Сила разуплотнения поверхностного слоя воды и ее роль в геологических процессах (стр. 45 )

Во всех перечисленных случаях процессы перекристаллиза­ции и метасоматического минералообразования и пластического течения пород являются ответом на стрессовые деформации по­род, способствуя снятию стрессов, выравниванию давлений и тем самым уменьшению и полному исчезновению сил, вызывающих деформации.

Можно полагать, что именно МДК-эффект и механизм диффу­зионного флюидозамещения, ускоряя процессы перекристаллиза­ции пород, способствует их пластическим деформациям. Если эти механизмы не действуют, например, в сухих, не содержащих рас­творов породах, то и перекристаллизации пород не будет, а де­формации пойдут по пути механического раздавливания и образо­вания катаклазитов и милонитов.

Глава 6. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

(1936) один из первых экспериментально про­извел деление почвенных и грунтовых подземных вод на гравита­ционные и пленочные. При центрифугировании влажных почв гра­витационные воды легко отделяются из них при малых оборотах центрифуги, а пленочные воды не отделялись даже при самых больших скоростях вращения, так как были прочно связанными с поверхностью частиц. В последующем было произведено деление пленочных, т. е. связанных, вод на прочносвязанные и рыхлосвя­занные, осмотически-связанные (Сергеев, 1978; Злочевская, 1969).

Специалисты по гидрогеологии признают большое значение тонкой пленки связанной воды при формировании состава под­земных вод. В частности, в одной из наиболее обстоятельных мо­нографий, посвященной проблеме геохимических особенностей поровых растворов в горных породах (Удодов и др., 1983), отмеча­ется, что «связанная вода – отличающееся как в структурном, так и термодинамическом отношениях образование, которое повсеме­стно распространено в земной коре и в наибольшей степени в гли­нах. Поэтому изучение геохимической роли связанных вод состав­ляет собой одну из важнейших ближайших задач современной гидрогеохимии. Решение таких важных для геологии вопросов, как диагенез, катагенез и метаморфизм органического вещества, гене­зис углеводородов, многих газов, рудообразующих растворов и, конечно, формирование состава подземных вод не могут быть до конца понятны без изучения связанных вод, что неоднократно под­черкивалось еще » (с. 17).

Однако из главнейшихе учебников по гидрогеохимии ясно, что есть отрасли гидрогеологии, посвященные изучению условий формирования геохимического состава подземных вод, и оказыва­ется, что, например, в четырех учебниках (Алекин, 1970, Питьева, 1978, Шестаков и др., 1984; Крайнов и др., 1992) нет ни слова о связанной воде; в трех гидрогеохимических монографиях (Овчин­ников, 1963; Посохов, 1966; Самарина, 1977) имеется только не­сколько фраз, упоминающих связанную воду; еще в четырех учеб­никах (Основы …, 1982; Дривер, 1985; Кирюхин и др., 1993; Швар­цев, 1996) проблеме связанной воды посвящено только 2-3 стра­ницы, а все остальное посвящено гравитационным водам.

Приведенное выше мнение о важности проблемы связанной воды было опубликовано двадцать лет назад. С тех пор, как я от­мечал во введении, работы по поверхностному слою воды в целом и по связанной воде в частности почти прекратились. Получить подтверждение этому можно, если посмотреть программу круп­нейшей международной конференции по гидрогеологии «Фунда­ментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия» (2000), где из 160 докладов только один посвящен проблеме связанной воды. Между прочим, эта конфе­ренция была организована при активном участии авторов отме­ченного высказывания.

Поэтому вопрос о роли связанной воды в гидрогеологических процессах так и остался не разрешенным, а высказывание о его большой важности осталось только декларацией.

Основываясь на приведенных представлениях о СРПС можно дать новое объяснение роли тонкой поверхностной пленки связан­ной воды. По моему мнению, О-СРПС, создающая МДК-эффект в микропорах и микротрещинах почв, грунтов и горных пород, явля­ется главенствующим механизмом, формирующим геохимические особенности состава подземных вод. Именно благодаря МДК-эф­фекту вода приобретает большую химическую агрессивность. Я считаю, что этим объясняется ее способность, как отмечал (1985, 1990), «везде и всюду в течение всей геоло­гической истории растворять эндогенные алюмосиликаты», так что «вода по составу является такой, какова степень ее взаимодейст­вия с горными породами». Действие МДК-эффекта подтвержда­ется экспериментальными исследованиями (1971), (1965), Валяшко и др. (1973), показавших, что при отжимании воды из глинистых пород последовательно выделя­ются части раствора со все более низкой концентрацией раство­ренных веществ. Это, по их мнению, свидетельствует об уменьше­нии концентрации растворов вблизи стенок микропор и контактов воды с твердыми частицами пород.

Я дополню их представления следующим. Данный факт слу­жит основанием для идеи об ускорении диффузионного выноса растворенных веществ из узких микропор со связанным нераство­ряющим слоем воды в более широкие поры со свободной водой. Такой вынос компонентов  происходит постоянно независимо от действия сжимающих усилий. Главным условием является нали­чие пород с пористостью разной величины, например, глин и пес­чаников. В частности, этим можно объяснить описанные (1974) явления диффузионного выщелачивания химических компонентов из глинистых пород и обогащения ими гравитационных подземных вод.

Таким образом, СРПС играет важнейшую роль в гидрогеоло­гических процессах, придавая за счет действия МДК-эффекта вы­сокую химическую агрессивность подземным водам и способность сравнительно легко растворять в первую очередь тонкозернистые алюмосиликатные породы (глинистые, алевро-пелитовые) и пере­мещать из них растворенные компоненты в зоны более грубозер­нистых пород с преобладающими в них гравитационными подзем­ными водами. Различные процессы уплотнения и диагенеза осад­ков способствуют усилению действия МДК-эффекта в этих осадках и увеличению химической агрессивности вод. В то же время МДК-эффект постоянно поддерживает открытыми микропоры для диф­фузионного перемещения растворенных веществ в более крупно­пористые породы. Благодаря этому диффузионная проницаемость тонкозернистых уплотненных пород остается всегда достаточно высокой независимо от степени уплотнения и диагенеза. По суще­ству, можно сказать, что О-СРПС в виде МДК-эффекта создает все разнообразие химического состава подземных вод и поддерживает постоянной диффузионную проницаемость горных пород для ми­грации растворенных компонентов из зон растворения в зоны ин­фильтрационного течения вод. Благодаря ей здесь создается яв­ление, подобное метасоматозу, но проявляющееся в более слабой форме и без существенного изменения химического состава вме­щающих горных пород.

Глава 7. нефтяная геология

Современные, ставшие уже классическими представления об органическом происхождении нефти и газа, разработанные рядом исследователей (Губкин, 1975; Брод, 1964; Вассоевич, 1967, 1976, 1981; Конторович и др., 1975; Вышемирский и др., 1971; Швец и др., 1985; Соколов, 2001; Хант, 1982) заключается в следующем. Родиной нефти являются осадочные бассейны, где в процессе прогибания в течение длительного времени накапливаются мощ­ные – до нескольких километров – толщи осадочных пород. Вме­сте с этими породами осаждается в рассеянном виде углеродистое органическое вещество, источником которого являются обитатели водоемов и органическое вещество, поступавшее с суши. Основ­ная масса органического вещества в осадках своим происхожде­нием обязана планктону – мелким организмам и водорослям, на­селявшим верхние слои воды в морях и озерах. Отмирающие ор­ганизмы падали на дно и примешивались к осадкам в количестве от 0,5 до 1,5 % иногда до 5–10 %. В процессе увеличения мощно­сти и погружения на большие глубины осадки под воздействием возрастающего давления и повышения температур подвергались диагенезу и катагенезу. При погружении на глубину от 2 до 7 км породы попадали в так называемую главную зону нефтеобразова­ния, где благодаря термолизу и термокатализу органические ве­щества битуминизируются и дают начало микронефти, рассеянной в породе. Возрастающее с глубиной давление способствует эмиг­рации микронефти из материнских пород. Часть ее оказывается затем в ловушках на путях перемещения и образует нефтяные за­лежи. При погружении на еще большие глубины с повышением температуры до 150–200 °C осадочные толщи попадают в главную зону газообразования, где образуется сначала газоконденсат, а затем метан, которые затем также эмигрируют во вмещающие по­роды и образуют газовые месторождения. Представление о глав­ной зоне и фазе нефтеобразования и газообразования является одним из важнейших достижений российских ученых, признанных за рубежом.

Характерной особенностью нефтематеринских пород, где за­рождается микронефть, является их преимущественно глинистый состав (Вассоевич и др., 1975). С глинами связано до 75-85 % ор­ганического вещества, поэтому его судьба в бассейнах седимента­ции теснейшим образом связана с минералами глин в процессе их осаждения из воды. Кроме того, глины способствуют эмиграции из них микронефти в процессе диагенеза и катагенеза. Считается общепризнанным, что это происходит в процессе выделения воды из глин и их дегидратации при погружении на большие глубины. Вода захватывает частицы органического вещества и инфильтра­ционным способом выносит во вмещающие породы, которые представлены в основном хорошо проницаемыми толщами песча­ников.

Дж. Хант (1982) предложил также диффузионный механизм миграции углеводородов из нефтематеринских толщ, связывая его с наличием в них нерастворяющего слоя связанной воды. Его объ­яснение заключается в следующем. Молекулы растворенных в воде органических веществ, так же как и поверхности глинистых минералов, окружены оболочками связанной воды. Для разруше­ния этих оболочек требуется энергия. Структуры, образованные молекулами воды вокруг углеводородных комплексов, несовмес­тимы со структурой воды у поверхности глинистых минералов. Пе­ремещение этого комплекса в наиболее узкие части микропор по­требует погружения их внутрь слоя связанной воды около глини­стых частиц и может привести к разрушению здесь структуры воды. Более благоприятно положение, когда углеводородный ком­плекс движется в сторону более широких участков пор и выходит за пределы слоя связанной воды, т. е. в область низкой потенци­альной энергии. Это значит, что существует градиент потенциаль­ной энергии, направленный в сторону более широких участков микропор. Под действием этого градиента углеводородные ком­плексы, окруженные молекулами воды, будут стремиться перемес­титься в этом направлении, и это перемещение может происхо­дить без участия движения глинистых частиц или свободной воды, т. е. это, по существу, механизм диффузии, не требующий уплот­нения осадков или движения флюидов.