Apnenec in dolomit, dve pogosti vrsti karbonatne kamnine, nastanejo zaradi številnih sedimentnih usedlin, kot so anorgansko odloženi apnenčasti melji, drobci školjk, koluvij, apnenčasti pesek, grebeni in ostanki majhnih planktonskih organizmov (slika 8.2). Začetna poroznost in vodoprepustnost večine teh sedimentov se je po vkopu precej hitro spremenila, tako da je bila prvotna struktura sedimentnih kamnin, tudi poznokenozojske starosti, slabo ohranjena. Nasprotno, če so sedimentne kamnine od samega začetka nastale kot razmeroma nepremočljive in goste in se nato niso deformirale, ostane njihova struktura nespremenjena skoraj neomejeno časa. Nekaj več pomembne spremembe sedimentne kamnine nastanejo zaradi zbijanja kamnin, raztapljanja aragonita in kalcita, ponovnega odlaganja apnenčastega cementa in tvorbe dolomita.
Začetna poroznost je v mnogih apnencih razmeroma visoka več kot mlada. Toda njihova vodoprepustnost je na splošno nizko, z izjemo kamnin, kot so breče in školjke, v katerih velike pore niso bile napolnjene s cementom. Prepustnost lahko variira od manj kot 1 mdarcy za glinaste goste apnence do več tisoč darcyjev za delno cementirane grobe breče (slika 8.3). Vmesne vrednosti vodoprepustnosti od 10 do 500 mdarcy so najbolj značilne za apnence z začetno poroznostjo. Gost kristalinični apnenec ima običajno prepustnost manj kot 1 mdarcy (tabela 8.1).
Čeprav se lahko v starodavnih apnencih ohrani nekaj prvotnega pornega prostora, se zdi, da so druge oblike poroznosti pomembnejše s stališča proizvodnje vode. Največja količina voda v sedimentnih kamninah omogoča prelomnim razpokam in sekundarnim razpadnim prazninam (kraškim prazninam) prehod vzdolž slojnih površin in con prvotne poroznosti. Precejšen porni prostor nastane tudi s postgensko transformacijo kalcita v dolomit. Če do te diagenetske spremembe pride po procesu litifikacije kamnin, bo 13 % volumna kamnin, katerih zmanjšanje je posledica pretvorbe kalcita v dolomit, ostalo kot prosti prostor. Vendar pa so kristali dolomita tako majhni, da vodoprepustnost te kamnine običajno ne presega 300 mDarcy, razen če se pore povečajo s sekundarnim raztapljanjem.
riž. 8.2. Tanki odseki karbonatnih kamnin različne vrste.
Risbe so narejene iz številnih mikrofotografij, vzetih iz različnih literarnih virov, povečava je približno desetkratna in - lupina z neznatno vsebnostjo apnenčastega cementa, velike med seboj povezane pore naredijo to kamnino odličen vodonosnik; b—apnenec z lokalno visoko poroznostjo zaradi vključkov alg v obliki listnate skoilepije; pore, ki niso zapolnjene z okamnelim karbonatnim muljem, so med seboj slabo povezane, kar preprečuje hitro migracijo vode; c - dolomit srednje poroznosti sekundarnega izvora, velike pore so nastale kot posledica raztapljanja organskih ostankov, zaradi odsotnosti velikih komunicirajočih por je ta kamnina zelo slab vodonosnik; d - gost apnenec, tvorjen iz apnenčastega peska, močno cementiran, s porami, napolnjenimi s kristalnim kalcitom; Pretok vode v vodnjake je možen samo skozi raztapljajoče se praznine in razpoke.
riž. 8.3. Delno cementirana apnenčasta breča iz Pyramid Lake, Nevada.
Temne lise- velike pore, ki niso popolnoma zapolnjene z apnenim cementom, ki je na sliki svetle barve.
Značilne vrednosti poroznosti in prepustnosti za apnenec in dolomit so predstavljene v tabeli. 8.1. Številne določitve poroznosti in prepustnosti naftonosnih horizontov dajejo vrednosti istega reda. Na primer, delo na območju planote Colorado je pokazalo, da imajo paleozojske karbonatne kamnine, katerih primarna poroznost je posledica kopičenja plošč alg, povprečno prepustnost 24 mDarcy in poroznost 9,5 %. Za apnenec, katerega poroznost je posledica raztapljanja oolitov, je bilo ugotovljeno, da ima povprečno prepustnost 3,4 mdarcy in poroznost 11,3 %; apnenec, nekdanja školjka, ima povprečno prepustnost 5,1 mdarcy in povprečno poroznost 6,3 %; Vodoprepustnost dolomitov je v povprečju 3,0 mdarcy, poroznost pa 13 %. Največja vodoprepustnost med vsemi preučevanimi kamninami je bila 1165 mdarcy, največja poroznost pa 32,4 %.
Preprost izračun hidravlike vodnih vodnjakov pokaže, da je prepustnost večine starodavnih karbonatnih kamnin nezadostna, da bi zagotovila celo nekaj litrov vode na minuto v plitve vodnjake. Na prvi pogled se to morda zdi čudno, saj so karbonatne kamnine s prepustnostjo 20-100 mDarcy sposobne proizvajati naftne vrtine velike količine olje. To očitno neskladje je razumljivo, če upoštevamo dve pomembni diametralno nasprotni značilnosti proizvodnje nafte in vode. Prvič, naftne vrtine so običajno veliko globlje od vodnih vrtin, zato se v bližini naftnih vrtin oblikujejo višji gradienti. Drugič, produktivnost naftnih in vodnih vrtin je popolnoma drugačna. Naftne vrtine, ki proizvedejo med 2 in 20 gpm, veljajo za zelo produktivne na večini naftnih polj. Vodnjaki, ki zagotavljajo vodo za industrijo, javno vodooskrbo in namakanje, bodo najverjetneje neproduktivni, če njihov pretok ne bo dosegel zahtevane ravni. vsaj 50 gagl/min.
Na podlagi podatkov o prepustnosti paleozojskih in nekaterih mlajših karbonatnih kamnin je mogoče narediti pomemben zaključek, da je treba iskati cone sekundarne poroznosti, katerih izvor je povezan z razpokanostjo in raztapljanjem. Območja primarne poroznosti, katerih prepustnost nas zanima naftna industrija, ne tvorijo dobrih vodonosnikov. Toda primarna poroznost kamnin nasploh je velikega hidrogeološkega pomena, saj ustvarja rezervoar za akumulacijo podzemne vode, ki počasi polni prepustnejše cone. Vendar je treba opozoriti, da vrednosti poroznosti, pridobljene v laboratoriju, morda ne ustrezajo njegovim resničnim vrednostim. Tako je bilo ugotovljeno, da imajo karbonatne kamnine v Kentuckyju, ki so bolj ali manj tipične paleozojske kamnine, specifični fluidni izkoristek le 0,18-0,87%, medtem ko bi ta vrednost, izračunana na podlagi objavljenih podatkov o poroznosti, morala biti veliko večja.
Karbonatne kamnine z obsežnimi kanali raztapljanja ali prelomnimi prelomi, ki so prvotno nastale v eni smeri, imajo povprečno prepustnost, ki je strogo anizotropna. Zato smeri gibanja podzemne vode ni mogoče predvideti z risanjem samo črt, pravokotnih na obrise gladine podzemne vode. Arnow je predlagal, da se podzemna voda na območju izdankov Edwardsovega apnenca blizu San Antonia v Teksasu premika skoraj vzporedno s hidroizohipsami. Ker so ti apnenci zelo kavernozni, se zdi ta domneva zelo razumna. Na sl. Slika 8.4 prikazuje primer manj izrazite anizotropije za dvodimenzionalni tok podzemne vode, ko je padec tlaka v vseh vodotočnih kanalih premo sorazmeren z dolžino kanala.
Vse sedimentne kamnine imajo nekaj plasti, kar povzroča anizotropijo navpični smeri v primerjavi z vodoravnim.
riž. 8.4. Shema gibanja dvodimenzionalnega toka podzemne vode po razpokah.
Prikazana je prava smer toka podzemne vode in smer, ki jo dobimo z risanjem črt pravokotno na regionalne hidroizohipse.
Številne meritve prepustnosti jeder peščenjaka, zbranih v Illinoisu, kažejo, da je mediano razmerje med vodoravno in navpično prepustnostjo 1,5; približno 12 % določitev je dalo vrednost večjo od 3,0. Izkazalo se je, da je vertikalna vodoprepustnost nekaj manj kot 6 % preučevanih kamnin višja od horizontalne in je zato razmerje med horizontalno in vertikalno vodoprepustnostjo manjše od 1,0.
(praktična lekcija)
Karbonatne kamnine so kamnine, ki so sestavljene iz več kot 50 % karbonatnih mineralov. Med karbonatnimi minerali so pomembni kalcit (CaCO3), dolomit (Ca, Mg (CO3)2) in siderit (FeCO3) ter mali magnezit (MgCO3). V nodulih v siderit-magnezitni seriji nastajajo minerali z različnimi razmerji med Mg 2+ in Fe 2+ ter mineral kompleksne sestave - ankerit, ki spada v skupino dolomitov in vsebuje poleg Ca 2+ in Mg 2+, tudi Fe 2+ in Mn 2+. Okostja mnogih sodobnih organizmov vsebujejo tudi aragonit, mineral enake sestave kot kalcit, vendar pripada drugemu kristalnemu sistemu in tvori igličaste agregate.
Glavne kamninotvorne karbonatne minerale zlahka ločimo od drugih mineralov sedimentnih kamnin: z veliko razliko v lomnih količnikih, kar povzroči psevdoabsorpcijo - potemnitev in bistritev mineralov v prepuščeni svetlobi, ko se vrti miza mikroskopa; zelo visoka dvolomnost z bisernimi ali zlatimi interferenčnimi barvami, pogosto kristalna, pogosto mikrozrnata struktura. Karbonatne minerale je med seboj težko ločiti, njihova zanesljiva diagnoza pod mikroskopom je otežena, zato se za njihovo določanje uporablja nabor raziskovalnih metod.
1.Razvrstitev glavnih vrst karbonatnih kamnin.
Po mnenju G.L. Krasheninnikov in drugi (MSU, 1988) so s pojasnili karbonatne kamnine glede na strukturne in genetske značilnosti razdeljene v 4 glavne skupine.
1. Organogene karbonatne kamnine . Med njimi so podskupine:
- biohermično apnenci in dolomiti – alg in stromatolitičniapnenci in dolomiti, koral, bryozoan, bryozoan-alg itd.;
- cela lupina karbonatne kamnine (školjke)- ramenonožci, školjke, ostrakodi, foraminiferje, kokoliti itd.;
-detritalna karbonatne kamnine - brahiopodi, briozoji, krinoidi, fuzulini, numuliti, polidetriti, peleti in drugi, sestavljeni iz klastičnega materiala fosiliziranih organizmov.
Na kratko o klasifikacijski terminologiji organizmov organogenih karbonatnih kamnin.
Morske alge- najstarejši predstavniki rastlinskega sveta. To so nižje trosne avtotrofne rastline, ki zaradi energije določenih kemičnih reakcij iz mineralnih spojin sintetizirajo organske snovi, potrebne za življenje. Vsebujejo klorofil in živijo predvsem v vodi. Obstaja približno 40.000 vrst, razvrščenih v oddelke: zelena, zlata, diatomejska, rjava, rdeča itd.
Najstarejša alga - modro zelena. Njihove fosilne ostanke in odpadne proizvode so našli v kamninah, ki so nastale pred 3–3,5 milijardami let, v arhejski dobi. Menijo, da so prvi ekosistemi na Zemlji (predkambrij) sestavljali le prokariontski organizmi, vključno z cianobakterije (modrozelene alge). Intenziven razvoj cianofit je bila izjemnega pomena za razvoj življenja na Zemlji, pa ne le zaradi kopičenja organske snovi, temveč tudi v povezavi z obogatitvijo primarne atmosfere s kisikom. Pri nastanku apnenčastih kamnin so imele pomembno vlogo tudi modrozelene alge
Prokariontske celice- to so najbolj primitivni, zelo preprosto strukturirani organizmi, ki ohranjajo značilnosti globoke antike. TO prokariontski(ali predjedrsko) organizmi vključujejo bakterije in modrozelene alge (cianobakterije). Večina živih organizmov, vključno z algami na višji ravni, je združenih v nadkraljestvo evkariontov, vključno s kraljestvom rastlin, gliv in živali. Evkariontske celice večji (približno 1 tisočkrat) prokariontske celice, sestavljeni iz površinskega aparata, jedra in citoplazme.
Vzgojitelji stromatoliti so cianobakterije in druge vrste bakterij; pri gradnji nekaterih od njih tudi sodelujejo evkariontskimorske alge.Stromatoliti nastajajo v razsoljenih ali slanih conah ali v conah s periodičnimi menjavami sladke in slane vode.
Kot objekte paleontologije so bili stromatoliti identificirani zaradi stabilnosti in ponovljivosti njihovih morfoloških značilnosti. Poznan že od proterozoika, zlasti bogat od predkambrija do ordovicija. Stromatoliti se pogosto uporabljajo pri disekciji in korelaciji (vključno z interkontinentalno) zgornjih proterozojskih formacij. V fosilnem stanju so najpogostejše strukture, ki so nastale v območju akumulacije razmeroma plitvih morskih sedimentov pretežno karbonatne sestave, na večino teh struktur pa so nedvomno vplivali plimski tokovi.
Korale To je razred morskih nevretenčarjev. So nepremični in po videzu spominjajo na veje rastlin. Vendar to niso rastline: vsaka koralna veja je skupek drobnih živalic, koralnih polipov. Takšni grozdi se imenujejo kolonije. Vsak polip okoli sebe tvori zaščitno apnenčasto lupino. Ko se rodi nov polip, se pritrdi na prejšnjega in začne graditi novo lupino - tako "raste" korala. »Rast« koral je v ugodnih razmerah približno 1 cm na leto. Velike koncentracije koral tvorijo tako imenovane koralne grebene. Zato lahko nastajanje povprečnega grebena traja stoletja, medtem ko otoki lahko trajajo tisočletja. Koralni polipi živijo v toplih tropskih morjih, kjer temperatura vode ni nižja od 20 °C in v globinah največ 20 metrov,
Kokolitoforji(iz stare grščine κόκκος - zrno, λίθος - kamen, φορέω - breme) - skupina enoceličnih planktonskih haptofitnih alg, ki na površini tvorijo apnenčaste plošče - kokolite. Kokolitofore predstavljajo pomemben (do 98 %) del nanoplanktona, njihovi apnenčasti skeleti, ki so del pridnenih usedlin, pa se pogosto uporabljajo za določanje starosti kamnin. igranje pomembno vlogo v biogeokemiji oceana povzročajo cvetenje alg v polarnih zemljepisnih širinah (zlasti v Barentsovem morju) in v Črnem morju. Coccolithophores so eden glavnih organizmov, ki proizvajajo apnenec v Svetovnem oceanu, skupaj s foraminiferami. Te alge sodelujejo pri izmenjavi ogljika med oceanom in ozračjem ter so pomemben del absorpcije anorganskega ogljika iz ozračja
Brahiopodi.Školjke ramenonožcev so sestavni del paleozojske morske paleofavne.Večina jih je z mesnatim prirastkom (nogo) trajno pritrjena na trdo površino morskega dna, kjer opazimo izdanke skal, balvanov ali drugih školjk. Brahiopodi niso mehkužci, čeprav imajo školjko, ampak samostojna vrsta morskih lupinarjev (Brachiopoda). Po mnenju mnogih paleontologov so v sorodu z briozoji, čeprav imajo na prvi pogled malo skupnega. Brahiopodi so praviloma pritrjeni na dno z debelim, mišičastim pecljem. Filtri po vrsti moči. Velikost lupin brahiopodov redko presega 7-10 centimetrov, čeprav pri nekaterih vrstah lupine dosežejo širino 20-30 centimetrov. Brahiopodi obstajajo že od začetka paleozoika, pojavili so se v zgodnjem kambriju in morda že prej. Zelo razširjene so bile v obdobju devona in karbona (karbon), trenutno pa jih na Zemlji predstavlja le 200 vrst. Ponekod ramenonožci še vedno tvorijo ogromne akumulacije, le da zdaj ekološke niše, ki so jih ramenonožci zasedali v paleozoiku in zgodnjem mezozoiku, zasedajo školjke, ramenonožci pa so potisnjeni v globino in v mrzle vode. Bryozoans- kolonialne živali, znane iz ordovicija in še vedno obstajajo v vodah z različno slanostjo. Kolonije briozojev sestavljajo drobna bitja - zooidi, od katerih je vsak zaprt v apnenčasti, hitinoidni ali želatinasti celici.Vodne, predvsem morske, sesilne kolonialne živali. Velikost posameznih posameznikov ne presega 1-3 mm, medtem ko lahko plazeče kolonije mahovnikov zasedejo površino več kot 1 m². Kolonije imajo številne oblike: nekatere se razraščajo na dostopnih površinah (kamni, školjke, alge) v obliki skorj in grudic; drugi imajo pahljačast, drevesni ali grmov videz. Kot že ime pove, imajo kolonije nekaterih mahovnikov videz, podoben mahu; druge lahko zamenjamo s hidroidi in koralnimi polipi ali algami.
Ostrakodi(raki ostrakode). Ostrakodi so velik (približno 70.000 vrst) razred mikroskopskih rakov, katerih telo je obdano s školjkastim apnenčastim oklepom. Popolnoma so ohranjeni v fosilnem stanju (znano že od kambrija) in zdaj naseljujejo vse možne vodne biotope, od oceanskega ultrabisala do podtalnice in mokrih kopenskih habitatov (tudi na drevesih), pri čemer v vsakem od njih tvorijo specifične vrstne komplekse. Tradicionalno se ostrakodi pogosto uporabljajo v geologiji kot vodilni fosili, predvsem pri iskanju nafte in plina, saj so se izkazali kot odlični indikatorji v bio- in ekostratigrafiji, paleoekologiji, paleobatimetriji, paleooceanologiji, paleogeografiji, paleoklimatologiji. Foraminifere So tako bentoške kot planktonske. Školjke foraminifer so najpogostejša sestavina biogenih usedlin (foraminifersko blato) oceani. Fosilne foraminifere služijo za določanje starosti paleozojskih, mezozojskih in kenozojskih sedimentov. Večina lupin je apnenčastih, včasih tvorijo hitinoide ali so sestavljene iz tujih delcev, zlepljenih s celičnimi izločki.Foraminifere so samotarji, pretežno morski protisti; nekatere oblike živijo v slanih in sladkih vodnih telesih; obstajajo oblike, ki živijo v velikih globinah v tekočem mulju (do 16 m od površine dna). Na primer, foraminifere so bile odkrite na dnu Marianskega jarka na globini več kot 10 tisoč metrov, "es":["M-sYraKp8Fg"],"fr":["cK0F9miqR4Q","cK0F9miqR4Q","cK0F9miqR4Q "])
