Kazimierz Twardowski*, Jacek Traple* O KOMPAKCJI UTWORÓW GEOLOGICZNYCH**

Podobne dokumenty
Rys Mo liwe postacie funkcji w metodzie regula falsi

Stanis³aw Dubiel*, Adam Zubrzycki*

3.2 Warunki meteorologiczne

Przedmowa Czêœæ pierwsza. Podstawy frontalnych automatów komórkowych... 11

III. INTERPOLACJA Ogólne zadanie interpolacji. Niech oznacza funkcjê zmiennej x zale n¹ od n + 1 parametrów tj.

Zakupy poniżej euro Zamówienia w procedurze krajowej i unijnej

SYMULACJA STOCHASTYCZNA W ZASTOSOWANIU DO IDENTYFIKACJI FUNKCJI GÊSTOŒCI PRAWDOPODOBIEÑSTWA WYDOBYCIA

gdy wielomian p(x) jest podzielny bez reszty przez trójmian kwadratowy x rx q. W takim przypadku (5.10)

ARKUSZ III KRYTERIA OCENIANIA

Janusz Kazimierz Krochmal* MO LIWOŒCI OCENY ZAILENIA OŒRODKÓW PIASZCZYSTO-ILASTYCH NA PODSTAWIE POMIARU K TA FAZOWEGO**

Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Bogumi³a Winid* INTERPRETACJA WSKA NIKÓW HYDROCHEMICZNYCH NA PRZYK ADZIE WÓD WODOROWÊGLANOWYCH ANTYKLINY IWONICKIEJ**

Innym wnioskiem z twierdzenia 3.10 jest

S³awomir Wysocki*, Danuta Bielewicz*, Marta Wysocka*

DZIA 4. POWIETRZE I INNE GAZY

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski*, Piotr Kosowski*

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

POMIAR STRUMIENIA PRZEP YWU METOD ZWÊ KOW - KRYZA.

Powszechność nauczania języków obcych w roku szkolnym

4. OCENA JAKOŒCI POWIETRZA W AGLOMERACJI GDAÑSKIEJ

Fig _31 Przyk ad dyskretnego modelu litologicznego

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

1. Wstêp... 9 Literatura... 13

Spis treœci. Spis treœci

1. Wstêp. 2. Metodyka i zakres badañ WP YW DODATKÓW MODYFIKUJ CYCH NA PODSTAWOWE W AŒCIWOŒCI ZAWIESIN Z POPIO ÓW LOTNYCH Z ELEKTROWNI X

Tomasz Œliwa*, Andrzej Gonet*, Grzegorz Skowroñski** NAJWIÊKSZA W POLSCE INSTALACJA GRZEWCZO-CH ODNICZA BAZUJ CA NA OTWOROWYCH WYMIENNIKACH CIEP A

12. Wyznaczenie relacji diagnostycznej oceny stanu wytrzymało ci badanych materiałów kompozytowych

1. Od kiedy i gdzie należy złożyć wniosek?

VRRK. Regulatory przep³ywu CAV

Projektowanie procesów logistycznych w systemach wytwarzania

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Stanis³aw Stryczek* STAN AKTUALNY I PRZYSZ OŒÆ METOD GEOIN YNIERYJNYCH**

(wymiar macierzy trójk¹tnej jest równy liczbie elementów na g³ównej przek¹tnej). Z twierdzen 1 > 0. Zatem dla zale noœci

IV. UK ADY RÓWNAÑ LINIOWYCH

Temat: Funkcje. Własności ogólne. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

1. Wstêp Charakterystyka linii napowietrznych... 20

Katowice, dnia 29 wrzeœnia 2006 r. Nr 15 ZARZ DZENIE PREZESA WY SZEGO URZÊDU GÓRNICZEGO

Krzysztof Brudnik*, Jerzy Przyby³o*, Bogumi³a Winid** ZAWODNIENIE Z O A SOLI WIELICZKA NA PODSTAWIE STANU WYCIEKÓW KOPALNIANYCH***

CENTRUM BADANIA OPINII SPOŁECZNEJ

Wyrok z dnia 3 lutego 2000 r. III RN 192/99

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Piotr Kosowski* PROGNOZA EKONOMIKI PODZIEMNEGO MAGAZYNOWANIA GAZU W POLSCE

Prezentacja dotycząca sytuacji kobiet w regionie Kalabria (Włochy)

ANALOGOWE UKŁADY SCALONE

UCHWAŁA NR RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Rekompensowanie pracy w godzinach nadliczbowych

MATEMATYKA 4 INSTYTUT MEDICUS FUNKCJA KWADRATOWA. Kurs przygotowawczy na studia medyczne. Rok szkolny 2010/2011. tel

W³adys³aw Duliñski*, Czes³awa Ewa Ropa*

Doœwiadczalne wyznaczenie wielkoœci (objêtoœci) kropli ró nych substancji, przy u yciu ró - nych zakraplaczy.

Karta charakterystyki Zgodnie z 1907/2006/WE, Artykuł 31 Data druku: Data aktualizacji: Smarowanie. jak wyżej.

Andrzej Gonet*, Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Jan Macuda* ANALIZA MO LIWOŒCI ZAGOSPODAROWANIA WÓD MINERALNYCH REJONU KROSNA**

Ryszard Dro d ak* PRZYRZ D I METODA KACZYÑSKIEGO DO OZNACZANIA WSPÓ CZYNNIKA FILTRACJI GRUNTÓW**

Techniki korekcyjne wykorzystywane w metodzie kinesiotapingu

ZRÓ NICOWANIE STRUMIENIA GEOTERMICZNEGO ZIEMI W REJONIE TYCHÓW (GZW)

GEO-SYSTEM Sp. z o.o. GEO-RCiWN Rejestr Cen i Wartości Nieruchomości Podręcznik dla uŝytkowników modułu wyszukiwania danych Warszawa 2007

Regulator ciœnienia ssania typu KVL

Ochrona powierzchni ziemi polega na: 1. zapewnieniu jak najlepszej jej jakoœci, w szczególnoœci

1. Szacowanie rynkowej wartoœci nieruchomoœci jako przedmiotu prawa w³asnoœci ograniczonej u ytkowaniem wieczystym

Ogólne Warunki Ubezpieczenia PTU ASSISTANCE I.

ZASADY WYPEŁNIANIA ANKIETY 2. ZATRUDNIENIE NA CZĘŚĆ ETATU LUB PRZEZ CZĘŚĆ OKRESU OCENY

Wyniki przeszczepiania komórek hematopoetycznych od dawcy niespokrewnionego

Podatek przemysłowy (lokalny podatek od działalności usługowowytwórczej) :02:07

Marcin Rzepka*, Stanis³aw Stryczek**

Jacek Mrzyg³ód, Tomasz Rostkowski* Rozwi¹zania systemowe zarz¹dzania kapita³em ludzkim (zkl) w bran y energetycznej

OPIS PRZEDMIOTU. Podstawy edukacji matematycznej. Wydzia Pedagogiki i Psychologii

1 FILTR. Jak usun¹æ 5 zanieczyszczeñ za pomoc¹ jednego z³o a? PROBLEMÓW Z WOD ROZWI ZUJE. NOWATORSKIE uzdatnianie wody 5 w 1

Ludwik Zawisza*, Jan Macuda*, Jaros³aw Cheæko** OCENA ZAGRO ENIA GAZAMI KOPALNIANYMI NA TERENIE LIKWIDOWANEJ KOPALNI KWK NIWKA-MODRZEJÓW ***

Przygotowały: Magdalena Golińska Ewa Karaś

Wyk³ad INTERPOLACJA.

Przypomnienie najważniejszych pojęć z baz danych. Co to jest baza danych?

1. Wstêp AKTYWNOŒÆ SEJSMICZNA GÓROTWORU PODCZAS PROWADZENIA EKSPLOATACJI POK ADÓW T PI CYCH W KWK WESO A. Wies³aw Chy³ek*

Koszty jakości. Definiowanie kosztów jakości oraz ich modele strukturalne

Krótka informacja o instytucjonalnej obs³udze rynku pracy

Wersje zarówno przelotowe jak i k¹towe. Zabezpiecza przed przep³ywem czynnika do miejsc o najni szej temperaturze.

OŚWIADCZENIE O STANIE RODZINNYM I MAJĄTKOWYM ORAZ SYTUACJI MATERIALNEJ

Anton Sroka*, Krzysztof Tajduœ** OBLICZANIE OSIADANIA POWIERZCHNI TERENU PRZY EKSPLOATACJI Z Ó ROPY I GAZU


DWP. NOWOή: Dysza wentylacji po arowej

HAŚKO I SOLIŃSKA SPÓŁKA PARTNERSKA ADWOKATÓW ul. Nowa 2a lok. 15, Wrocław tel. (71) fax (71) kancelaria@mhbs.

STANDARDOWE REGULATORY CIŒNIENIA I TEMPERATURY HA4

OŚWIADCZENIE MAJĄTKOWE

PL-LS Pani Małgorzata Kidawa Błońska Marszałek Sejmu RP

PL B BUP 19/04. Sosna Edward,Bielsko-Biała,PL WUP 03/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze

INSTRUKCJA OBS UGI KARI WY CZNIK P YWAKOWY

Projektowanie mechanistyczno - empiryczne

Przedmiotowe zasady oceniania. zgodne z Wewnątrzszkolnymi Zasadami Oceniania. obowiązującymi w XLIV Liceum Ogólnokształcącym.

PADY DIAMENTOWE POLOR

U M O W A. zwanym w dalszej części umowy Wykonawcą

WYJASNIENIA I MODYFIKACJA SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

Zawory elektromagnetyczne typu PKVD 12 20

PODNOŚNIK KANAŁOWY WWKR 2

System wizyjny do wyznaczania rozp³ywnoœci lutów

ze stabilizatorem liniowym, powoduje e straty cieplne s¹ ma³e i dlatego nie jest wymagany aden radiator. DC1C

Czy warto byd w sieci? Plusy i minusy nakładania się form ochrony przyrody wsparte przykładami Słowioskiego Parku Narodowego

Satysfakcja pracowników 2006

Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze. Zawory i rozdzielacze

Dokumentacja Techniczna Zbiorniki podziemne Monolith

Transkrypt:

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 25 ZESZYT 1 2008 azimierz Twardowski*, Jacek Traple* O OMPACJI UTWORÓW GEOLOGICZNYCH** 1. UWAGI WSTÊPNE ompakcja, rozumiana zazwyczaj jako mechaniczne zagêszczanie utworów geologicznych (osadów, gruntów, ska³) pod wp³ywem nadk³adu, jest jednym z najwa niejszych procesów diagenetycznych. Przy tym terminem diageneza okreœla siê ten etap cyklu geologicznego, który nastêpuje po utracie przez osady kontaktu z wodami powierzchniowymi; najogólniej mówi¹c trwaj¹cy od depozycji osadu a do etapu jego metamorfozy, a œciœlej tzw. anchimetamorfozy [3 5]. Trwa on do czasu wejœcia osadów w strefê temperatur i ciœnieñ charakterystycznych dla metamorfizmu lub, w przypadku wczeœniejszej inwersji tektonicznej basenu, do czasu ponownego znalezienia siê w strefie kontaktu z wodami powierzchniowymi (etap telogenezy). W opisie procesów diagenetycznych odró nia siê czêsto wczesn¹, czyli niskotemperaturow¹, diagenezê (Early, Low-Temperature) od g³êbokiej diagenezy (Burial), która ma miejsce w temperaturach zdecydowanie wy szych od powierzchniowych do temperatury rzêdu 200 250 C, przyjmowanej umownie jako granica metamorfizmu regionalnego [13]. Pojêciem o znaczeniu zbli onym do diagenezy jest lityfikacja. Nie jest ono œciœle zdefiniowane i w potocznym rozumieniu oznacza zespó³ procesów przemieniaj¹cych luÿny osad w osad utwardzony (ska³ê osadow¹). Wspomnieæ te trzeba o stosowanym przez niektórych badaczy pojêciu epigeneza, które w³aœciwie odpowiada terminowi diageneza i które jest przeciwstawiane pojêciu litogeneza, odnosz¹cemu siê do stadium gromadzenia siê osadu. Granice etapów przemian postsedymentacyjnych s¹ umowne i ma³o ostre, dlatego klasyfikacja obserwowanych zjawisk nie zawsze jest jednoznaczna. Procesy diagenetyczne s¹ natury fizycznej (kompakcja, migracja wód porowych) oraz chemicznej (rozpuszczanie i krystalizacja minera³ów, wymiana jonowa, modyfikacja sk³adu i struktury istniej¹cych minera³ów). Z chemicznego punktu widzenia diageneza polega na oddzia³ywaniu roztworu porowego na ska³ê. Z tego powodu œrodowiska diagenezy dzieli siê na zdominowane przez roztwór (systemy otwarte) oraz zdominowane przez ska³ê * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, raków ** Praca wykonana w ramach badañ statutowych Wydzia³u Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, raków 53

(systemy zamkniête). Czyste piaskowce kwarcowe s¹ na ogó³ przyk³adem pierwszego systemu, zaœ i³owce to najlepszy przyk³ad systemu zdominowanego przez ska³ê. Postêp diagenezy jest wynikiem nak³adania siê zmian geometrycznych i mineralogicznych (kompakcji mechanicznej i chemicznej). Ich zakres jest uzale niony od pierwotnego sk³adu osadu, warunków jego depozycji i warunków, w jakich przebiega jego diageneza. Wskutek przeobra eñ geometrycznych, wynikaj¹cych z grawitacyjnego nacisku nadk³adu na utwór, nastêpuje wzrost jego gêstoœci objêtoœciowej, reorientacja i zagêszczenie upakowania materia³u detrytycznego, redukcja mi¹ szoœci warstw oraz zmniejszenie porowatoœci i przepuszczalnoœci. Mog¹ te wystêpowaæ deformacje plastyczne lub pêkanie ziaren, a tak e dehydratyzacja lub elifikacja niektórych sk³adników. Przebiegaj¹ca równolegle tzw. kompakcja chemiczna, prowadz¹ca do diagenetycznych przeobra eñ mineralogicznych, wi¹ e siê z rozpuszczaniem i redystrybucj¹ pierwotnych sk³adników utworu. Obejmuje ona g³ównie takie zasadnicze procesy diagenetyczne, jak: cementacja, rozpuszczanie, neomorfizm, przeobra enia oraz zastêpowanie minera³ów [8, 9, 13]. Wykazuj¹ one istotny wp³yw na w³aœciwoœci fizyczne utworów w trakcie ich pogr¹ ania siê do znacznych g³êbokoœci, nawet wiêkszych ni 9000 m [4, 7]. Najnowsze badania dotycz¹ce g³êboko zalegaj¹cych (do 4,5 km) piaskowców wykazuj¹, e o ich w³aœciwoœciach zbiornikowych, a zw³aszcza porowatoœci, decyduj¹ przede wszystkim przeobra enia zwi¹zane z kompakcj¹ mechaniczn¹ oraz diagenetyczn¹ cementacj¹ [1, 2, 6]. 2. UWARUNOWANIA LITOLOGICZNE OMPACJI ompakcji, zarówno mechanicznej, jak i chemicznej, ulegaj¹ w okreœlonym stopniu wszystkie utwory geologiczne, jednak w zale noœci od charakteru litologicznego ich podatnoœæ na wp³yw kompakcji i jej skutki s¹ ró ne. W przypadku utworów klastycznych (silikoklastycznych) ich pierwotne cechy (w³aœciwoœci osadów) zwi¹zane s¹ ze sposobem nagromadzenia siê materia³u detrytycznego w okreœlonych systemach depozycyjnych i zale ¹ g³ównie od sk³adu mineralnego i sposobu jego transportu. Przebieg dalszych etapów diagenezy zwi¹zany jest z tempem pogr¹ ania i przykrywania osadów w warunkach wzrostu ciœnienia i temperatury oraz charakterem otwartym lub zamkniêtym systemu. Stopieñ zaawansowania przemian diagenetycznych utworów zwi¹zany jest ze sk³adem mineralnym szkieletu ziarnowego oraz z zawartoœci¹ w nim sk³adników niestabilnych, w tym w szczególnoœci minera³ów ilastych. ompakcja utworów piaszczystych (piasków, piaskowców) powoduje stosunkowo niewielk¹ utratê porowatoœci (i zazwyczaj tak e przepuszczalnoœci), zaœ ich deformacje s¹ w znacznym stopniu sprê yste (odwracalne). Zmiany porowatoœci piasków w pierwszym stadium konsolidacji w wyniku grawitacyjnego zagêszczania w istotny sposób zale ne s¹ od ich wysortowania. Piasek Ÿle wysortowany pocz¹tkowo jest mniej porowaty, zaœ jego redukcja porowatoœci z g³êbokoœci¹ jest szybsza ni w przypadku piasków wysortowanych. 54

Inne wa niejsze prawid³owoœci dotycz¹ce kompakcji utworów piaszczystych, opisane w licznych opublikowanych pracach [1 6, 10, 11, 12], mo na podsumowaæ w nastêpuj¹cy sposób: Intensywnoœæ spadku porowatoœci piasków i piaskowców z g³êbokoœci¹ zale y od ich zailenia, wyraÿnie rosn¹c wraz ze wzrostem zawartoœci frakcji ilastej. Analiza iloœciowa kompakcji w utworach piaszczystych powinna byæ oparta na zmianie maksymalnej porowatoœci, która zwi¹zana jest z porowatoœci¹ czystych piasków. Intensywnoœæ kompakcji piaskowców niezale nie od ich wieku wyraÿnie roœnie wraz ze wzrostem wartoœci œredniego gradientu geotermicznego badanego profilu. Uœrednione zale noœci miêdzy porowatoœci¹ piaskowców i g³êbokoœci¹ ich zalegania s¹ przedstawiane przez ró nych autorów z wykorzystaniem modeli liniowych lub wyk³adniczych z wyraÿn¹ preferencj¹ wariantów liniowych. ompakcji mechanicznej piaskowców bardzo czêsto towarzysz¹ wtórne procesy diagenetyczne objête kompakcj¹ chemiczn¹. ompakcja utworów ilastych powoduje ci¹g³¹ znaczn¹ utratê porowatoœci i przepuszczalnoœci, zaœ ich deformacje s¹ w du ym stopniu plastyczne (niesprê yste). Utwory te dobrze nadaj¹ siê do badania zjawiska kompakcji ze wzglêdu na ich wysok¹ pocz¹tkow¹ ogóln¹ porowatoœæ, ma³e znaczenie innych zjawisk diagenetycznych, a tak e powszechne wystêpowanie w profilach osadowych, czêsto w postaci warstw o co najmniej kilkumetrowej mi¹ szoœci. Ze wzglêdu na du ¹ podatnoœæ na kompakcjê oraz specyficzne w³aœciwoœci petrofizyczne utwory ilaste mog¹ byæ z powodzeniem wykorzystywane do charakterystyki procesu kompakcji badanego profilu. Wzrost kompakcji wi¹ e siê z grawitacyjnym wyciskaniem zawartej w utworach wody porowej. W utworach litologicznie jednorodnych wyciskanie skierowane jest ku górze. Jeœli ilaste warstwy wystêpuj¹ przemiennie z warstwami przepuszczalnymi, wówczas kompakcja wywo³uje poziom¹ migracjê p³ynów w bardziej przepuszczalnych przewarstwieniach. Charakterystyka procesu kompakcji utworów ilastych by³a tematem wielu publikacji. Prezentowane w nich modele kompakcji uwzglêdniaj¹ z regu³y zarówno efekty kompakcji mechanicznej (z ekspulsj¹ intergranularnych p³ynów porowych), jak i zjawiska diagenetyczne zwi¹zane z kompakcj¹ chemiczn¹ (g³ównie z cementacj¹, rekrystalizacj¹ i rozpuszczaniem). Z najbardziej znanych modeli kompakcji utworów ilastych, opisanych m.in. w pracach [4, 10], wymieniæ mo na modele L.F. Athy ego (1930), H.D. Hedberga (1936),. Terzaghiego i W.H. Fertla (1948), J.M. Wellera (1959), M.C. Powersa (1967), J.M. Bursta (1969), N.C. Dutta (1983). Niektóre z wymienionych modeli przedstawione s¹ graficznie na rysunku 1 w formie zale noœci miêdzy porowatoœci¹ i g³êbokoœci¹ zalegania utworów ilastych. Na tym samym rysunku naniesione s¹ równie uœrednione przez wielu autorów empiryczne zale noœci dotycz¹ce ró nych regionów geologicznych i ró nych ska³, w tym tak e piaskowców. W odniesieniu do utworów ilastych zdecydowanie dominuj¹ zale noœci krzywoliniowe, przy czym obserwuje siê miêdzy nimi czasem bardzo du e ró nice. Przedzia³ zmiennoœci porowatoœci badanych utworów dotycz¹cy ustalonej g³êbokoœci ich zalegania osi¹ga wartoœci rzêdu 20%. 55

Prawdopodobnie jest to zwi¹zane z bardzo zmiennym sk³adem mineralogicznym utworów, w tym zmiennej zawartoœci ró nych minera³ów ska³otwórczych, zw³aszcza ró - nych minera³ów ilastych i substancji organicznej, a tak e z ró nym wiekiem utworów. Rys. 1. Zale noœæ miêdzy porowatoœci¹ i g³êbokoœci¹ zalegania utworów ilastych wed³ug ró nych autorów (Rieke, Chilingar (1974), w [4, 10], ze zmianami); krzywe: 1 Athy ego (1930); 2 Hosoi (1963); 3 Prošlakov (1960); 4 Meade (1966); 5 Hedberg (1936); 6 Magara (1968); 7 Weller (1959); 8 Foster, Whallen (1966); 9 Dickinson (1953); 10 Ham (1966); 11 miocen rejonu Przemyœla [14]; 12 piaskowce trzeciorzêdowe Luizjany (USA) Atwater, Miller (1968), w [4]; 13 piaskowce miocenu Przedgórza arpat w [11] 56

ompakcja utworów wêglanowych jest zró nicowana w zale noœci od zawartoœci w nich ilastego i piaszczystego materia³u. Niektóre wêglany zachowuj¹ siê podobnie jak utwory ilaste, jednak wiêkszoœæ z nich wykazuje bardzo ma³¹ kompakcjê mechaniczn¹. Dlatego te deformacje utworów wêglanowych cechuj¹ siê du ym zró nicowaniem i zmiennoœci¹. Zale ¹ przede wszystkim od facji pocz¹tkowych oraz intensywnoœci i typu zjawisk diagenetycznych [3, 4, 9]. 3. UNIWERSALNY MODEL OMPACJI Próby iloœciowego opisu procesu kompakcji znane s¹ ju od dawna praktycznie od badañ H.C. Sorby ego (1908) [8]. Pocz¹tek wspó³czesnych badañ dotycz¹cych kompakcji wi¹ e siê z osob¹ L.F. Athy ego, który w 1930 r. ustali³ zwi¹zek miêdzy gêstoœci¹ (lub porowatoœci¹) a g³êbokoœci¹ zalegania utworów ilastych w pó³nocno-wschodniej Oklahomie i czêœciowo w Teksasie (na podstawie pomiarów gêstoœci ponad 2200 próbek) [4, 10]. Po raz pierwszy proces kompakcji ska³ porowatych nasyconych wod¹ zosta³ opisany w 1944 r. przez. Terzaghiego [4]. Na podstawie wyników badañ laboratoryjnych ustali³ on m.in., e odkszta³cenie ska³ okreœlane jest przez naprê enie (ciœnienie) tzw. efektywne, zwane te ró nicowym (wyra a siê poprzez ró nicê ciœnieñ nadk³adu i p³ynu porowego), zaœ równanie opisuj¹ce spadek porowatoœci ska³ wraz ze wzrostem g³êbokoœci ich zalegania ma postaæ wyk³adnicz¹. Pe³ny iloœciowy opis procesu nieodwracalnych zmian porowatoœci ska³ z g³êbokoœci¹, który traktowaæ mo na jako model kompakcji mechanicznej ska³ o uniwersalnym charakterze, przedstawiony jest w pracy [3]. W ogólnym przypadku deformacje i zmiany w³aœciwoœci fizycznych ska³ rozpatruje siê w zale noœci od: naprê enia efektywnego ef = p p (1) ciœnienia porowego (ciœnienia p³ynu wype³niaj¹cego przestrzeñ porow¹ ska³y) p p, temperatury T, przy czym to œrednie normalne naprê enie, odzwierciedlaj¹ce ciœnienie górotworu (ciœnienie wy ej zalegaj¹cych ska³). Przy zmianie naprê enia efektywnego zachodzi objêtoœciowa deformacja scementowanego szkieletu ska³y, przenosz¹cego obci¹ enia nadk³adu. Pod wp³ywem zmieniaj¹cego siê ciœnienia porowego dodatkowo zachodzi deformacja minera³ów, buduj¹cych szkielet ska³y. Przy wzroœcie temperatury ulegaj¹ intensyfikacji wtórne procesy, zmieniaj¹ siê w³aœciwoœci mechaniczne minera³ów i zachodz¹ ich termiczne odkszta³cenia. Aby oceniæ œrednie normalne naprê enie w dowolnej elementarnej objêtoœci warstwy, konieczna jest znajomoœæ trzech g³ównych sk³adowych normalnych naprê enia w tej objêtoœci. Przy tym zwykle zak³ada siê, e si³y grawitacyjne wywo³ywane ciê arem wy ej zalegaj¹cych utworów s¹ dominuj¹ce i to one okreœlaj¹ stan naprê eñ nieskoñczonych po- 57

ziomych sprê ystych warstw. Wskutek osiowej symetrii poziome g³ówne normalne naprê- enia wzd³u osi x i y s¹ wówczas równe i stanowi¹ czêœæ pionowego g³ównego normalnego naprê enia x = y = k z (2) gdzie: k /( 1 ) wspó³czynnik bocznego nacisku (parcia), wspó³czynnik Poissona badanej ska³y. W typowych warunkach, gdy zmienia siê w granicach od 0,2 do 0,3, wspó³czynnik k osi¹ga wartoœci od 0,25 do ok. 0,43, a wiêc sk³adowe poziome x = y s¹ znacznie mniejsze od sk³adowej pionowej z. W takim przypadku œrednie normalne naprê enie mo na oszacowaæ 1 1 3 ( ) 3 ( 1 2 ) x y z k z (3) Na du ych g³êbokoœciach nieodwracalne deformacje ska³ s¹ podobne do plastycznych, przy których wszystkie g³ówne normalne naprê enia s¹ równe. W takich warunkach k 1 i równanie (3) mo na zapisaæ w formie tzw. równania geostatyki g h. n z i sk i i 1 gdzie: h i mi¹ szoœæ i-tego litologicznie jednorodnego interwa³u o gêstoœci objêtoœciowej ska³ sk.i przy ich pe³nym nasyceniu wod¹, g przyspieszenie ziemskie. Normalne ciœnienie porowe pp g hi w. i, (5) gdzie w.i to gêstoœæ wody porowej w interwale h i. i Równania (4) i (5) pozwalaj¹ okreœliæ efektywne naprê enie dla warstwowego oœrodka ef pp g hi ( sk. i w. i ) (6) i Wykorzystuj¹c œrednie wartoœci gêstoœci ska³ i wody dla danego profilu g ( ) H (7) ef sk w gdzie H to g³êbokoœæ zalegania ska³. 58 (4)

Zak³adaj¹c, e gêstoœæ minera³ów buduj¹cych ska³y w niewielkim stopniu zmienia siê z g³êbokoœci¹, a zmiany objêtoœci ska³y dv zachodz¹ g³ównie w wyniku zmniejszania siê jej przestrzeni porowej odkrytej dv p.o dv dv p.o (8) mo na uzyskaæ równanie ró niczkowe okreœlaj¹ce prawid³owoœci mechanicznej kompakcji ska³ osadowych d ( 1 ) ( d ) (9) po. sk po. po. ef gdzie sk to wspó³czynnik kompakcji lub nieodwracalnego zagêszczenia (konsolidacji) ska³y, definiowany 1 dvpo. 1 dvpo. sk (, tt) (10) Vpo. d ef Vp. o ( sk w ) dh gdzie sk, w to œrednie wartoœci ciê aru w³aœciwego odpowiednio ska³ i wody dla badanego profilu. Wartoœci wspó³czynnika sk zale ¹ od litologii i struktury ska³y, a tak e od czasu kompakcji osadu tijego temperatury T, tj. od konkretnych warunków geologicznych. Najwiêksze wartoœci osi¹ga on w przypadku ska³ ilastych i margli, natomiast najmniejsze dla piaskowców kwarcowych i zbitych wapieni. W niewielkim stopniu maleje ze wzrostem g³êbokoœci, tak, e w celach praktycznych mo na operowaæ jego œrednimi wartoœciami dla okreœlonych litotypów ska³. Najczêœciej wspó³czynnik sk przyjmuje wartoœci (15 50)10 3 MPa 1. Ca³kuj¹c równanie (9) uzyskuje siê wyra enie opisuj¹ce nieodwracalne zmiany porowatoœci ska³ osadowych z g³êbokoœci¹ po. ( H) exp[ sk ( tt, ) ( sk wz ) H] (11) po. ( H 0) 1 po. ( H 0) { 1 exp[ sk ( tt, ) ( sk wz ) H]} gdzie p.o(h) i p.o(h=0) to porowatoœci odpowiednio na g³êbokoœci H i na powierzchni. Równanie (11) dobrze opisuje nieodwracalne zmiany porowatoœci ska³ osadowych z g³êbokoœci¹, co ilustruje rysunek 2. Nale y zauwa yæ, e wyra enie (11) jest najbardziej ogóln¹ postaci¹ równania konsolidacji ska³ osadowych, s³uszn¹ dla szerokiego zakresu g³êbokoœci. W literaturze znanych jest wiele innych wyra eñ, opisuj¹cych w sposób bardziej przybli ony zwi¹zki statystyczne miêdzy porowatoœci¹ i g³êbokoœci¹ zalegania ska³ osadowych. Na przyk³ad jeœli zaniedba siê zmianê ca³kowitej objêtoœci ska³y, tj. dv/v=0, to rozwi¹zuj¹c odpowiednie równanie ró niczkowe, otrzymuje siê [3] po. ( H) po. ( H 0) exp[ sk ( t, T) ( sk w ) H] (12) 59

po. po. ( H) ( H 0) Dla ska³ danego typu litologicznego w okreœlonym profilu geologicznym wartoœæ (, t T )( ) const c (13) sk sk w i równanie (12) przyjmuje postaæ czêsto spotykan¹ w literaturze (nazywan¹ czasem empirycznym równaniem Athy ego) po. ( H) po. ( H 0 ) exp( c H) (14) Jeœli ograniczamy rozwiniêcie funkcji eksponencjalnej w równaniu (12) do pierwszego sk³adnika, otrzymamy jeszcze bardziej przybli on¹ zale noœæ liniow¹ 60 Rys. 2. Nieodwracalny spadek wspó³czynnika porowatoœci odkrytej p.o ska³ osadowych z g³êbokoœci¹ H (wg [3], ze zmianami): teoretyczne krzywe, wyliczone wg równania (3.11) dla ró nych wartoœci sk przy po. ( H 0) 0, 3 oraz œrednich gêstoœciach ska³y i wody porowej przyjêtych 3 3 sk 25, t / m i w 11, t / m, praktyczne uœrednione zale noœci dla: 1 wapieni Pó³nocno-Wschodniego Przedkaukazia; 2 piaskowców Pó³nocno-Wschodniego Przedkaukazia; 3 margli azowsko-kubañskiego zapadliska; 4 trzeciorzêdowych ska³ ilastych Wenezueli; 5 uœredniona zale noœæ dla mioceñskich ska³ zbiornikowych rejonu Przemyœla wg [14]. Parametr krzywych wspó³czynnik nieodwracalnego zagêszczenia ska³y sk, MPa 1. po. ( H) po. ( H 0) [ 1 sk ( t, T) ( sk w ) H] (15)

a z wykorzystaniem (13) po. ( H) po. ( H 0) ( 1 c H) (15a) Jak wykazuj¹ badania (np. [3]), wartoœci wspó³czynnika sk niezale nie od wieku ska³ intensywnie rosn¹ wraz ze wzrostem œredniej wartoœci gradientu geotermicznego ska³ w badanym rejonie, zw³aszcza w odniesieniu do ska³ niezailonych. 4. PODSUMOWANIE Pojêcia dotycz¹ce przemian postsedymentacyjnych osadów geologicznych doœæ czêsto nie s¹ œciœle zdefiniowane. W zwi¹zku z tym klasyfikacja zjawisk diagenetycznych nie zawsze jest jednoznaczna. Przeobra enia utworów geologicznych obserwowane przy rosn¹cej g³êbokoœci ich zalegania i zachodz¹ce w warunkach wzrostu ciœnienia i temperatury s¹ wynikiem nak³adania siê efektów równolegle przebiegaj¹cych procesów kompakcji mechanicznej (nazywanej geometryczn¹) oraz kompakcji chemicznej (nazywanej mineralogiczn¹). W zale noœci od charakteru litologicznego, pozycji stratygraficznej oraz konkretnych warunków termicznych badanych utworów (ska³), ich podatnoœæ na wp³yw kompakcji i jej skutki s¹ ró ne. ompakcja utworów ilastych, przedstawiana w formie zale noœci miêdzy ich porowatoœci¹ oraz g³êbokoœci¹ zalegania, jest bardzo zró nicowana i wykazuje ewidentnie charakter krzywoliniowy, opisywany modelem eksponencjalnym. Równoczeœnie utwory piaszczyste, wykazuj¹ce jeszcze wiêksz¹ zmiennoœæ i zró nicowanie porowatoœci, opisywane s¹ modelem liniowym (rys. 1). W wypadku porowatych ska³ osadowych mo na poleciæ model opisuj¹cy nieodwracalne (plastyczne) zmiany ich porowatoœci z g³êbokoœci¹ wyra enie (11). Wyniki modelowania wykazuj¹ dobr¹ zgodnoœæ z danymi empirycznymi, dotycz¹cymi ró nych regionów geologicznych oraz ró nych typów litologicznych ska³ (rys. 2). Na tej podstawie wyra enie (11) mo na uznaæ za uniwersalny model kompakcji mechanicznej ska³. Przybli one modele, uzyskane w wyniku przekszta³ceñ i uproszczeñ, przedstawione s¹ zale noœciami (12) (15). luczem do efektywnego modelowania procesu kompakcji mechanicznej ska³ jest oczywiœcie w³aœciwa ocena ich wspó³czynnika kompakcji (konsolidacji) â sk, zdefiniowanego relacj¹ (10). LITERATURA [1] Aksamitowska A.: Wp³yw procesów diagenetycznych na w³aœciwoœci zbiornikowe ska³ górnego, czerwonego sp¹gowca w po³udniowej czêœci monokliny przedsudeckiej. Przegl¹d Geologiczny, t. 53, nr 3, 2005 [2] Biernacka J., Leœniak G.: ompakcja œrednio i g³êboko pogrzebanych piaskowców eolicznych czerwonego sp¹gowca z obszaru monokliny przedsudeckiej. Przegl¹d Geologiczny, t. 53, nr 3, 2005 61

[3] Dobrynin V.M., Vendelštejn B.J., o evnikov: Petrofizika. Izd. Nedra, Moskva 1991 [4] ie³t M.: Geofizyka wiertnicza w poszukiwaniach wêglowodorów. Strukturalne i sedymentologiczne zastosowanie otworowych profilowañ geofizycznych, t. IiII. Wydawnictwo Adam Marsza³ek, Toruñ 2002 [5] oz³owska A.: Wp³yw diagenezy na w³aœciwoœci zbiornikowe piaskowców górnego karbonu w rejonie miêdzy Warszaw¹ a Dêblinem. Przegl¹d Geologiczny, t. 51, nr 9, 2003 [6] oz³owska A.: Wp³yw kompakcji i cementacji na porowatoœæ piaskowców górnego karbonu w strefie o³obrzeg Miêdzyzdroje. Przegl¹d Geologiczny, t. 53, nr 3, 2005 [7] Lorenc S.: Diageneza osadów (wprowadzenie do rozwa añ szczegó³owych). Przegl¹d Geologiczny, t. 44, nr 6, 1996 [8] Maliszewska A.: Wybrane zagadnienia diagenezy ska³ klastycznych. Przegl¹d Geologiczny, t. 44, nr 6, 1996 [9] Matyszkiewicz J.: Wybrane problemy diagenezy osadów wêglanowych. Przegl¹d Geologiczny, t. 44, nr 6, 1996 [10] Plewa M., Plewa S.: Petrofizyka. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1992 [11] Plewa S.: Wyniki badañ petrofizycznych w³asnoœci ska³. Prace Geol. om. Nauk Geol. PAN, 105, raków 1977 [12] Ryncarz T.: Zarys fizyki górotworu. Œl¹skie Wydawnictwo Techniczne, atowice 1993 [13] Œrodoñ J.: Minera³y ilaste w procesach diagenezy. Przegl¹d Geologiczny, t. 44, nr 6, 1996 [14] Twardowski.: W³asnoœci zbiornikowe ska³ miocenu w rejonie Przemyœla. Nafta, nr 2, 1974