Презентация лекція 5.2 ОПВПЕ

5. 1. Морфологія вугільних пластів. Етапи вуглетворення 5. 2. Важка нафта. Генезіс 5. 3. Газові гідрати 5. 4. Горючі сланці лекція 5 1Лекція

5. 1. Морфологія вугільних пластів 2лекція

5. 1. Морфологія вугільних пластів Вугільним пластом називають скупчення вугільної речовини, яке розповсюджене на значній площі і знаходиться між приблизно паралельними напластуваннями порід ( покрівлею та підошвою ). Положення покрівлі та підошви пластів може бути і не паралельним, тому крім терміну «вугільний пласт», існують поняття » вугільний поклад», «лінза». 3лекція

лекція 5 4 Ускладнення морфології та залягання вугільних пластів у результаті: aa — нерівностей ложа торфовища (Підмосковний бас. ), бб — впровадження у вугілля пісковиків; в, г — розмивів ( K узбасс, Донбас); дд — карстових осідань в підстилаючих вугленосні відкладення породах (Підмосковний басс. ); ee — вигоряння вугілля з утворенням т. зв. “горільників» ( K узбас); жж — впровадження магматичних тіл ( T унгуський басейн); зз — дрібноамплітудної тектонічної порушеності (Донбас), 1 — вугілля, 2 — глина, 3 — алевроліт, 4 — магматичні породи, 5 — «горільники», 6 — розривні порушення.

лекція 5 5Лінзова форма залягання вугілля (Tюльганське родовище, Південно-Уральський бас. ). Внутрішньоплатформним родовищам (Підмосковний, Дніпровський, Південно-Уральський басейни та ін. ) більш властива лінзовидна форма вугленосного пласта з меншими площами поширення (одиниці — десятки км 2 ) і більшим ступенем мінливості морфології і потужностей, які в покладах деяких родовищ досягає десятків і декілька сотень метрів. 5. 1. Морфологія вугільних пластів

Структурна колонка пласта простої будови з відокремленням петрографічних різновидів вугілля Вугільні пласти неоднорідні. Більшість пластів мають складну будову з декількох вугільних шарів, відокремлених прошарками піщано-глинистих або вуглистих порід. Навіть у пластах простої будови (без породних прошарків) петрографічний склад окремих вугільних шарів різний 1-матове однорідне вугілля; 2-напівматове перехідне у напівблискуче смугасте вугілля; 3-блискуче однорідне вугілля; 4-матове шрихувате вугілля, 5-напівматове шрихувате вугілля; 6-аргиліт 6лекція 55. 1. Морфологія вугільних пластів

• Під стратиграфією вугільного пласта розуміють розчленування його розрізу на ряд горизонтів або шарів, які відображають зміну шарів торфовища в процесі утворення покладу і можуть бути просліджені на площі. • У якості стратиграфічних горизонтів слугують насамперед характерні вугільні пачки і прошарки порід (в пластах складної будови). 7лекція 5Стратиграфія вугільного пласта Чергування вугільних пластів з піщаником. (карбонові відкладення, Луганська область) Аргіліт — гірська порода з групи осадових, проміжний продукт перетворення глини в метаморфічний сланець

лекція

Розріз вугленосної товщи Львівсько-Волинськог о басейну лекція

Для пластів складної будови відрізняють : • загальну потужність , яка визначається по нормалі від покрівлі до підошви і включає всі вугільні та породні шари; • корисну потужність , що складається із суми потужностей вугільних шарів, які приймаються до розробки та підрахунку запасів за потужністю пласта в цілому, кількістю породних прошарків та якістю вугілля. • Частину пласта, що знаходиться між прошарками порід, називають пачкою. Пачка може складатися з одного або декількох петрографічних неоднорідних шарів вугілля. 10лекція 5Морфологія вугільних пластів

Потужність вугільних пластів Потужність вугільних пластів та покладів змінюється від перших сантиметрів до десятків метрів, сягаючи інколи 200 м. Вугільні пласти (поклади) за потужністю підрозділяються на: • занадто тонкі (менше 0, 7 м), • тонкі (0, 71-1, 2 м), • середньої потужності (1, 21-3, 5), • потужні (3, 5-15 м) • занадто потужні (більше 15 м). 11лекція 5Морфологія вугільних пластів

Колонки вугільних пластів (покладів): — нижнього вугленосного горизонту Вовчанського родовища; — пласта Бородинського родовища 1-вугілля; 2-аргіліт (глиниста порода) 12лекція 5Потужність вугільних пластів

Витриманість потужності та будови вугільних пластів визначають промислову цінність родовища, умови його розробки та методику розвідувальних робіт. Пласти тонкі і середньої потужності підрозділяються на три групи: — витримані, коли на площі, для якої виконується оцінка запасів (за розміром не менше 4 км 2 ) відхилення від середньої величини загальної потужності для тонких пластів, як правило, не перевищує 20%, для пластів середньої потужності -25% — відносно витримані , коли на площі оцінки відхилення від середньої величини загальної потужності для тонких пластів, як правило, не перевищує 35%, а для пластів середньої потужності — 50%, установлені закономірності просторового змінений морфології пласта та якості вугілля, — невитримані , коли на площі оцінки внаслідок різкої змінності потужності або будови пластів та показників якості вугілля, а для тонких млистій — також унаслідок наближення їх потужності до встановлених кондиціями меж, пласт на багатьох локальних ділянок втрачає робоче значення. Для розробки родовищ суттєве значення мають кути падіння пластів. відокремлюються пласти з горизонтальним, пологим (до 18°), похилим (19-35°), круто-похилим (36-55°) та крутим (56-90°) заляганням. 13лекція 5Морфологія вугільних пластів

Характер контактів вугільного пласта з підошвою За ступенем різкості контакту вугільного пласта з підошвою можна відокремити чотири типи: – різкий контакт з породами, які не мають ознак підошви (чітко шаруваті глинисті, глинисто-алевритові, рідше піщані породи, дуже рідко вапняки); – різкий складний контакт , при якому породи підошви відокремленні від вугільного пласта тонкою пачкою шаруватих глинистих або вугільно-глинистих осадків, з чіткими границями поверхонь розділу; – різкий безпосередній контакт порід підошви з вугільним пластом без будь-яких переходів, з рівною та чіткою поверхнею розділу; – поступовий контакт , при якому породи підошви переходять у вугільний пласт через проміжну пачку вуглистих порід та глинистого зольного вугілля. 14лекція 5Морфологія вугільних пластів

Морфологічний вигляд вугільного пласта в умовах розщеплення та виклинювання А А — локальне розщеплення, Б — регіональне розщеплення; В — багаторазове розшарування вугільного пласта Розщеплення вугільного пласта виражається в зростанні потужності прошарку, що розділяє вугільні пачки в пластах складної будови. В результаті цього єдиний компактний пласт розширюються, розділяється на окремі пачки. Відокремлюють дві групи розщеплень — локальні та регіональні, широко розповсюджені серед паралічних* та субпаралічних пластів * — прибережних приморських за місцем формування 15лекція 55. 1. Морфологія вугільних пластів

Розщеплення та виклинювання вугільних пластів по падінню (Челябінський басейн) Розщеплення вугільних пластів відбувається в процесі їх формування і визначається чинниками, які контролюють накопичення самого пласта. До розщеплення можуть привести такі чинники: тектонічні рухи дна торфовища, неоднорідність усадки, рослинний контроль, нерівний рельєф. 1 — вугільні пласти, 2 – розриви 16лекція 5Морфологія вугільних пластів

Розмиви вугільних пластів (Донецький басейн) Часткові розмиви тонких вугільних пластів та середніх за потужністю, як правило, призводять до втрати їх промислової цінності. 1 — вугілля; 2 — пісковик; 3 — алевроліт; 4 – аргіліт; 5 — вапняк; 6 –ракушняк 17лекція 55. 1. Морфологія вугільних пластів

Карстове порушення вугільного пласта (Підмосковний басейн), 1 — вугілля; 2- пісковики; 3 — аргіліти; 4 -вапняки 18лекція 5Морфологія вугільних пластів

Етапи вуглеутворення • Органічне життя на Землі виникло біля 4 млрд. років тому. Більш ніж за половину цього терміну рослинне життя досягло лише утворення синьо-зелених водоростей та бактерій. • До представників найбільш раннього вугілля відносяться окремі вуглепроявлення силурійського віку , які зустрічаються в Середній Азії (Кенагаз та ін. ). • Вихід рослинності на суходіл, з чим пов’язують торфо- та вуглеутворення, відбувся середньому та пізньому девоні. Тоді відбулася заміна псилофітів хвощеподібними та папоротниками, які слугували вихідним матеріалом для вуглеутворення. Починаючи з середнього девону процес вуглеутворення продовжувався всі наступні епохи. • За приналежністю до певного геологічного часу та інтенсивністю вуглеутворення відокремлюють шість етапів: девонський, карбоновий, пермський, ранньомезозойський, пізньомезозойський та кайнозойський 19лекція

Етапи вуглеутворення 20лекція

21лекція

Девонський етап • Девонський етап характеризується найменшою вугленосністю, тому що в цей період центральна та західна частини Східноєвропейської платформи знаходилися в аридній* зоні і лише північний схід цієї платформи, Західний Сибір та Казахстан, були розташовані в зоні тропічного і вологого клімату. *- сухий клімат пустель та напівпустель, наприклад Сахари (від лат. Aridus — сухий) 22лекція

Карбоновий етап • Карбоновий етап відзначається пануванням гумідного (вологого) клімату та потужним розвитком вологолюбивої рослинності на приморських рівнинах. Вуглеутворення на цьому етапі досягає значного масштабу. Тропічна та субтропічна зони на той час займали майже всю територію Західно європейської платформи , Далі на схід від цієї платформи розміщувалась область більш холодного клімату. Із рослин на заході в цей час переважали деревоподібні представники — плаунові та папоротники, на сході – кордаїти *. • З карбоновим етапом пов’язане утворення найбільш важливих у промисловому відношенні вугільних басейнів: Донецького, Кузнецького, Карагандинського з великою кількістю пластів та високою вугленасиченістю, різноманітним вугіллям — від антрацитів до майже бурих. • *- давні примітивні хвойні рослини

Геологічний музей НАН України лекція

Пермський етап На южных массивах суши распространились леса крупных семенных папоротников-глоссоптерисов. Появились первые хвойные, быстро заселившие внутриматериковые области и высокогорья. 25лекція

Ранньомезозойський етап • У ранньомезозойському етапі характерне існування трьох палеоботанічних зон: 1)1) хвойно-гінкгових лісів — у Сибіру та частині Казахстану, 2)2) дикадофітів та теплолюбивих папоротників — від Донбасу через Кавказ у південні області Середньої Азії, 3)3) змішаних хвойних та цикадофіто-гінкгових лісів — від Прибалтики через Південний Урал та Приуралля в середні області Середньої Азії. • Петрографічний тип вугілля відрізняється однорідністю. • На цьому етапі сформувались Кансько-Ачинський, Іркутський та Південно-Якутський вугільні басейни 26лекція

Кайнозойський етап • В кайнозойський етап в олігоцені відбувалося похолодання. Зона помірного клімату з широколистою та хвойною флорою внаслідок цього перемістилась на південь. У помірно холодному кліматі Сибіру розвивалась зона тайги. У пліоцені розміщення ландшафтних зон та їх конфігурація стали близькими до сучасних. Буре вугілля цього етапу представлене різноманітними петрографічними типами. • У межах Східно-Європейської платформи із локальними депресіями платформного типу пов’ язані найбільш потужні пласти бурого вугілля (120 м на Кривлевському родовищі Уралу, 74 м на Новодмитрівському в Донбасі). • На цьому етапі сформувалися Дніпровський , Південно-Уральський та Угловський буровугільні басейни і ряд родовищ на Далекому Сході 27лекція

Висновки • Вугленосні формації являють собою сірокольорові, гумідні переважно піщано-глинисті поліфаціальні осади , складені специфічними циклами порід та генетично з ними пов’язаними пластами вугілля. • Осадки вугленосних формацій накопичуються у різних палеогеографічних обстановках. Різновидами фацій вугленосних формацій паралічного прибережно-континентального осадонакопичення є морські відкладення , перехідні від морських до континентальних (обстановка лагунно-заплавного узбережжя) та континентальні відкладення (алювіальні, делювіальні, пролювіальні, річні, прісноводно-озерні, болотні, пустельні, льодовикові утворення) 28лекція

• До фацій внутрішньо-континентальноґо лімнічного типу належать осади річних русел, заплав, заболочених прибережних-морських рівнин, замулених частин болот. • Вугленосні формації побудовані циклічно з багаторазовим закономірним чергуванням у розрізі поліфаціальних комплексів відкладень. • Хвильові прогини у своєму розвитку зазнають підняття. При цьому відбувається ряд суттєвих змін вугленосних формацій: складкоутворення, поява розривів, магматизм, руйнування вугленосної товщі. Інтенсивність таких змін прямопропорційна амплітуді доінверсійного занурення прогину, тобто потужності вугленосної формації. Інверсія вугленосних прогинів супроводжується підняттям земної кори та розмивом вугленосної товщі. Найбільшого підняття та руйнування зазнали формації глибоких прогинів (до 7-10 км і більше). 29лекція 5Висновки

Основні проблеми і тенденції світового нафтогазовидобутку 1. Запаси нафти з низькими витратами на видобування в найближчі десятиліття будуть виснажені; пік максимуму видобутку нафти буде очікуватися приблизно до кінця наступного десятиліття. 2. 2. Збільшення видобутку важких нафт, бітумів, природного газу. 3. Збільшення видобутку за рахунок застосування нових та модернізованих методів нафтовіддачі. 4. 4. Перебудова технологічних процесів з метою переробки більш екологічно небезпечних важких нафт і бітумів на НПЗ світу (основні ресурси знаходяться у Канаді й Венесуелі). 5. Пік видобутку природного газу вже наступив у США. В усьому світі розкидано багато родовищ, віддалених від споживача. 71 % запасів природного газу зосереджено на Близькому Сході й країнах СНД, причому Росія й Іран володіють 45 % всіх розвіданих запасів. 6. 6. Колосальні ресурси метану зосереджені в газових гідратах, однак технічні й економічні можливості його видобутку тут нижче, ніж при видобутку бітумів і важких нафт.

Важка нафта Рис. Структурна модель молекул асфальтенів • Нафта з високою в’язкістю та густиною ( понад 885 кг/м 3 при 20 о С ). Характерна підвищеним вмістом асфальтено-смолистих речовин , переважанням у її складі циклічних вуглеводнів та низьким вмістом легкокиплячих фракцій. Часто включає вуглеводневі сполуки, які містять сірку, кисень, азот , а також сполуки металів (в основному ванадію, нікелю, заліза, хрому ). • Структурну модель асфальтенів можна побудувати за даними ПМР-, ІЧ-, УФ -спектроскопії, гельпроникної хроматографії. . . • Наявність в асфальтенах поліконденсованого ароматичного ядра можна встановити за смугою поглинання 1600 см -1 , що відноситься до валентних площинних коливань подвійного зв ’ язку у конденсованому ароматичному ядрі. • Атоми сірки входять у склад як ароматичних поліциклічних структур, так і поліметиленових містків. • Ванадий (іноді нікель) входять у склад важких нафтових залишків як у вигляді порфиринів, так і у вигляді інших сполук. Саме нікель і ванадій є найбільш сильними отрутами каталізаторів при конверсії важких нафтових залишків у моторні палива.

Збільшення інтересу до важкої нафти, бітумів і горючих сланців • Останнім часом невпинно збільшується видобування важких нафт в результаті виснаження основних запасів легкодоступної нафти. • Добування важких та бітумінозних нафт у світі складало 21, 1% від видобутку нафти (на 2001 р. ). • У Росії до 1414 % з поточних запасів нафти належать до важких і високов’язких нафт (в’язкістю більше 30 МПа с). ∙ – На територію Татарстану приходиться третина запасів цього виду сировини в Росії. У бітумінозних горизонтах виявлено біля 450 покладів природних бітумів. • Створено технології отримання синтетичної нафти середньої густини із важкої і бітумінозної нафт. • Проекти видобутку і переробки важких нафт, бітумів і горючих сланців носять тривалий характер з терміном окупності 10 років і більше. . Розробка таких величезних ресурсів значно залежить від цін на нафту.

Генезис важкої нафти • Нафта разом з газоподібними вуглеводнями зазвичай на залягає на глибинах від десятків метрів до 5-6 км. • На глибинах 4, 5-5 км переважають газові і газоконденсатні поклади з незначною кількістю легких фракцій. • Максимальне число покладів нафти розташовується на глибині 1-3 км. • Поблизу земної поверхні нафта як правило перетворюється у густу мальту, напівтвердий асфальт та ін. — наприклад, бітумінозні піски і бітуми.

Ресурси важких нафт, бітумів та їх генезис • Основні ресурси важких нафт і бітумів ( до 450 млрд. т ) зосереджені в Канаді і Венесуелі (відповідно до 260 млрд. . і 190 млрд. т), Близькому Сході. За деякими даними в цілому в світі запаси важкої нафти і бітумів знаходяться на рівні 680 млрд. т. • Родовища важкої нафти розміщені на зовнішніх бортах мезозой-кайнозойських крайових прогинів, що примикають до щитів і склепінь древніх платформ і знаходяться в зоні активної інфільтрації. Найбільші з них ( запаси в млрд. т ) локалізовані на схилах Канадського, Гвіанського та ін. щитів, Оленьокського склепіння. • Родовища подібного типу утворилися в епохи інтенсивного підняття крайових антекліз , коли створювалися умови для висхідної латеральної міграції нафти з суміжних прогинів і окиснення її сульфатами і киснем інфільтраційних вод. Бітумні скупчення формуються на шляхах вертикальної міграції вуглеводнів по тектонічних тріщинах і приурочені до локальних розривів на нафтогазоносних структурах ( Садкінське, Іванівське, Бориславське та ін. род. ), зонах регіональних розривів в передових частинах складчастих систем і на бортах міжгірських западин і крайових прогинів.

Перспективи видобутку газових гідратів • Зараз відомо >200 родовищ газових гідратів , більша їх частина розташована на морському дні. В покладах природних газових гідратів зосереджено 10-1000 трлн м 3 3 метану. • Незважаючи на останні успіхи експериментальних досліджень гідратів в пористих середовищах, питання економічно рентабельного видобутку газу з гідратів залишається як і раніше відкритим.

Гідрати природних газів Що таке газові гідрати • газові гідрати або клатрати — кристалічні сполуки, що утворюються за певних термобарич них умов з води і газу. Ім’я клатрати , від латинського « clathratus » , що означає «замикати у клітку» . Гідрати газу відносяться до сполук змінного складу • У структурі газогідратів молекули води утворюють ажурний каркас (тобто гратку господаря ), в якому є порожнини. Ці порожнини можуть займати молекули газу ( « молекул ии —гост іі » ). Молекули газу пов’язані з каркасом води В ан-дер-ваальсівськими зв’язками • У загальному вигляді склад газових гідратів описується формулою M·M· nn HH 22 OO , , де М — молекула газу-г і драто утворювача, n — число молекул води, що відповідають одній молекулі газу

Що таке газові гідрати • Більшість природних газів ( CHCH 44 , , CC 22 HH 66 , , CC 33 HH 88 , , COCO 22 , , NN 22 , , HH 22 SS , , ізобутан тощо ) утворюють гідрати за певних термобаричних умов. Область їх існування приурочена до морських донних осідань і до порід в умовах вічної мерзлоти. Основними природними газовими гідратами є гідрати метану і діоксиду вуглецю. • Газові гідрати зовні нагадують прессований сні г. Вони часто мають характерний запах природного газу, і можуть горіти. Завдяки своїй клатратній структурі одиничний об’єм газового гідрату може містити до 160— 180 об’ємів чистого газу. Вони легко розпадаються на воду і газ при підвищенні температури

Існування системи СН 44 –вода в умовах утворення газових гідратів

Усереднений розріз зони гідратоутворення у Світовому океані

Що таке газові гідрати • Морський льод утримує велику кількість метану у вигляді клатратів, у вічній мерзлоті. • Цікаво, що вивільнення арктичного метану може призвести до різкої зміни клімату Землі подібно до палеоцен-еоценового вимирання та інших епох. • Метан є газом, що викликає парниковий ефект

З історії досліджень газових гідратів • У 1778 р. вперше гідрат газу одержав Джон Прістлі при атмосферному тиску та температурі, близькій до 0 °С. Через 33 роки аналогічним шляхом гідрат хлору одержав Гемфрі Деві , першим назвавши ці кристали гідратом. До XX ст. було опубліковано всього 25 робіт шістнадцяти авторів. • У 1934 р. Е. Гаммершмідт опублікував результати обстеження газопроводів США, робота яких ускладнювалася формуванням пробок у зимовий час. Передбачалося, що льодові пробки утворюються з конденсатної води. Гаммершмідт показав, що тверді пробки складаються не з льоду, а з гідрату газу, який транспортують. Інтерес до газогідратів різко зріс.

• 1963 р. на північному заході Якутії було пробурено розвідувальну свердловину, в якій на глибині близько 1150 м виявлено мерзлі породи, що більше ніж удвічі перевищувало раніше відомі глибини. • Термічний градієнт в інтервалі мерзлих порід не перевищував 0, 5 °С/100 м, а в підмерзлотній частині розрізу дорівнював 1 °С/100 м, що відповідало жорстким умовам існування газогідратів. • Під час розкриття порід на глибині 1850 м стався могутній викид газу, хоча, за співвідношенням «тиск-температура» , вільного газу бути не могло. • Спроба встановити причини викиду привела до несподіваного висновку: за співвідношенням «тиск-температура» , в осадовому чохлі земної кори існують газогідратні поклади. 42З історії досліджень газових гідратів

• У СШАСША вивчення метаног і драт і в на суходолі і шельфі є таким же престижним як космічна і ядерна програми. Головними цілями національної програми » Стратегія дослідження і розробки метанових гідратів на 2001-2010рр. » є розробка технології видобутку газогідратів до 2010 року, і початок їх комерційної експлуатації до 2015 року. • З 1995 року Японія реалізує державну програму, в межах якої проводяться широкомасштабні дослідження, спрямовані на виявлення метаног і драт і в. 43З історії досліджень газових гідратів

• В Чорному морі газогідрат метану залягає на величезній площі, шаром потужністю до 400 метрів. Російські геологи визначили, що запаси метану, зв’язані в газогідратах, досягають 25 25 трильйонів м 33. . • Якщо ці розрахунки вірні, то вказані об’єми рівні запасам усіх супергігантських родовищ газу (Північне/Південний Парс (Іран — Катар), Уренгойське (Росія), Іолотань (Туркменія) разом узятих. • Очікувані запаси газу тільки в осадових породах в українській частині чорноморського дна – 7-10 трлн. м 33. Цього, при збережені нинішнього рівня споживання, вистачить років на сто. • З одного м 3 гідрату, вилученого з морського дна, виділяється 164 м 3 газоподібного метану. Тобто йдеться, з одного боку, про прихований в гідратах метану колосальний енергетичний потенціал, а з іншого — про величезну небезпеку, яку ці гідрати можуть нести для клімату планети. 44Газові гідрати Чорного моря

Горючі сланці 46Горючі сланці , багата на органіку дрібнозерниста алюмосилікатна осадова порода, що містить значну кількість керогену (твердої суміші органічних хімічних сполук), з якого можна виділити рідкі вуглеводні. Кероген потребує переробки для подальшого використання в якості замінника сирої нафти, що збільшує й вартість такого замінника, так і тиск на навколишнє середовище. Родовища горючих сланців зустрічаються по всьому світу, в тому числі найбільші в Сполучених Штатах Америки.