Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Проницаемость пород и плотность флюида в высокотемпературных геохимических процессах

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Шмонов, Вячеслав Михайлович

Глава1.ФЛЮИДЫ В ЗЕМНОЙКОРЕ

Глава П. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ВЕЛИЧИНЫ

II. 1. Уравнение Дарси

II.2. Единицы измерения плотности и проницаемости 113. Физический смысл проницаемости

11.4. Константа Клинкенберга

11.5. Соотношение Терцаги и закон эффективных давлений

Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД

111.1. Порово-микротрепщнная (валовая) проницаемость пород III. 1.1. Обзор методов измерения проницаемости

III. 1.1.1. Метод стационарного потока III. 1.1.2. Метод затухания импульса

III. 1.1.3. Метод синусоидальной осцилляции порового давления

III. 1.2. Специальные вопросы эксперимента

III. 1.2.1. Эффект Клинкенберга

III. 1.2.2. Уплотнение керна металлической трубкой

III. 1.2.3. Масштабный эффект

III. 1.2.4. Сопоставимость данных по воде и газу

III. 1.3. Экспериментальная аппаратура

III. 1.3.1. Описание экспериментальной установки

III. 1.3.2. Подготовка и проведение эксперимента

III. 1.3.3. Аппаратурная погрешность экспериментальных данных

III. 1.4. Экспериментальные результаты

III. 1.4.1. Магматические породы

III. 1.4.2. Метаморфические породы

III. 1.4.3. Осадочные породы

III. 1.4.4. Выводы по разделу

III. 1.4. Проницаемость пород (Сводная таблица III. 1.4.) III. 1.4. Изотермы, изобары и карты проницаемости

111.2. Микротрещинная проницаемость

111.2.1. Введение

111.2.2. Экспериментальная часть

111.2.2.1. Ячейка для ненагруженного образца

111.2.2.2. Ячейка для нагруженного образца

111.2.2.3. Обеспечение ячейки

111.2.2.4. Напряжения в образце

111.2.2.5. Температура на поверхности образца

111.2.2.6. Порядок выполнения эксперимента

111.2.3. Обработка экспериментального материала

111.2.3.1. Расчет проницаемости (Модель Тида)

111.2.3.2. Микротрещинная проницаемость в амфиболите

111.2.3.3. Микротрещинная проницаемость в мраморе

111.2.3.4. Микротрещинная проницаемость в базальте

111.2.3.5. Микротрещинная проницаемость в известняке

Введение Диссертация по геологии, на тему "Проницаемость пород и плотность флюида в высокотемпературных геохимических процессах"

Впервые в лаборатории гидротермальных систем ИЭМ АН СССР идея исследовать проницаемость пород при высоких параметрах возникла в 1975 году в связи с проблемами построения модели формирования скарновых месторождений.

Наряду с вопросами внедрения расплава и становления интрузивного тела, изменения поля температур и напряжений внутри и в окрестности интрузивного тела, термодинамических свойств летучих, петрогенных и рудных компонентов растворов, фильтрационного эффекта и других аспектов, которые интенсивно исследовались у нас в стране и за рубежом, собственно среда обитания флюида, ее фильтрационные и коллекторские свойства оставались не изученными, хотя очевидно, что проницаемость пород определяет как масштабы, так и направленность рудно-метасоматических процессов.

Информация о проницаемости пород в то время, в основном, ограничивалась потребностями нефтяной и газовой индустрии и, как правило, не превышала 150°С и первых сотен атмосфер. Однако, физико-химические условия формирования скарнов требовали знания проницаемости до 600-700°С и 1-2 Кбар, хотя бы для постмагматических скарнов гипабиссальной фации. Работы геофизиков Фатта, Брейса и Зобака в то время достигали давлений 4 Кбар, но при комнатных температурах. К сожалению, ни одна из работ не давала возможности предсказать значения проницаемости при высоких температурах и давлениях. Экстраполяция экспериментальных данных без теоретических основ всегда сопряжена с риском получить ошибочный результат.

Интерес к проблеме инициировался еще и тем, что в лаборатории к тому времени накопился достаточный опыт в определении объемных, или р\!Т, свойств флюидов при высоких темрературах и давлениях. Термодинамические свойства основного компонента природного флюида - воды - были исследованы Бернемом [ВегпЪат С.\¥., 1968]. Нами (Шмонов В. М., 1974] были измерены р\'Т свойства двуокиси углерода, второго по значимости компонента природного флюида, в температурном интервале 400-700°С и давлениях от 2000 до 8000 кгс/см2. Развитие работ было направлено в сторону усложнения изучаемых систем: Н2О-СО2, Н2О-СН4. ШО-БЮг и т.д. 6

1.1 Флюиды в Земной Коре

Для понимания широкого круга геологических процессов, происходящих в земной коре при участии динамически активных флюидов, решающее значение имеют данные о проницаемости геологической среды и плотности флюидов при высоких давлениях и температурах.

1.1.1 Геологические аспекты

Динамически активные флюиды играют ведущую роль во многих геологических процессах не только на поверхности Земли, но также и в недрах планеты: гидротермальные системы срединно-океанических хребтов конвективно выносят до 30% выделяемого тепла Земли; очевидно и значение процессов миграции флюидов для образования гидротермальных месторождений; большие по масштабам перемещения масс флюидов сопровождают процессы диагенеза, катагенеза, регионального метаморфизма; восходящие потоки глубинных флюидов являются необходимой предпосылкой формирования гранитных расплавов в коре; исследовние мантийных ксенолитов показало, что процессы метасоматизма с участием подвижных флюидов проявляются также и в мантии.

1.1.2 Экологические аспекты

Особое значение проницаемость пород и массовая плотность флюида приобретает как экологическая характеристика системы вода-порода, необходимая для развития технологии добычи полезных ископаемых и проектирования хранилищ газа, жидкого топлива и радиоактивных отходов в областях с высокой термической и тектонической активностью. Подземная газофикация углей, как один из наиболее экономичных и экологически чистых способов использования твердых полезных ископаемых в горном деле, вызывает прогрев пород кровли до 700°С, ее растрескивание и потерю теплоносителя, подземное размещение ядерных отходов при геостатических давлениях до 1000-2000 кгс/см2 сопровождается прогревом пород хранилища до темпетарур 500°С и выше; при эксплуатации геотермальных циркуляционных систем (альтернативные источники энергии) все шире используются трещинноватые плутоны с температурой 300-500°С, где проницаемость определяет энергетические возможности водозабора. 7

1.1.3 Обзор литературы: in situ и эксперимент

Забегая вперед скажем, что первые же результаты экспериментальных исследований вызвали большой интерес среди коллег, интересующихся проблемами транспорта флюидов в различных геологических процессах. Позднее эксперименты вышли далеко за рамки скарновой тематики. С тех пор проницаемость мраморов, гранитов и гранодиоритов, известняков, доломитов, туфоалевролитов, волластонитового и гранатового скарнов, серпентинитов и серпантинизированных гарцбургитов, базальтов, гнейсов и амфиболитов была изучена для различных целей. В области исследованияpvTx свойств были изучены системы Н2О-СО2, Н2О-СН4, НгО-БЮг и Н2О-СО2 - NaX-цеолит.

По мере того как отрабатывалась методика и проводились измерения в нашей лаборатории появился ряд работ посвященных исследованию проницаемости пород и ргТх свойств газов и газовых смесей.

Нагревая неизолированные образцы до 700°С при атмосферных условиях или в автоклавах при давлениях воды или газа до 100 МПа было показано [ Зарайский Г.П., 1975], что проницаемость их возрастает до 5-6 порядков по сравнению с исходной.

Николаенко и Белевцев [Николаенко В.И.,1978] изучили экспериментально зависимость проницаемости от давления и температуры при 20-350°С, вводя флюидное давление от 1 до 45 МПа, при давлении на выход 0.1 МПа, и давлении обжима от 6 до 50 МПа. Были исследованы гнейсы, граниты и альбититы.

Самерз [Summers R., 1978] провел серию экспериментов, фильтруя воду через горячие породы. Обжимающее давление на образец, флюидное давление на входе и выходе поддерживались постоянными (50, 27.5 и 0.1 МПа соответственно). Осевое напряжение меняли от 0 до 350 МПа, с шагом 50 МПа. Температуры экспериментов были 100, 200, 300 и 400°С.

По данным Марморштейна [Марморштейн Л.М., 1981] при температурах до 200°С проницаемость пористых пород в нарпавлении максимальном нагрузки сначала уменьшаются, а затем резко возрастает. У трещиноватых пород проницаемость возрастает непрерывно, но сначала монотонно, а затем - резко. В нарпавлении минимальной нагрузки проницаемость для обоих типов пород идентична.

Для пород с исходной проницаемостью более чем 1 мдарси (известняки, песчаники) при постоянном эффективном давлении 150 МПа, повышении флюидного 8 давления до 5 МПа и температуры до 200°С незначительно влияют на проницаемость пород. С увеличением эффективного давления до 200 МПа проницаемость уменьшается на 1-3 порядка [Цырюльников A.C., 1981].

Мур [Moore D.E., 1983] и Морроу [Morrow С.А., 1981] изучили проницаемость гранита в температурном градиенте в пределах 200-300°С, давлении обжима на породу 30-60 МПа, и на флюид 10-20 МПа.

В области pvT- исследований СОг в последствии были предложены уравнения для представления данных в более широком диапазоне температур: Kerrick & Jacobs (1981), Bottinga & Richter (1981), Mader & Berman (1991) и R.Span & W.Wagner (1996), Т.В.Геря и Л.Л.Перчук (1998)]. Все они с различной степенью точности (от 0.89 до 2.07%) согласуются с экспериментальными данными.

И.В.Закиров (1984) выполнил прецизионные измеренияНгО-СОг на изотермах 300 и 400°С до 1000 бар. S.M.Sterrier & RJ.Bodnar (1991) методом синтетических газовых включений определили мольные объемы смеси при давлениях от 2 до 6 кбар и температурах от 400 до 700°С . Их данные хорошо согласуются с нашими экспериментальными данными. J.Brodholt & B.Wood (1993) методом молекулярной динамики расчитали свойства ШО-СОг- Они показали, что при 5 кбар избыточные объемы смешения выше, чем экспериментально определенные, и возможно сохраняются до 20 кбар и 1200°С. J.C.Seitz & J.G.Blencoe (1997) методом камертона померили избыточные объемы на изотерме 400 ±0.05°С и диапазоне давлений 99.4 - 999.3 ±0.2 бар.

Данные по плотности и проницаемости были крайне необходимых не только для расчета минеральных равновесий, но также и для расчета конвективных ячеек и массопереноса в пористых средах. В классической статье по теории фильтрации в пористых средах [Hubbert, 1940] показал, что закон Дарси эквивалентен уравнению Навье-Стокса и может быть записан в виде

Vi = - (kij /цф) a/ôxj (pgh) где Vi - средняя скорость фильтрации в направлении i, kij - проницаемость, и - вязкость флюида, ф - пористость, через которую фильтруется флюид, g - нормальное ускорение, a h есть гидравлический напор.

Поэтому для комплексного решения проблемы построения модели месторождения, была поставлена задана поиска методик и разработка экспериментальной аппаратуры для 9 исследования проницаемости пород при температурах до 600-70(1'С и давлениях до 2000 кгс/см2, выявление закономерностей изменения ее от температуры и давления, представления экспериментальных результатов в аналитической форме для удобства решения транспортных задан и применение их для построения полей палеопроницаемости и векторных полей двжения растворов на различных этапах становления геологического объекта.

10

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Проницаемость горных пород и плотность флюида -фундаментальные характеристики позволяющие решать научные и прикладные задачи наук о Земле:

-в геологическом аспекте - определение масштабов массопереноса, миграции и накопления (или рассеяния) химических элементов в Земной коре, построение моделей формирования рудных месторождений, связанных с фильтрацией растворов.

-в экологическом аспекте - разработка технологии добычи полезных ископаемых, проектирование хранилищ газа, жидкого топлива, радиоактивных отходов, разработка месторождений геотермальной энергии (альтернативные источники энергии).

Цель работы - определение проницаемости горных пород и плотности флюида в широком диапозоне температур и давлений, необходимых для решения научных и прикладных задач Наук о Земле; создание базы данных о проницаемости пород и pvT-свойств флиюда при высоких температурах и давлениях.

Задачи исследования:

1) разработка комплекса экспериментального оборудования и методов для определения проницаемости пород и pvT-свойств растворов в диапазоне температур от 20 до 600°С и давлений до 200 МПа; 2) определение порово-трещинной проницаемости пород различного генезиса; 3) определение микротрещинной проницаемости пород методом Сканирующего Электронного Микроскопа (СЭМ); 4) экспериментальное определение плотности двуокиси углерода, бинарых смесей НгО-СОг и Н2О-СН4," 5) определение состава бинарной смеси Н2О-СО2 в тонкопористой среде; 6) определение влияния тонкопористой среды на проницаемость малошютного флюида; 7) демонстрация возможности использования полученных экспериментальных данных для решения различных геологических задач.

Новизна и научная значимость работы.

1. Впервые экспериментально определена высокотемпературная (до 600°С) проницаемость магматических, метаморфических и осадочных пород при эффективных давлениях (Рэфф) до 200 МПа и установлена закономерность изменения проницаемости пород глубоких горизонтов земной коры.

2. Впервые методом СЭМ исследовано изменение микроструктры образцов пород при давлении до 100 МПа и температуре 700°С. Эксперименты на СЭМ позволяют наблюдать in situ процессы деформации порового пространства на микроуровне и

11 теоретически (по сетевым моделям) рассчитывать микротрещинную проницаемость пород.

3. Впервые измерены плотности СОг, смесей Н2О-СО2 и Н2О-СН4 при температурах до 700°С и давлений до 800 МПа. Экспериментальные данные позволяют определять уравнения состояния и проводить сопоставительный анализ с данными, полученными методами молекулярной динамики.

4. Экспериментальные pvT-данные, в сочетании с теорией вакансионных растворов позволяют предсказывать изменение состава флюида и относительную проницаемость компонентов флюида в тонкопористой среде.

Практическая ценность работы.

1.Определены порово-трещинная, или валовая, проницаемость образцов гранитов, гранодиоритов, диоритов, базальтов, мраморов, серпентинитов, амфиболитов, гнейсов, туфоалевролитов, доломитов и известняков при температурах до 600°С и эффективных давлениях до 200 МПа и составлены таблицы проницаемостей (см.приложение).

2.Измерены плотности двуокиси углерода (до 700°С и до 800 МПа), бинарных смесей вода-углекислота (при 400 и 500°С до 500 МПа) и вода-метан (375-450°С до 200 МПа) при высоких температурах и давлениях. Результаты представлены в Главе III.1.4.

3.Полученный экспериментальный материал (пп. 1 и 2) позволяет использовать его в расчетах флюидных потоков на различных этапах формирования геологического объекта. В частности с использованием полученных данных были рассмотрены физико-химические условия эволюции порово-трещинного пространства скарновых месторождений, циркуляция флюидов в слое океанических базальтов Срединно-Атлантического Хребта (САХ) и скорости фильтрации воды в серпентинитах зон субдукции, возможности фильтрации подземных вод в породах Архейского комплекса Печенгского массива по данным Кольской сверхглубокой, гидрогеохимические процессы взаимодействия водных растворов с горными породами при разработке геотермальных месторождений Дагестана и др.

4.Разработанные методы и экспериментальное оборудование могут быть использованы для продолжения исследований свойств флюида и фильтрационных свойств различных типов пород при высоких температурах и давлениях.

Основные защищаемые положения

12

I. Впервые методом сканирующего электронного микроскопа и методом стационарной газовой фильтрации при температурах до 600°С и эффективных давлениях от 15 до 200 МПа определена проницаемость гранитов, гранодиоритов, диоритов, базальтов, мраморов, серпентинитов, амфиболитов, гнейсов, туфоалевролитов, доломитов, известняков и песчаников. Проницаемость пород находится в пределах от 10"17 до 10"24 м2 (см. таблицу III. 1.4 и рис. III. 1.18-58).

II. Впервые полученные экспериментальные данные при высоких температурах и давлениях позволили установить закономерности изменения проницаемости пород в интервале РТ - параметров земной коры: изотермическое повышение всестороннего давления при всех температурах приводит к уменьшению проницаемости всех типов пород; при постоянном давлении повышение температуры может приводить к а) повышению проницаемости, б) уменьшению проницаемости или в) прохождению ее через минимум.

Предлагается уравнение lgk = lgk0 + Zvi Arsh {m[(lgP) - (lgai)]} для расчета проницаемости пород с мультимодальной порово-трещинной структурой при повышении всестороннего изотропного напряжения. В этом уравнении к есть текущее значение проницаемости, ко - константа, а ViArsh m([lgp]-[lgOj]) - вклад каждой системы проводящих каналов в изменение валовой проницаемости. Коэффициент Vi отражает относительную деформацию пород, коэффициент сй - пределы прочности структуры породы на одноосное растяжение и всестороннее сжатие, а m является коэффициентом масштабирования.

Уравнение позволяет представлять экспериментальные данные с погрешностью не более 10%, обладает хорошими предсказательными возможностями и отражает структурные особенности породы.

III. Впервые экспериментально получены константы Клинкинберга в интервале температур 20 - 600°С для аргона при фильтрации его через различные типы пород (Рэфф = 15 - 200 МПа). По соотношению длин свободных пробегов молекул раечитаны константы Кпинкенберга для воды, углекислого газа и метана. Показано, что при плотности флюида р и 0.2 гр/см3 длины свободных пробегов молекул флюида становятся соизмеримыми с размерами пор пород. Определение фильтрационного потока малоплотного флюида (р < 0.2 гр/см3) через слабопроницаемые породы

13 к< 1 х 1018 м2) должно проводиться с коррекцией на "проскальзывание газа" (эффект Клинкенберга); поправка можеет достигать одного десятичного порядка.

IV. Впервые ргГ-свойсгва СОг (до 700°С и до 8 кбар), Н2О-СО2 (до 600°С и 5 кбар) и Н2О-СН4 (при 350-400°С и давленях до 3 кбар) экспериментально определены для столь высоких параметров с высокой точностью. Экспериментальные данные по двуокиси углерода изданы Государственной Службой Стандартных Справочных Данных. Они легли в основу многочисленных уравнений состояния СОг и Н2О-СО2, разработанных у нас в стране и за рубежом. Защищаются результаты экспериментальных измерений плотности СОг и смесей Н2О-СО2 и Н2О-СН4 при высоких температурах и давленях (см. Таблицы 1У.З-5).

V. Используя полученные экспериментальные р\ Тх - данные, литературные данные по адсорбции НгО и СОг на цеолите ЫаХ и уравнение осмотической теории адсорбции, расчитаны составы смеси Н2О-СО2 в тонких порах, равновесные объемной фазе для давлений 100-5000 бар и температур 400-800°С. Различие в составах поровой и объемной фаз может наблюдаться при размерах пор менее 0.25 мкм.

В надкритической безсолевой флюидной системе Н2О-СО2 при концентрациях углекислоты до 30 мольных процентов флюид в порах пород будет обогащен углекислотой относительно объемной фазы; при концентрациях углекислоты более 30 мольных % поровая фаза будет обогащена водой;

VI. Разработана экспериментальная установка для опредеяния проницаемости пород при Рэфф < 200 МПа и Т = 20 - 600°С и экспериментальные ячейки для исследования деформации порового пространства пород в сканирующем электронном микроскопе при Р3фф < 100 МПа и Т < 700°С. Разработана установка для исследования руТ - свойств газов и газовых смесей при давлениях до 10 кбар и температуры 800°С.

Комплекс экспериментальной аппаратуры позволил определить фильтрационные свойства магматических, метаморфических и осадочных пород и плотности С-О-Н флюида в широком диапазоне температур и давлений. Разработанные комплекс экспериментального оборудования и методы не имеет аналогов ни у нас в стране, ни за рубежом. Они могут быть использованы для

14 продолжения исследований и пополнения базы данных о проницаемости пород и pvT-свойств флиюда при высоких температурах и давлениях.

Фактический материал и методы исследования.

В ходе выполнения темы "Проницаемость пород Земной Коры" автором разработана установка, позволившая проводить измерения проницаемости пород при температурах до 600°С и давлениях до 200 МПа; разработана ячейка, позволившая проводить эксперименты по изучению распределения микротрещин по размерам в сканирующем электронном микроскопе "Тесла" при температуре до 550°С и давлении до 100 МПа; разработана ячейка, позволившая проведение экспериментов по изучению распределения микротрещин по размерам при температурах до 750°С без обжима образца; проведены измерения и расчитана проницаемость различных типов магматических, метаморфических и осадочных пород при давлениях до 200 МПа и температурах до 600°С (52 образца, 2100 экспериментальных точек); адаптирована сетевая модель Тида для расчета проницаемости по распределению микротрещин по размерам из экспериментальных данных.

Разработана установка для определения pvT-свойств газов и газовых смесей методом вытеснения, позволившая измерить мольные объемы СО2 и Н2О-СО2 при давлениях до 8 кбар и температурах до 700°С; налажена установка для измерения р\ Т-свойств бинарных смесей методом переменного объема (ФРГ, E.U.Franck) и измерены мольные объемы смеси Н2О-СН4.

Объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 250 наименований и приложения в виде таблиц плотностей СОг, НгО-СОг и Н2О-СН4 в надкритической области и проницаемостей магматических, метаморфических и осадочных пород при температурах до 600°С и эффективных давлениях до 200 МПа. Текст диссертации сопровождается 99 рисунками и 15 таблицами. Общий объем работы составляет 330 страниц машинописного текста.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия", Шмонов, Вячеслав Михайлович

Выводы

1. Экспериментально получены константы Клинкенберга для аргона при фильтрации через различные типы пород в интервале температур 20 - 600°С. Интервал эффективных давлений, под которым находились образцы, лежит в пределах от 150 до 2000 бар.

2. По соотношению длин свободных пробегов молекул получены константы Клинкенберга для воды, углекислого газа и метана для аналогичных температур и давлений.

3. При давлении флюида выше 200 - 500 бар газовая проницаемость отличается от жидкостной не более, чем на 5-15%.

4. При определении фильтрационного потока при давлениях флюида ниже 500-200 бар необходимо учитывать влияние длин свободного пробега молекул во всем интервале исследованных температур для низкокипящих компонентов (СО2, СН4 и др); для воды

245

VI. Заключение

По современным оценкам геофизиков [Оц^ешеп N.1. & Моопеу \У.О.,1995] мощность континентальной Земной коры составляет 40 км; выделяются области с низким тепловым потоком и температурным градиентом 9°С/км, со средним и высоким тепловыми потоками, 15 и 26°С/км - соответственно [В1аск\уе11,1971]; средний градиент литостатического давления - 27 МПа/км [СМэгешеп, Моопеу, 1995]; в разрезе земной коры на глбинах свыше 5 км флюидное давление (Рфд) равно литосгатическому (Р<*,ш).

Эффектиное давление, с которым связано изменение проницаемости пород, определяется условием РЭфф = Робщ - аРфц, где а находится в интервале 0.85-0.95. Поэтому в пределах земной коры эффективное давление может варьировать от 5-15 МПа на глубине 5 км до 50-150 МПа на глубине 40 км. В соответствии с предполагаемыми тепловыми потоками и градиентом литостатического давления температура на глубине 40 км варьирует от 360 до 1040°С при Р0бщ = 10.8 кбар.

Настоящей работой исследованы фильтрационные свойства магматических, метаморфических и осадочных пород в диапазоне температур от 20 до 600°С и эффективных напряжениях до 200 МПа. Диапазон исследования р\'Тх - свойств флюида расширен для двуокиси углерода до 10 кбар и 800°С, для бинарной смеси Н2О-СО2 - ДО 5 кбар и 600°С и для системы Н2О-СН4 - до 200 МПа и 425°С. Установлены закономерности изменения проницаемости пород и плотности флюида в интервале РТ - параметров континентальной Земной коры. В зависимости от сочетания литостатического и флюидного давления породы глубоких горизонтов могут иметь или предельно низкую проницаемость (к = 1х 10 24 м2) при эффективном давлении (Рэфф = Ршп - Рфл) равном 1.5-2 кбар и более или быть хорошо проницаемы (как на поверхности земли), если флюидное давление равно литосгатическому.

Содержание работы может быть резюмировано в виде следующих основных результатов.

Разработан комплекс экспериментальной аппаратуры, позволивший определить фильтрационные свойства магматических, метаморфических и осадочных пород и плотности С-О-Н флюида в широком диапазоне температур и давлений. Разработанные комплекс экспериментального оборудования и методы не имеет аналогов ни у нас в стране, ни за рубежом.

Впервые методом сканирующего электронного микроскопа и методом стационарной газовой фильтрации при температурах до 600°С и эффективных

280 давлениях от 15 до 200 МПа определена проницаемость гранитов, гранодиоритов, диоритов, базальтов, мраморов, серпентинитов, амфиболитов, гнейсов, туфоалевролитов, доломитов, известняков и песчаников.

Полученные экспериментальные данные при высоких температурах и давлениях позволили установить закономерности изменения проницаемости пород в интервале РТ - параметров земной коры: изотермическое повышение всестороннего давления при всех температурах приводит к уменьшению проницаемости всех типов пород; при постоянном давлении повышение температуры может приводить к а) повышению проницаемости, б) уменьшению проницаемости или в) прохождению ее через минимум.

Предложено уравнение для расчета проницаемости пород с мультимодальной порово-трещинной структурой. Уравнение позволяет представлять экспериментальные данные с погрешностью не более 10%, обладает хорошими предсказательными возможностями и отражает структурные особенности породы.

Экспериментально исследованы /Н'Х-свойства СО>, Н2О-СО2 и Н2О-СН4 при высоких параметрах с высокой точностью. Экспериментальные данные по двуокиси углерода изданы Государственной Службой Стандартных Справочных Данных. Они легли в основу многочисленных уравнений состояния СОг и Н2О-СО2, разработанных у нас в стране и за рубежом.

Теоретически и экспериментально установлено, что составы смеси Н2О-СО2 в тонких порах, равновесные объемной фазе для давлений 100-5000 бар и температур 400-800°С могут отличаться при размерах пор менее 0.25 мкм.

Полученный экспериментальный материал позволил применять его в расчетах флюидных потоков на различных этапах формирования геологического объекта.

Метасоматтеские процессы. Рассмотрены эволюция порово-трещинного пространства и условия фильтрации растворов при формировании метасоматических пород, связанных с гранитоидными интрузиями на примере скарновых месторождений Саяк-1 и Тастау (Казахстан), грейзеновых месторождений Акчату (Казахстан) и Иультин (Чукотка).

По экспериментальным данным о проницаемости гидродинамический режим растворов при формировании скарнов месторождения Саяк-1 представляется следующим образом. Внедрение гранодиоритовой интрузии в туфогенно-осадочные отложения саякской серии привело к потере проницаемости туфоалвролитов и известняков в контактовой зоне при прогреве до температуры свыше 350°С. На горизонте 8 км фильтрация растворов и скарнообразование были возможны только

281 за фронтом мраморизации известняков. Метасоматические процессы на горизонте 4 км могли наблюдаться по всему периметру интрузивного тела. Экспериментальным моделированием установлено, что проницаемость составного керна из гранодиорита и известняка при формировании метасоматических колонок составляла 3.25x1020 м2. По мере развития фронта замещения скорость потока уменьшалась. Это обусловлено уменьшением пористости и проницаемости в результате замещения кальцита гроссуляром и волластонитом, которые имеют больший мольный объем [Шмонов В.М.и др., 1986]. В ряде случаев фильтрация прекращалась польностью. В связи с этим представляется, что основными проводниками флюида при рудно-метасометических процессах являются микротрещины.

В соответствии с данными о мощности грейзеновых жил (м-ние Акчатау) и их количестве на пикетах определена проницаемость отдельных трещин и трещинная проницаемость пикета в целом. Отдельные трещины имели очень большие значения (тысячи дарси). Однако в отсутствии горизонтальных связывающих трещин проницаемость Акчатауского массива определялась в основном проницаемостью матрицы и не превышала десятых долей миллидарси.

При расчете проницаемости пород м-ния Иультин по изотопному обмену 180 было получено значение проницаемости к=1.77х 10~17м2. Полученное значение превосходит в 2000 раз проницаемость пород песчано-сланцевой толщи, определнной экспериментально (таблица). Такое расхождение позволяет предположить, что в процессе становления месторождения ороговикование песчаносланцевых пород сопровождалось уменьшением проницаемости и пористости под действием конвектирующих растворов на фоне возрастающей, а затем и понижающейся температуры и достигло современных значений: ф = 0.0010-0.0079 и к = 4.8е-21 - 4.2е-19 м2.

Метаморфические процессы. По экспериментальным данным пород Кольской сверхглубокой проницаемость амфиболитов и гнейса, очевидно, уменьшается с глубиной. Наибольшая дифференциация пород по данному параметру характерна для глубин 8-10 км. При температурах прогрессивного метаморфизма кольской серии проницаемость пород составляла 1х 1(>:19 - 1x1017 м2. Проницаемость исследованных образцов при температурах регрессивного метаморфизма в основном находится в пределах 1х10-,8м2 1х10-19м2.

Циркуляция и движение океанских вод. По данным о проницаемости серпентинитов флюидные потоки значительно ниже скорости спрединга. С большой

282 долей вероятности можно утверждать, что в зоне спрединга скорость движения флюида польностью определяется скоростью перемещения масс пород (совместное течение), и как следствие скорость флюида есть скорость переноса флюидной фазы твердой матрицей.

Данные о проницаемости базальтов позволили установить, что наблюдаемые на дне океана высокие линейные скорости истечения гидротермального флюида, достигающие первых метров в секунду, объясняются стягиванием объемного потока к локальным зонам высокой проницаемости. Такие же процессы обусловливают повышение температуры гидротермальных флюидов "курильщиков".

Экологические процессы. В рамках данной работы изучение взаимодействия горных пород с водой и водными растворами для Тарумовской термоаномальной площади (Дагестан) проводилось по комплексной методике, включающей эксперименты по изучению кинетики и масштабов выщелачивания горных пород при высоких температурах в статических условиях и при фильтрации раствора через породу с одновременным определением проницаемости. Экспериментально установлено, что снижение интенсивности растворения горных пород может быть достигнуто за счет уменьшения минерализации закачиваемого в геотермальный коллектор теплоносителя и повышения его температуры, и поддержания в скважинах определенной величины противодавления.

Исследование влияния сейсмической вибрации на проницаемость пород преследовало цель установить опасность попадания радиоактивных отходов в биосферу в результате разрушения пород. Как показали экспериментальные исследования такое воздействие может привести к увеличению проницаемости известняков в 1.2 раза. Нагревание усиливает этот эффект - при температуре 250°С проницаемость базальтов после аналогичного воздействия увеличилась уже в 2.53.7 раз.

Ореолы рассеяния. Намечены два типа профилей проницаемости - совпадающий и несовпадающий с профилем концентрации рудных элементов, т.е. корреляция может иметь как положительный так и отрицаетельный знак. Таким образом проницаемость пород может являтся дополнительным параметром, характеризующим поток и в сочетании с данными о концентрации рудных элементов позволяет определять направление движения растворов не завершающей стадии.

Современное строение земной коры. По данным магнито-теллурического зондирования континентальная кора двуслойна: электропроводность верхнего слоя может составлять менее 105 ом-'м-1, что указывает на крайне низкую ее

283 проницаемость, а электропроводность средней коры на несколько порядков выше. Располагая экспериментальными данными о проницаемости пород и электропроводности растворов при высоких температурах и давлениях, мы расчитали электропроводность пород и ее изменение в приложении к условиям континентальной коры. Главный вывод этой работы, на наш взгляд, заключается в демонстрации хорошей корреляции расчтов и геофизичеких данных и, следовательно, возможной роли изменения физических свойств горных пород происходящих с изменением температуры и давления в наблюдаемых явлениях скачка электропроводности.

284

Библиография Диссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Шмонов, Вячеслав Михайлович, Черноголовка

1. Аксюк A.M., Витовтова В.М., Пустовой A.A., Харин Г.С., Шмонов В.М. Проницаемость океанических базальтов и вопросы формирования гидротерм в рифтовой зоне Атлантики // Океанология. 1992. Т.З, вып.6. С. 1115-1122.

2. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода // Изд-во стандартов. 1975. 552 с.

3. Базаев А.Р., Скрипка В.Г., Намиот А.Ю. Объемные свойства смесей водяного пара с метаном и азотом при повышенных температурах и давлениях // ЖФХ, 1974, №1631-74.12 с.

4. Балашов В.Н., Зарайский Г.П. Экспериментальное и теоретическое исследование разуплотнения пород при нагревании // Очерки физ-хим. петрологии, 1982, вып.Х, М.,Наука, с.69-109.

5. Белевцев Я.Н. Метаморфическое рудообразование // М.: Недра, 1979. С. 118.

6. Беринг Б.П., Серпинский В.В. Теория адсорбционного равновесия, основанная на термодинамике вакансионных растворов // Изв. АН СССР. Сер. хим., 1974, №11, с.2427-2440.

7. Беринг Б.П., Серпинский В.В. Дальнейшее развитие осмотической теории адсорбционного равновесия // Изв. АН СССР. Сер. хим., 1978, № 8, с. 1732-1739.

8. Борисов М.В. Закономерности распределения элементов в ближнем окложильном пространстве Pb-Zn гидротермальных месторждений // Геохимия. 1997, № 11, с. 1115- 1127.

9. Бреполь Э. Теория и практика ювелирного дела. // Л. "Машиностроение". 1973.384 с.

10. Булах А.Г., Булах К.Г. Физико-химические свойства минералов и компонентов гидротермальных растворов HR.: Недра, 1978. 168 с.

11. Ваньян Л.Л. О природе электропроводности активизированной земной коры // Физика Земли. 1996. № 6. С.93-95.

12. Витовтова В.М., Шмонов В.М. Проницаемость горных пород при давлениях до 2000 кг/см2 и температурах до 600°С // 1982, ДАН СССР, т.266, №5, с.1244-1248.285

13. Витовтова В.М., Фомичев В.И., Шмонов В.М. Эволюция проницаемости пород при формировании скарнов месторождений Саяк-1 и Тастау (Сев. Прибалхашье) // Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука, 1988. Вып. 15. С.б-17.

14. Всеволжский В.А. Основы гидрогеологии. Изд-во Московского университета. 1991. ¿tic.

15. Геншафт Ю.С. Экспериментальные исследования в области глубинной минералогии и петрологии ti М.:Наука, 1977. С.207.

16. Геншафт Ю.С., Борзунов В.А., Вайнер Д.И., Салтыковский А.Я. Плотность и объемные изменения при высоких давлениях и температурах ксенолитов в кайнозойских базальтах Монголии // Геофиз.журнал, 1983. Т.5,№6. С.39-45.

17. Геологическая среда и структурные условия гидротермального рудообразования // 1982, М.:Наука, 235 с.

18. Геря Т.В., Перчук JI.JL Уравнение состояния сжатых газов для петрологических баз термодинамических данных // Петрология, 1997, т. 5, N.4, с.412-427

19. Глаголев A.A., Генкин А.Д., Казанский В.И. и др. Изучение эндогенных процессов по данным сверхлубокого бурения // Эндогенные рудные районы и месторождения, М.: Наука, 1987, с. 144-186

20. Гордов А.Н., Малков Я.В., Эдгард H.H., Ярышев H.A. Точность контактных методов измерения температуры // 1976, Изд.Стандартов, М., 232 с.

21. Гурьянов В.В., Дубинин М.М., Мисин М.С. Влияние на плотность абсорбата стерических ограничений и адсорбционного сжатия при предельном заполнении цилиндрических и щеяевидных пор // ЖФХ, T.XLLX, N.9, 1975, с.2370-2373.

22. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа // М.: Недра, 1970. 240 с.

23. Добрынин В.М., Венделыптейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика // М.: Недра, 1991.256 с.

24. Дорогокупец П.И. Уравнение состояния минералов на основе термического расширения при повышенных давлениях//Доклды РАН, 1996,т.347, №2, с. 221-223.

25. Жариков В.А., Власова Д.К. Контактовые роговики и скарны месторождения Майхура // Физико-химические проблемы формирования горных пород и руд. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 4.1. С.326-386.

26. Жариков В.А. Скарновые месторождения // Генезис эндогенных рудных месторождений. М.: Недра. 1968. С.220-302.

27. Жариков В.А. Актуальные проблемы экспериментальной минералогии // Записки ВМО. Т. 105. № 5. С. 543-570.286

28. Жариков В. А., Шмонов В.М. Экспериментальное моделирование инфильтрационных известковых скарнов// ДАН СССР, 1987. Т.295, N1. С.200-203.

29. Жариков A.B., Витовтова В.М., Шмонов В.М. Экспериментальное исследование проницаемости архейских пород Кольской сверхглубокой скважины. // Геология рудных месторождений. 1990. N6. С.79-88.

30. Жуков В.В. Адсорбция двуокиси углерода на цеолите NaX: Автореферат дис.канд. физ-мат. наук. М.: ИФХ АН СССР. 1971. 121 с.

31. Закиров И.В. P-V-T соотношения в системе Н20 С02 при 300 и 400°С до 1000 бар // Геохимия. 1984. №6. С.805-807.

32. Закиров И.В., Калиничев А.Г. Зависимость неидеальности гомогенных газовых смесей от критических температур компонентов // Докл.АН СССР. 1980. т.253, №5. с.1214-1216.

33. Зарайский Г.П., Балашов В.Н. О разуплотнении горных пород при нагревании // 1978, ДАН СССР, т.240, №4, с.926-929.

34. Зарайский Г.П., Балашов В.Н. К структуре количественной генетической модели грейзенового месторождения // Геология рудных месторождений. 1987. Т.29, №6. С.3-13

35. Зарайский Г.П. Экспериментальное моделирование зарастания единичной трещины при фильтрации воды в порфирите // Очерки физико-химической петрологии. Миасс. 1994. Вып.18. С.139-165.

36. Зонов C.B., Зарайский Г.П., Балашов В.Н. Влияние теплового разуплотнения на проницаемость гранитов в условиях небольшого превышения литостатического давления над флюидным // 1989, ДАН СССР, т.307, №1, с. 191-195.

37. Ильницкая Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С., Кунтыш М.Ф. Свойства горных пород и методы их определения. Под. ред. М.М.Протодьяконова. // М., Недра, 1969, 392 с.

38. Казанский В.И., Боронихин В.А., Ванюшин В.А. и др. Соотношение между тектоникой, метаморфизмом и петрофизическими свойствами пород в Печенгском рудном районе // Внутреннее строение докембрийских разломов. М.:Наука,1985. с.6-47.

39. Казанский В.И., Новгородова М.И., Смирнов Ю.П., Боронихин В.А. Необычные минеральные ассоциации на нижних горизонтах Кольской сверхглубокой скважины // Геология руд.месторождений. 1989, №6.с.-75-82

40. Катц Д.Л., Корнелл Д. и др. Руководство по добыче, транспорту и переработке природного газа // Пер.с англ. М.: Недра, 1965. 680 с.287

41. Кольская сверхглубокая /Под ред. Е.А.Козловского. М.: Недра. 1984.494 с.

42. Кременецкий A.A., Овчинников JI.H. Геохимия глубинных пород. М.: Наука, 1986. 262 с.

43. Кречетова Т.Н. Методика расчета притока жидкости к скважине с вертикальными щелевидными разрезами // Интенсификация добычи нефти. М.: 1983. С.81-83.

44. Кречетова Т.Н., Ромм Е.С. О связи главных компонентов тензоров напряжений и проницаемости пористых сред // Механика жидкости и газа, 1984, №1. С. 173-177.

45. Кречетова Т.Н., Марморштейн Л.М., Ромм Е.С. Методическое пособие по изучению изменения физических свойств нефтяных и газовых коллекторов под единым и трехосном давлении // 1990, изд. ВНИИОКЕАНГЕОЛОГИЯ, Ленинград, 52 с.

46. Кулаков М.Н., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердого тела// 1969, изд.Энергия, М., 136 с.

47. Магомедов М.А., Шмонов В.М. К вопросу о масштабном эффекте при определении проницаемости горных пород // Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука, 1991. Вып. 17. С.114-119.

48. Магницкий В.А. Внутреннее строение и физика Земли // М.: Недра. 1965. 380с.

49. Мальковский В.И., Пэк A.A. Проницаемость трещинно-пористой Среды с регулярной системой параллельных несообщающихся трещин // Петрология. 1994. Т.2, № 6. С. 646-652.

50. Марморштейн Л.М. Изменение проницаемости в условиях сложного напряженного состояния. Сб.: Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах для задач сейсмологии // Материалы VI Всесоюзного совещания Ташкент: 1981. С.35-36.

51. Машино-строительные материалы. Краткий справочник.// М. "Машиностроение". 1980. 177 с.

52. Мирошниченко Л.А., Фомичев В.И., Кузнецова Е.И. Метасоматиты Саякского рудного района Прибалхашья // Алма-Ата: 1971. 183 с.

53. Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред // М.: Недра, 1970. 193 с.

54. Николаевский В.Н. Катакластическое разрушение пород земной коры и аномалии геофизических полей // Физика Земли. 19%. № 4. С. 41-50.288

55. Остапенко Г.Т. Некоторые результаты изучения диссоциации гипса под давлением и их возможное значение для петрологии // Геохимия, 1966, № 8,

56. Остапенко Г.Т. Термодинамика негидростатических систем и ее применение в теории метаморфизма// Киев. Наукова Думка. 1977. 240 с.

57. Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов М.: Недра. 1968.

58. Поровое пространство и органическое вещество коллекторов и покрышек (под ред. K.P.Черникова) // М.: Наука, 1986. 96 с.

59. Пэк A.A. О динамике ювенильных растворов. М.:Наука, 1968. 148 с.

60. Ривкин С.Л., Александров A.A. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1975. 80 с.

61. Ромм Е.С. Фильтационные свойства трещиноватых горных пород // 1966, М., Недра, 279 с.

62. Рона П. Гидротермальная минерализация областей спрединга в океане. М.: Мир, 1986. 160 с.

63. Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. М.: Недра, 1960. 262 с.

64. Серпинский В.В., Якубов Т.С. Современное состояние осмотической теории адсорбции В кн.: Адсорбция в микропорах. М.: Наука. 1983. С.46-55.

65. Скублов Г.Т., Боголепов В.Г., Колонии Г.Р. и др. Основы прогнозирования // Геологогенетические и физико-химические основы модели грейзеновой рудной формации. Новосибирск. Наука. 1992. С.234-253.

66. Смирнов В.И. Фактор времени в образовании стратиформных рудных месторождений // Геол.рудных м-ний. 1970. № 6. с. 3-31.

67. Современная техника и методы экспериментальной минералогии // Под ред. В.А.Жарикова, И.П.Иванова, Ю.А.Литвина. М.: Наука, 1985. 280 с.

68. Сорохтин О.Г. Модель образования океанических рифтовых зон // Подводные геологические исследования в обитаемых аппаратов. М.:Наука,1985. С.206-209.

69. Спасенных М.Ю., Шмонов В.М., Сущевская Т.М., Игнатьев A.B. Движение гидротермальных флюидов во вмещающих породах Sn-W месторождении Иультин (по данным об изотопном составе кислорода и проницаемости пород) // Геохимия (в печати).

70. Спасенных М.Ю. Возможности и границы применимости математических моделей изотопного взаимодействия вода- порода при изучении гидротермальных процессов И Геохимия. 1991. №2. С.205-215.289

71. Справочник физических констант, М., Энергоатомиздат. 1996. 1232 С.

72. Сретенская Н.Г., Закиров И.В., Шмонов В.М., Шмулович К.И. Водосодержащие флюидные системы // Эксперимент в решении актуальных задач геологии. М.: Наука. 1986. С.315-334.

73. Стал У. Уравнение состояния адсорбированного вещества В кн.: Межфазовая граница газ - твердое тело. М.: Мир. 1970. С.260-315.

74. Сущевская Т.М., Игнатьев A.B., Спасенных М.Ю. и др. О генезисе рудообразующих флюидов Sn-W месторождения Иультин по данным изотопии кислорода и водорода//ДАН. 1994.Т.339.С.391-395.

75. Турчанинов И.А., Йофис М.А., Каспарьян Е.В. Основы механики горных пород //1982, Ленинград, Недра, 502 с.

76. Файф У., Прайс Н., Томпсон А. Флюиды в Земной коре. М.: Мир, 1981. 438 с.

77. Фиалко А.И., Руденко Ф.А. Теоретические и методические вопросы экспериментального исследования фильтрационных свойств горных пород в условиях изотропного напряженного состояния // Вести.Киев. Унив., геол., 1983, №2. С.76-107.

78. Фомичев В.И., Шмонов В.М., Витовтова В.М. Экспериментальное моделирование процесса рудоотложения на щелочном геохимическом барьере // Вестник АН КазССР, 1983. N7. С.55-60.

79. Фомичев В.И., Шмонов В.М., Витовтова В.М. Влияние эволющии физико-химических условий на рудотложение при формировании стратиформных свинцово-цинковых месторождений // Генезис редкометальных свинцово-цинковых месторождений. М.: Наука, 1986. С. 110-115.

80. Фомкин A.A., Селиверстова И.И., Серпинский В.В., Беринг Б.П. Физическая адсорбция газов на цеолитах в широком интервале температур и давлений В кн.: Адсорбенты, их получение, свойства и применение. Л.: Наука. 1978. с. 109-112.

81. Харин Г.С. Стадийность и пульсационность развития рифтогенного магматизма в Атлантическом океане // Комплексное изучение природы Атлантического океана: Тез. докл. Калиненград: КГУ, 1989. С.91-93.

82. Циклис Д.С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях. М.: Химия, 1976. 432 с.290

83. Циклис Д.С., Линшиц Л.Р., Циммерман С.С. Измерение и расчет мольных объемов двуокиси углерода при высоких давлениях и температурах // ЖФХ, т.43. 1968, с. 1919-1923.

84. Циклис Д.С., Поляков Е.П. Мольные объемы азота и аргона // В кн.: Физические константы и свойства веществ. Вып. 2. М., Изд.Госкомитета стандартов, 1970, с. 21-28.

85. Чертов А.Г. Международная система единиц измерений // М.: Высшая школа, 1967, 288 с.

86. Шебеста A.A., Витовтова В.М., Шмонов В.М. Об изменении свойств порово-трещинного пространства карбонатных пород при умеренно высоких температурах // Записки ЛГИ. Пространственно-временные проблемы в геологии. Л.: 1988. Т. II5. С.38-43.

87. Шебеста A.A., Мельничук В.И., Львов С.Н., Шмонов В.М. Температурная метаморфизация рассолов при взаимодействии с карбонатными породами // Гидрогеология и гидрогеохимия. 1991, N 3. С. 155-167.

88. Шейдегер А.Э. Физика течения жидкости через пористые среды // М.: Гостоптех издат, 1960. 249 с.

89. Шмонов В.М., Шмулович К.И. Мольные объемы и уравнение состояния С02 в интервале 100-1000°С и 2000-10000 бар//ДАН СССР, 1974, N4,C.935-938.

90. Шмонов В.М., Шмулович К.И. Метод измерения сжимаемости газов при высоких давлениях и температурах // Очерки физико-химической петрологии. М.:Наука, 1975. Вып. 5. С.256-257.

91. Шмонов В.М. Аппаратура для измерения Р-У-Т свойств газов до 1000К и 8000 бар // Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука, 1977. Вып.6. С.236-245.

92. Шмонов В.М., Шмулович К.И. Измерение P-V-T свойств системыН20-С02 при 500оС и давлений до 5 кбар // Эксперимент и техника высоких газовых давлений. М.: Наука, 1978. С. 133-137.

93. Шмонов В.М., Чернышов В.М. Установка с неравным давлением на флюид и на твердые фазы // Проблемы эксперимента в твердофазовой и гидротермальной аппаратуре высокого давления. М.: Наука, 1982. С. 124-128.

94. Шмонов В.М., Вострокнутова З.Н., Витовтова В.М. О возможном влиянии адсорбции на концентрацию флюида в порах и газово-жидких включениях // Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука, 1984. Вып. 12. С.78-87.

95. Шмонов В.М. Проточные гидротермальные установки // Современная техника и методы экспериментальной минералогии. М.: Наука, 1985. Отв.ред. В.А.Жариков, И.П.Иванов, Ю.А.Литвин. С.40-44.291

96. Шмонов В.М., Аксюк A.M., Алехин Ю.В. и др. Гидротермальные растворы и скарнообразование // Эксперимент в решении актуальных задач геологии. М.: Наука, 1986. С.278-306.

97. Шмонов В.М., Витовтова В.М., Аксюк A.M. Среда транспорта гидротермальных растворов // Экспериментальные проблемы геологии. М.: Наука. 1994. С.588-596.

98. Шмонов В.М., Витовтова В.М., Графчиков A.A., Котельников А.Р. и Сретенская Н.Г. Взаимосвязь электропроводности и проницаемости пород в условиях континентальной земной коры (оценка по экспериментальным данным) // Физика Земли, 2000, N.2, с. 1-6.

99. Шмулович К.И., Шмонов В.М. Коэффициенты летучести (фугитивности) С02 от 1.0132 до 10000 бар и от 450 до 1300 К // Геохимия. 1975. N4. С.551 -555.

100. Шмулович К.И., Шмонов В.М. Таблицы термодинамических свойств газов и жидкостей. Вып.З. Двуокись углерода. М.: Изд-во стандартов, 1978. 167 с.

101. Шмулович К.И., Шмонов B.M., Закиров В.М. P-V-T измерения в гидротермальных системах при высоких давлениях и температурах // Методы экспериментального исследования гидротермальных равновесий. Новосибирск: Наука, 1979. С.81-89.

102. Шмулович К.И., Шмонов В.М., Мазур В.А., Калиничев А.Г. Соотношения P-V-Т и активность-концентрация в системе Н20-С02 (гомогенные растворы) // Геохимия. 1980. N12. С. 1807-1824.

103. Шмулович К.И., Шмонов В.М. Флюидная фаза при высоких давлениях // I Советско-Японский симпозиум по фазовым превращениям при высоких давлениях и температурах. Листвянка- на Байкале. 3-13 сентября. Докл.Б.М., 1985. С.28-35.

104. Шумский К.П. Вакуумные аппараты и приборы химического машиностроения // М. Изд."Машиностроение", 1974. 576 с.

105. Alt Н.С., Kalus J. Stress distribution in cylindrical windows for optical high-pressure cell // Rev.Sci.Instrum., 1982, v.53, N.8, p. 1235-1239.292

106. Anderson R.N., Zoback M.D., Hickman S.N., Newmark R.L. Permeability versus depth in the upper oceanic crust: in situ mesurements in the DSDP hole 504 B, Eastern equatorial Pasific // J.Geophys.Res., 1985, v.90, p.3659-3669.

107. Archie G.E. The electrical resistivity log as aid in determining some reservoir characteristics// AIME Petroleum Tech. 1942. P. 1-8.

108. Batzle M.L., Simmons G., Siegfried R.W. Mickrocrack closure in rocks under stress: direct observation// J.Geophys.Res., 1980, v.85, N.B12, p.7072-7090.

109. Bernabe Y. The effective pressure law for permeability during pore pressure and confining pressure cycline of several crystalline rocks // J.Geophys.Res., 1987, v.92, N.B1, p.649-657.

110. Blencoe J.G., Seitz J.C., Anovitz L.M. Excess Free Energies and Activity-Composition Relations for H2O-CO2 Fluids at 400°C and 1-4000 bars // Proc. V Intern. Symp. Hydrothermal Reactions, 1997, Gattinburg, USA.

111. Boitnott G.N., Scholz C.H. Direct measurement of the effective pressure law: deformation of joints subject to pore and confining pressures // J.Geophys.Res., 1990, v.95, NO.BI2, p. 19279-19298.

112. Bottinga Y., Richet P. High pressure and temperature equation of state and calculation of thermodynamic properties of gaseous carbon dioxide // AmJ.Sci., 1981, v.218, 615-660.

113. Brace W.F., Orange A.S., Madden T.R. The effect of pressure on the electrical resistivity of water-saturated crystalline rocks // J.Geophys.Res., 1965, v.70, N.22, p.5669-5678.

114. Brace W.F. Some new measurements of linear compressibility of rocks // J.Geophys.Res., 1965, v.70, N.2, p.391-398.

115. Brace W.F. Silver E., Hadley K., Goetse C. Cracks and pores: a closer look // Science, 1972, v.78, N 4057. P. 162-164.

116. Brace W.F. Flow and fracture of rocks // Pore Pressure in Geophysics, 1972, Union,p. 16.

117. Brace W.F. Permeability from resistivity and pore shape // J.Geophys.Res., 1977, v.82, N.23, p.3343-3349.

118. Brace W.F., Walsh J.B., Frangos W.T. Permeability of granite under high pressure // J.Geophys.Res., 1968, v.73, N.6(15), p.2225-2236.

119. Brace W.F. Permeability of crystalline and argillaceous rock // 1980, Int.J.Rock Mech.Min.Sci., v. 17, p.241-251.293

120. Brace W.F. Permeability of crystalline rock: new in situ measurements // J.Geophys.Res., 1984, v.89, N0B6., p.4327-4330.

121. Brodholt J., Wood B. Molecular dynamic simulations of the properties of CO2 H2O mixtures at high pressures and temperatures // Am.Mineralogist, 1993, v.78, p.558-564

122. Burnham C.W., Holloway J.R., Davis N.F. Thermodynamic properties of water to 1000°C and 10000 bar//Geol.Soc.Amer.Spec.Pap., 1969, v.132, p.96.

123. Chida T., Tanaka S. Analysis of relation between pore structure and permeability using a network model // J.of the Japanese Association for Petrolium Technology, 1983, v.48, N.6, p.439-444.

124. Dubinin M.M., Kadlez O., Zukal A. Adsorption of water on NaX zeolite // Collect. Czechoslov. Chem. Communs. 1966. v.31. p.406-414.

125. Dullien F.A.L. Porous Media. Fluid transport and pore structure // Academic Press, Inc., San Diego, California, 1991, 574 p.

126. Dyson B.F., Loveday N.S., Rodgers M.I. Grain boundary cavitation under various states of applied stress // Proc.R.Soc.London.Ser. A., 1976, v.349, p.245-259.

127. Elder J.W. Physical processes in the geothermal areas // Terrestrial heat flow. Wash., 1965. P.211-239.

128. Fatt J., Davis D.N. Reduction in permeability with overburden pressure // 1952, Trans.AIME, v. 195, p.329-333.

129. Fatt I. The Effect of Overburden Pressure on Relative Permeability// J.Petr.Tech.,1953.

130. Francesconi A.Z. Kritische kurve, phasengleichgewichte und pvt-daten im system methanol-methan bis 3 kbar und 240°C // Dr.-Ing.dissertation, 16.12.1978, Universität Karlsruhe, Karlsruhe, BRD.

131. Franck E.U., Todhaide K. Termische Eigenschaften uberkritischer Mischungen von Kohlendioxyd und Wasser bis zu 750°C und 2000 atm Ztschr. Phys. Chem. neue. Folge, 1959, v.22.

132. Gehrig M. Phasengleichgewichte und pvT-Daten ternarer Mishungen aus wasser, kohlendioxid und natriumclorid bis 3 kbar und 550°C . Thes.diss.Freiburg, 1980. 109 s.294

133. Greenwood H.J. The compressibility of carbon dioxide and water between 0 and 500 bars pressure and 450 - 800°C // Amer.J.ScLA. 1969. v.267. p. 191-208/

134. Hilbert R. PVT-Daten von Wasser und wassrigen Natriumchloridloungen bis 873 K, 4000 bar und 25 Gewichtsporozent NaCl. Freiburg: Hochschulverlag, 1979. 212 s.

135. Johannes W., Schreyer W. Experimental introduction of CO2 and H2O into Mg-Cdrdierite // AmerJ.Sci., 1981, v.281. N3. p.299-317.

136. Jones F.O., Owens W.W. A laboratory study of low permeability gas sands // 1980, J.Petr.Tech., v.34, p. 1631-1640.

137. Jusa J., Kmonichek V., Sifner O. Measurements of the specific volume of carbon dioxide in the range of 700 to 4000 bars and 50 to 475°C // Physica, 1965, v.31, N. 12. p. 5

138. Katz R.L., Cornell D., Koboyashi, et al. Handbook of Natural Gas Engineering. Mc.Graw-Hill Book Company. INC. 1965. 6<30 p ■

139. Karato S. Physical properties of basalts from deep sea drilling project, hole 504 B, Costa Rica rift // Init. Rep. DSDP, Wash., 1983, v.69, p.687-695.

140. Kennedy G.C. Pressure-volume-temperature relations in CO2 at elevated temperatures and pressures // Am/J/Sci., 1954, v.252, 232 p.

141. Kerrick D.M., Jacobs C.K. A modified Redlich-Kwong equation for H2O, CO2 and H2O CO2 mixtures at elevated pressures and temperatures // AmJ.Sci., 1981, v.281, 735767.

142. Klinkenberg LJ. The permeability of porous media to liquids and gases // Amer.Petrolium Inst.Drilling and Production Practice. 1941. P.200-211.

143. Klinkenberg L.J. The permeability of porous media to liquids and gases, in Drilling and Production Practices, pp.200-213,. Am.Pet. Inst., New York, 1941.

144. Koster H., Franck E.U. Das speczifishe Volumen des Wassers bei hohen Druken bis 600°C und 5 kbar // Sonderdruck aus der Bunsengesellschaft fur physikalische Chemie, 1969, v.73, N 7.

145. Mader U.K., Berman R.G. An equation of state for carbon dioxide to high pressure and temperature //Am. Mineralogist, Vol.76, p. 1547-1559, 1991

146. Marshall A. Relation between permeability and size distribution of pores // J.Soil.Sci., v.9, No.l, 1958.

147. Marshall W.L. Conductences and equilibria of aqueous electrolites over extreme ranges of temperature and pressure // Rev.Pure and Appl.Chem. 1968. V.18. No 167. P. 167186.

148. Megen W., Snook I.K. Physical adsorption of gases at high pressure: The critical region//MoLPhys. 1982. v.45. N 3. p.629-639.

149. Moody T.B. An experimental study on the serpentinization of iron-bearing olivines // Canad.Miner. 1976. Vol.14. P.462-478.

150. Moore D.E., Morrow C.A., Byerlee J.D. Chemical relations accompanying fluid flow through granite held in a temperature gradient // 1983, Geochim.Cosmochim.Acta, v.47, p.445-453.

151. Moore D.E., Morrow C.A., Byerlee J.D. Reduction of permeability in granite at elevated tepmeratures //1994, Science, v.265, pl558-1561.

152. Morrow C.A., Lockner D., Moore D.E., Byerlee J.D. Permeability of granite in a temperature gradient II1981, J.Geoph.Res., v.86, p.3002-3008.

153. Morrow C.A., Shi L.Q., Byerlee J.D. Permeability of fault goige under confining pressure and shear stress //J.Geophys.Res., 1984, v.89, N.5, p.3193-3200.

154. Morrow C.A., Zhang Bo-Chong, Byerlee J.D. Effective Pressure Law for Permeability of Westerly Granite Under Cyclic Loading// J.Geophys.Res., 1986, v.91, N.B3, p.3870-3876.

155. Nesbitt B.N. Electrical resistivities of crustal fluids II J.Geophys.Res. 1993. V.98. No.B3. P.4301-4310.

156. Norton D. Transport phenomena in hidrothermal system: the redistribution of chemical components around cooling magmas // Bull. Mineral. 1970. v. 102. No 5/6 p.689-716.

157. Nutting P.G. Physical analysis of oil sands // Bull.Amer.Ass.Petrol.Geol., 1930, v. 14, p. 1337-1349.

158. Ohle E.L. The influence of permeability on ore distribution in limestone and dolomite II Econ.Geology, 1951, v.46, N 7, p.667-706.296

159. Peters R.R., Klavetter E.A. A continuum model for water movment in an unsaturated fractured rock mass // Water Res.Research., 1988, v.24, No 3, p.416-430

160. Reuschle T., Darot M., Gueguen Y. Pore shape deformation by solution transfer: a critical reexamination // Geophys.Res.Lett., 1989, v. 16, N. 1, p.85-88.

161. Rink M., Shopper J.R. Computations of network models of porous media, paper presented at the Twenty-Ninth Meeting of the European Association of Exploration Geophysics held in Stockholm, June 1967 // Geophys. Prospect. 1968. v. 16. p.277-294.

162. Salemink J. Skarn and ore formation at Seriphos, Greece // Ph.D. thesis University of Utrecht, 1985, 232 p.

163. Sanyal S.K. et al. A novel liquid permeability for measuring very low permeability // Soc.Pet.EngJ., 1972, p.207.

164. Seeburger D.A., Nur A. A pore spase model for rock permeability and bulk modulus //J.Geophys.Res., 1984, v.89, N.B1, p.527-536.

165. Shmonov V.M. The effect of surface interaction on thermodynamic properties of rockformating solutions in porous media // Fortsch.Miner. 1982.60, N1. S.8.

166. Shmonov V.M., Vitovtova Y.M. Rock permeability for the solution of the fluid transport problems // Experiment in Geoscienees. 1992. V. 1, N. 1. P. 1-49.

167. Shmonov V.M., Sadus R.J., Franck E.U. High Pressure Phase Equilibria and Supercritical pvT data of the Binary Water-Methane Mixture to 723 K and 200 MPa // J.Phys.Chem., 1993, vol.97, p.9054-9059.

168. Shmonov V.M., Lakshtanov L.Z., Dadze T.P. Water-rock interaction with allowance for the free quartz-water surface energe // Experiment in Geosciences. 1994. Vol.3, No2, p.45-46

169. Shmonov V.M., Vitovtova V.M., Zarubina I.V. Permeability of rocks at elevated temperatures and pressures // Fluids in the Crust. Equilibrium and transport properties.

170. Edited by K.I.Shmulovich, B.W.D.Yardley and G.G.Gonchar. London. Chapman & Hall. 1994. P.285-313.

171. Shmonov Y.M., Zarubina I.V., Vitovtova V.M., Yoronov V.S. Microcrack permeability in rocks under stress and temperature, based on the direct observation with a scanning electron microscope // Experiment in Geosciences, 1994. V.3, N4. P.20-35.

172. Shmonov V.M., Vitovtova V.M., Zharikov A.Y. Exptrimental and theoretical determination of formation conditions for cracked fluid-conducting systems under shock decompression // Experiment in Geosciences, 1996. V.4, N1. P. 11.

173. Shmonov V.M., Lakshtanov D.L., Borisov M.V. Permeability of wallrocks of the hydrothermal vein Pb-Zn ore mineralization // Experiment in Geosciences, 1996, v.5, No 2, p. 18-20.

174. Shmulovich K.I., Shmonov V.M., Zharikov V.A. The thermodynamics of supercritical fluid systems//Adv. Phys. Geochem. 1982. V.2. P. 173-190.

175. Span R., Wagner W. A new equation of state for carbone dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressure up to 800 MPa // J.Phys.Chem.Ref.Data, 1996, v.25, 1509-1596.

176. Sprunt E.S., Nur A. Experimental study of the effects of stress on solution rate H J.Geophys.Res., 1977, v.82, p.3013-3022.

177. Sprunt E.S., Brace W.F. Direct observation of microcavites in crystalline rocks // Int. J.Rock Mech.Min.Sci.and Geomech.Abstr., 1974, v.l 1, p. 139-150.

178. Sterner S.M., Bodnar RJ. Synthetic fluid inclusions. X: Experimental determination of P-V-T-X properties in the CO2-H2O system to 6 kb and 700'C // AmJ.Sci., v.291,1991, p. 1-54.

179. Summers R., Winkler K., Byerlee J.D. Permeability changes during the flow of water through Westerly granite at temperatures of 100-400°C // 1978, J.Geoph.Res., v.83, NoBl, p.339-3344.

180. Urai J.L., Humphreys F.J., Burrows S.E. In-situ studies of the deformation and dynamic recristallization of rhombohedral camphor // J.Materials Science, 1980, v. 15, p.1231-1240.298

181. Walsh J.B., Brace W.F. The effect of pressure on porosity and the transport properties of rock // J.Geoph.Res., 1984, v.89, NoBl 1, p.9425-9431.

182. Walter K.E., Berkemer H. Time dependent strain recovery of cores from KTB-deep drill hole // Rock Mech. and Rock Eng. 1989. VoL22. P.273-287.

183. Wolf K.-H.A.A., de Pater C.J., Willemsen R.N. Laboratory studies on high temperatures of overburden and rubble in underground coal gasification cavities // Delft Progr. Rep. 1988/1989. v. 13. P.125-141.

184. Wolery T.J., Sleep N.H. Hydrothermal circulation and geochemical flux at mid-oceanic ridges//J.Geol. 1976. vol.84. No 3. P.241-275.

185. Zaraisky G.P., Balashov V.N., Zonov S.V. Thermal decompaction of rocks and its effect on permeability // Proc. 6th Intem.Symp.on Water-Rock Interaction, Malvern, 3-8 August 1989, p.797-800.

186. Zhang S., Paterson M.S., Cox S.F. Porosity and permeability evolution during hot isostatic pressing of calcite aggregates //1994, J.Geoph.Res., v.99, p. 15741-15760.

187. Zoback M.D., Byerlee J.D. The effect of microcrack dilatancy on the permeability of Westerly Granite //1975, J.Geoph.Res., v.80, No5, p.752-755.