Геологическое время. Физические методы оценки возраста пород

происхождения нефти.
Геофизические методы разведки месторождений углеводородов. Гравиметрические и магнитометрические

методы. Каротаж скважин. Пассивный сейсмический мониторинг.

породы образовались раньше, а какие – позже.
Относительный возраст осадочных

пород устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

на больших территориях, поэтому одновозрастные толщи имеют примерно одинаковую степень

деформированности.

древними, а вышележащие – более молодыми.
Литологический метод: изучение и сравнение

состава пород в разных обнажениях. На ограниченной по площади территории отложения одинакового вещественного состава, скорее всего, имеют один возраст.

радиоактивности, остаточной намагниченности и т.д.). Выделение слоев в буровых скважинах

на основании измерений удельного сопротивления называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж. Изучение остаточной намагниченности называют палеомагнитным методом; он основан на том, что магнитные минералы при кристаллизации намагничиваются в соответствии с магнитным полем Земли ориентация которого, как известно, менялась в течении геологического времени.

помощью изучения ископаемых организмов. Предполагается выполнение следующих принципов:
эволюционности развития органического

мира,
этапности смены не повторяющихся во времени комплексов организмов;
необратимости эволюции органического мира.
Важнейшими положениями палеонтологических методов являются:
Для каждого комплекса осадочных образований характерны присущие только этому комплексу ископаемые организмы.
Толщи осадочных пород, имеющие одинаковый возраст и отложившиеся в одинаковых физико-географических условиях, содержат близкие ископаемые организмы.
Вертикальный разрез осадочных пород на всех материках имеет одну и ту же последовательную смену ископаемых организмов.

удовлетворяющие следующим требованиям:
Быстрая эволюция (до 10 – 30 млн.

лет) ;
Небольшое вертикальное и широкое горизонтальное распространение;
Ярко выраженные признаки;
Хорошая сохранность;
Частая встречаемость.
Модификацией этого метода является метод руководящих комплексов форм. Выделяют:
Характерные (контролирующие) формы – существуют только в пределах изучаемого времени, либо известны до изучаемого времени и исчезают во время него, либо расцвет их приходится на изучаемое время, а исчезают после него.
Колониальные формы – появляются только в самом конце изучаемого периода.
Доживающие (реликтовые) формы – характерные для предыдущего времени, а в изучаемое время становятся редкими и исчезают;
Рекуррентные формы – развитие их испытывает в какой-то момент затухание, но с возобновлением благоприятных условий вновь наступает их расцвет.

производится путем подсчета процентного содержания общих видов ископаемых форм по

отношению к формам эталонного разреза.
Биометрический метод основан на статистическом анализе результатов измерений различных параметров организмов (удлиненность раковины, отношение высоты раковины к длине, выпуклость или отношение выпуклости створки к высоте и т.д.). По полученным данным строят кривые изменчивости.
Эволюционные палеонтологические методы:
Филогенетический (филогенез – историческое развитие предков данной формы), в основе его лежит принцип установления родственных связей между организмами.
Биогенетический (сравнительно-анатомический или сравнительно-эмбриологический) метод – изучается онтогенез (индивидуальное развитие организма), т.е. прослеживаются стадии развития особи от зародыша до взрослого состояния.

2 - хвойное растение {Watchia} ; 3 - раковина брюхоногого

моллюска 4-аммонит {Cardioceras cordatum}; 5 - личинка бранхиозавра.

предложено разделить историю развития Земли на большие этапы - эоны.

Время, когда Земля была необитаемой, получило название азойского ( безжизненного) эона.
Возникли первые сложные соединения белка – коацерваты, затем – протобионты, сине-зеленые водоросли и безъядерные бактерии – прокариоты. Этот этап назван археозойским или архейским эоном.
На смену архею пришел протерозойский эон. Появились эукариоты – организмы, клетки которых имели ядра; появились многоклеточные водоросли и первые животные: медузы, гребневики, черви, примитивные ракообразные и иглокожие. В самом конце протерозоя по всей Земле расселяется множество бесскелетных организмов и появляются первые животные, имевшие кремниевый скелет – радиолярии.

(эру древней жизни), мезозойскую (эру средней жизни) и кайнозойскую (эру

новой жизни). Каждая эра состоит из нескольких геологических периодов.
Палеозой охватывает шесть периодов: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).
Наступление кембрийского периода ознаменовалось биологическим взрывом. В морях появилось огромное количество беспозвоночных животных с прочными скелетами. Главное место среди них занимают археоциаты и трилобиты. Археоциаты достигали полутора метров в высоту, их скелеты имели вид чаши, конуса или цилиндра с двойными стенками, между которыми располагались поперечные перегородки. Трилобиты были водными животными, которые ползали по дну моря. Туловище и хвост трилобитов состояли из ряда члеников.

шару, видоизменились и стали одной из наиболее распространенных групп животных.

Появились крупные головоногие моллюски - наутилусы, у которых были крепкие массивные закрученные раковины, достигавшие иногда полутора-двух метров. Значительного расцвета достигли кораллы и мшанки, появились первые позвоночные животные – бесчелюстные.
В силуре в морях появились морские ежи, морские лилии и многочисленные панцирные рыбы, напоминавшие бронированных червей. На влажных участках земной поверхности появились крупные растения – псилофиты, которые после своей гибели образовали первые в истории Земли ископаемые почвы и небольшие залежи каменного угля. Из животных на суше распространились скорпионы и многоножки.

многие группы трилобитов, расцвета достигают рыбы. Появляются акулы, возникает большая

группа двоякодышащих рыб. На суше появляются первые насекомые. Место древних растений занимают папоротники, хвощи и плауны. Это были стройные деревья высотой 30 м и более со стволами около 2 м в поперечнике, которые после своей гибели образовали залежи каменного угля.
В каменноугольном периоде существовали все известные ныне группы животных, за исключением птиц и млекопитающих. Размножились насекомые, достигавшие гигантских размеров (стрекозы до 70 см). Появились первые четвероногие – земноводные (стегоцефалы - панцирноголовые) и пресмыкающиеся.
В начале пермского периода на Земле сохранялись густые леса папоротников, хвощей и плаунов. Во второй половине периода климат становится холоднее и суше, гибнут папоротниковые леса, вымирают гигантские насекомые. Начинают развиваться хвойные растения. Вымирают трилобиты, исчезают панцирные рыбы, широко распространяются акулы. Достигли крупных размеров земноводные, интенсивно развиваются пресмыкающиеся.

мелового (мела).
В триасовый период образования гор почти не происходило. В

лесах преобладали голосеменные растения. Земноводные уступили место пресмыкающимся. Вымирают стегоцефалы. Появляются первые ящеры, крокодилы и черепахи. Появляются млекопитающие.
В начале юрского периода море активно наступало на материки. Климат на больших территориях был близок к тропическому или субтропическому. На суше господствовали гигантские динозавры. Появляются крылатые летающие ящеры и первые птицы – археоптерикс и археорнис. В конце юрского периода происходит интенсивное горообразование.
Во второй половине мелового периода широко распространились цветковые растения. встречаются отпечатки растений, существующих и в наши дни. Появляются первые настоящие змеи и много разнообразных птиц. В самом конце мела наземные и водные динозавры начинают вымирать и вскоре полностью исчезают.

рассматривают палеоген и неоген совместно, объединяя их под названием третичного

периода.
В кайнозое материки приобрели те формы, которые мы видим на современной географической карте.
В начале кайнозойской эры шло накоплением угля, торфа, горючих сланцев. Шло быстрое развитие теплокровных животных - млекопитающих и птиц. В начале палеогена среди млекопитающих преобладали яйцекладущие и сумчатые. В конце палеогена появляются предки слонов и лошадей, примитивные обезьяны и древние хищники. В европейской части России росли магнолии и пальмы, на севере Америки – инжир и бананы, на островах Северного Ледовитого океана – виноград и кипарисы.

листопадным деревьям. Появились разнообразные травы, обособились степи, лесостепи, тайга и

тундра. Многие примитивные группы млекопитающих гибнут, в конце неогена животный и растительный мир планеты приобретает облик, близкий к современному.
Наконец, наступает последний период – четвертичный. Продолжающееся общее похолодание климата и неоднократные оледенения приводят к тому, что количество видов млекопитающих сокращается. Появляется человек. В честь этого события многие исследователи называют четвертичный период антропогеном

горных пород основано на естественном распаде изотопов урана, рубидия и

калия.
Природный уран состоит на 99,27% из радиоактивного изотопа U238 (период полураспада 4.5×109 лет), рубидий содержит 27,85% радиоактивного Rb87 с периодом полураспада 48 ×109 лет, радиоактивный калий K40 (0,012%), имеет период полураспада 1.3 ×109 лет.
Возраст определяют с помощью подсчета процентного содержания материнских радиоактивных элементов и конечного продукта их распада: для урана это свинец, рубидий дает стронций, а калий – аргон.
Достаточно определить число радиоактивных ядер в данный момент и число ядер дочернего изотопа.

ее минералы имели разное отношение Rb/Sr, но одинаковое 87Sr/86Sr
Кривые роста

отношения 87Sr/86Sr для мантии (AB) и для пород коры двух возрастов – 3 млрд. лет (CD) и 0.5 млрд. лет (EF).

свинца, поскольку в настоящее время отношение изотопов урана равно 137,7

и практически во всех минералах и горных породах одинаково. Достоверность определения абсолютного возраста породы проверяют, сравнивая результаты расчетов по всем четырем уравнениям

поступает из глубин (из мантии). Д. И. Менделеев считал, что

основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов глубинных металлов с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась следующим образом:
2FeC + 3H2O = Fe2O3 + C2H6
или в общем виде:
MCm + mH2O → MOm + (CH2)m.
Сущность более современных представлений о минеральном происхождении нефти заключаются в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси H2COCO2 и CH4 в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и Н2:
CO + 3H2 = CH4  + H2O,
а также полимеризации радикалов  =CH, ‑CH2, CH3.

вещества в водной среде в анаэробных геохимических условиях на фоне

устойчивого и длительного погружения осадков. В основном это остатки фито- и зоопланктона, остатки растительности, вынесенные с континентов.
Биохимическая трансформация органического вещества в восстановительных геохимических условиях с образованием газа, в основном диоксида углерода, метана и азота. Часть промежуточных продуктов разложения органического вещества синтезируется в новые органические соединения. Формируются нефтегазоматеринские породы. Обычно это глинистые и карбонатные отложения, содержащие от 0.1–0.5 до 5 % и более преобразованного органического вещества.
Термокаталитическое преобразование органического вещества нефтегазоматеринских пород при температурах от 60 до 170–180 °С, в результате которого образуются нефть и горючие газы. В более жестких термобарических условиях при температурах от 180–200 до 250 °С образуются только газы.

состоят из пористых пород различного состава и экранированы непроницаемыми породами.
Миграция

нефти и газа в природных резервуарах до ловушек, в которых движение флюидов сильно затруднено или невозможно.
Аккумуляция (накопление) углеводородов в ловушках и образование их залежей.
Переформирование и разрушение залежей углеводородов в результате тектонических, термобарических, геохимических и гидрогеологических процессов.

оказывющая сопротивления сдвигу).
Эмиграция (первичная миграция) – перемещение компонент нефти и

газа из непроницаемых пород в проницаемые пласты-коллектора.
Миграция – перемещение компонент и собственно нефти и газа по пластам и из одного пласта в другой.
гравитационная дифференциация нефти (газа) и воды – миграция по вертикали и вдоль наклонных разломов
гидродинамический фактор – перемещение вследствие разности давлений
фильтрация в среде с жестким скелетом – закон Дарси
фильтрация в среде с вязко-упругим скелетом – теория Био
тепловая конвекция
действие капиллярных сил

наличие соответствующих пород-коллекторов
наличие относительно непроницаемых покрышек и ловушек, которые

предотвращают утечку углеводородов к земной поверхности.

(4–6) ловушках: 1 – пластовые сводовые нефтяные и газонефтяные залежи;

2 – массивная сводовая газонефтяная залежь; 3 – нефтяная залежь в выступе палеорельефа, первичного (напр., рифа) или вторичного (эрозионного); 4 – нефтяная залежь, экранированная стратиграфическим несогласием; 5 – нефтяная залежь в ловушке первичного (фациального, литологического) выклинивания коллектора; 6 – тектонически экранированная залежь нефти; а – нефть; б – газ; в – вода

проницаемостью.
Пористость:


Пористость кристаллических пород менее 1% пустот, песчаников – до 35–40%,

кавернозных известняков – может превышать 40%.
Первичная пористость – исходная пористость пород без учета растворимости, трещиноватости и т.д.
Вторичная пористость – дополнительная пористость, появившаяся в результате механических преобразований и растворений
Эффективная пористость – пористость, доступная для перемещения флюидов (т.е за вычетом изолированных пор)
Проницаемость – характеристика способности пород пропускать флюиды.



Обычно породами-коллекторами являются песчаники и карбонатные породы.

песчаник
лабораторный материал
Связь проницаемости с пористостью
k =

7.14·10-7f7.53

границ: соляных куполов, антиклинальных складок, рифтовых массивов, куполовидных платформенных структур.

В качестве прогностического признака рассматривается отрицательная аномалия гравитационного поля малой амплитуды (0,05-1 мГал) над нефтегазовой залежью на фоне гравитационного максимума над антиклинальными структурами за счет более высокой плотности водоносных пород.

геофизическими методами. Вследствие немагнитности нефтегазонасыщенных пород они иногда выделяются отрицательными

локальными магнитными аномалиями с амплитудой от единиц до сотен нанотесла.

оказываются электрические и электромагнитные зондирования. Нефтегазонасыщенные коллекторы выделяются повышенными по

сравнению с окружающими породами удельными электрическими сопротивлениями по следующим причинам:
более высоким сопротивлением самих нефтегазоносных пластов за счет наличия непроводящих ток нефти и газа в породах высокой пористости
более низкой минерализацией подземных вод (в контуре нефтеносности) и их специфическим химическим составом
уплотнением пород за счет высокого пластового давления, а также карбонатизации пород.
Электрическое зондирование - измерение сопротивлений на постоянном или низкочастотном (до 20 Гц) токе, при котором расстояние между питающими электродами или между питающими и приемными линиями (разнос) постепенно увеличивается. Строятся графики зависимости кажущегося сопротивления от разноса, что характеризует изменение удельных электрических сопротивлений с глубиной.
Метод электромагнитного зондирования основан на изучении электрической или магнитной составляющих электромагнитного поля, созданного в Земле электрическим диполем или петлей, питаемыми переменным током с постепенно меняющейся частотой. Принцип метода основан на скин-эффекте и сводится к измерению силы тока в питающем и разностей потенциала на приемном диполе и петле.

скважинах, а также между ними и земной поверхностью с использованием

следующих методов:
сейсмоакустических
электрических
ядерных
магнитных
термических

волн по породам, окружающим стенки скважин, от пункта возбуждения до

сейсмоприемников.
При сейсмическом каротаже упругие волны возбуждаются на поверхности с помощью взрывов или электрических дуговых разрядов, а время прихода колебаний частотой 50 - 200 Гц измеряется при разном погружении сейсмоприемников по стволу скважины.
При акустическом каротаже возбуждение упругих колебаний частотой 10 КГц - 2 МГц производится с помощью магнитострикционных (или иных) излучателей в скважине. Упругие колебания измеряют с помощью двух датчиков, расположенных по одной линии на расстояниях 0,5 - 2 м друг от друга и от излучателя

у пластов с разной электрохимической активностью
Метод кажущихся сопротивлений.
измерение удельного

электрического сопротивления

пород
Изучаются явления поглощения, замедления, рассеяния гамма-лучей и нейтронов, а также

вызванное, вторичное радиоактивное излучение
Гамма-гамма-каротаж. Измеряется рассеянное гамма-излучение, являющееся следствием облучения пород источником гамма-лучей и ряда процессов, среди которых основные - фотоэлектрическое поглощение гамма-квантов, комптон-эффект. Против пористых пород с малой плотностью на диаграммах гамма-гамма-каротажа наблюдаются максимумы.
Нейтронные методы каротажа. Регистрируются ядерные процессы, происходящие при облучении пород быстрыми нейтронами. Если порода содержит большое количество ядер водорода (вода, нефть, газ), то быстрые нейтроны превращаются в тепловые вблизи источника. Поскольку тепловые нейтроны подвержены радиационному захвату с сопровождающим его вторичным гамма-излучением, то с ростом тепловых нейтронов растет вторичное гамма-излучение. При нейтрон-нейтронном каротаже измеряется плотность тепловых нейтронов или их интенсивность. При нейтронном гамма-каротаже измеряется интенсивность вторичного гамма-излучения, возникающего при радиационном захвате тепловых нейтронов.

скважины непрерывно регистрируется температура среды
При ядерно-магнитном каротаже изучается свободная

прецессия протонов жидкости, окружающей ствол скважины, после выключения искусственного намагничивающего поля.

событий. Определение гипоцентров и магнитуд сейсмических событий

формирования залежей нефти и газа. М., Недра, 1973.
Sheriff R. E.

Encyclopedic Dictionary of Applied Geophysics. IV edition. SEG, Tulsa, 2002.
Хмелевской В.К. Геофизические методы исследования земной коры. Международный университет природы, общества и человека «Дубна» 1997 г.