Осадочные породы и их применение - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Осадочные породы и их применение

есурсы угля распределены неравномерно: 45% их, или 6,8 трлн. т, приурочено к территории СССР (l-e место); 26% (3,6 трлн. т) США (2-e мeсто) и 10% (1,5 трлн., т) КНР (3-e место;). Ресурсами ископаемых yглей располагают 75 стран. Почти все ресурсы угля (91 %) coсредоточены в Северном полушарии - Азии (8,1 трлн. т, или 54 %), Северной Америке (4,2 трлн. т, или 28 %) и Европе (1,3 трлн. т, или 9 %) .

Из 2900 известных угольных бассейнов и самостоятельных месторождений 7 являются гигантскими (с ресурсами свыше 0,5 трлн. т): Тунгусский, Ленский, Кузнецкий, Канско-Ачинский, Таймырский, Алма-Амазона (Бразилия), Аппалачский (США). Четыре бассейна имеют ресурсы 500-200 млрд. т: Нижнерейнско-ВестфальскиЙ (Фрr), Донецкий, Печорский и Иллинойский (США). Из общих ресурсов в 14,8 трлн. т 9,4 трлн. т (60%) приходится на долю каменных углей и 5,4 трлн. Т (40%) на долю бурых (Голицын, Голицын, 1989, с. 44-45).

Горючие сланцы древнее угля: известны ГС с возрастом 1 млрд. лет, а некоторые геологи отодвигают начало сланцеобразования до 3 млрд. лет. Они распространены на всех континентах и образовывались во всех геологических периодах фанерозоя. Их ресурсы на Земле 1350 трлн. т (с содержанием ОВ более 10%), а подсчитанные запасы - 450 трлн. т, и в них заключено 26 трлн. т сланцевой смолы (Голицын, Прокофьева, 1990, с. 15). Для сравнения: ресурсы нефти - 400-600 млрд. т, а достоверные запасы - 95 млрд. т.

Бассейны-гиганты расположены в Северной и Южной Aмeрике: Грин-Ривер, Чаттануга, Аппалачский и др. (США), Ирати (Бразилия, 2-e место после Грин-Ривер); в Азии - Оленекский; в Европе - Прибалтийский, Волжский, Тимано-Печорский, Вычегодский, Припятский и др. Добыча ГС ведется только в Эстонии и России (31 млн. т) и КНР (45-100 млн. т). Разрабатываются уже полуметровые пласты горючих сланцев. Обычная их толщина - первые метры (кукерситы силура Прибалтики - до 3,4 м, ордовикские диктионемовые сланцы там же - до 7-9 м), реже - десятки метров, а в Китае на мeсторождении Фушунь - до 180 м (к тому же они лежат на гигантском пласте угля в 140 м). Самый крупный сланценосный бассейн

Грин-Ривер (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг запада США), сосредоточивший половину мировых запасов, с пластами до 40 м, залегающими в 600-метровой сланцевой толще. Большинство сланцев накапливались в озерах и лагунах.

ГС используются как топливо по крайней мере с 1694 г. Как источник энергии они надежда человечества. Теплота cгoрания их от 4-5 до 20-25 МДж/кг (Голицын, Прокофьева, 1990, с. 7). По теплоте сгорания (более 15 мДж/кг), выходу смолы (до 25-30%), малой сернистости (менее 1 %), низким зольности и влажности лучшие в мире прибалтийские кукерситы. Ограничивают сжигание сланцев их сернистость, дoстигающая 10% (отравление природы серной кислотой), и высокие зольность и влажность (до 30%). Сланцы - ценное химическое сырье, особенно из-за большого содержания фенолов, трудно получаемых из нефти. Диктионемовые сланцы Прибалтики интересны содержанием молибдена, ванадия, серебра, свинца, меди и других редких и рассеянных элементов (Голицын, Прокофьева, 1990, с. 25 и др.).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Жидкие и газовые горючие ископаемые, или нефть и газ, - самые важные в настоящее время полезные ископаемые, играющие решающую роль в экономике и политике государств. Это своеобразные каустобиолиты, большей частью встречающиеся не в твердом состоянии. Поэтому отнесение их к «литам» дoвольно условно, хотя в принципе правильно. Их чаще вceгo нaзывали «битумами», «битумными образованиями», что подчеркивало их общее свойство - поведение как битумного вещества, т. е. растворимость в органических растворителях хлороформе и спиртобензольной смеси. Узкое понятие «битумы» не включает углеводородные газы, так как это «жидкие (нефти), полужидкие (мальта) и твердые их производные (асфальт, acфальтит, озокерит и т. д.). Термин «битумоиды», обозначающий «углеводородистые вещества, coдержащиеся в осадках и породах и обладающие способностью, как и нефть, растворяться в органических растворителях» (там же), по сути, не включает битумы, а только другие битумоподобные вещества и потому не является общим. В последнее время входит в употребление хороший термин «нафтиды» (Муравьев, 1954) - «общее название для нефтей и их природных дериватов» (там же), постепенно вытесняющий термин «битумы». «Под термином «нафтиды» объединяются природные opганические вещества (за исключением ископаемых углей), нaходящиеся в недрах в различных физических состояниях: гaзообразном, жидком, твердом, растворенном или сорбированном. К ним относятся: углеводородные газы, газоконденсаты, нефти, природные битумы и газогидраты» (Калинко, 1987,). Так же понимает нафтиды и Дж. Хант (l982 y c. 47).

Практическое значение нафтидов в том, что это самые ценные полезные ископаемые, используемые как энергетическое топливо и как химическое сырье для производства тысяч видов пластмасс, волокон и других материалов (Вассоевич, 1981; Гольдберг, 1981; Калинко, 1987; ,Карцев, 1978; Прошляков, Кузнецов, -1991; Хант, 1982; Цыркин, Олеrов, 1989; Эткинс, 1991; Эттинrер, 1988; и др.).

Промышленная добыча нефти началась, видимо, в середине XIX в. в США и Баку, а в 1871 г. было добыто в Пенсильвании 700000 т, или 91 % мировой добычи, в Баку 28000 т (за 1870 г.); в 1900 г. в мире добыто 10 млн. т., В 1925 г. -156, в 1950 г. - 549, в 1973 г. - 2670 млн. т. Рост добычи нефти лавинообразный. Несмотря на некоторое снижение добычи в 1974-1980 гг., за 10 лет (1970-1980) добыто 20 млрд. т., т. е. более трети (около 34 %) Bceгo количества нефти, извлеченной из недр за 120 лет существования нефтяной промышленности. Bcero к 1980 г. из недр добыто 58 млрд. т нефти, что, вероятно, в 5-6 раз меньше оставшихся в недрах извлекаемых (а не геологических) запасов (Вассоевич, 1981, с. 3). В топливном балансе нефть заняла первое место (35%) в 70-е годы, оттеснив уголь (30%) на второе место, а на 3-е место вышел газ (20 %). В 1980 г. 65 % используемой энергии приходилось на нефть и газ, что равно доле угля в энергетическом балансе в 1910 г.

Нефть используют и изучают по температурным фракциям, на которые в дистилляционных колоннах делится сырая нефть: бензин (легкая фракция, от начала кипения до 120 ъС); тяжелая бензиновая фракция (до 190 ъС, в России до 200 ъС); лигроин (200-250 ъC), или легкий керосин; керосин тяжелый (210-315 ъC), или в США - газойль - дизельное топливо (260-360 ъC); масло (315-550 ъC), или тяжелый газойль и смазочные масла (360-530 ъС) в США; остаток (гудрон). При использовании нефти как топлива вредными примесями являются сера, фосфор, соли (хлориды, сульфаты и др.), минеральные кислоты, вода, от них избавляются не всегда легкими способами: одни снижают качество топлива, а после сжигания coздают кислотные дожди (особенно сера) и отравляют природу.

Но сжигать нефть и газ не лучшее их применение, ибо «сжигать нефть все равно, что топить печь ассигнациями» (Д. И. Менделеев), гораздо лучше и ценнее использовать как химическое сырье. Из нефти и газа получают тысячи разнообразных веществ: синтетический, каучук, пластмассы, синтетические волокна, моющие средства, медицинские препараты, искусственные питательные белковые вещества для домашних животных и микроорганизмов, удобрения и т. д. Нельзя забывать и асфальт - покрытие для дорог. Но человек продолжает сжигать нефть, прельщаясь временной выгодой: теплота cгopaния у нефти в 1,5 раза выше, чем у угля (46 и 38 тыс. кДж при сжигании 1 кг и 38 тыс. кДж при сжигании 1 м? газа), и это топливо более чистое и удобное.

Доля нефти в топливно-энергетическом балансе, тем не менее, постоянно снижается, что связано с истощением ее запасов, которых хватит по разным подсчетам на 50-100 лет. Доля же газа, угля и горючих сланцев возрастает.

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, СВЯЗАННЫЕ С ГЛИНИСТЫМИ ПОРОДАМИ

К глинам относят породы, у которых содержание rглинистых частиц превышает 30%» (Cepгeeв и др., 1973, с. 312); «В инженерно-геологической практике глинами называют тонкодисперсные осадочные породы, в которых содержится не менее 30% частиц диаметром меньше 0,002 мм» (Ломтадзе, 1970, с. 195).

Области практического применения и использования глин в экономике весьма разнообразны и обширны. Основными можно считать глины как полезные ископаемые, вместилища дpyгих полезных ископаемых, как стройматериалы, почвы, основания для сооружений, нефтематеринские толщи и флюидоупоры.

Глины сами являются полезными ископаемыми и, кроме того, вмещают многие руды и другие полезные ископаемые. Каолины - сырье для производства фарфора и фаянса. Каолины (рис. 4.), галлуазитовые и каолин-гидрослюдистые глины, особенно с примесью свободных гидратов глинозема, - огнеупорные материалы, сырье для производства жаростойкой керамики, труб, посуды для химической, стекольной и металлургической промышленности. Чем больше в глине каолина, тем она более огнеупорна и наоборот. Различают глины огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие соответственно с температурой плавления выше 1580, 1580-1350 и ниже 1350 ъС. Примеси окислов железа, сульфиды, кальцит, сидерит, гипс, соединения Мn и Ti снижают огнеупорность. Соединения Fe, Мп и Ti окрашивают глины, что часто нежелательно. Растительные остатки не снижают температуру плавления, но вызывают пористость черепка. Рис. 4. Белая глина.

Разнообразные глины - главный компонент для производства цемента, кирпича, черепицы, облицовочных плиток, мостовoгo клинкера, кафеля, каменной посуды, дренажных и канализационных труб и других стройматериалов и изделий. В последних «работают» как плавкость (способность при определенной температуре, обычно высокой, переходить в текучее состояние), так и пластичность глин (способность во влажном состоянии приобретать любую форму и сохранять ее в высушенном, иначе способность с водой давать пасту) и спекание (способность частичного плавления при температурах ниже их полнoгo плавления, что выражается в образовании спекшегося черепка), определяемое присутствием полевых шпатов, слюды, хлоритов, карбонатов, гипса, соединений железа и других минералов, способных плавиться раньше основной массы глин. Иногда оказывается полезным здесь и свойство огнеупорности.

По возрастанию пластичности глины располагаются в следующем порядке: первичные каолины Са-монтмориллонитовые - гидрослюдистые - бейделлитовые - тонкодисперсные (переотложенные) каолины - Nа-монтмориллонитовые. Пластичность может быть увеличена насыщением Са-монтмориллонитов катионом Na, а у каолинов искусственным измельчением. Гуминовые соединения повышают пластичность и связывающую способность глин. Пластичность и связывающую способность глин широко используют в промышленности. Кроме тoгo, монтмориллонитовые и другие смектитовые глины дают лучшие бурильные растворы, без которых невозможны проходка скважин и вынос шлама. С адсорбционными свойствами связана каталитическая способность поверхности и боковых скалов глинистых частиц, что используется в химической промышленности, в синтезе каучука, крекинге бензина, а в природе, вероятно, проявляется в «созревании» нефти. Наибольшей адсорбционной способностью обладают апопепловые Nа-монтмориллонитовые глины - бентониты. Обработка кислотами других глин повышает их адсорбционную способность. Адсорбционной способностью объясняется приуроченность к глинам месторождений урана, ванадия, золота, меди, свинца, цинка и других редких и рассеянных элементов, многие из них извлекаются в промышленных масштабах. Таким образом, глины служат рудой на эти элементы.

Отбеливающие глины (монтомориллонитовые) используются преимущественно для очистки различных нефтепродуктов, а также растительных масел и животных жиров, уксуса, фруктовых соков. Некоторые разновидности маонтмориллонитовых глин употребляются в качестве формовочных глин в металлургии (так называемые бентонитовые глины). Месторождения отбеливающих глин известны в Закавказье и Дагестане, бентонитовых глин - в Грузии, Азербайджане и Средней Азии.

Глины вмешают месторождения сидеритов, железомарганцевых конкреций и фосфоритов. Глауконит - ценная зеленая краска и сырье для ее изготовления. Судя по зеленому насыщенному цвету на иконах Дионисия и других живописцев, эта краска стойкая. Глауконит используется и как удобрение из-за высокого (до 4-8 %) содержания легко извлекаемого калия. Это и бедная железная руда. В будущем из глин будут выплавлять и алюминий.

Каолины широко используются как наполнители в резиновой, бумажной, мыловаренной и парфюмерной промышленности. В составе бумаги 20-40% каолина, и бумажная промышленность - основной eгo потребитель. Каолин придает бумаге гладкость и повышает ее плотность и просвечиваемость. Вредная примесь соединения железа, из-за которых бумага желтеет. В резине каолин повышает стойкость против истирания и кислотоупорность. Хозяйственное мыло содержит 10-40 % каолина, а туалетное - 5% (Рухин, 1969, с. 108). В большом количестве он входит в состав пудры, разнообразных паст, мазей, помад, грима. Здесь, как и при изготовлении посуды, труб и другого, ценным является химическая инертность каолина и других глин. Монтмориллониты повышают моющие свойства мыла и способствуют получению пушистой пены.

Ни одна плотина гидростанций не может быть без глиняного ядра почти абсолютного водоупора. Это свойство используется при сооружении подземных хранилищ нефти, газа, воды, а также вредных отходов промышленности. В природе флюидоупорность глин обеспечивает формирование и сохранение нефтяных и тазовых месторождений, для которых они играют роль покрышек. Для нефтегазообразования глины играют и другую весьма важную роль они генерируют микронефть, которая потом уходит из них в коллектора глинистые толщи, особенно морские, основные нефтематеринские фации. Это определяется наивысшим кларком (l-2% и выше) содержания ОВ именно в глинах. Оно содержится в них в рассеянном виде, сохраняется от окисления благодаря восстановительным условиям глинистых осадков и в анаэробных условиях бактериально и биохимически преобразуется в углеводороды нефтяногo ряда (см. гл. 11). При этом глинистое вещество, особенно смектитовое, оказывает, вероятно, и каталитическое действие на органическое (Вассоевич, 1975; Клубова, 1973; и др.). Флюидоупорные свойства и трещиноватость, снижающую флюидоупорность, изучают не только инженеры-геологи, но и нефтяники.

Следует учитывать и отрицательные свойства глин, например разбухаемость монтмориллонитовых пород, из-за чего пучатся и разрушаются дороги, возникают просадки и оползни.

Суглинки используются в строительном деле (производство кирпича) и в силикатной промышленности.

Глинистые сланцы используются для изготовления грифельных досок, как кровельный материал (тонкоплитчатые разности), а в размельченном состоянии - в производстве линолеума, изоляционных материалов и резиновых изделий. Месторождения глинистых сланцев известны на Урале, Украине, Кавказе и в Карелии.

Почвы, состоящие в основном из глинистых минералов, - основа жизни на Земле, чем и определяется ее исключительная практическая ценность. Типы почв обусловливаются климатом и составом материнских пород. Они являются одним из генетических типов элювиальных образований. Всесторонне почвы рассматриваются в специальной науке - почвоведении, или педологии (Докучаев, 1883; Дюшофур, 1970; Ковда, 1973) геологам интересны и ископаемые почвы, которые помогают расчленять осадочные толщи и правильно восстанавливать палеогеографические, или фациальные, обстановки. Дождевые черви и другие животные в почве, как и произрастающая на ней растительность, - мощнейшие геологические факторы, сказывающиеся прежде вceгo на формировании осадочных пород.

В почвах наиболее тесно взаимодействуют глинистое вещество и биос, обладающие, хотя и в разной степени, способностью к обмену веществ.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ КЛАСТОЛИТОВ

Обломочными породами, или кластолитами, следует считать осадочные породы с обломочной структурой и кварцсиликатного состава (за исключением тонкодисперсных, глинистых пород).

Практическое значение обломочных пород определяется использованием их в практике геологической съемки, поисков мecторождений полезных ископаемых и инженерных сооружений и непосредственным употреблением как полезных ископаемых.

Из обломочных пород добывают большую часть нефти, газа, подземных вод, россыпи золота, алмазов, касситерита, рутила, циркона, монацита и других минералов, уран, фосфориты, глауконит и отчасти каменный уголь. Сами обломочные породы служат стройматериалами, например для строительства дорог: галечники, песок, крепкие породы конгломератов, брекчии, песчаники и др. Широко применяются в металлургии формовочные пески, а кварцевые пески для стекольной промышленности.

Пористые толщи песков все больше разведываются и используются в качестве подземных хранилищ газа и других жидких полезных ископаемых. Обломочные породы изучаются и используются и как основание для инженерных сооружений.

Большая часть обломочных пород, однако, не находит практического применения и идет при разработках в отвалы.

Литература

1. Аллисон А., ПалмерД. Геология: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984. С. 117-150.

2. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. Учебное издание. М.: Высшая школа, 1991. (электр. уч. на http://geo.web.ru)

3. Еремин А.В., Следников А.А. Геология. Пособ. учит. по факульт. курсу. М.: Просвещение, 1971. С 73-85.

4. Фролов В.Т. Литолоrия. КН. 2: Учеб. пособие. М.: Изд-во MГУ, 1993. 432 с.

5. Фролов В.Т. Литолоrия. Ки. 3: Учеб. пособие. М.: Изд-во MГУ. 1995. 352 с.

6. Шванов В.Н., Фролов В.Т., Сергеева Э.И. и др. Систематика и классификации осадочных пород и их аналогов. СПб.: Недра, 1998.-- 352 с.

7. Япаскурт О.В. Литология. Учебник для студ. высш. уч. зав. М.: Изд. центр «Академия», 2008. 558 с.

8. http:// Wikipedia.ru

Страницы: 1, 2, 3