Конспект лекционных занятий

1. Тема лекции: Вводная. Геология, содержание, задачи, разделы и методы. Краткая история развития нефтяной геологии.

Геология – наука о Земле (от греч. «гео» - Земля, «логос» - знание, наука). Земля представляет собой сложно построенное тело, занимающее определенное положение во Вселенной, характеризующееся определенным физическим состоянием и химическим составом и непрерывно развивающееся во времени. В силу этого изучением Земли, кроме геологии занимаются и другие науки – геофизика, геохимия. Геофизика изучает внутреннее строение Земли, физическое состояние ее недр, ее физические поля - гравитационное (поле силы тяжести), магнитное, тепловое, электрическое. В задачу геохимии входит изучение химического состава Земли и ее отдельных оболочек, судьбы атомов химических элементов и их изотопов. Предметом исследования геологии является в основном верхняя каменная оболочка Земли – земная кора, а точнее, литосфера, охватывающая кроме коры верхнюю часть мантии. Геология ставит своей целью восстановление и объяснение истории развития Земли, на основе исследования ее вещественного состава, строения и процессов, изменяющих внутренние состояние земного шара и земную поверхность.

Геология изучает состав, строения и развитие Земли под действием процессов протекающих в ее внешних и внутренних сферах, а также закономерности и процессы формирования земной коры, слагающих ее минералов, горных пород, полезных ископаемых и историю развития жизни на Земле. В общем, геологические знания – это необходимое и важное звено научного мировоззрения.

Значение геологической науки для хозяйственной деятельности человека неуклонно возрастало по мере вовлечения в эту деятельность новых видов полезных ископаемых – от угля до урановой руды и редких элементов. Другая крупная задача прикладной геологии – изучение геологических условий мест, предназначенных для возведения различных инженерных сооружений–гидроэлектростанций, атомных электростанций, каналов и т.п. в целях обеспечения их устойчивости. Еще одно важная роль геологии предупреждение и учет возможных последствий природных катастрофических явлений – землетрясений, вулканических извержений, оползней и т.д. Относительно недавно человечество осознало необходимость сохранения окружающей природной среды и оценка направленности ее естественного изменения и экология – наука об окружающей среде заняло видное место среди других наук, а в ее составе оформился раздел, относящийся к геологической компоненте этой среды – геоэкология.

Практическое значение геологии, прежде всего состоит в разработке методов обнаружения полезных ископаемых. Среди полезных ископаемых различают рудные, или металлические (из них добывают различные металлы), нерудные (из них добывают фосфор, калий–для удобрений, каменную соль, серу и другие), строительные материалы, драгоценные (алмаз, рубин, сапфир и другие), полудрагоценные (аметист, яшма, малахит и другие) камни, горючие (уголь, нефть, горючий газ).

К настоящему времени геология выработала надежные критерии прогнозирования различных полезных ископаемых, в первую очередь таких, как нефть, природный газ, уголь, руды черных и цветных металлов. Таким образом, современная геологическая наука служит теоретической основой для поисков, разведки и разработки всех видов полезных ископаемых. Современная индустрия в значительной мере базируется на использовании минеральных ресурсов Земли – нефти, газа, угля, руд черных и цветных металлов, строительных материалов, подземных вод, солей и т.д. Особенно большую роль играет геология при поисках и разведке месторождений энергетического и химического сырья – нефти и газа.

На сегодняшний день геология представляет собой совокупность многих геологических дисциплин, выделившихся из нее в результате углубленной разработке отдельных отраслей геологических знаний и совершенствования методов геологического исследования. В этой связи можно выделить несколько основных разделов геологии:

1) науки, изучающие вещественный состав Земли (геохимический цикл); 2) науки, изучающие процессы, протекающие в недрах Земли и на ее поверхности (динамическая геология); 3) науки, изучающие историю Земли (историческая геология); 4) науки, направленные на практическое использование недр Земли (прикладная геология).

К геохимическому циклу относятся кристаллография, минералогия, петрология, литология, собственно геохимия. Кристаллография – наука о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре. Минералогия – наука о минералах природных химических соединениях, слагающие горные породы или встречающихся отдельно. Минералогия рассматривает химический состав минералов, особенности их структуры, физические свойства, условия залегания, взаимосвязи и происхождение. Петрология – наука о горных породах, изучает минералогический и химический состав горных пород, их свойства, строение, условия залегания, а также изучает их происхождение и изменения, испытываемые горными породами под воздействие различных факторов. Особый класс горных пород – осадочные породы – является предметом изучения литологии (греч. «литос» - камень). Геохимия – наука о химическом составе Земли, изучает химические элементы, устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов в недрах Земли и на ее поверхности. Геохимия оперирует атомами, минералогия изучает сочетания атомом (минералы), петрология – сочетания минералов (горные породы).

Динамическая геология изучает геологические процессы протекающие в недрах литосферы и на ее поверхности. В зависимости от источника энергии они подразделяется на экзогенные (рожденные внешними причинами) и эндогенные (рожденные внутренними причинами). Экзогенные процессы протекают под действием солнечной энергии в сочетании с гравитационной (силой тяжести); эндогенные – под действием внутренней энергии, внутреннего тепла Земли, также в сочетании с гравитационной энергией.

Историческая геология изучает историю земной коры в связи с развитием Земли как планеты в целом. Она в свою очередь подразделяется на ряд наук. Стратиграфия – учение о слоях осадочных пород и последовательности их залегания. Палеонтология – наука об ископаемых остатках организмов. Изучение захороненных в слоях остатков древних, вымерших организмов, набор которых был характерен для определенных эпох истории Земли помогает в установлении относительного возраста осадочных горных пород.

Следующий раздел геологии, стоящий ближе всего к прикладной геологии, - это региональная геология. Она занимается описанием геологического строения – возрастной последовательности горных пород, образуемых ими структурных форм, а также истории развития отдельных участков (регионов) земной коры, от небольших до очень крупных – континентов и океанов. Строение земной коры обычно изображается на геологических картах разного масштаба, на которых отражено распространение на поверхности Земли горных пород разного типа, состава и возраста. Геологические карты и производные от них разновидности – тектонические и другие карты – служат основой для поисков и разведки полезных ископаемых.

Основным методом геологических исследований является изучение естественных выходов (обнажений) горных пород, начиная с описания их состава, типа, условий залегания и взаимоотношений. Для более точного определения состава и типа минералов, пород, полезных ископаемых берутся пробы (образцы) которые подвергаются лабораторному анализу – химическому, минералогическому и другие. В осадочных породах ведутся поиски органических остатков, по которым можно определить относительный возраст породы палеонтологическим методом, широко применяется и различные физические методы определения возраста горных пород. Для изучения пород, залегающих на большой глубине используют данные буровых скважин, шахт и других горных выработок. Для изучения глубинных частей земного шара применяется геофизические и геохимические методы. Геофизические методы основаны на том, что горные породы разного состава обладают разными физическими свойствами. В отличие большинства естественных наук, широко использующих лабораторный опыт в геологии экспериментальный метод имеет ограниченное значение. Основная трудность заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Однако. в настоящее время успешно проводятся работы по применению эксперимента (физического моделирования) в различных областях исследований. Так, например, в тектонике – воспроизведения деформации горных пород, минералогии – синтез минералов, в том числе алмаза, петрологии – плавление и синтез горных пород, в инженерной геологии и других отраслях геологической науки.

Основное значение при геологических исследованиях имеет наблюдения. При этом используются разнообразные методы, разработанные на базе других наук. За стадией наблюдения и сбора материалов следует стадия обобщений и выводов, с которой связано установление закономерности явлений и построение научных гипотез или теорий. В дальнейшем необходима проверка полученных выводов. В геологических исследованиях она заключается в повторном наблюдении, сопоставлением более широкого круга фактов и подтверждении экспериментальными данными. Одним из важнейших методов геологических обобщений, касающихся природы геологических процессов, является метод актуализма. Наиболее краткую его формулировку дал знаменитый британский геолог XIX века Ч. Лайель: «Настоящее есть ключ к познанию прошлого». Сущность метода заключается в понимании прошлого путем изучения современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию последних. Успешное решение теоретических задач геологии связано с разрешением одной из важных практических задач – прогноза поисков, необходимых для народного хозяйства минеральных ресурсов.

Геология нефти и газа изучает происхождение, условия миграции и формирования скоплений и историю этих полезных ископаемых, а также изучает залежи и месторождения нефти и газа в естественном состоянии и в процессе разработки для определения их значения и рационального использования недр.

Целью геологической службы является получение сведений о вещественном составе пород, их возрасте и строении, о характере насыщения флюидами, а также о физико-химических свойствах нефтей, газов, подземных вод.

Нефть, природный газ и их производные – горючие полезные ископаемые – природные образования, которые могут быть источником тепловой энергии. Горючие полезные ископаемые служат ценнейшим топливом, а чтобы вещество являлось таковым, оно должно обладать достаточно высокой теплотой сгорания, быть распространенным, продукты его сгорания должны быть летучими, чтобы не затруднять процесс горения и не быть вредными и ядовитыми для людей.

Горючие ископаемые также являются ценным сырьем для химической промышленности, это в первую очередь касается нефти.

Нефтяная промышленность мира насчитывает около 150 лет. Зарождение ее в разных странах мира происходило почти одновременно.

В 1859 году американский предприниматель Дрейк (Пенсильвания) из пробуренной им скважины получил промышленный приток нефти, чем положил начало нефтяной промышленности США. Спустя 5 лет (1864 г.) полковником в отставке Новосильцевым в России из скважины, пробуренной на речке Кудако (левый приток реки Кубань, северо-западный склон Кавказа), был получен фонтан нефти. Этот факт свидетельствует о начале нефтяной промышленности России. В районе Баку (Азербайджан) первая промышленная нефть была получена в 1871 году из скважины, пробуренной предпринимателем Мирзоевым. Нефтяной фонтан дебитом 32 т/сутки забил здесь с глубины всего 40-45 метров.

Первая нефть Казахстана была получена в 1899 году на площади Карашунгул в скважине 7 с глубины всего 40 м из палеогеновых отложений. Суточный дебит скважины достигал 25т/сутки. Но, по мнению многих геологов, фактически нефтяная промышленность Казахстана берет отсчёт с Доссора, когда 29 апреля 1911 года в урочище Доссор на одноименной солянокупольной структуре (90 км северо-восточнее Атырау) была пробурена скважина 3, из которой (интервал 225-226 метров, средняя юра) ударил мощный фонтан нефти, выбросивший за несколько последующих дней 16000 тонн высококачественной бессернистой, маслянистой нефти. Эту дату многие нефтяники считают фактическим началом нефтяной промышленности Казахстана по следующим причинам. Нефть Карашунгула мигрировала в палеогеновые отложения из нижележащих нижнемеловых и юрских залежей, поэтому запасы ее оказались весьма скромными и в больших масштабах она так и не была использована. А вот доссорская нефть сразу же, в этом же 1911 году начала добываться в сравнительно больших объемах и интенсивно использоваться в экономике.

С зарождением нефтяной промышленности мира окончательно оформилась и геология нефти и газа, как обособленная прикладная наука геологического цикла. С развитием нефтяной промышленности добыча нефти бурно растет. Так, в России за всю историю существования нефтяной промышленности (начиная с 1864 г.) было добыто более 4 млрд. т нефти.

Если для первого млрд.тонн потребовалось 90 лет, то для второго семь, для третьего всего четыре с половиной года и для четвертого – менее двух лет. Глубины нефтяных скважин также стремительно растут с 50-100 метров до 5-7 км в настоящее время.

Нефтяная геология с первых дней своего становления оформилась в самостоятельную науку геологического цикла и рассматривает широкий круг вопросов. Она опирается на науки геологического, химического, физического и биологического циклов.

Нефть и газ возникают и образуют скопления в основном в породах осадочного слоя. Весьма редко нефть и газ скапливаются и в гранито-гнейсовом слое земной коры. Следовательно, их дальнейшая консервация и сохранение на длительное геологическое время связано с земной корой, развитие которой подчиняется общим геологическим закономерностям.

Нефть, в меньшей степени, и природный углеводородный газ – сложные химические соединения, поэтому чтобы определить их состав и строение необходимо знать и уметь применять законы общей и органической химии (науки химического цикла).

Нефтяная наука исследует специфическое, жидкое и газообразное полезное ископаемое, которое способно передвигаться (мигрировать) в земной коре. Следовательно, при изучении условий образования скоплений углеводородов (УВ) и закономерностей их залегания, а также их физических свойств геолог-нефтяник использует физические законы (науки физического цикла).

Подавляющее большинство геологов придерживается органической теории образования нефти и газа, поэтому биология и биохимия служат опорой не только при решении проблемы происхождения углеводородов, формирования их скоплений, но и их разрушения, в том числе и биологическим путем (науки биологического цикла).

Нефтяная геология дает ответы на две основные группы вопросов: как образовались и что представляют из себя нефть и газ; где искать эти ценнейшие полезные ископаемые. Другими словами нефтяная геология дает ответы на следующие вопросы: как и где залегают нефть и газ в недрах земной коры, как образуются и сохраняются миллионы лет их скопления, каковы закономерности размещения их по площади земного шара, как возникли нефть и газ в природе в таких больших объемах.

Основной задачей курса является изучение форм скоплений нефти и газа в недрах (типы залежей, месторождений), закономерностей их размещения, условий их возникновения, преобразования и разрушения (генерация, аккумуляция, консервация).

Основная литература: 4[3-11], 5[7-11],

Дополнительная литература 14[11-12]

Контрольные вопросы:

1. Назовите дату начала нефтяной промышленности мира.

2. Назовите дату начала нефтяной промышленности Казахстана

3. На каких науках базируется нефтяная геология?

4. Какие вопросы изучает геология нефти и газа