Грязевые вулканы

Содержание: 

Введение----------------------------------------------------------

Строение и механизм

образования грязевулканических очагов---------------

Динамика развития грязевого вулкана-------------------

О корнях грязевых вулканов --------------------------------

Распределение грязевых вулканов------------------------

Грязевые вулканы - национальное

достояние Азербайджана-------------------------------------Туристический доход--------------------------------------------

Литература---------------------------------------------------------- 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Грязевые вулканы  представляют собой довольно широко распространенное геологическое явление. В настоящее время на нашей  планете насчитывается более 1700 надводных и подводных грязевулканических построек. Некоторые грязевые вулканы-гиганты, особенно часто встречающиеся на территории Азербайджана, имеют высоту 400-450 м, площадь кратерной площадки 900-1000 м2, а общий объем твердых  выбросов в момент извержения в них  превышает 2400 млн м3. Особенно крупных  размеров достигают грязевые вулканы  Алятской гряды - Туорогай, Большой  Кянизадаг, Дашгиль, Котурдаг, Айрантекян, Каракюре, Солахай и др.

Обычная грязевулканическая деятельность четко распадается  на два периода. Извержения начинаются со взрыва газов в кратере, разрушения кратерной пробки и поступления  на поверхность потоков полужидких грязебрекчий. Одновременно из жерла  вулкана выбрасываются твердые  обломки и глыбы пород, нередко  происходит самовозгорание углеводородных газов и над кратером появляется горящее пламя. Его высота может  достигать нескольких сотен метров. Массы грязебрекчий, содержащих большие  количества воды, нефти, сероводорода и рассеянных сульфидов, растекаясь на площади, надстраивают старый конус. При этом объемы твердых выбросов огромны.

Извержение вулкана  обычно длится несколько дней, сопровождается землетрясением, мощным подземным гулом  и иногда распадается на отдельные  фазы, в течение которых преобладают  то одни, то другие продукты грязевулканической деятельности.

Затем вулкан надолго  затихает. На кратерной площадке его  появляются многочисленные сальзы и  грифоны, непрерывно поставляющие на поверхность  жидкую грязь, газ, воду. а иногда и  нефть. Здесь у каждого источника, пробивающегося на поверхность, отлагается масса плотных глинистых корок, которые наращиваясь, превращаются в миниатюрное подобие вулкана. Такие сальзы. размерами не более 2-3 м высотой встречаются в  кратерах в огромных количествах. Так, в кратере Дашгиль установлено 45 подобных построек, в кратере Айрантекяна - 66, а в кратере Отманбоздага даже 85.

Одновременно на склонах  вулканического конуса начинается окисление  и эрозия грязевулканических построек. Серые и зеленовато-серые глины, содержащие рассеянные сульфиды окисляются и превращаются в бурые, красновато-бурые  породы, обогащенные гидроксидами железа и марганца. Склоны покрываются сетью  глубоких оврагов (барранкосов), радиально  расположенных по отношению к  кратерной площадке; по ним перемещаются как глубинные воды вулканов, поступающие  из грифонов и сальз, так и атмосферные  осадки временно скапливающиеся в неровностях  рельефа.

Таким образом, в грязевых вулканах постоянно чередуются периоды  извержении с периодами относительного покоя. Во времени извержения различных  грязевых вулканов происходят крайне неравномерно. Так, например, вулкан Джау-Тепе (Керченский полуостров) с 1864 по 1942 г. извергался 7 раз, Туорогай (Азербайджан) с 1841 по 1950 г. - 6 раз, тогда как в течение XX столетия зафиксировано только 2 извержения вулкана Шуго (Тамань). Впрочем, вполне вероятно, что такая неравномерность  грязевулканического процесса объясняется  неполнотой выполненных наблюдений.

Грязевые вулканы  с древнейших времен привлекали внимание геологов; им посвятили свои работы такие выдающиеся ученые как Н.И.Андрусов. И.В.Мушкетов, Г.В,Абих, В.И.Вернадский, А.Д.Архангельский, И,М.Губкин. К.Н.Калицкий, Д,В.Голубятников, В.В.Белоусов, Н.С.Шатский, А,Б.Ронов, П.Н.Кропоткин, В.Е.Хаин, А. И. Косыгин, Е.Ф.Шнюков и др. 

При объяснении механизма  формирования собственно грязевых вулканов в  начале XX века обозначилась три главных направления.

Одни исследователи, традиционно развивая идеи Г.В.Абиха, продолжали утверждать эндогенный, магматический  генезис вулканов, акцентируя внимание на отдельных, не всегда однозначно объяснимых особенностях этого явления (Э.П.Штебер, С.А.Ковалевский, В.А.Горин, Н.А.Кудрявцев, П.Н.Кропоткин, Б.М.Валяев, Ш.Ф.Мехтиев, С.Д.Гемп, 3.А. Буниат-Заде, К.К.Уилсон и  др.).

Другие геологи, вслед  за академиками А.Д.Архангельским  и, отчасти, И.М. Губкиным предлагали тектоническое  решение задачи и главным фактором, определившим возникновение грязевых вулканов, считали геодинамику - развитие диапировых складок, пологих надвигов или глубинных разломов (Н.С.Шатский, М.М.Жуков, Е.В.Милановский, В.Е.Руженцев, С.Зубер, В.А.Горин, С.Ф.Федоров, З.А.Буниат-Заде, В.Г.Бондарчук, А.Л.Путкарадзе, Ч.А.Зейналов, И.М.Сирыка, и др.).

Наконец, наиболее популярным оказалось представление геологов-нефтяников, которые в соответствии с взглядами  В.Н.Вебера, К.П.Калицкого, В.Д.Голубятникова и И.М.Губкина связывали образование грязевых вулканов с формированием и разрушением месторождений нефти и газа (М,К,Калинко, А.А.Якубов, М.М.Зейналов, З.А.Буниат-Заде, P.P. Рахманов, Б.В.Григорьянц, Е.Ф.Шнюков и многие др.). При этом, избыточное давление, возникающее в нефтяных залежах и обуславливающее прорыв грязебрекчий на поверхность через эруптивные каналы вулканов многие исследователи объясняли избыточным давлением углеводородных газов, сконцентрированных в недрах. 
 
 
 
 

Строение и механизм образования грязевулканических очагов

Скопления грязевых вулканов тяготеют к нефтегазоносным впадинам альпийской зоны складчатости, в которых  накапливаются терригенно-глинистые  осадочные отложения и формируются  мощные толщи глин со сверхвысокими  пластовыми давлениями флюидов (СВПД). Грязевулканйческие провинции Крымо-Кавказского  и Кавказско-Каспийского регионов не являются в этом отношении исключением.

Действительно, в районе Керченского полуострова мощность майкопских глин достигает 1500 м, в Прикаспийско-Кубанской  области майкопские и подстилающие их коунские глины имеют мощность в 2000 м, на Апшероне - 1600 м, а в Шемахино-Кобыстанском районе - более 2000 м. Для всех этих районов  особенно типичны огромные СВПД.

Нам представляется, что избыточные давления флюидов  в мощных толщах глин формируются  главным образом за счет фазового преобразования глинистых минералов  в области высоких температур (и давлений) и, в первую очередь, за счет иллитизации смектита.см рис.1 

В схеме этот процесс  можно представить себе так, как  он изображен на рис. В верхней  части рисунка приведен макет  образования зоны разуплотнения  и сверхвысоких поровых давлений (СВПД) в глинах. Здесь мощный пласт  преимущественно смектитовой глины  опускается в глубь осадочно-породного  элизионного бассейна, последовательно  занимая положение А, Б, В и  Г по отношению к той зоне критических  температур и давлений, ниже которой  смектитовая фаза существовать не может.

В микромасштабе процесс, что реализуется в глинах при  фазовых превращениях глинистых  минералов, изображен в левой  части графика. Здесь показано, как  блоки смектитовой глины (1,2,3,4) при  погружении превращаются в иллитовые (1,2,3,4), уменьшаясь в объеме и выделяя  кристаллизационную воду в зоне критических  температур и давлений. В результате этого процесса, вблизи от границы  иллитизации закладывается зона разуплотнения глин - пласт, в котором  иллитовые блоки взвешены в выделившейся, кристаллизационной воде. 

Глубже новообразованные блоки иллита сближаются между собой  под действием возросшего геостатического  давления и вся поровая вода отжимается вверх, в зону разуплотнения. В результате иллитовая глина уплотняется, а  над ней возрастает поровое давление жидкости - в зоне разуплотнения  глин образуется область СВПД.

Мощность зоны разуплотнения  глин и величина пластовых давлений в ней в значительной степени  зависят от мощности преобразуемой  глинистой толщи и от ее положения  по отношению к границе критических  температур и давлений. Изначально зона разуплотнения и СВПД сравнительно невелика. Но по мере того, как опускающаяся в глубь стратисферы глинистая  толща все больше охватывается иллитизацией, область разуплотнения становится все мощнее, а СВПД – возрастают.

Изучение структурно-геохимических  глин позволяет предположить, что  мощность зоны разуплотнения может  достигать 400-500 м и более.

В реальных условиях элизионных систем предложенная нами идеализированная схема фазовых  превращений глинистых минералов существенно усложняется:

I. Количество смектита  в трансформирующихся глинах  не обязательно должно резко  преобладать над всеми остальными  глинистыми минералами; расчеты  показывают, что при исходном  содержании 25-30 % смектита иллитизация  1 м3 глины сопровождается выделением 17-20 кг Н20+. Нетрудно понять, что  глинистые толщи мощностью в  1.5-2.0 км могут создать весьма  значительную зону обводнения  в осадочном чехле.

3. Формирование подземных  глинистых плывунов резко увеличивает  проницаемость отдельных участков  глинистой толщи и стимулирует  усиление реакций термолиза и  термокатализа рассеянного органического  вещества, гидролиза карбонатов  и растворения силикатного - всех  тех процессов, что происходят  в главную фазу нефте- и газообразования. 

4. Пластовое давление  в грязевулканическом очаге растет  за счет поступающего в него  газа и нефтяных углеводородов;  осуществляется интенсивная интеграция  парциальных давлений и относительная  гомогенизация всех составляющих, включенных в систему. В зонах  разуплотнения образуются не  воды, а сложные по составу  газоводные флюиды.

5. В зоне разуплотнения  глин протекает интенсивное упорядочение  ориентировки частиц глинистых  (и терригенных) минералов и  перераспределение химических элементов,  меняющих свои формы нахождения.

Здесь рождаются новые  ассоциации аутигенных минералов, отражающие особенности новой физико-химической среды.

В ходе погружения глинистых  толщ в глубь осадочного бассейна и иллитизации смектита рост поровых  давлений прекращается тогда, когда  в область СВПД попадает разлом, вертикальная зона трещиноватости или  песчаный пласт-коллектор. Тогда поровые  флюиды, накопленные в зоне разуплотнения, устремляются в поровые пространства песков или уходят по плоскости разломов, а поровые давления в глинах падают до обычных для данных глубин.

При существенной разнице  поровых давлении в глинах и коллекторах  могут, по-видимому, возникать коллизии, существенно меняющие текстуру и  характер залегания не только глин, но и других осадочных пород в  разрезе. В нижней части рис. 5 приведена  схема, характеризующая предположительный  механизм формирования кластических даек и горизонтов с включениями; на ней  чередование песков и смектитовых  глин опускается в зону иллитизации, последовательно занимая положение  А, Б, В и Г.

Очевидно, что когда  пласт песка I входит в область  разуплотнения и СВПД, он превращается в плывун, пластичность песчаника  и глины выравнивается, и они  оба деформируются как весьма пластичные и сходные образования.

Иногда перепад  поровых давлений в глинах и песчаниках настолько велик, что их соприкосновение  приводит к более ярким гидроразрывам; под огромным давлением разжиженный  песок инъецируется в трещины, заполняет  их и после декомпрессии цементируется  компонентами, растворенными в пульпе.

Именно так формируются  песчаные дайки, горизонты с включениями, диапировые апофизы и др. консеквентные  тела, описанные нами в ряде предшествующих работ. Они нередко ассоциируются  именно с грязевыми вулканами  и это приводит к мысли, что  в очаг подобных образований помимо разжиженных флюидами глин могут  входить также разжиженные пески-плывуны. Их проявления особенно типичны для  грязевых вулканов Туркмении, где грязебрекчии часто содержат тела песчаников самой  причудливой формы.

Такям образом, очаг грязевого  вулкана представляет собой тело, сложенное глинами, реже - песками, часто  содержащими большое количество твердых обломков вмещающих пород  и разжиженных гомогенизированными  газоводными флюидами (вода, нефть, газы разного состава); оно формируется  на больших глубинах за счет саморазвития элизионных систем и может при  благоприятных обстоятельствах "питать" корни грязевулканических построек.

Потенциальные возможности таких  грязевулканических очагов хорошо раскрываются при исследовании аварий нефтяных скважин.

Первый очень распространенный случай описан А.Г.Дурмишьяном и  Н.Ю. Халиловым в связи со сверхвысокими  пластовыми давлениямн в структурах Бакинского архипелага. Здесь при  бурении ряда скважин наблюдался прихват инструмента, сужение ствола скважины, выбросы труб и выпирание  глинистой массы на поверхность. Так, например, бурение скв. 42 на грязевом вулкане Дашгиль завершилось  тем. что из забоя была выброшена  вся колонна бурильных труб длиной в 2500 м, которая силой выброса  оказалась кольцеообразно уложенной  вокруг буровой вышки. Значительно  чаще из забоя скважины бурильный  инструмент вытеснялся пластичной глинистой  массой, напоминавшей грязебрекчии, а  затем эти скопления грязи  выдавливались из ствола наподобие  диапира.

Другой случай ассоциируется  с появлением так называемых "буйных скважин", широко распространенных в США (штаты Техас и Луизиана), а также в Бакинском районе. Аварии в этом случае сопровождаются внезапным выделением большого количества воды и газа, провалом буровой и  образованием округлых воронок диаметром 200-250 м. В течение длительного  времени после аварии (8-10 лет) вода выносит на. поверхность огромное количество глинистого материала.