Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных
горных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей до
нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут
быть разбиты на четыре группы.
Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность
пород различно. Основной вклад в гамма-активность известняков и особенно
доломитов дают Ra (соответственно 64% и 75%), вклад Ra, Th, K в
радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%). В
связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных
пород различен.
В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят
основные составляющие осадочных горных пород минералы :
-) кварц
-) доломит
-) ангидрит
-) гипс
-) кальцит
-) сидерит
-) каменная соль.
Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена
отдельными минеральными разностями типа :
-) лимонит
-) магнетит
-)турмалин
-) корунд
-) барит
-) олигоклаз
-) роговая обманка и др.
К третьей группе минералов относятся :
-) глины
-) слюды
-) полевые шпаты
-) калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и
некоторые другие минералы.
В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность
которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой
группы.
В гамма – методе исследования скважин о величине естественной
радиоактивности горных пород судят по интенсивности I( их естественного (-
излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.
Гамма – излучение включает также и так называемое фоновое излучение
(фон). Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами
материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим
излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на
глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не
сказывается.
2. Гамма – каротаж.
Измерение интенсивности I( естественного (-излучения пород вдоль
ствола скважины называется гамма – каротажем (ГК).
|[pic] |
|Рис.Схема зонда гамма-каротажа. |
1 - точка записи результатов измерений.
2 - детектор гамма-излучения.
Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма –
каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых
индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более
удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув
индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования
каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний
гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на
величину регистрируемого (-излучения, уменьшая ее. Для определения (-
активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа
приводят к стандартным условиям.
Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при
помощи индикатора (-излучения, расположенного в глубинном приборе.
Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма – излучения с
атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве
индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные,
лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.
2.1 Счетчик Гейгера – Мюллера.
В этом счетчике один из электродов (анод) под напряжением 800 – 1000 В
помещен в камеру, заполненную ионизирующим газом под низким давлением ((
0.01 ат). Часть гамма – квантов, проходя через камеру, не взаимодействует
на своем пути с молекулами газа, что снижает эффективность счетчика. Другие
гамма – кванты вызывают ионизацию нескольких молекул газа.
Каждый зарегистрированный счетчиком гамма – квант вызывает в цепи
питания счетчика импульс тока.
2.2 Сцентилляционный счетчик.
Индикатором гамма – излучения является прозрачный кристалл, молекулы
которого обладают свойством сцентилляции – испускания фотонов света при
воздействии гамма – квантов. Фотоны отмечаются фотоумножителем и вызывают
поток электронов к аноду (ток).
Большим преимуществом сцентиллятора является высокая эфективность
счета (регистрируется до 50 – 60% гамма – квантов, проходящих через
кристалл) по сравнению с другими типами счетчиков, эффективность которых 1
– 5%. Это позволяет уменьшить длину счетчиков с 90 до 10 см, улучшить
вертикальное расчленение и обеспечить малую статическую флуктуацию.
2.4 Статистические флуктуации.
Радиоактивный распад непостоянен во времени, поэтому для получения
стабильных значений радиоактивности берется значение показаний за
достаточно продолжительный промежуток времени. Так как этот период не может
быть весьма большим, то измеренная радиоактивность не является постоянной
даже в том случае, если глубинный прибор находится в скважине без движения.
Наблюдаемые изменения радиоактивности в этом случае называются ее
статистическими флуктуациями.
Статистическая флуктуация на диаграмме не должна превышать несколько
сантиметров, в противном случае из-за искажения диаграммы не могут быть
коррелируемыми. Регулировка амплитуды флуктуации осуществляется подбором
постоянной времени интегрирующей ячейки.
2.5 Постоянная времени интегрирующей ячейки.
Регулируемые элементы интегрирующей ячейки позволяют изменить ее
постоянную времени от 1 до 6 сек. Выбор того или иного значения постоянной
времени, с которой будут проводиться исследования в скважине, исходит из
двух противоречивых положений : большая длительность постоянной времени
уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставание в записи
регистрируемой величины и требует снижения скорости замера для уменьшения
искажения кривой.
3. Кривые гамма - каротажа.
Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность
(-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма – каротажной
кривой.
Конфигурация получаемой кривой изменения величины I( зависит от целого
ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза, конструкции
скважины и методики производства измерений (радиоактивность горных пород,
пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметра скважины
и наличия обсадной колонны).
Точное аналитическое рассмотрение влияния на величину I( всей
совокупности этих факторов представляет собой весьма сложную задачу, до
настоящего времени полностью не решенную. Однако влияние каждого из этих
факторов в отдельности изучено достаточно подробно.
Благодаря статистическим флуктуациям кривая радиоактивного каротажа
имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов
(погрешности измерений). Погрешность, связанная с флуктуацией, тем больше,
чем меньше импульсов, испускаемых в еденицу времени (скорость счета). В
общем случае интенсивность (-излучения пластов, вскрываемых скважиной,
приблизительно пропорциональна (-активности пород. Однако при одинаковой (-
активности породы с большей плотностью отмечается меньшими показаниями ГК
из-за более интенсивного поглощения (-лучей. Показания гамма – каротажа
являются функцией не только радиоактивности и плотности пород, но и условий
измерений в скважине (диаметр скважины, плотность промывочной жидкости и
др.).
Влияние скважины на показания ГК проявляется в повфшении интенсивности
(-излучения за счет естественной радиоактивности колонн, промывочной
жидкости и цемента и в ослаблении (-излучения горных пород вследствие
поглощения (-лучей колонной, промывочной жидкостью и цементом. В связи с
преобладающим значением второго процесса влияние скважины сказываются
главным образом в поглощении (-лучей горных пород. Это приводит к тому, что
при выходе глубинного скважинного снаряда из жидкости наблюдается
увеличение (-излучения. Пи переходе его из необсаженной части скважины в
обсаженную отмечается снижение интенсивности естественных (-излучений, что
вызывает смещение кривых и уменьшение дифференцированности диаграммы. Такое
же явление наблюдается при переходе глубинного прибора из одноколонной
части скважины в двухколонную.
4. Количественная оценка радиоактивности горных пород.
Конечной целью геофизической интерпретации данных гамма – метода
является количественная оценка содержания в горных породах радиоактивных
элементов.
В принципе оценка по кривым гамма – метода содержания в исследуемых
породах радиоактивных элементов qп может быть решена на базе использования
одного из двух следующих соотношений :
q = S/K(H ; q = I((/K(
где
S – площадь аномалии на кривой I( против исследуемого пласта;
I(( - интенсивность (-излучения, регистрируемая против исследуемого
пласта при условии его бесконечно большой мощности;
H – мощность пласта;
К( - так называемая (-постоянная прибора, численно равная
интенсивности (-излучения, которая фиксируется используемым радиометром
против пласта бесконечной мощности с единичным содержанием радиоактивных
элементов.
Таким образом, в обоих случаях задача сводится к определению
постоянной К( радиометра, которым получена кривая I( , т.е. практически к
проблеме эталонирования радиометрической аппаратуры.
Решение этой задачи весьма сложно, так как величина К( зависит от
целого ряда трудно учитываемых и, что самое главное, непостоянных факторов.
Обычно она находится экспериментально.
5 Область применения метода.
В комплексе с данными других методов промысловой геофизики результаты
гамма – метода исследования скважин используются для литологического
расчленения разрезов скважин, для их корреляции и для выделения в них
полезных ископаемых. В осадочных отложениях они являются наиболее надежным
геофизическим критерием степени глинистости горных пород.
5.1 Выделение полезных ископаемых.
Среди полезных ископаемых, однозначно выделяемых по данным гамма –
метода, в первую очередь следует назвать радиоактивные руды (уран, радий и
торий), а также калийные соли.
В скважинах, бурящихся с целью поисков и разведки месторождений
радиоактивных руд, гамма – метод является основным геофизическим методом
исследования, на основании данных которого осуществляется не только
выделение в разрезе рудных пластов и пропластков, но и количественная
оценка содержания в этих рудах радиоактивных элементов. Эти данные широко
используются при подсчете месторождений радиоактивных руд.
Во многих случаях по кривым гамма – метода в разрезе скважин уверенно
выделяются скопления фосфоритов, марганца, свинца и других редких цветных
металлов. На указанных кривых все эти полезные ископаемые отмечаются
аномально повышенными интенсивностями I( .
5.2 Расчленение.
В основе литологического расчленения по данным гамма – метода разрезов
скавжин лежат закономерности изменения радиоактивности горных пород.
В скважинах нефтяных, газовых, угольных и других месторождений,
приуроченных к осадочным отложениям, кривые гамма – метода отражают в
первую очередь степень глинистости горных пород и наличие в разрезе
низкоактивных пород гидрохимического происхождения. Как правило,
повышенными интенсивностями I( на кривых отмечаются наиболее глинистые
разности осадочных горных пород. Минимальными интенсивностями I(
характеризуются хемогенные осадки (галиты, гипсы, ангидриты) и чистые
неглинистые разности песков, песчаников, известняков и доломитов. В
хемогенно-карбонатной толще пород это позволяет выделить среди известняков
и доломитов ангидриты и каменные соли, не отличающиеся от пород толщи по
величине электрического сопротивления и по нейтронным свойствам, а также
высокоактивные калийные соли и глинистые разности. В песчано – глинистой
части разреза скважин среди непроницаемых глинистых отложений,
характеризующихся повышенной радиоактивностью, пониженными интенсивностями
I( на кривых гамма – метода уверенно выделяются пласты чистых неглинистых
песков и песчаников – возможных коллекторов нефти. Особенно возрастает роль
гамма – метода для выделения коллекторов в случае, когда исследуемые
скважины заполнены буровым раствором, удельное электрическое сопротивление
которого близко к сопротивлению пластовых вод. В этих условиях кривые
метода ПС слабо дифференцированы и данные гамма – метода становятся
основным исходным материалом для выделения проницаемых разностей –
коллекторов. Кроме того, гамма – метод дает возможность расчленять
геологические разрезы старых обсаженных скважин, привязывать к глубинам
соединительные муфты и пласты, пройденные скважиной, и тем самым повысить
точность перфораций.
Гамма – метод применяется также для выделения пород пониженной
радиоактивности, например каменных углей.
В случае высоких стабильных значений радиоактивности против глин и
низких показаний радиоактивности в песках некоторые авторы приводят
количественную интерпретацию кривых гамма – метода для определения
глинистости коллекторов. Для этого проводят линию, соответствующую чистым
(неглинистым) отложениям, и линию глин. Величина отклонения кривой
принимается линейно связанной с глинистостью (. Некоторые исследователи
применяют следующую зависимость :
lg ( = A I( ,диагр + В ,
где А и В – постоянные, определяемые по керну для каждой площади.
5.3.Корреляция.
В основе использования данных гамма – метода для корреляции разрезов
скважин лежит хорошая выдержанность радиоактивности отдельных
литологических разностей пород в пределах больших площадей и территорий. По
сравнению с другими методами использование данных гамма – метода для
корреляции характеризуются следующими преимуществами.
1. Независимость регистрируемой интенсивности I( от минерализации
пластовых вод и бурового раствора.
2. Независимость величины I( от нефтенасыщенности горных пород.
Это позволяет осуществлять по данным гамма – метода корреляцию
пластов без учета технологии проводки скважины и изменения по площади
минерализации пластовых вод, а также без учета положения
рассматриваемых скважин по отношению водонефтеносности. Мало
сказывается на величине регистрируемой интенсивности I( и изменение
таких непостоянных по площади параметров горных пород, как их
пористость и структура порового пространства в карбонатных отложениях.
Все это вместе взятое приводит к тому, что результаты гамма – метода
являются наиболее надежным материалом для межплощадной и региональной
корреляции.
5.4 Оценка глинистости.
Основная ценность гамма – метода при исследовании осадочных
горных пород заключается в возможности количественных определений по
его данным глинистости Сгл горных пород или содержания в карбонатных
породах нерастворимого остатка Спо – параметров, знание которых
необходимо при оценке коллекторских свойств горных пород, а также при
количественной интерпретации данных других методов промысловой
геофизики.
В основе количественных определений лежит корреляционная связь
радиоактивности qп горных пород с содержанием в них глинистого
материала Сгл и нерастворимого остатка Спо, характеризующихся
повышенной радиоактивностью.
6. Заключение.
Во всех горных породах хотя бы в небольших количествах присутствуют
радиоактивные изотопы, содержание которых в разных породах различно,
поэтому посредством регистрации радиоактивных излучений в скважине можно
судить о характере горных пород.
Гамма-каротаж основан на измерении естественной гамма - активности
горных пород. При гамма - каротаже регистрируются гамма - лучи в скважине.
Гамма – излучение представляет собой высокочастотное электромагнитное
излучение, возникающее в результате ядерных процессов, и рассматривается
как поток дискретных частиц (гамма - квантов).
Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок.
Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения,
передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и
осуществляется их автоматическая регистрация.
В результате гамма - каротажа записывается непрерывная кривая, или
диаграмма, интенсивности гамма-излучения. Величина [pic]измеряется в
импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад
ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения
колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для
их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения
наблюдений. Так как гамма - лучи почти полностью поглощаются слоем породы
толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными
трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород,
расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение
диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше
снижают радиус обследования.
На диаграммах гамма - каротажа выявляются пласты с разной степенью
радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран,
радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты,
глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.
Список использованной литературы.
1. С.С. Итенберг, Т.Д. Дахкильгов “Геофизические исследования в
скважинах”, Москва, «Недра», 1982 г.
2. Н.А. Перьков “Интерпретация результатов каротажа скважин”,
Москва, «Гостоптехиздат», 1963 г.
3. Р. Дебранд “Теория и интерпретация результатов геофизических
методов исследования скважин”, Москва, «Недра», 1972 г.
4. В.В Ларионов “Радиометрия скважин”, Москва, «Недра», 1969
| |
