Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Самый простой способ изучения земных недр с использованием богатого теоретического материала заключается в тщательном обследовании всех обнажений пород, встречающихся на поверхности. Но данный метод является лишь началом трудоемкой работы по проведению геологических изысканий. Ярким примером, иллюстрирующим работу геологов-поисковиков, служит разведка и обнаружение нефти в Поволжье. Поволжские месторождения оказались столь богатыми, что их некогда называли «Вторым Баку».

А ведь первоначально геологи посчитали, что Поволжье совершенно бесперспективно в отношении «черного золота». Это мнение установилось после исследований, проведенных во второй половине XIX столетия. Уже тогда ученые догадались, что нефть активно движется в земной коре и образует месторождения лишь в том случае, когда что-то препятствует ее продвижению. В недрах должны находиться особые геологические структуры, являющиеся ловушками для этой маслянистой жидкости. Позже удалось составить представление об устройстве такой ловушки.

Она представляет собой слой породы-коллектора, перекрытый сверху породой-покрышкой. В качестве коллектора выступает песок, энергично вбирающий в себя нефть. Покрышку образуют плотные известняки, сквозь которые нефть не просачивается. В целом ловушка представляет собой крупную дислокацию в виде внушительной складки. Эта складка образует под землей купол, в верхней части которого и скапливается нефть. Она под давлением стремится покинуть толщу пород, но покрышка не дает жидкости такой возможности.

Когда во второй половине XIX в. геологи обследовали Жигули и Нижнее Поволжье, то они не нашли здесь серьезных дислокаций. Выходящие на поверхность слои известняков они приняли за отложения возрастом 100 млн лет и ошиблись при этом почти в 3 раза. Только в 1880-х гг. ошибка была исправлена. А. П. Павлов провел повторное обследование пород, слагающих недра Поволжья. Изучив известняки Самарской луки, ученый обнаружил там останки организмов, обитавших на нашей планете примерно 300 млн лет назад.

Следовательно, возраст известняков сильно приуменьшили, а это говорит о том, что Жигулевские горы возникли в результате крупной дислокации земных пластов. Слои оказались сильно сжаты в складки, оттого на поверхность были «выдавлены» отложения столь значительного возраста. Подобные смещения содержащих известняк слоев могут таить в себе ловушки нефти. В 1930-х гг. в местах, которые Павлов счел перспективными, провели пробное бурение, в результате чего удалось найти месторождения нефти и связанные с ними скопления природного горючего газа.

Разведочное бурение является еще одним из способов увидеть глубинные структуры. Одним из его приемов является радиоактивный каротаж. «Атомный» XX век подарил геологам ядерно-физические методы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Геологи в своем выборе опять-таки исходили из представлений о строении, составе и механизме образований залежей ископаемых.

Что же представляет собой каждое месторождение с физической точки зрения? Оказывается, это особое тело в земной коре, обладающее явно выраженными аномальными свойствами.

Месторождение является комплексом разнообразных отклонений, поскольку в процессе своего формирования под действием специфических физико-химических процессов оно подвергло влиянию окружающие породы и изменило их свойства. Месторождение выглядит иначе, чем окружающее вещество, если принимать в расчет магнитные поля, электропроводность, плотность, гравитационные свойства. Аномалии, связанные с месторождениями, отчетливо проявляются при изучении недр с помощью методов ядерной физики.

Радиоактивные излучения и ядерные частицы совершенно иначе взаимодействуют с такими телами в земной коре. Излучение как бы просвечивает недра, делает их рентгеновский снимок. На самом деле, конечно же, просветить толщу камня невозможно. Просто активные лучи приводят к ядерным реакциям в облученном веществе.

Современная разведка применяет для подобного ложного просвечивания несколько родов частиц. Во-первых, это нейтроны, во-вторых, гамма-кванты (кванты жесткого гамма-излучения), в-третьих, электроны. Последние используются нечасто. Из всех ядерно-физических методов разведки наиболее широко применяется и дает замечательные результаты радиоактивный каротаж скважин, в т. ч. гамма-каротаж.

Термин «каротаж» происходит от французского слова, означающего «морковка». На морковки похожи керны — столбики породы, выдолбленные в стволе проходки режущим инструментом буровой установки. Эти столбики поднимаются на поверхность и тщательно исследуются в физических и химических лабораториях. Иногда внутри таких образцов удается обнаружить интересные минералы или окаменелости, но чаще всего длительные исследования столбиков оказываются безрезультатными.

Чрезвычайно информативным является метод радиоактивного каротажа. Если облучить породы внутри проходки, даже не извлекая их на поверхность в виде кернов, то можно получить не менее, а иногда и более исчерпывающие данные. В любом случае применение каротажа позволило значительно снизить вероятность ошибки, которая чревата тем, что перспективное месторождение окажется не найденным.

Техника радиоактивного каротажа заключается в проведении анализа пород, разрез сквозь толщу которых создала проходка буровой скважины. Для этого необходимо опустить в пробуренную скважину ядерно-физический прибор, совмещающий в себе источник и одновременно детектор активного жесткого излучения. Обе составные части прибора разделены друг от друга защитным экраном, который не допускает, чтобы лучи от источника попадали на детектор.

Таким образом, детектор способен улавливать исключительно те частицы проникающего излучения, которые рождаются при бомбардировке породы лучами из источника. Источник глубинного прибора специально с этой целью заправляется нестабильными изотопами цезия или кобальта, а иногда и некоторых других элементов. Для получения потока нейтронов используется сложная смесь радиоактивных бериллия и полония. Полоний, распадаясь, испускает альфа-частицы. Они попадают в бериллий, возбуждая в нем ядерные реакции, завершающиеся испусканием нейтронов.

Источник может, т. о., испускать два вида лучей — поток гамма-квантов и поток нейтронов. Облучаемые горные породы испускают в ответ нейтроны или гамма-лучи. Таким образом, детекторы также различаются на два типа — приемники нейтронов и приемники гамма-квантов. Возможны разные сочетания детекторов и источников в зависимости от задач разведки.