Образец керна - Core sample

Образцы керна горных пород, продукт алмазной установки . PIED butcherbird окуней поблизости.

Образец керна представляет собой цилиндрическую часть (обычно) встречающегося в природе вещества. Большинство образцов керна получают путем бурения специальными сверлами вещества, такого как отложения или горная порода, с помощью полой стальной трубы, называемой корончатым сверлом . Отверстие, сделанное для образца керна, называется «керновым отверстием». Существует множество пробоотборников керна для отбора проб разных сред в разных условиях. Постоянно изобретаются новые. В процессе отбора керна образец проталкивается в трубку более или менее неповрежденным. Извлеченный из пробирки в лаборатории, он проверяется и анализируется различными методами и оборудованием в зависимости от типа требуемых данных.

Образцы керна могут быть взяты для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон , керамика , некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Также можно брать образцы керна живых существ, в том числе людей, особенно костей человека, для микроскопического исследования с целью диагностики заболеваний.

Методы

Ядро гранитной породы из вулканического комплекса Стиллуотер , Монтана (из отвалов).

Состав исследуемых материалов может варьироваться от почти жидких до самых прочных материалов, встречающихся в природе или технологиях, а расположение исследуемых материалов может варьироваться от на лабораторном столе до более 10 км от поверхности Земли в скважине. Соответственно, большой выбор оборудования и техники, применяемых для решения этой задачи. Образцы керна чаще всего берутся так, что их длинная ось ориентирована примерно параллельно оси ствола скважины или параллельно полю силы тяжести для инструментов с гравитационным приводом. Однако также можно брать образцы керна со стенки существующей скважины. Взять образцы с обнажения, пусть даже с нависающей скалы или с другой планеты, почти тривиально. (Марсоходы Mars Exploration оснащены инструментом для абразивной обработки горных пород , который логически эквивалентен инструменту "вращающийся сердечник боковой стенки", описанному ниже.)

Некоторые распространенные техники включают:

  • гравитационный отбор керна , при котором керновой пробоотборник опускается в пробу, обычно в слой водоема, но, по сути, тот же метод может быть выполнен и с мягкими материалами на суше. Силы проникновения, если они зарегистрированы, дают информацию о прочности материала на разной глубине, что может быть единственной необходимой информацией, с образцами в качестве побочного преимущества. Этот метод широко применяется как при обследовании строительной площадки (где методы имеют тенденцию к забивке свай ), так и при геологических исследованиях недавних водных отложений. Низкая прочность проникаемых материалов означает, что сердечники должны быть относительно небольшими.
  • вибрирующий , при котором пробоотборник вибрирует, чтобы обеспечить проникновение в тиксотропные среды. Опять же, физическая прочность исследуемого материала ограничивает размер ядра, которое может быть извлечено.
  • бурение разведочное алмазное бурение, при котором вращающийся кольцевой инструмент, поддерживаемый цилиндрическим устройством для хранения образцов керна, прижимается к исследуемым материалам, чтобы вырезать цилиндр из исследуемого материала. Обычно требуется механизм для удержания цилиндрического образца в инструменте для отбора керна. В зависимости от обстоятельств, в частности, от консистенции и состава исследуемых материалов, могут потребоваться различные устройства в основных инструментах для поддержки и защиты образца на его пути к поверхности; часто также необходимо контролировать или уменьшать контакт между буровым раствором и образцом керна, чтобы уменьшить изменения в процессе отбора керна. Механические силы, прикладываемые инструментом к образцу керна, часто приводят к разрушению керна и потере менее подходящих интервалов, что может значительно усложнить интерпретацию керна. Обычно керны можно вырезать от нескольких миллиметров в диаметре (в древесине, для дендрохронологии ) до более 150 миллиметров в диаметре (обычное дело при разведке нефти ). Длина образцов может варьироваться от менее метра (опять же, в древесине, для дендрохронологии) до примерно 200 метров за один прогон, хотя от 27 до 54 метров чаще (при разведке нефти ), и многие прогоны могут быть выполнены в последовательность, если «беглый взгляд» анализ в поле предполагает, что зона интереса продолжается.
  • Для отбора керна через боковую стенку ударного действия используются прочные цилиндрические «пули», которые взрывным образом забиваются в стенку ствола скважины для извлечения (относительно) небольшого и короткого образца керна. Они имеют тенденцию к сильному разрушению, что делает измерения пористости / проницаемости сомнительными, но их часто бывает достаточно для литологических и микропалеонтологических исследований. Многие образцы можно попробовать за один запуск инструментов, которые обычно имеют от 20 до 30 «пуль» и движущихся зарядов по длине инструмента. Часто несколько инструментов могут быть объединены вместе для одного запуска. Показатели успешности выстрела конкретной пули, ее пробития через стенку ствола скважины, удерживающей системы, извлекающей пулю из стенки ствола ствола скважины и удержания образца в пуле, относительно низки, поэтому это не редкость только для половины пробных проб. чтобы быть успешным. Это важное соображение при планировании типовых программ.
  • отбор керна в боковой стенке роторного типа, при котором миниатюрный автоматический инструмент для роторного бурения применяется к боковой стороне ствола скважины для вырезания образца, аналогичного по размеру керну ударной боковой стенки (описанного выше). Они, как правило, менее подвержены деформации, чем ударные стержни. Однако процесс нарезки керна занимает больше времени, и в вспомогательном оборудовании, которое извлекает образец из бурового долота и хранит его в корпусе инструмента, часто случаются заедания.

Управление ядрами и данными

Вырезать образцы керна Баккен

Образцы керна, хотя часто ими пренебрегают, всегда в некоторой степени деградируют в процессе резки керна, обращения с ним и изучения. Неразрушающие методы становятся все более распространенными, например, использование МРТ- сканирования для характеристики зерен, поровых флюидов, поровых пространств ( пористости ) и их взаимодействия (составляющих часть проницаемости ), но такая дорогостоящая тонкость, вероятно, будет потрачена впустую на ядро, которое было встряхнуто. на неподрессоренной машине на 300 км грунтовой дороги. То, что происходит с ядрами между поисковым оборудованием и конечной лабораторией (или архивом), часто игнорируется при ведении документации и управлении ядром.

Извлечение керна стало признанным важным источником данных, и все больше внимания уделяется предотвращению повреждения активной зоны на различных этапах ее транспортировки и анализа. Обычный способ сделать это - полностью заморозить ядро ​​жидким азотом, который дешевый. В некоторых случаях также используются специальные полимеры для защиты и удержания / амортизации сердечника от повреждений.

Гониометры используются для измерения углов трещин и других характеристик в образце керна относительно его стандартной ориентации.
Извлечение Ядра Баккена из сердечника

Точно так же образец керна, который не может быть связан с его контекстом (где он находился до того, как стал образцом керна), потерял большую часть своих преимуществ. Идентификация скважины, а также положение и ориентация ("путь вверх") керна в скважине имеют решающее значение, даже если скважина находится в стволе дерева - дендрохронологи всегда стараются включить поверхность коры в свои образцы, чтобы дату последнего роста дерева можно определить однозначно.

Если эти данные будут отделены от образцов керна, восстановить эти данные, как правило, невозможно. Стоимость керна может варьироваться от нескольких денежных единиц (для керна, пойманного вручную из участка мягкого грунта) до десятков миллионов денежных единиц (для кернов боковой стенки из удаленной морской скважины глубиной много километров). Неадекватная запись таких основных данных разрушила полезность обоих типов ядер.

В разных дисциплинах существуют разные местные правила записи этих данных, и пользователь должен ознакомиться с правилами их области. Например, в нефтяной промышленности ориентация керна обычно регистрируется путем маркировки керна двумя продольными цветными полосами, причем красная полоса находится справа, когда керн извлекается и маркируется на поверхности. Керны, вырезанные для добычи полезных ископаемых, могут иметь свои собственные, разные условности. Гражданское строительство или исследования грунтов могут иметь свои собственные, разные условности, поскольку их материалы часто недостаточно компетентны, чтобы оставлять постоянные отметки.

Все более распространенным становится хранение образцов керна в цилиндрической упаковке, которая является частью оборудования для резки кернов, и нанесение отметок на этих «внутренних цилиндрах» в полевых условиях до дальнейшей обработки и анализа в лаборатории. Иногда керн доставляется с поля в лабораторию по длине, равной длине его выхода из земли; в других случаях его разрезают на отрезки стандартной длины (5 м, 1 м или 3 фута) для транспортировки, а затем снова собирают в лаборатории. Некоторые из систем «внутреннего цилиндра» могут быть перевернуты на образце керна, так что в лаборатории образец идет «неверно вверх» при повторной сборке керна. Это может затруднить интерпретацию.

Если в стволе скважины выполнены петрофизические измерения вмещающих пород, и эти измерения повторяются по длине керна, то два набора данных коррелированы, и почти всегда будет обнаружено, что глубина «записи» для конкретного участка керна различается между два метода измерения. В какой набор измерений следует верить, тогда становится вопросом политики для клиента (в промышленных условиях) или вызывает большие споры (в контексте, не имеющем преимущественной силы. Запись о наличии расхождений по какой-либо причине сохраняет возможность исправления неправильное решение позднее; уничтожение "неправильных" данных о глубине делает невозможным исправление ошибки позже. Любая система хранения и архивирования данных и образцов керна должна быть спроектирована так, чтобы можно было сохранить подобное особое мнение.

Если образцы керна из кампании являются компетентными, их обычная практика - «разбивать» их - разрезать образец на два или более образца продольно - довольно рано в лабораторной обработке, чтобы один набор образцов мог быть заархивирован на ранних этапах последовательности анализа в качестве защита от ошибок при обработке. Распространено «разбивание» сердечника на 2/3 и 1/3 набора. Также часто один набор остается у основного заказчика, в то время как второй набор идет государству (которое часто налагает условие для такого пожертвования как условие лицензирования разведки / разработки). «Укладка плит» также имеет преимущество подготовки плоской гладкой поверхности для исследования и испытания проницаемости профиля, с которой намного легче работать, чем с обычно шероховатой изогнутой поверхностью образцов керна, когда они только что вынуты из оборудования для отбора керна. Фотосъемка необработанных и "плоских" поверхностей керна - обычное дело, часто как в естественном, так и в ультрафиолетовом свете.

Единицей длины, иногда используемой в литературе по кернам морского дна, является cmbsf , сокращение от сантиметров ниже морского дна.

История керна

Баккен Ядро

Методика отбора керна длиной предшествует попытку сверлить Земли «s мантии по программе Deep Sea Drilling . Вскоре стало очевидным значение для океанической и другой геологической истории получения кернов на обширной площади морского дна . Отбор кернов многими научными и исследовательскими организациями быстро расширялся. На сегодняшний день собраны сотни тысяч образцов керна со дна всех океанов планеты и многих внутренних вод .

Доступ ко многим из этих образцов облегчается Индексом морских и озерных геологических образцов , «результатом сотрудничества двадцати учреждений и агентств, которые управляют геологическими хранилищами».

В индексе регистрируются образцы, хранящиеся в репозиториях входящих в него организаций. Данные включают

Литография , текстура , возраст, главный исследователь, провинция , выветривание / метаморфизм , примечания к стеклу и описательные комментарии

Информационная ценность образцов керна

Керновое бурение началось как метод отбора проб в окрестностях рудных месторождений и разведки нефти. Вскоре он расширился до океанов , озер , льда , грязи , почвы и дерева . Ядра на очень старых деревьях дают информацию об их годичных кольцах, не разрушая дерево.

Керны указывают на изменения климата , видов и состава осадочных пород на протяжении геологической истории. Динамические явления на поверхности Земли по большей части имеют циклический характер по ряду причин, особенно по температуре и осадкам .

Есть много способов датировать ядро. После датировки он дает ценную информацию об изменениях климата и ландшафта . Например, керны на дне океана, в почве и льду полностью изменили представление о геологической истории плейстоцена .

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка