В книге впервые с позиций термодинамики необратимых процессов рассмотрены явления, происходящие в призабойной зове при вскрытии, освоении и эксплуатации скважины. Изложена теория термодинамического взаимодействия системы скважина - пласт. Освещены вопросы термодинамики и тепло- массообмена при использовании различных способов воздействия. Приведены основные численные методы расчета термогидродинамических полей вокруг скважины.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников нефтедобывающей промышленности, а также будет полезна аспирантам и студентам нефтяных вузов и факультетов.
Исследована связь между термодинамическими характеристиками многопозиционных твердых растворов, какими являются минералы, и их составом и внутрикристаллическим распределением атомов. Приведены сведения о параметрах смешения породообразующих минералов.
Изложена методика определения термодинамических условий минералообразования по распределению компонентов между сосуществующими минералами и дан анализ сведений о константах равновесия и коэффициентах распределения, отражающих соотношение между компонентами минералов в парагенезисах — показателях температуры, давления, флюидного режима.
Обсуждены термодинамические условия петрогенезиса Украинского щита.
Для геохимиков, минералогов, петрологов.
В книге рассмотрена термодинамика гетерогенных химических реакций (окислительно-восстановительных, гидратации - дегидратации, карбонатизации - декарбонатизации, растворения элементов в жидком железе и др.) в закрытых и открытых системах при сверхвысоких давлениях. Проведен анализ химического поведения вещества под действием высокого давления в статических и динамических экспериментах и обсуждается термодинамическая природа металлизации окислов под давлением. На основе обобщения термодинамических, экспериментальных, геохимических и геофизических исследований обсуждены вопросы, связанные с конденсацией и аккумуляцией вещества протопланетной туманности, составом ядра и мантии, формированием ядра, дегазацией глубоких недр Земли, окислительно-восстановительными условиями и энергетикой химических реакций в недифференцированной Земле на ранней стадии ее эволюции.
В основу данного учебника положен курс лекций по термобарогеохимии — науке, изучающей флюидные включения. Объектом ее изучения являются разнообразные по составу и агрегатному состоянию флюидные включения, широко распространенные в минералах пневматолитового и гидротермального происхождения и встречающиеся в минералах интрузивных и эффузивных пород. Эти мельчайшие остатки минералообразующей среды несут информацию о процессах, происходивших при становлении магматических тел и формировании эндогенных рудных месторождений.
Методы термобарогеохимии позволяют определять относительную и истинную температуру образования минералов, количественный и качественный состав растворов и расплавов во включениях, давление и агрегатное состояние минералообразующей среды, из которой происходила кристаллизация минералов или рудоотложение.
Разработка проблем термо- и барометрии проведена на основе новой схемы минеральных фаций метаморфизма, сопровождаемой расчетом линий моновариантных равновесий, с учетом последних экспериментальных данных. Исследуются различные методы термо- и барометрии, главные из которых изучение 1) равновесного распределения катионов между сосуществующими твердыми растворами, 2) внутрифазового распределения катионов в структурах породообразующих минералов, 3) минералообразующих сред. Обсуждается также возможность применения метода дискриминантных функций для определения принадлежности образцов к определенным полям на петрогенетической диаграмме. В результате изучения эффективности применения тех или иных методов оценки термодинамических условий метаморфического минералообразования рекомендован ряд термометров и барометров, которые при достаточно большой статистике определений дают достоверные результаты.
Петрологические работы при современных исследованиях сопровождаются, как правило, петрохимическими расчетами. В предлагаемом руководстве излагаются важнейшие петрохимические методы, применяемые как в Советском Союзе, так и за рубежом: методы Ф. Ю. Левинсона-Лессинга и А. Н. Заварицкого, „американский“ CIPW, П. Ниггли—нормативно-молекулярный и метод „чисел“. Впервые приводятся расширенный метод Е. А. Кузнецова и кислородный метод Т. Барта. Понимание петрохимической литературы требует четкого представления об указанных методах, а для возможности их самостоятельного применения необходимо уметь пользоваться рядом вспомогательных таблиц, которые, к сожалению, найти в настоящее время трудно, так как „Таблицы пересчета“, опубликованные А. Н. Заварицким в 1941 г., стали редкостью.
Возникновение в земной коре месторождений полезных ископаемых на фоне и за счет всеобщего рассеяния элементов происходит путем разделения и перемещения земного вещества с обязательной затратой соответствующего вида и количества энергии, подчиняющейся определенным математическим закономерностям, связывающим запасы руд месторождений с содержаниями в этих рудах ведущих (находящихся в промышленных концентрациях) рудных элементов. В качестве основы указанных закономерностей использованы законы термодинамики о взаимосвязях и взаимопревращениях энергии. Эти законы и представления об энергии рудообразования используются в целях перспективной оценки отдельных рудных объектов, рудных районов и полей и более крупных металлоносных территорий.
В работе приведены результаты применения расчетов энергии рудообразования в практике геологических работ.
В монографии рассмотрены основные метoдологические проблемы выделения и описания моделей развитая эндогенных флюид ных рудо образующих систем (ЭФ РС). Приводится краткая сводка физических характеристик, необходимых при решении задач дина мики тепломассопереноса в ЭФРС, классификация структурно-динамических типов ЭФРС, особенности синергетики (структурирования) открытых и закрытых по массе эндогенных систем, виды начальных и граничных условий взаимодействия ЭФРС с окружающей средой, типы термодинамических режимов развития ЭФРС. Книга предназначена для специалистов, изучающих эндогенные процессы в литосфере, явления тепломассопереноса в магматогенных системах.
В книге изложены результаты исследований автора по окислительно-восстановительным процессам в период формирования осадочных горных пород и методы, позволяющие выяснить характер этих процессов. Анализ каждого метода проводится с позиций его фактической обоснованности. В качестве индикаторов окислительно-восстановительных условий рассмотрены соотношения разновалентных форм железа и серы, органическое вещество, возможности использования восстановительной емкости, прямые электрометрического методы, ряд путигенных минералов-пидикаторов. Проведен анализ термодинамических диаграмм минералов железа.
Окислительно-восстановительные процессы в плах рассматриваются па основе разграничения факторов, определяющих окислительно-восстановительный потенциал, и факторов, подготавливающих среду для этого. Детально этот вопрос разъясняется на примере превращений серы. Большое внимание уделено сульфидам железа типа мельниковита и гидротроплита. Приведены расчеты, показывающие, что сульфиды трехвалентного железа должны быть также широко распространены в современных осадках и осадочных породах, как пирит.
Доказывается невозможность накопления сидерита в современных морских осадках.
Детально рассмотрены существующие представления о так называемом окислительно-восстановительном разделе, по одну сторону от которого должно наблюдаться непрерывное усиление окислительных, а по другую восстановительных процессов. Приведены факты, доказывающие, что макси- мум восстановленности приходится на небольшой слой илов, вверх и вниз от которого четко намечается сдвиг в сторону окисленности. Сделана попытка объяснить это явление, сопровождающее диагенез, с позиций затухания микробиологических процессов, вслед за ним идущими минералогическими преобразованиями и сменой потенциалопределяющих систем.
Приводится ряд предложений, решение которых позволит более четко определять физико-химические условия формирования осадочных горных пород.
В учебнике представлен полный курс основ физической геохимии. Рассмотрены предмет и методы физической геохимии как науки о физико-химических закономерностях образования минералов, горных пород и руд. Даны общие положения термодинамики равновесных природных систем, являющихся особым типом систем с вполне подвижными компонентами. Выведены главные термодинамические соотношения, характеризующие природные процессы, показано их применение.
Подробно изложены вопросы теории, топологии, методы построения диаграмм, используемых в геохимии, петрологии, учении о минеральных месторождениях.
Для студентов, аспирантов и всех специалистов, занимающихся изучением физико-химических закономерностей природных процессов.