Rozważania o kompakcji

Rozważania te mają na celu podkreślenie wagi kopalin płynnych w utrzymaniu stabilności górotworu. Wszystkie kopaliny płynne, woda, ropa i gaz występujące w warunkach naturalnych należy traktować jako specyficzną skałę, wybranie której może powodować osiadanie oraz trzęsienia ziemi. Osiadanie dna oaz wynikające z czerpania wód podziemnych jest ogólnie znane. Występowanie trzęsień ziemi nad złożem Groningen dotarło do naszej świadomości nie tak dawno. 

Wikipedia o kompakcji pisze tak:

Kompakcja – zmiany fizyczne polegające na zbliżaniu się do siebie cząstek lub ziaren mineralnych na skutek ciężaru warstw nadkładu. Skutkiem kompakcji jest znaczne zmniejszenie objętości i miąższości osadu oraz zwiększenie jego gęstości. Kompakcja dotyczy wszystkich osadów. W drobniejszych (iły, gliny) zmniejszanie objętości wynosi około do 45-50% a może dochodzić do 75%. W utworach gruboziarnistych działanie kompakcji jest mniejsze. Działanie kompakcji jest tym większe, im większa jest grubość nadkładu. Kompakcja powoduje prawie całkowite wyciśnięcie wody z osadu; tylko nieznaczna jej część pozostaje „uwięziona” w osadzie. Pod działaniem kompakcji osady miękkie jak muły, iły, margle ulegają przemianie w łupki. Przemiana ta polega na powstawaniu równoległych do powierzchni płaszczyzn, wzdłuż których skała bardzo łatwo pęka i dzieli się na płytki, np. luźny piasek o porowatości 42% na głębokości 1000 m (ciśnienie około 230 atm) zmniejszy swoją objętość o 20%, a objętość jego porów ulegnie zmniejszeniu o 27%.

Jak można rozumieć ten tekst? Oto jak ja go rozumiem:

Do Wiki sięgnęłam po zamknięciu dyskusji pod poprzednią notką. Stwierdziłam, że warto temu zagadnieniu poświęcić trochę uwagi dla uniknięcia niedomówień. Napisanie tego tekstu umocniło mnie w przekonaniu, że pisząc z głowy nie zmyślam, tylko wizualizuję to co w ciągu dziesięcioleci zajmowania się geologią zapisało się w moim biologicznym komputerze. 

W Wiki nie napisano wprost, że kompakcja dotyczy osadów powstających na bieżąco z okruchów skał starszych, które w przeszłości doznały już niejednej kompakcji oraz podlegały innym naciskom, których dla uzyskania przejrzystości wypowiedzi tu nie wymienię. 

Optuję za wykreśleniem słowa znaczne, bo jest to podane w liczbach w punkcie dotyczącym iłów i glin. Na starcie dla tego punktu mamy osad koloidalny, w którym woda stanowi od 40% do 75%, a minerały ilaste tylko 25-60%. Zawiesiną koloidalną jest też klasyczna płuczka wiertnicza, o c. wł. 1,07 g/cm3, której jednym z zadań jest utrzymanie okruchów skał w przypadku utraty jej obiegu w otworze. 

A zatem kompakcja to nic innego jak wypieranie wody przez rozdrobnione okruchy skalne zmielone w procesach erozji. Woda, jak wiemy nawet z wypowiedzi polityków, ma to do siebie, że spływa do morza oraz do innych mniejszych dołków. Na jej plecach przyspieszają swój marsz ku nizinom wszystkie paprochy. Z góry wszystko w czasie geologicznym stoczy się na dno i zostanie w nim pogrzebane. W moim pokoleniu zastanawiano się nad problemem, gdzie i jak ta woda ucieka z osadów. Być może ten problem dla geologów współczesnych jest już w pełni jasny i kiedyś uda mi się trafić na taki materiał.

W Wiki tego jeszcze nie ma. Jest natomiast informacja, że nieznaczna ilość wody zostaje "uwięziona" w osadzie. W praktycznej geologii naftowej wyróżnia się taką wodę jako wodę związaną. Występuje ona we wszystkich osadach w cieniutkich warstewkach przyklejonych do powierzchni okruchów skalnych i minerałów skałotwórczych o cechach hydrofilnych.  Z tego powodu skały zbiornikowe dla węglowodorów muszą mieć dużą porowatość przy małej powierzchni właściwej skał. Powierzchnię tę mierzy się na podstawie badań rozdrobnionej próbki skały o określonej objętości, poddanej przesiewaniu przez sita od największych do najmniejszych oczek. Z objętości / wagi wszystkich frakcji oblicza się powierzchnię wszystkich ziaren badanej próbki. 

Dobrze wysortowane piaskowce drobnoziarniste o dużej porowatości mogą nie zawierać gazu wolnego w ilościach przemysłowych, podczas gdy piaskowce średnio i gruboziarniste o tej samej porowatości będą doskonałymi zbiornikami dla tego migrującego ku wolności płynu o małej gęstości w stosunku do gęstości wody. 

Ostatni akapit z Wiki pierwszą część poświęca tworzeniu modnych swego czasu łupków (notkę ostatnio edytowano 8 października 2011 ;-) a w drugiej części podaje przykład osadzania piaskowców.

Piaskowce te miały na starcie 42% porowatości, a zatem także grubości wody jako osadu tworzącego się w jakimś większym towarzystwie, z którym będzie solidarnie szedł na dno. Po osiągnięciu głębokości 1000 m jego miąższość zmniejsza się o 20%.

Przykład: z 10 m osadów zrobiło się metrów 8 (osiem). Zgodnie z definicją cząsteczki stałe w drodze na dno zbliżyły się do siebie. Nie ma w definicji mowy o zwiększaniu się ich gęstości. Zwiększa się natomiast gęstość osadu, osadu o niższej porowatości. 

Osad pierwotny o grubości 10 m składał się w 42% z wody oraz 58% ze skał (4,2 m + 5,8 m = 10 m).

Osad na głębokości 1 km ma grubość 8 m i składa się z 5,8 m skał oraz reszty wody (8 m - 5,8m = 2,2 m);

Porowatość piaskowca na głęb. 1 km: 2,2/8 = 27,5%.

Co autor hasła z Wiki miał na myśli pisząc o piaskowcu, że: objętość jego porów ulegnie zmniejszeniu o 27%.? 

Tekst uzupełniam dwoma rysunkami użytymi wcześniej: Po lewej ilustracja do oceny współczesnej kompakcji piaskowca permskiego złoża Groningen w zależności od jego porowatości. Przy porowatości 0 - kompakcja nie występuje. Wykres po prawej pokazuje zależność gęstości piaskowców liasu od ich porowatości. Gęstość skały nieporowatej można ocenić na nieco wyższą od 2,7 g/cm3. Wykres ten został przeze mnie opracowany i użyty w notkach o geotermii.