Σπύρος Παυλίδης Καθηγητής Γεωλογίας Α.Π.Θ.

Transcript

1 ΥΠΟΕΝΟΤΗΤΑ 3.3 ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΘΡΑΥΣΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΡΗΓΜΑΤΑ ΔΙΑΤΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΣΤΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΣΕΙΡΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μια Γεωλογική προσέγγιση Σπύρος Παυλίδης Καθηγητής Γεωλογίας Α.Π.Θ. Τι είναι Πέτρωμα Είδη Πετρωμάτων Στρώματα Ιζηματογενών Πετρωμάτων Στρωματογραφία Θραυσιγενής Λιθοσφαιρική Τεκτονική Θραύση Πετρωμάτων και Ρήγματα Πτυχές Παραδείγματα από Δομές Υδρογονανθράκων

2

3 Η ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΝΑΙ ΜΙΑ ΘΕΜΕΛΕΙΩΔΗΣ (Βασική) ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΜΕ ΠΟΛΛΕΣ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

4 Ορισμός ορυκτού Ορυκτό είναι ένα φυσικώς εμφανιζόμενο ομογενές στερεό, το οποίο συνήθως σχηματίζεται με ανόργανες διαδικασίες, χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό ταξινομημένης ατομικής διατάξεως, και έχει χημική

5 ..."υψηλός βαθμός ατομικής διατάξεως"... Εσωτερική κανονική γεωμετρική διάταξη των ατόμων ή ιόντων Κριτήριο κρυσταλλικών στερεών. => Ότι τα ορυκτά είναι κρυσταλλικά. Αλίτης

6 ..."υψηλός βαθμός ατομικής διατάξεως"... Τα ορυκτά είναι κρυσταλλικά στερεά. Έκφραση με εξωτερικό γεωμετρικό σχήμα. Βήρυλλος

7 Τι είναι πετρώματα Πετρώματα είναι οι δομικές μονάδες του στερεού φλοιού της γής Συγκεκριμένη ορυκτολογική σύσταση Συγκεκριμένη χημική σύσταση

8

9 Ταξινόμηση πυριγενών πετρωμάτων Ορυκτά (% κατ όγκο) SiO 2 (% κατά βάρος) ΟΞΙΝΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΒΑΣΙΚΑ ΥΠΕΡΒΑΣΙΚΑ

10 Ταξινόμηση πυριγενών πετρωμάτων Ορυκτά (% κατ όγκο) SiO 2 (% κατά βάρος) ΟΞΙΝΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΒΑΣΙΚΑ ΥΠΕΡΒΑΣΙΚΑ πχ. Γρανίτης Ορθόκλαστο ~25% Χαλαζίας ~30% Πλαγιόκλαστο ~20% Μοσχοβίτης ~5% Βιοτίτης ~10% Αμφίβολος ~ 10%

11 Στρωματογραφία των πετρωμάτων Τα στρωματοποιημένα ιζηματογενή πετρώματα περιέχουν σημαντικά στοιχεία για παλαιοπεριβάλλοντα στην επιφάνεια της Γης ή σε μικρό βάθος από αυτή. Η σειρά τους και οι σχετικές τους ηλικίες είναι η βάση για την αναγνώριση της ιστορίας της Γης. Η μελέτη των στρωμάτων ονομάζεται στρωματογραφία.

12 ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΣ ΣΤΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΤΗΛΩΝ Είναι συχνή η ύπαρξη αρκετών διαφορετικών παράλληλων χρονολογικών στηλών, οι οποίες μπορούν να συσχετιστούν, όταν ανακαλύπτονται κοινά χαρακτηριστικά απολιθώματα.

13 ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΣ ΣΤΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΤΗΛΩΝ Είναι συχνή η ύπαρξη αρκετών διαφορετικών παράλληλων χρονολογικών στηλών, οι οποίες μπορούν να συσχετιστούν, όταν ανακαλύπτονται κοινά χαρακτηριστικά απολιθώματα.

14 βιοζώνες

15 Νέα ασυμφωνία Απόσυρση της θάλασσας, η διάβρωση διαμορφώνει την επιφάνεια Η ασυμφωνία 1 παραμορφώνεται Τεκτονικές δυνάμεις συμπιέζουν και παραμορφώνουν τα στρώματα chatzipetros.weebly.com

16 ΠΟΛΥΠΛΟΚΗ ΔΟΜΗ ΦΛΟΙΟΥ Κορυφή Οριζόντια στρώση Ανεστραμμένη στρώση Κορυφή Κατακόρυφη στρώση Κορυφή Παραδείγματα στρωματογραφικών ακολουθιών σε διάφορες θέσεις στρώσης.

17 ΘΡΑΥΣΙΓΕΝΗΣ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Για τα άκαμπτα πολυκρυσταλλικά υλικά, όπως είναι τα πετρώματα, έχουν διατυπωθεί διάφορες απόψεις για τον τρόπο θραύσης τους, οι οποίες είναι γνωστές σαν θεωρίες θραύσης. Οι πιο σημαντικές είναι των Coulomb Navier, του Mohr και του Griffith. Στις θεωρίες αυτές γίνονται δεκτές δύο παραδοχές: α) ότι τα πετρώματα συμπεριφέρονται σαν γραμμικά ελαστικά σώματα (μέχρι το όριο θραύσης) και β) ότι η θραύση τους είναι το αποτέλεσμα μόνο των τάσεων που αναπτύσσονται σ' αυτά σαν συνέπεια της δράσης εξωτερικών δυνάμεων. Η θεωρία των Coulomb Navier ή θεωρία της διατμητικής θραύσης τονίζει ότι η θραύση ενός υλικού, που βρίσκεται σε συνθήκες συμπίεσης, συμβαίνει σαν συνέπεια των διατμητικών τάσεων κατά μήκος ενός επιπέδου, στο οποίο τη στιγμή της θραύσης ισχύει η σχέση: σ τ = s o + μ σ Ν όπου σ τ : η μέγιστη διατμητική συνιστώσα τάσης σ Ν : η κάθετη στο επίπεδο θραύσης συνιστώσα τάσης s o και μ : σταθερές του υλικού (s o : συνοχή του υλικού ή διατμητική αντοχή του και μ: συντελεστής εσωτερικής τριβής του υλικού, για το οποίο ισχύει μ = εφφ, όπου φ η γωνία εσωτερικής τριβής του υλικού)

18 Ανάλυση της εντατικής κατάστασης, που επικρατεί στο επίπεδο διάρρηξης ΑΒ υπό την επίδραση των κυρίων τάσεων σ1 και σ3. (Κατά Τσουτρέλη 1985).

19 Άνοιγμα Μετατόπιση Παράταξη Διεύθυνση κλίσης Διάνυσμα κίνησης

20 Προσανατολισμός κύριων τάσεων και είδος τεκτονισμού: Οι κύριες τάσεις είναι πάντοτε σ1 > σ2 > σ3 α) συμπίεση (ελάχιστη σ = κατακόρυφη) β) οριζόντια ολίσθηση (μεσαία σ = κατακόρυφη) γ) εφελκυσμός (μέγιστη σ = κατακόρυφη) Από Jaeger & Cook (1979) 20

21 Παράδειγμα ενεργού κανονικού ρήγματος: Τύρναβος Caputo et al., Tectonophysics, Field photo by A. Ganas, December 2006

22 The Stratoni active fault is a large normal fault located at the eastern part of Chalkidiki peninsula in northern Greece. It extends for about 15km on land and possibly 10 15km eastern submarine. It is part of the large NW SE trending zone of active fault systems, which also includes the Mygdonia basin fault system, the Gomati and Olympiada faults, etc.

23 STRATONI FAULT Dominant features seen on the shaded relief image of a DEM, that simulates a low sun angle.

24

25 ΑΝΤΙΘΕΤΙΚΟ ΡΗΓΜΑ ΧΡΩΜΙΟΥ-ΚΝΙ ΗΣ ΕΠΙΚΕΝΤΡΟ ΣΕΙΣΜΟΥ ΚΟΖΑΝΗ ΑΝΤΙΘΕΤΙΚΟ ΡΗΓΜΑ ΦΕΛΙΟΥ ΓΡΕΒΕΝΑ ΣΕΙΣΜΙΚΟ ΡΗΓΜΑ

26

27

28 ΡΗΓΜΑ ΣΕΡΒΙΩΝ ΒΕΛΒΕΝΤΟΥ ΓΡΑΜΜΩΣΕΙΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΗ ΚΟΡΗΜΑΤΑ

29 ΡΗΓΜΑ ΡΥΜΝΙΟΥ ΠΑΛΑΙΟΧΩΡΙΟΥ ΣΑΡΑΚΗΝΑΣ (ΑΠΟ ΤΗ ΓΕΦΥΡΑ ΤΟΥ ΡΥΜΝΙΟΥ, ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΤΑΞΗ) ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΚΟΡΗΜΑΤΑ (ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΗ) ΑΝΕΡΧΟΜΕΝΟ ΤΕΜΑΧΟΣ

30 Seismic Faults and Earthquake Ground Deformation in the Aegean broader region Arkitsa fault People as scale ACTIVE AND POSSIBLE ACTIVE FAULTS

31 AMORGOS fault Hozoviotissa monastery on the fault surface (wall)

32 Περιστροφικό γεωτρύπανο για την ανόρυξη υδρογεώτρησης

33 Υδρογεωτρύπανα

34 Υδρογεωτρύπανο

35 Τύποι κοπιδίων Τρίκωνο Κοπτικό με διαμάντια

36 Δειγματοληπτικό γεωτρύπανο για γεωτεχνικούς σκοπούς

37 Γεωτρητικός εξοπλισμός στη θέση ερευνητικής γεώτρησης

38 εξίσωση του τύπου θα μπορούσε να περιγράψει όλες τις διεργασίες διάτρησης (κρουστική και περιστροφική) Ρυθμός διάτρησης ~ (παροχή ενέργειας)α / (γινόμενο ιδιοτήτων αντοχής)β όπου ο παρονομαστής μπορεί να είναι μία των ιδιοτήτων αντοχής των πετρωμάτων, ενώ οι εκθέτες (α, β) προσδιορίζονται πειραματικά. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΤΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Εμπειρικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι η ταχύτητα διάτρησης εξαρτάται από δύο ομάδες παραγόντων,: 1. τις ιδιότητες των πετρωμάτων, 2. τις ιδιότητες του περιβάλλοντος διάτρησης και 3. παραμέτρους της γεωτρητικής διεργασίας. Στην πρώτη ομάδα συμπεριλαμβάνονται οι τοπικές τάσεις (in situ stresses), η συμπύκνωση των πετρωμάτων (compaction), η ορυκτολογική σύσταση, η πίεση των ρευστών των πόρων. Από τις παραμέτρους της διάτρησης ξεχωρίζουν το επιδρούν βάρος στο κοπτικό και η εφαρμοζόμενη ροπή, η ταχύτητα περιστροφής και οι υδραυλικές παράμετροι (ταχύτητα και παροχή ρευστού, πυκνότη τα πολφού, ιξώδες και ρεολογία πολφού). Οπωσδήποτε, η κατάσταση του κοπτικού παίζει έναν πολύ σημαντικό ρόλο, αφού με τον χρόνο υπάρχει η αντίστοιχη φθορά που εξαρτάται τόσο από το είδος του κοπτικού, όσο και από το είδος των πετρωμάτων που διατρώνται. Ο μηχανικός γεώτρησης μπορεί με τον κατάλληλο σχεδιασμό να επιλέξει βέλτιστες πρακτικές και βέλτιστες τιμές των παραμέτρων διάτρησης. Όμως, δεν μπορεί να ρυθμίσει καμία εκ των παραμέτρων των σχηματισμών. Το βέβαιο είναι ότι πρέπει να είναι σε θέση να γνωρίζει με σχετική ακρίβεια τις τιμές των σχετικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων για να μπορέσει να εκτιμήσει σωστά τις απαιτούμενες τιμές των διατρητικών παραμέτρων για να επιτύχει τη βέλτιστη ταχύτητα διάτρησης σε συγκεκριμένο περιβάλλον, που ορίζεται ως η μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα, που θα οδηγήσει στην οικονομικότερη διάτρηση με ασφάλεια. Κελεσιδης 2010

39 Διάφοροι τύποι κοπτικών άκρων για βραχώδεις σχηματισμούς

40 Συσκευασία και φύλαξη δειγμάτων

41

42

43

44

45 Γεωλογικές δομές Πτυχές

46 Στοιχεία υφής των πτυχών Σε κάθε πτυχή διακρίνουμε τα εξής επί μέρους στοιχεία υφής, το κάθε ένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από τη δική του γεωμετρική μορφή. Αντίκλινο είναι το μέρος εκείνο της πτυχής που κυρτώνεται προς τα πάνω, ενώ αντίθετα η κάμψη της πτυχής προς τα κάτω χαρακτηρίζεται ως σύγκλινο. Οι πλευρές του αντικλίνου ή σύγκλινου χαρακτηρίζονται ως πτέρυγες της πτυχής.

47

48 Stratigraphy and Petroleum Geology 48

49 Regional Seismic Lines 49

50 Tectonic Scenarios Legend (a) 20 km Model 1 Model 2 clastics carbonates evaporites unknown lithology Reference Point (b) 20 km c) 20 km 50

51 Well prognosis and hydrocarbon geology Flysch?; carbonates ; or both 51

52 Well Location 52

53 Depth 0 T Q/P Fl Lithology Lithology and pressures Lithology Mudstone, clay or shale Limestone Dolomite Anhydrite Halite Chert Qualifiers Carbonaceous Calcite Siliceous Bitomenous Dolomitic Sidetrack offset from original hole (in metres) (Lateral exaggeration x20) Different geology only few metres distant halite Prepared to encounter OP at around 3900m onwards 3000 Kick off point 2833 m Kick at EW m Kick in EW-1S at 3566 m But kick at 3566m, drilled with no problem in original hole 4000 (a) 53

54 ομές λουλουδιών (Flower structures, Tulip structures) Γεωφυσική μέθοδος σεισμικής ανάκλασης, θετική δομή τουλίπας, Ardmore Basin Οκλαχόμα Δομή τουλίπας στο ρήγμα του Άγιου Ανδρέα, Καλιφόρνια Θετική δομή τουλίπας, Mutton Cove Πηγή: geology.about.com/od/geology_ca/ig/safparkfield/safodprofile.htm

55

56

57

58

59 2 x m 2 f 2 x 1 2 e

60

61

62