Алексеев В.И., Петров Д.А. Специальные методы исследования осадочных горных пород

Подождите немного. Документ загружается.

зёрен, размер которых меньше или равен заданному по оси x;

12) аналитически определяют величины: Q

, M

, Q

(размеры

частиц, содержащихся в количестве 25%, 50% и 75%, соответствен-

но);

13) рассчитывают коэффициент отсортированности К

по

формуле (3), коэффициент асимметрии Ka – по формуле (4) и сопос-

тавляют с ранее полученными данными по гистограмме.

Часть 3: Интерпретация результатов.

1) описывают породу: состав зёрен, цемента, тип цементации

и т.д.;

2) оценивают условия переноса и отложения обломков (одно-

родность и состав области сноса, дальность переноса и длительность

перемыва).

Форма представления результатов: письменный отчёт, со-

держащий описание породы, таблицу распределения по классам, гис-

тограммы в десятичном и логарифмическом масштабах, значения

среднего и медианного диаметров частиц, коэффициентов отсортиро-

ванности (по гистограмме и кумулятивной кривой), коэффициента

асимметрии, данные о зернистости породы, распределении зёрен по

размерам и сортировке, выводы об образовании и коллекторских

свойствах породы.

Лабораторная работа № 2:

Анализ формы зёрен минералов в породах–коллекторах

Цель работы: научиться измерять и интерпретировать форму

зёрен в породах-коллекторах.

Исходный материал шлифы рабочей коллекции пород-

коллекторов.

Решаемые задачи: 1) измерить коэффициент удлинения зёрен

в горной породе с использованием микроскопа и системы VideoTest

(в режиме ручных измерений); 2) оценить степень окатанности зёрен;

3) установить зависимость формы и окатанности зёрен от размера и

минерального состава обломков.

Объем работы: 2 задания.

Лабораторное обеспечение: поляризационный микроскоп

Zeiss AxioLab с видеоприставкой, компьютер с установленными про-

граммами VideoTest и MS Excel.

Теоретические основы выполнения работы.

Форма зёрен обломочного материала песчано-алевритовых

пород оценивается степенью отклонения её от изометричной формы

шара. Она определяется сферичностью и степенью окатанности по-

верхности зёрен. Эти характеристики имеют большое значение для

изучения процессов транспортировки обломочного материала.

В шлифах форму зёрен определяют по величине отношения

минимальной оси среза обломочного компонента к его максималь-

ной оси (коэффициент удлинения или неравноосности). Окатанность

же оценивается количественно или полуколичественно, например

при помощи трафаретов.

Рис. 2. Трафареты для определения формы зёрен (по Л.Б. Рухину)

В данном случае используется пятибалльная шкала Рассела-

Тейлора, в которой совершенно неокатанные зёрна получают 0 бал-

лов, сохранившие первоначальную форму, и имеющие лишь слегка

сглаженные рёбра – 1, частицы со сглаженными углами, но еще за-

метными прямолинейными гранями – 2, хорошо окатанные, сохра-

нившие лишь следы первоначальной огранки – 3, идеально окатанные

– 4.

Форма зёрен песчано-алевритовых пород тесно связана с пет-

рографо-минералогическим и гранулометрическим составом обло-

мочного материала. В седиментологии существует понятие структур-

ной зрелости песчано-алевритовых образований. Структурно зрелые

песчаники и алевролиты характеризуются высокой отсортированно-

стью обломочного материала, который представлен хорошо окатан-

ными зёрнами устойчивых компонентов: глинистая примесь в этих

породах либо отсутствует, либо содержится в незначительном коли-

честве. Такие породы обладают высокой ёмкостью и фильтрационной

способностью.

Порядок выполнения работы:

Часть 1. Получение и обработка микрофотографий.

1) помещают шлиф в микроскоп, выбирают участок измере-

ний: в поле зрения должно попадать не менее 100 зёрен (для средне-

зернистого песчаника рекомендуется объектив 2,5

, для мелкозерни-

стого – 2,5

или 5

);

2) в программе VideoTest получают микрофотографию, на-

страивают параметры изображения, задают режим «Ручные измере-

ния» и необходимую калибровку (см. лабораторную работу №1);

3) при помощи инструмента «Измерение длины» в 50 зёрнах

главного минерала (обычно кварца) измеряют длину наибольшей (L1)

и наименьшей (L2) осей (рис. 3);

Рис. 3. Измерение коэффициента удлинения зерна.

4) одновременно с измерением осей зёрен оценивают их ока-

танность, то есть подсчитывают, сколько из наблюдаемых 50 зёрен

получает 0, 1, 2, 3 или 4 балла по шкале Рассела-Тейлора;

5) результаты измерений заносят в таблицу Excel для даль-

нейших расчётов.

Часть 2. Расчёт и интерпретация результатов.

1) для каждого из измеренных зёрен рассчитывают коэффи-

циент удлинения по формуле:

= L2 / L1 (5)

2) определяют среднее значение коэффициента удлинения;

3) при помощи функции корреляции в Excel устанавливают

наличие и силу корреляции между размером зёрен (L1) и коэффици-

ентом удлинения К

(критическое значение коэффициента корреля-

ции для 50 проб и доверительной вероятности 0,95 r

крит

= 0,28);

4) рассчитывают среднее значение коэффициента окатанно-

сти по формуле:

= ((0n

+1n

+2n

+3n

+4n

) / ∑n), (6)

где 0, 1, 2, 3, 4 – баллы окатанности, n

, n

– число

зёрен соответствующей степени окатанности (∑n = 50);

5) описывают породу – состав обломков, цемента, тип цемен-

тации и т.д.

6) на основании расчётов делают вывод о форме и окатанно-

сти обломков в породе, связи между размером и формой зёрен, зави-

симости формы и степени окатанности от минерального состава;

делают общий вывод о степени зрелости породы.

Форма представления результатов: письменный отчёт с таб-

лицей, содержащей значения L1, L2 и К

для каждого зерна, данными

о значениях коэффициентов удлинения и окатанности, коэффициента

корреляции между размером и удлинением зёрен с указанием его

значимости, аргументированными выводами о степени зрелости по-

роды и ее фильтрационно-ёмкостных свойствах.

Тема 2. СТРУКТУРА ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ПОРОД–

КОЛЛЕКТОРОВ

Лабораторная работа № 3:

Изучение укладки зёрен пород–коллекторов

Цель работы: научиться исследовать и интерпретировать ук-

ладку (упаковку) пород–коллекторов.

Исходный материал: шлифы рабочей коллекции пород–

коллекторов.

Решаемые задачи: 1) изучить основные типы укладки, её за-

висимость от пористости и типа цементации пород–коллекторов; 2)

оценить укладку на количественной основе; 3) определить плотность

упаковки зёрен породы и стадии её формирования.

Объем работы: 2 задания.

Лабораторное обеспечение: эталонная коллекция шлифов

осадочных пород, атласы текстур горных пород, поляризационные

микроскопы «Полам».

Теоретические основы выполнения работы.

К числу важных структурных признаков песчано-

алевритовых пород, оказывающих влияние на их коллекторские

свойства, относят характер упаковки (укладки) обломочных зерён.

Для агрегатов идеальных шарообразных зёрен пористость и прони-

цаемость обратно пропорциональны координационному числу ук-

ладки (табл.2).

Таблица 2

Коллекторские свойства сортированного осадка при разной укладке зёрен

(по В. Энгельгардту, Х. Питеру, 1951)

Координаци-

онное число

Пористость,

Проницае-

мость,

–12

Координаци-

онное число

Пористость,

Проницае-

мость,

–12

3 77,7 524,1 8 39,5 9,35

4 66,0 138,1 9 38,7 8,57

5 59,7 72.8 10 30.2 3,14

6 47,6 23,7 11 28,2 2,42

7 43,9 14.9 12 26,0 1,78

Однако в естественных образцах песчано-алевритовых пород

измерить координационное число практически невозможно. Для ис-

следования упаковки используют различные коэффициенты упаков-

ки (индекс упаковки, плотность упаковки и т.п.), фиксирующие от-

носительное число контактов между зёрнами, составляющими поро-

ду (Ш. Винзауэр, Д. Гайтер, 1953; Д. Канн, 1960; А.И. Кринари,

1963). Измерения проводят в шлифе под микроскопом, оснащенном

микрометренной линейкой. Последнюю принимают за линию пере-

сечения и по ней подсчитывают число контактов между зёрнами и

общее число зёрен, пересекаемых линейкой (рис. 4). Причём при

определении общего числа зёрен учитывают лишь одно из их пере-

сечений с линейкой.

Рис. 4. Пример определения коэффициента К (по Л.В. Орловой, 1979)

Коэффициент К Л.В.Орловой (1974) представляет собой

удельную (по отношению к периметру) протяжённость контактов

между обломочными зёрнами:

K = 2 ∙ Σl

/ Σl

где Σl

— суммарная протяжённость контактов между обло-

мочными зёрнами; Σl

— суммарная протяженность периметров всех

зёрен. В случае предельно плотной упаковки, когда все зёрна контак-

тируют по всему периметру, (2Σl

= Σl

), K=1, в остальных случаях

K<1.

Л. В. Орловой было определено, что

Σl

= (π/2) ∙ n

;

Σl

= (π/2) ∙ n

где n

, n

— число пересечений контактов между зёрнами и

контуров зёрен, приходящееся на единицу длины линейки окуляр-

микрометра соответственно.

Расчётная формула для К имеет вид:

K = 2 ∙ n

/ n

= n

/ (n

/ 2). (7)

С целью упрощения техники измерений, подсчитывают n

, т.

е. число сечений зерен вдоль линейки окуляр-микрометра. В приве-

денном на рис. 1 примере n

= 6, n

/2 = 9, K = 0,67.

По величине плотности упаковки различают породы со сво-

бодной (К < 0,75), средней (К = 0,75÷0,85) и плотной (К > 0,85) ук-

ладкой. Плотность упаковки связана с коллекторскими свойствами

песчаников и алевролитов. Так, породы со свободной укладкой, зёр-

на которых соприкасаются лишь в отдельных точках, при незначи-

тельном содержании цемента (до 5%) обладают высокими пористо-

стью (20-25% и более) и проницаемостью (более 10

-12

). При сред-

ней плотности укладки зёрен, когда они контактируют между собой

на коротких отрезках, при малом содержании цемента породы обла-

дают средними пористостью (15-20%) и проницаемостью (0,1∙10

-12

0,5∙10

-12

). Наконец, если укладка зёрен плотная, они контактируют

между собой на длинных участках, открытая пористость не превы-

шает 10-15%, а проницаемость – (0,01∙10

-12

- 0,1-10

-12

По коэффициенту К различают стадии и этапы изменения по-

род (см. табл.3).

Таблица 3

Удельная протяжённость контактов между обломочными зёрнами в породах

различных стадий литогенеза

Стадия К

диагенеза и раннего катагенеза

среднего и позднего катагенеза

раннего метагенеза

позднего метагенеза

0,28—0,57

0,55—0,73

0,75—0,90

>0,90

Порядок выполнения работы:

1) определяют терригенную породу, качественно оценивают

её укладку, состав цемента и тип цементации;

2) определяют n

, n

по ряду секущих линий, произвольно

ориентированных и равномерно охватывающих площадь шлифа.

Подсчёт количества контактов и сечений обломочных зёрен произ-

водят одновременно – вручную или с помощью двух клавиш меха-

нического счётчика в виде нарастающих итогов. Точность определе-

ния находится в прямой зависимости от числа зёрен, участвующих в

расчете. Для обеспечения точности определения К в одном шлифе

порядка 5 % необходимо, чтобы количество зёрен было не менее

150-200. При увеличении 72

для этого достаточно произвести изме-

рения по 20 линейкам окуляр-микрометра для мелкозернистых и по

30 – для среднезернистых песчаников;

3) вычисляют К для шлифа по формуле (7); производят кон-

трольный расчёт К на эталонном шлифе;

4) оценивают плотность упаковки и стадию литогенеза.

Форма представления результатов: письменный отчёт, со-

держащий краткое описание породы (название, состав обломков,

состав и тип цементации), зарисовки (фотографии) шлифов и выводы

о характере укладки породы и стадии ее формирования.

Лабораторная работа № 4:

Изучение пористости пород–коллекторов

Цель работы: научиться исследовать и интерпретировать по-

ристость пород–коллекторов.

Исходный материал: шлифы рабочей коллекции пород–

коллекторов.

Решаемые задачи: 1) изучить основные виды пористости и

параметры порового пространства пород-коллекторов; 2) определить

общую пористость на количественной основе; 3) определить размеры

пор и их распределение по размеру; 4) определить формы и типы

пустот, их сообщаемость; 5) оценить коллекторские свойства горной

породы с использованием оценочных классификаций.

Объем работы: 2 задания.

Лабораторное обеспечение: эталонная коллекция шлифов

осадочных пород, атласы текстур горных пород, поляризационные

микроскопы «Полам», препаратоводители и объект-микрометры.

Теоретические основы выполнения работы.

К числу важнейших структурных признаков горных пород,

оказывающих влияние на их коллекторские свойства, относятся по-

ристость и структура порового пространства. Размер изучаемых пор

и их распределение по размерам зависят от метода определения. Ка-

ждый метод позволяет охарактеризовать поры лишь в определённом

интервале размеров. Прямыми методами можно изучать поры более

0,005 мм. При этом прямые методы дают заниженную оценку сред-

него размера пор (рис. 5).

Общая (полная, абсолютная или физическая) пористость – это

доля в объёме породы всех пустот, независимо от их размера, формы,

связи друг с другом и генезиса:

%100

породы

пор

общ

k 

где k

п.общ

– коэффициент общей пористости, V

пор

– суммарный объём

пор, V

породы

– объём всей породы, включая поры.

При расчёте прямыми методами:





общп

, (8)

где d

– длина i-той хорды пересечения поры, n – количество

пересечений пор, l

– длина k-того пересечения шлифа, N –

количество пересечений шлифа.

Структура порового пространства породы-коллектора – это

совокупность размера, морфологии и взаимосвязи пустотных про-

странств. Это комплексная характеристика породы, учитывающая не

только средний размер пор, но и их распределение по размерам, дис-

персию размеров, сложность конфигурации, отражённой в протя-

женности периметра пор, соотношение и размеры расширений и су-

жений пустот – поровых ячеек и поровых каналов.

Рис. 5. Кривые распределения хорд порового пространства в шлифе полимикового

песчаника (по О.А. Черникову, 1981). Месторождение Узень, скв . 1501, обр. 62:

1 – с помощью прибора, 2 – путем визуального подсчёта

Связь пористости с проницаемостью коллекторов весьма не-

однозначна. Но при первичном изучении коллектора пористость

можно оценить с помощью существующих оценочных классифика-

ций для обломочных и карбонатных коллекторов (А.А. Ханин, 1969;

К.И. Багринцева, 1977): табл.4.

Порядок выполнения работы:

1) определяют и описывают горную породу, качественно

оценивают её состав, структуру, текстуру, пористость;

2) определяют шаг пересечений шлифа h:

100



 ,

где D – поперечный размер шлифа, мм, m – примерное сред-

нее количество пор на одной линии пересечения шлифа;