Неоднородность геологических тел. Структурная и неструктурная неоднородности

1.  НЕОДНОРОДНОСТЬ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ТЕЛ

Горные породы находятся в недрах Земли в виде взаимосвязанных тел. Общим и важнейшим свойством геологических тел является их неоднородность. Каждое из геологических тел содержит различные по происхождению, размерам, форме, составу, структуре и другим свойствам виды неоднородности.

Для количественных характеристик неоднородности геологического тела пользуются параметрами изотропии и анизотропии.

 Изотропия – характеризуется одинаковыми значениями любых геофизических и петрофизических параметров тела по разным направлениям.

 Анизотропия – характеризуется различием величин петрофизических и геофизических параметров тела по разным направлениям. Коэффициент анизотропии определяется соотношением величин одноименного параметра горной породы, измеренного во взаимо-перпендикулярных направлениях.

Если коэффициент анизотропии близок к единице, то свойства параметров тела близко к изотропному состоянию. Например: в направлении распространения горизонта и перпендикулярно этому направлению в связи с условиями отложения зерен горной породы, будут различны такие параметры как электропроводность, скорость сейсмических волн, проницаемость и т.д. При решении различных практических задач выявляют и изучают отдельные виды неоднородности геологического тела, мысленно разбивая его на элементарные объемы, которым придают все возрастающие или убывающие размеры, однако существенно (на два-три порядка и более) меньшие размеров изучаемого объекта.

При заданном размере элементарного объема и известных средних значениях характеристик неоднородности в его пределах, в геологическом теле выделяются подобласти — элементы неоднородности, в которых характеристики неоднородности имеют определенные постоянные значения.

Детальность изучения геологического тела можно повысить за счет непрерывного уменьшения размера, элементарного объема, однако число элементов неоднородности будет изменяться скачками в соответствии с дискретностью — определенными уровнями размеров отдельных неоднородностей геологического тела. При самых крупных элементарных объемах будут выделяться соизмеримые с ними элементы неоднородности только тогда, когда с помощью измерительной установки, определяющей характеристику неоднородности, исследуют породу в объеме значительно меньшем (не менее чем на два порядка), чем элемент неоднородности.

В этом случае соизмеримая с размером установки или большая, чем она, неоднородность надежно выделится. Все другие неоднородности, объем которых намного (на несколько порядков) меньше объема исследуемой, измерительной установкой выделятьсяне будут, и их наличие практически не скажется или скажется незначительно на среднем значении измеряемой величины. Неоднородности, близкие по объему к изучаемой измерительной установке, способствуют существенному разбросу определяемой величины и могут служить помехой для выделения исследуемой неоднородности. Непрерывно уменьшая элементарные объемы и соответственно объемы, изучаемые с помощью измерительной установки, выявляют все меньшие по размеру элементы и различные по видам неоднородности геологических тел. Чем крупнее геологическое тело, тем больше у него видов неоднородностей и тем значительнее должен быть набор элементарных объемов и измерительных установок.

У простейших и относительно малых по размеру геологических тел (монокристаллы минералов) различают, структурную и неструктурную неоднородности.

Структурная неоднородность - это отсутствие тождества структурных ячеек по всему заполненному ими объему. Структурные ячейки минералов неодинаковы по химическому составу — равные положения в их объеме могут занимать разные атомы, в ячейках встречаются также вакансии (незаполненные атомами узлы), внедрившиеся атомы и дислокации. Существуют и другие виды неоднородности строения минералов. Для выявления структурной неоднородности применяются методы дифракционные (рентгеновский и электронно-графический) и радиоспектроскопии.

Неструктурная неоднородность — это неодинаковый состав и строение отдельных частей минерального элемента. Такая неоднородность может иметь первичное и вторичное происхождение и обусловливается многими причинами. Для минералов она изучается визуально, с помощью светового и электронного микроскопов, электронного микрозонда при определении строений минералов и условий их образования.

Пластовые тела имеют, кроме перечисленных, и более низкие виды или уровни неоднородности. Эти тела заполняются многокомпонентными породами, между полиминеральными, разноразмерными зернами которых со структурной и неструктурной неоднородностью располагаются определенный по составу цемент, природные воды и иногда смеси их с жидкими и газообразными углеводородами. По простиранию и падению пластовых тел нередко наблюдается закономерная изменчивость соотношения между их твердой и другими компонентами, минерального и гранулометрического составов зерен и цемента. Неоднородность, связанная со слоистостью и разно зернистостью этих тел, устанавливается макроскопически (визуально), при помощи светового микроскопа и гранулометрического анализа; полиминеральность зерен и цемента — с использованием световых и электронных микроскопов; структурная и неструктурная неоднородность зерен — описанными выше методами.

Для выявления отдельных видов неоднородности из пласта по определенной системе отбирают и затем исследуют образцы. Неоднородность пластовых тел исследуется в связи с вопросами их происхождения и дальнейшего формирования, для поисков, разведки и разработки полезных ископаемых, повышения эффективности прикладной геофизики и при решении многих других практических задач.