Что такое геометрическая ступень и геотермический градиент
Основные определения. Геотермический градиент и геотермическая ступень
Геотермический градиент и геотермическая ступень. Кроме распределения температуры по стволу скважины, характеризующей тепловое поле земных недр, к основным геотермическим параметрам относят геотермический градиент, геотермическую ступень, тепловые свойства горных пород (связанные с литолого-минералогическим составом различных стратиграфических толщ), а также плотность теплового потока и радиогенную теплогенерацию горных пород.
Геотермический градиент λ = (ΔТ/Δz) представляет собой скорость нарастания температуры с глубиной (см. рисунок), измеряется обычно в мК/м, иногда – °С/100м. Геотермическая ступень Г = (Δz/ΔТ) – величина, обратная геотермическому градиенту – это интервал глубины, на котором происходит увеличение температуры на 1 °С (м/°С).
Тепловые свойства горных пород. Существуют три коэффициента, полностью характеризующие тепловые свойства горных пород, как непроницаемых для флюидов, так и насыщенных пластовыми жидкостями (вода, рассолы, нефть):
· коэффициент теплопроводности,
· коэффициент объемной теплоемкости и
· коэффициент температуропроводности.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность горных пород передавать тепло. Он используется для вычисления плотности теплового потока, тогда как коэффициент объемной теплоемкости характеризует количество тепла, необходимое для нагрева единичного объема горной породы на 1 °С. Он необходим для расчета плотности ресурсов геотермальной энергии, наконец – коэффициент температуропроводностихарактеризует скорость распространения температурной волны в горных породах.Оннеобходим для расчетов скорости распространения температурного фронта в горных породах при рассмотрении либо моделировании нестационарных тепловых полей в горных породах, например – охлаждение пласта при закачке холодных вод с поверхности при законтурном, либо внутриконтурном заводнении в ходе разработки нефтяных месторождений.
Дата добавления: 2015-11-12 ; просмотров: 4078 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Б) Геотермическая ступень и геотермический градиент.
Тема 1: ТИПЫ И СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ.
 |
Земная кора — верхняя часть литосферы. В масштабах всего земного шара её можно сравнить с тончайшей плёнкой — столь незначительна её мощность. Но даже эту самую верхнюю оболочку планеты мы знаем не очень хорошо. Как же можно узнать о строении земной коры, если даже самые глубокие скважины, пробуренные в коре, не выходят за первый десяток километров? На, помощь учёным приходит сейсмолокация. Расшифровывая скорость прохождения сейсмических волн через разные среды, можно получить данные о плотности земных слоёв, сделать вывод об их составе. Под континентами и океаническими впадинами строение земной коры различно.
А) Океаническая кора
Океаническая земная кора более тонкая (5—7 км), чем континентальная, и состоит из двух слоёв — нижнего базальтового и верхнего осадочного. Ниже базальтового слоя находится поверхность Мохо и верхняя мантия. Рельеф дна океанов очень сложен. Среди разнообразных форм рельефа особенно выделяются огромные срединно-океанические хребты. В этих местах происходит зарождение молодой базальтовой океанической коры из вещества мантии. Через глубинный разлом, проходящий вдоль вершин по центру хребта — рифт, магма выходит на поверхность, растекаясь в разные стороны в виде лавовых подводных потоков, постоянно раздвигая в разные стороны стенки рифтового ущелья. Этот процесс называется спредингом.
Срединно-океанические хребты возвышаются над дном океанов на несколько километров, а их протяженность достигает 80 тыс. км. Хребты рассекаются параллельными поперечными разломами. Их называют трансформными. Рифтовые зоны — самые неспокойные сейсмические зоны Земли. Базальтовый слой перекрывают толщи морских осадочных отложений — илов, глин разного состава.
Б) Континентальная кора.
Шельф — подводная окраина материка — также имеет континентальную кору. То же относится и к крупным островам — Новой Зеландии, островам Калимантан, Сулавеси, Новая Гвинея, Гренландия, Сахалин, Мадагаскар и другим. Окраинные моря и внутренние моря, такие как Средиземное, Чёрное, Азовское, расположены на коре континентального типа.
 |
Тема 2: ТЕМПЕРАТУРА В НЕДРАХ ЗЕМЛИ.
Б) Геотермическая ступень и геотермический градиент.
ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ-увеличение глубины в земной коре (в метрах), соответствующее повышению темп-ры горных пород на 1ОС. В среднем Г. с. равна 30-40 л; в кристаллич. породах в неск. раз больше (до 120-200 м), чем в осадочных. Колеблется в значит, пределах в зависимости от глубины и места (от 5 до 150 м). Для Москвы средняя величина Г. с. равна 38,4 м. Измерение прироста темп-ры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом.
ГЕОТЕРМИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ, величина, на которую повышается температура горных пород с увеличением глубин залегания на каждые 100 м. В среднем для глубин коры, доступных непосредственным температурным измерениям, величина Г. г. принимается равной приблизительно 3°С. Г. г. меняется от места к месту в зависимости от форм земной поверхности, теплопроводности горных пород, циркуляции подземных вод, близости вулканических очагов, различных химических реакций, происходящих в земной коре. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности. Величина этого потока равна произведению Г. г. на коэффициент теплопроводности.
Пояс постоянной температуры в Москве располагается на глубине 20 м (4,2 °С), в Париже в течение 100 лет на глубине 28 м отмечается температура 11,83 °С. Глубже этого пояса, в направлении от поверхности Земли к центру, температура постепенно повышается: в среднем на каждые 33 м на 1 °С. Это так называемая геотермическая ступень. Величина геотермической ступени в
разных местах и на разных глубинах неодинакова и колеблется от 5 до 150 м. В вулканических районах с глубиной температура повышается очень быстро.
Прирост температуры на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры называется геотермическим градиентом. Он также в разных местах и на разных глубинах имеет неодинаковую величину. С глубиной в среднем на каждые 100 м температура увеличивается на 3 °С.
Наибольший геотермический градиент — 150 ° С/км наблюдался в Бонанце, США, штат Орагон, наименьший градиент — 6 0 С/км — в Витватерсранде, Южная Африка. Различия в величине геотермической ступени и геотермического градиента обусловлены разной радиоактивностью и теплопроводностью горных пород, различными условиями залегания горных пород (температура выше в слоях, собранных в складки недавно), гидрохимическими процессами (в зависимости от того, какие реакции преобладают: с выделением тепла или с поглощением), температурой подземных вод, циркулирующих в толще пород.
Тема 3: МИНЕРАЛЫ.
А) Минера́л (фр. minéral, от позднелат. minera — руда) — природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами. Является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Изучением минералов занимается наука минералогия. В настоящее время установлено около 3500 минеральных видов. Однако лишь несколько десятков минералов (около 70) пользуются широким распространением. Они входят в состав горных пород и называются породообразующими.
Б) Классификация минералов по химическому составу:
Приводим краткую характеристику основных классов минералов.
Силикаты (полевые шпаты, слюды, пироксены, хлориты и др.). Наиболее многочисленный класс (до 800 минералов), слагающий по массе более 90% всей земной коры. В основе строения всех силикатов — кремнекислородный тетраэдр [SiO4]4. Силикаты являются породообразующими минералами для большинства магматических и метаморфических горных пород. Самыми распространенными среди силикатов являются полевые шпаты, которые подразделяются на калиево-натриевые (ортоклаз) и известково-натриевые, или плагиоклазы (альбит, Лабрадор, анортит).
В составе силикатов большое практическое значение имеет группа глинистых минералов — каолинит, гидрослюда и особенно монтмориллонит. Эти минералы во многом определяют инженерно геологические особенности глинистых пород и отличаются весьма высокой дисперсностью ( WO4 и др.) не имеют породообразующего значения и в горных породах встречаются крайне редко. Многие сплавы вольфраматов обладают очень высокой твердостью, например победит, широко используемый при бурении скважин.
Самородные элементы (алмаз — С, сера — S, золото — Аu и др.). В этот класс входит около 50 минералов. Встречаются они редко, и в земной коре их масса не превышает 0,1%.
Для общей характеристики состава минералов, входящих в состав горных пород, в инженерно-геологической практике их изучают с помощью шлифов — тончайших прозрачных пластинок горных пород толщиной 0,03 мм. Для просмотра шлифов используют поляризационный микроскоп. Высокодисперсные глинистые минералы (монтмориллонит и др.), имеющие важное значение при инженерно-геологической оценке горных пород, изучают с помощью электронной микроскопии:, термического анализа, рентгенографии и других методов.
Геотермическая ступень, увеличение глубины в земной коре (в метрах), соответствующее повышению температуры горных пород на 1°С. В среднем Геотермическая ступень равна 30-40 м; в кристаллических породах в несколько раз больше (до 120-200 м), чем в осадочных. Колеблется в значительных пределах в зависимости от глубины и места (от 5 до 150 м). Измерение прироста температуры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом.
Типы земной коры
Различают 2 основных вида земной коры: континентальный и океанический и 2 переходных типа – субконтинентальный и субокеанический.
Континентальный тип земной коры имеет мощность от 35 до 75 км., в области шельфа – 20 – 25 км., а на материковом склоне выклинивается. Выделяют 3 слоя континентальной коры:
1 – ый – верхний, сложенный осадочными горными породами мощностью от 0 до 10 км. на платформах и 15 – 20 км. в тектонических прогибах горных сооружений.
2 – ой – средний «гранитно – гнейсовый» или «гранитный» – 50 % граниты и 40 % гнейсы и др. метаморфизированные породы. Его средняя мощность – 15 – 20 км. (в горных сооружениях до 20 – 25 км.).
3 – ий – нижний, «базальтовый» или «гранитно – базальтовый», по составу близок к базальту. Мощность от 15 – 20 до 35 км. Граница между «гранитовым» и «базальтовым» слоями – раздел Конрада.
1 – ый слой – верхний, осадочный, состоит из рыхлых осадков. Его мощность – от нескольких сот метров до 1 км.
2 – ой слой – базальты с прослоями карбонатных и кремниевых пород. Мощность от 1 – 1,5 до 2,5 – 3 км.
3 – ий слой – нижний, бурением не вскрыт. Сложен основными магматическими породами типа габрро с подчиненными, ультраосновными породами (серпентинитами, пироксенитами).
Субконтинентальный тип земной поверхности по строению аналогичен континентальному, но не имеет четко выраженного раздела Конрада. Этот тип коры связан обычно с островными дугами – Курильскими, Алеутскими и окраинами материков.
1 – ый слой – верхний, осадочно – вулканогенный, мощность – 0,5 – 5 км. (в среднем 2 – 3 км.).
2 – ой слой – островодужный, «гранитный», мощность 5 – 10 км.
3 – ий слой – «базальтовый», на глубинах 8 – 15 км., мощностью от 14 – 18 до 20 – 40 км.
Субокеанический тип земной коры приурочен к котловинным частям окраинных и внутриконтинентальных морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.). По строению близок к океаническому, но отличается повышенной мощностью осадочного слоя.
1 – ый верхний – 4 – 10 и более км., располагается непосредственно на третьем океаническом слое мощностью 5 – 10 км.
Суммарная мощность земной коры – 10 – 20 км., местами до 25 – 30 км. за счет увеличения осадочного слоя.
12. Основные структурные элементы земной коры.
Платформы Это обширные, малоподвижные участки земной коры Платформы создают твердый каркас земной коры. Они имеют двухъярусное строение. Верхний ярус сложен спокойно залегающими осадочными породами. Мощность осадочного чехла сравнительно небольшая — 3-4 км.Под чехлом располагается нижний ярус платформы, называемый фундаментом.
По возрасту все платформы делятся на 3 группы:
а) древние платформы. Сюда относятся платформы, докембрийского возраста. Именно они составляют ядра материков и являются наиболее устойчивыми участками земной коры.;
в) Есть платформы, еще не оформившиеся окончательно и представляющие переход от стадии геосинклинальной к платформенной. У них поверх складчатого фундамента еще не успел образоваться платформенный чехол. Такие платформы называют просто областями мезозойской складчатости.
Среди наиболее крупных структурных элементов платформ выделяются щиты и плиты. Щит – это выступ на поверхность фундамента платформы, который на протяжении всего платформенного этапа испытывал тенденцию к поднятию. Плита – часть платформы, перекрытая чехлом отложений и обладающая тенденцией к пригибанию.
Антарктическая плита, Африканская, Евразийская, Тихоокеанская, Северо-Американская, Южно-Американская, Индийско-Австралийская, Аравийская, Филиппинская.
14. Выветривание его типы Роль организмов в выветривании.
Выветривание – процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов.
Коры выветривания.
Кора выветривания – это слой пород, который образ в рез-те разрушения пород. Глубоко выветрелая порода, которая сохр первонач стр-ру – САПРОЛИТ, может быть настолько мягким, что его можно копать лопатой. Коры выветр широко распр в тропиках, они также встречаются в высоких широтах, обычно как древние коры выветрив, сформир в период теплого климата (мезозойский период). Коры выветр, развитые на больших площадях и сох им присущую им первичную зональность – ПЛОЩАДНЫМИ КОРАМИ. ЛИНЕЙНЫЕ КОРЫ – развиты главн образом в горно-складчатых областях и в пределах складчатых оснований равнинных областей, будучи приурочены к протяжным зонам тектонич трещиноватости и дробления.
Геотермические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
Температура играет ведущую роль в формировании фазово-генетической зональности нефтегазообразования и вертикальной зональности нефте- и газонакопления Фазово-генетическая зональность определяется палеотемпературами, существовавшими на этапе генерации УВ, а размещение скоплений нефти и газа в основном связано с современными температурами. Знание температуры необходимо также для изучения свойств пластовой нефти, газа и воды и при решении технических вопросов, связанных с тампонажем скважин, их перфорацией и других.
Температурное поле земной коры разделяется нейтральным или изотермическим слоем, на две совершенно разные по толщине и тепловому режиму зоны: верхнюю – гелиотермозону и нижнюю – геотермозону.
Нейтральный слой – это слой, в пределах которого прекращаются годовые сезонные колебания температуры, обусловленные климатическими причинами. В умеренных широтах с континентальным климатом нейтральный слой в среднем лежит на глубине 20-25 м.
Гелиотермозона расположена между земной поверхностью и нейтральным слоем. Её тепловой режим определяется сезонными колебаниями температуры под влиянием годовых изменений солнечной радиации.
В геотермозоне температура возрастает с глубиной, а тепловой режим определяется следующими параметрами: плотностью теплового потока, теплофизическими свойствами пород, геотермическим градиентом или его обратной величиной – геотермической ступенью и температурой.
Температура – это параметр, доступный для непосредственного измерения в скважинах или горных выработках после установления в них температурного равновесия. Результаты замеров температур используются для определения геотермической ступени и геотермического градиента, которые затем используются для характеристики температурных условий недр.
Геотермическая ступень это – вертикальный интервал в разрезе земной коры в метрах ниже зоны постоянной температуры, на котором температура горных пород повышается на 1 ºС.
Величина геотермической ступени в разных тектонических областях и на различных глубинах неодинакова и колеблется в пределах от 5 до 150 м. Среднее её значение равно 33 м.
Геотермическая ступень К определяется по формуле:
где Н – глубина замера температуры, м;
h – глубина слоя постоянной температуры, м;
Т – температура на глубине Н, ºС;
t – среднегодовая температура воздуха на поверхности, ºС.
Для более точной характеристики геотермической ступени и определения геотермического градиента необходимо иметь замеры температуры по всему стволу скважины.
Геотермический градиент это – прирост температуры в ºС при углублении на каждые 100 м от зоны постоянной температуры. Он показывает интенсивность нарастания температуры с глубиной. Величина геотермического градиента Г равна:
Следовательно, геотермический градиент является величиной, обратной геотермической ступени.
Геотермический градиент зависит от геологического строения района, величины плотности теплового потока, теплофизических свойств пород, которые определяются их литологическими и петрографическими особенностями. Повышение теплопроводности пород ведет к снижению геотермического градиента и наоборот. Поэтому в разрезах, где преобладают менее теплопроводные глинистые породы он выше, чем в плотных соленосных и карбонатных породах. Значение геотермического градиента в разных районах и на разных глубинах меняется от 0,5 до 20 ºС и более, а его среднее значение равно 3,3 °С.
Главными факторами, определяющими температурные условия недр, являются тепловой поток, который генерируется в верхней мантии Земли и теплопроводность горных пород.
В верхних горизонтах осадочного чехла глубинный тепловой поток под действием целого ряда факторов искажается. Среди них выделяются следующие факторы.
1. Геотектонический фактор. Его роль проявляется в том, что с увеличением возраста тектонических структур земной коры плотность теплового потока уменьшается.
2. Структурный фактор. В пределах куполовидных поднятий и антиклиналей, особенно с большими углами наклона пород, плотность теплового потока на 5-20 % выше по сравнению со смежными синклиналями. Данный эффект объясняется лучшей теплопроводностью пород по напластованию слоев, чем перпендикулярно к земной поверхности.
3. Гидрогеологический фактор. Его роль проявляется за счет высокой миграционной способности и теплопроводности воды. В зонах активного водообмена за счет гидрогеологического фактора может происходить изменение величины теплового поля в среднем на 25 %. В условиях затрудненного водообмена, с которыми обычно связаны скопления нефти и газа, влияние этого фактора практически не ощутимо.
4. Седиментационный фактор. В седиментационных бассейнах часть тепла идет на нагревание осадков. Величина искажения теплового потока здесь зависит от скорости и времени осадконакопления и теплофизических свойств формирующихся пород. В областях интенсивного осадконакопления, в том числе в передовых прогибах альпийских подвижных поясов тепловой поток снижается от 15-20 до 30 %.
5. Денудационный фактор оказывает противоположное действие седиментационному фактору, то есть приводит к повышению теплового потока. Связан он с подъемом тектонических структур, который сопровождается денудацией горных пород.
6. Геоморфологический фактор. В пределах отрицательных форм рельефа тепловой поток выше, по сравнению с положительными смежными структурами. Однако искажение теплового поля за счет рельефа составляет от 3 до 8 % и ощутимо только на глубинах от 100 до 300 м от земной поверхности.
7. Теплофизический фактор, или теплопроводность пород. Теплопроводность является важнейшим показателем теплофизических свойств горных пород. Она определяет количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади при падении температуры в 1 °С на единицу длины и обусловливает кондуктивную теплопередачу и распределение тепла в земной коре.
Геотермическая ступень
Смотреть что такое «Геотермическая ступень» в других словарях:
Геотермическая ступень — расстояние по вертикали в земной коре (ниже зоны постоянной температуры), на котором температура повышается на 1 … Геологические термины
геотермическая ступень — Глубина в метрах, при погружении на которую температура недр возрастает на 1 0С. Величина ступени изменяется не только от глубины, но и от основных структур земной коры. Наименьшие значения величины Г.с., в несколько метров, наблюдаются в районах … Справочник технического переводчика
геотермическая ступень — Интервал глубины земной коры, на котором температура повышается на 1°С, колеблется в зависимости от глубины и местоположения от 5 до 150 м … Словарь по географии
геотермическая ступень — интервал глубины земной коры в метрах, на котором температура повышается на 1ºC. Колеблется в зависимости от глубины и местоположения от 5 до 150 м (в пределах, доступных непосредственному измерению). * * * ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ… … Энциклопедический словарь
ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ — интервал глубины земной коры в метрах, на к ром темп pa повышается на 1 °С. Колеблется в зависимости от глубины и местоположения от 5 до 150 м (в пределах, доступных непосредств. измерению) … Большой энциклопедический политехнический словарь
ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ — интервал глубины земной коры в метрах, на к ром темп ра повышается на 1 °С. Колеблется в зависимости от глубины и местоположения от 5 до 150 м (в пределах, доступных непосредств. измерению) … Естествознание. Энциклопедический словарь
геотермическая — ступень [ Словарь иностранных слов русского языка
СТУПЕНЬ ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ — расстояние в м, отсчитываемое от уровня постоянных температур, на котором с углублением в недра Земли температура повышается на 1 °С. Величина С. г. в разл. участках земной коры и на разл. глубинах неодинакова и колеблется от 4 5 до 150 м. В… … Геологическая энциклопедия
геотермічний ступiнь — геотермическая ступень gеоthermal degree, geothermic step; geothermic degree *geothermische Tiefenstufe, geothermische Stufe, geothermischer Grad – 1) Інтервал глибини земної кори в метрах,, на якому т ра підвищується 1 о С або віддаль, на яку… … Гірничий енциклопедичний словник