Флюидогеодинамика

ФЛЮИДОГЕОДИНАМИКА (а. fluido- geodynamics; н. fluidale Geodynamik; ф. geodynamique des fluides; и. fluidogeodinamica) — раздел геологии, изучающий движения в недрах Земли различных флюидов для установления закономерностей этих движений и их геологической роли. Исходные положения флюидогеодинамики:

1) все природные тела при соответствующих условиях могут проявлять свойства жидкостей (течь);

2) процессы механических миграций природных флюидов подчиняются законам механики жидкостей и газов;

3) основные источники энергии процессов флюидогеодинамики — тектонические движения, а также тепло недр Земли. К задачам флюидогеодинамики относят: установление движущих сил процессов флюидогеодинамики; выявление общих механизмов миграции флюидов; предсказание новых процессов флюидогеодинамики, разработка методов прогнозирования геологических результатов миграции флюидов.

Флюидогеодинамика возникла на стыке специальных разделов механики сплошных сред (гидромеханики и реологии) и динамической геологии. В своих исследованиях наряду с собственными методами флюидогеодинамика использует методы многих наук и дисциплин. Науки по типу функциональных связей с флюидогеодинамикой делятся на три группы. Первая представлена фундаментальными науками (механика сплошных сред, физическая химия, термодинамика), результаты которых используются флюидогеодинамикой без обратных связей. Флюидогеодинамика лишь ставит задачи перед этими науками. Во вторую группу входят геохимия, литология, петрология, геология полезных ископаемых, историческая геология, динамическая геология, тектоника, геофизика, гидрогеология и палеогидрогеология, с которыми флюидогеодинамика обменивается результатами, методами и средствами исследований. Третья группа представлена прикладными дисциплинами (поиски месторождений полезных ископаемых, горное дело, инженерная геология, охрана окружающей среды). Эти дисциплины используют результаты флюидогеодинамики и являются источниками материала, представляющего для неё интерес.

Основные понятия флюидогеодинамики: флюид, миграционное напряжение и флюидодинамическая система. Миграционное напряжение — это перепад потенциальной механической энергии между двумя точками, определяющий возможность, направление и интенсивность перемещения флюида. Миграционное напряжение — следствие многих причин, однако в подавляющем большинстве случаев оно возникает, когда имеется разность между плотностями флюида и вмещающего его субстрата. В тех случаях, когда флюид не может преодолеть сопротивление вмещающих пород ни в одном направлении, он оказывается геологически связанным. Примеры геологически связанных флюидов — скопление нефти и газа, межсолевые воды галогенных формаций, поровая вода глубоководных осадков, перекрытых мощной зоной газогидратов, маломощные пласты пород низкой плотности и др.

Флюидодинамическая система — это геологическое тело, состоящее из флюида, механически взаимодействующего с вмещающим его субстратом земных недр, все части которого гидравлически связаны между собой и находятся в движении под действием миграционного напряжения, созданного какой-либо одной причиной.

Геологическая роль флюидогеодинамики характеризуется тремя аспектами — структурным, геохимическим и геотермическим. Структурообразующая деятельность флюидогеодинамики проявляется в образовании дислокаций. Специфическими дислокациями, образующимися только при миграции флюидов, являются инъективные дислокации, которые образуются тремя основными механизмами. Импрегнация — проникновение флюида в поровое пространство породы и отложение нового вещества в свободном пространстве или в пространстве, освободившемся при выщелачивании первичных составляющих породы. Инъекция — внедрение флюида по трещинам с одновременным или последующим раздвиганием их стенок и фиксацией флюида или его составляющих в этом пространстве. По такому механизму образуются, например, силлы, лакколиты, магматические и нептунические дайки, некоторые тела тектонических брекчий. Адвекция — всплывание относительно лёгких высоковязких флюидов в пространство залегающих выше более плотных пород. Так образуются соляные купола и штоки, гранито-гнейсовые купола, диапиры и поднятия слаболитифицированных осадков. Инъекционные дислокации практически всегда сопровождаются другими дислокациями. Дизъюнктивные дислокации образуются путём флюидоразрыва пород, при росте соляных поднятий, на границе зон с различной скоростью уплотнения осадочной толщи, при компенсационном опускании пород в вулканических районах и других процессах флюидогеодинамики. Пликативные микроформы (плойчатость) образуются при перемещении и скоплении подвижного вещества внутри слоя (пласта) или его инъекции во вмещающие породы под влиянием дифференцированного давления. Складки малого и среднего плана образуются в результате всплывания слабоуплотнённых осадков, солей, гранитизированных толщ. Образование складок при уплотнении осадков неизбежно, поскольку слоистая толща, сложенная, например, чередующимися обводнёнными глинистыми и песчанистыми пачками (пластами), при достаточной мощности и протяжённости по латерали, является механически неустойчивой в гравитационном поле и обязательно распадается на локальные поднятия и промежуточные участки опускания.

Геохимическая роль процессов флюидогеодинамики проявляется прежде всего в переносе вещества с одного глубинного уровня Земли на другой. Перемещаясь, флюиды попадают в различные баротермические и физико-химические условия, что вызывает обмен веществ с вмещающими породами, сброс отдельных ингредиентов или фиксацию самого флюида. Особенно большая роль в переносе вещества принадлежит водным флюидам. Огромное значение имеет миграция флюидов в образовании месторождений самых различных полезных ископаемых (нефти и газа, руд цветных, редких и благородных металлов, нерудного сырья и др.).

Флюидогеодинамика оказывает значительное влияние на термический режим земной коры. Установлено, что даже в платформенных областях количество тепла, выносимого подземными водами, соизмеримо с молекулярным тепловым потоком, а в некоторых случаях превосходит его. Наиболее интенсивный конвективный перенос тепла характерен для районов вулканической деятельности, которые обладают огромными запасами тепловой энергии.

Первые представления о флюидогеодинамике, основанные на интуиции, возникли ещё в античную эпоху (Аристотель, Теофраст, Плиний, Лукреций и др.). Большая роль миграции флюидов ("соков земли") в образовании минералов признавалась Г. Агриколой и позднее М. В. Ломоносовым. Однако почти до середины 20 в. накопление знаний о миграции флюидов шло путём независимого изучения движения отдельных подвижных сред (природных газов, подземных вод, нефти, гидротермальных растворов, магмы, солей и др.). Научные представления флюидогеодинамики возникли при проведении аналогий в миграции различных флюидов и в первую очередь воды, нефти и газа. Впоследствии появились аналогии в миграции нефти и гидротермальных растворов (П. Н. Чирвинский, 1952), солей и магмы (Б. П. Высоцкий, 1955) и др. Идея единства механизма, методики исследований и геологической роли миграции всех флюидов была впервые выдвинута А. Е. Ходьковым (1956) и развита в его последующих работах. Большое значение в становлении флюидогеодинамики как науки имели работы советских учёных Г. Л. Поспелова, А. Е. Бескова, Ю. А. Косыгина, Е. В. Артюшкова и др.