Чем отличается понятие седиментационного бассейна от разрывного вениомент

Седиментационный анализ: определение, формула и примеры

Суть седиментационного метода анализа заключается в измерении скорости, с которой частицы оседают (преимущественно из жидкой среды). А используя значения скорости оседания, рассчитывают размеры этих частиц и их удельную поверхность. С помощью этого метода определяют параметры частиц многих видов дисперсных систем, например, суспензий, аэрозолей, эмульсий, то есть тех, которые широко распространены и важны для различных областей промышленности.

Понятие дисперсности

Одним из главных технологических параметров, характеризующих вещества и материалы в различных производственных процессах, является их дисперсность. Она обязательно учитывается во время подбора аппаратов для химической технологии, при производстве разнообразных пищевых продуктов и т.д. Связано это не только с тем, что при уменьшении частичек веществ возрастает площадь поверхности фаз и повышается скорость их взаимодействия, но также с тем, что при этом меняются некоторые свойства системы. В частности, возрастает растворимость, увеличивается реакционная способность вещества, понижаются температуры фазовых переходов. Поэтому возникла необходимость в нахождении количественных характеристик дисперсности различных систем и в седиментационном анализе.

В зависимости от того, как соотносятся размеры частиц в дисперсной фазе, системы подразделяют на монодисперсные и полидисперсные. Первые состоят исключительно из частиц одного размера. Такие дисперсные системы встречаются довольно редко и в реальности являются очень близкими к истинным монодисперсным. Зато подавляющее большинство существующих дисперсных систем — полидисперсные. Это значит, что они состоят из различающихся по своим размерам частиц, причем их содержание неодинаково. В ходе седиментационного анализа дисперсных систем выполняют определение размеров образующих их частиц с последующим построением кривых распределения их по размерам.

Теоретические основы

Седиментацией называется процесс выпадения в осадок частиц, составляющих дисперсную фазу в газообразной или жидкой средах под действием силы тяжести. Седиментация может быть обратной, если происходит всплывание частиц (капель) в различных эмульсиях.

Величину силы тяжести F_g, действующей на частицы шарообразной формы, можно вычислить по формуле, учитывающей гидростатическую поправку:

где ρ – плотность вещества; r – радиус частиц; ρ₀ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Противодействует оседанию частиц сила трения F_η, описываемая законом Стокса:

где ᴠ_сед – скорость движения частиц, а η – вязкость жидкости.

В некоторый момент времени частицы начинают оседать с постоянной скоростью, объясняющейся равенством противодействующих сил F_g=F_η, а значит, справедливо и равенство:

4/3·π·r 3 ·(ρ-ρ₀)·g=6·π·η·r·ᴠ_сед. Преобразовав его, можно получить формулу, отражающую взаимосвязь радиуса частицы со скоростью ее оседания:

Если учитывать, что скорость движения частиц можно определить как отношение ее пути H к времени движения τ, то можно записать уравнение Стокса:

Тогда радиус частицы можно связать с временем ее оседания уравнением:

Однако стоит отметить, что такое теоретическое обоснование седиментационного анализа будет справедливо при соблюдении ряда условий:

• Размер твердых частиц должен соответствовать значениям от 10 –5 до 10 –2 см.
• Частицы должны иметь сферическую форму.
• Частицы должны двигаться с постоянной скоростью и независимо от соседних частиц.
• Трение должно быть внутренним явлением дисперсионной среды.

В связи с тем, что в реальных суспензиях зачастую содержатся частицы, существенно отличающиеся формой от шарообразных, для целей седиментационного анализа вводят понятие эквивалентного радиуса. Для этого в расчетные уравнения подставляют радиус гипотетических шарообразных частиц, выполненных из того же материала, что и реальные в изучаемой суспензии, и оседающие с той же скоростью.

На практике частицы в дисперсных системах неоднородны по своим размерам, и главной задачей седиментационного анализа можно назвать анализ распределения частиц в них по размерам. Иными словами, в ходе исследования полидисперсных систем находят относительное содержание различных фракций (совокупность частиц, размеры которых лежат в определенном интервале).

Особенности седиментационного анализа

Существует несколько подходов к выполнению анализа дисперсных систем седиментацией:

• наблюдение в гравитационном поле за скоростью, с которой оседают частицы в спокойной жидкости;
• взмучивание суспензии для последующего разделения ее на фракции частиц заданных размеров в струе жидкости;
• разделение порошкообразных веществ на фракции с определенными размерами частиц, выполняемое посредством воздушной сепарации;
• наблюдение в центробежном поле за параметрами оседания высокодисперсных систем.

Одним из наиболее широко применяемых является первый вариант анализа. Для его осуществления скорость седиментации определяют каким-либо из следующих способов:

• наблюдая через микроскоп;
• взвешивая накапливающийся осадок;
• определяя концентрацию дисперсной фазы в определенный период процесса оседания;
• измеряя гидростатическое давление в процессе оседания;
• определяя плотность суспензии в период оседания.

Понятие суспензии

Под суспензиями понимают грубодисперсные системы, образуемые твердой дисперсной фазой, размеры частиц которой превышают 10 -5 см, и жидкой дисперсионной средой. Часто суспензии характеризуют как взвеси порошкообразных веществ в жидкостях. На деле это не совсем верно, поскольку взвеси являются разбавленными суспензиями. Частицы твердой фазы кинетически независимы и могут свободно перемещаться в жидкости.

В реальных (концентрированных) суспензиях, которые нередко называют пастами, твердые частицы взаимодействуют друг с другом. Это приводит к образованию некой пространственной структуры.

Существует еще один вид дисперсных систем, образуемых твердыми дисперсными фазами и жидкими дисперсионными средами. Называют их лиозолями. Однако размер твердых частиц в них намного меньше (от 10 -7 до 10 -5 см). В связи с этим седиментация в них незначительна, зато характеризуются лиозоли такими явлениями, как броуновское движение, осмос и диффузия. В основе седиментационного анализа суспензий лежит их кинетическая неустойчивость. Это значит, что суспензии характеризуются изменчивостью во времени таких параметров, как дисперсность и равновесное распределение частиц в дисперсионной среде.

Методика

Седиментационный анализ выполняют, используя торсионные весы с чашкой из фольги (диаметр 1-2 см) и высокий стакан. Перед началом анализа взвешивают чашку в дисперсионной среде, погружая ее в наполненный стакан и уравновешивая весы. Вместе с этим измеряется глубина ее погружения. После этого чашка извлекается и быстро помещается в стакан с исследуемой суспензией, при этом она должна быть подвешена на крючок коромысла весов. В тот же момент включатся секундомер. В таблицу заносят данные о массе выпавшего осадка в произвольные моменты времени.

Время от начала исследования, с

Масса чашки с осадком, г

Масса осадка, г

1/t, с -1

Предел седиментации, г

Используя данные таблицы, вычерчивают кривую седиментации на миллиметровой бумаге. По оси ординат откладывается масса осевших частиц, а по оси абсцисс — время. При этом выбирается адекватный масштаб, чтобы удобно было выполнять дальнейший графический расчет.

Анализ кривой

В монодисперсной среде скорость оседания частиц будет одинакова, а значит, и отстаивание будет характеризоваться равномерностью. Кривая седиментации в этом случае будет имеет линейный характер.

Во время отстаивания полидисперсной суспензии (что и происходит на практике) частицы различных размеров отличаются и скоростью оседания. Это на графике выражается в размытости границы оседающего слоя.

Кривую оседания обрабатывают разбивкой ее на несколько сегментов и проведением касательных. Каждая касательная будет характеризовать оседание отдельной монодисперсной части суспензии.

Общее представление о гранулометрическом составе

Количественное содержание частиц определенной величины в породе обычно называют гранулометрическим составом. От него зависят некоторые свойства пористых сред, например, проницаемость, удельная поверхность, пористость и т.п. По этим свойствам в свою очередь можно сделать выводы о геологических условиях образования залежей пород. Именно поэтому одним из первых этапов исследования осадочных пород является гранулометрический анализ.

Так, по результатам анализа гранулометрического состава песков, контактирующих с нефтью, выбирают оборудование и порядок работ в нефтепромысловой практике. Он помогает подобрать фильтры для предотвращения попадания песка в скважину. От количества глинистых и коллоидно-дисперсных минералов в составе зависят процессы поглощения ионов, а также степень набухания пород в воде.

Седиментационный анализ гранулометрического состава пород

В связи с тем, что анализ дисперсных систем, основанный на принципах седиментации, имеет ряд ограничений, применение его в чистом виде для гранулометрического исследования состава пород не обеспечивает должной достоверности и точности. Сегодня он выполняется с применением современного оборудования с использованием компьютерных программ.

Они позволяют проводить изучение частиц породы из стартового слоя, позволяют непрерывно фиксировать накопление осадка, исключая аппроксимацию уравнениями, измеряют скорость осаждения напрямую. И что не менее важно, допускают исследование седиментации частиц неправильной формы. Процентное содержание фракции того или иного размера определяется компьютером, основываясь на общей массе пробы, а значит, не требуется ее взвешивание перед анализом.

Источник

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ

Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Смотреть что такое «БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ» в других словарях:

Бассейны — получить на Академике действующий промокод Domsporta или выгодно бассейны купить со скидкой на распродаже в Domsporta

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ ЗАСОЛОНЕННЫЕ — син. термина бассейны седиментации осолоненные. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ ОСОЛОНЕННЫЕ — термин свободного пользования, под которым понимают природные басс. или их части, имеющие соленость вод выше нормальной морской (3,5 ± 0,2%) и обычно характеризующиеся проявлениями тех или иных стадий галогенеза (Д. В. Наливкин, 1956; Швецов,… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ ОКЕАНСКИЕ — крупнейшие глубоководные водоемы Земли, части Мирового океана. Отличаются от др. басс. седиментации прежде всего своими размерами, а также высокой гидродинамической активностью, что накладывает свой отпечаток на протекающие в них природные… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ МОРСКИЕ — водоемы, заполненные морскими водами. Кроме морей к ним относят более или менее изолированные их части (заливы, бухты), а иногда также океаны и крупные озера, недавно утратившие связь с океаном (напр., Каспийское море). Термин чаще применяют к… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ НОРМАЛЬНОЙ СОЛЕНОСТИ — водоемы, заполненные нормальной морской водой, близкой по суммарному содер. солей (солености) и по их соотношениям (солевому составу) к составу вод Мирового океана. См. Вода морская. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ ОПРЕСНЕННЫЕ — термин свободного пользования, характеризующий природные, лагунные, внутри , меж и эпиконтинентальные басс. или их части, соленость вод в которых меньше солености нормальной морской воды (3,5 ± 0,2%), иногда соответствует солености… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ ПРЕСНЫЕ — водоемы, заполненные пресными (сухой остаток менее 1 г/л) водами (озера, болота, старицы, некоторые лагуны, эстуарии). Распространены гл. обр. в гумидных зонах. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ С СЕРОВОДОРОДНЫМ ЗАРАЖЕНИЕМ — водоемы, в которых глубинные воды содер. в растворенном виде свободный сероводород (H2S), образовавшийся в результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий в условиях слабой вертикальной циркуляции вод и высокого содер. в осадках орг.… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙНЫ СЕДИМЕНТАЦИИ СОЛОНОВАТОВОДНЫЕ — водоемы, заполненные водами существенно пониженной (по сравнению с нормальной морской водой) солености t что обусловлено интенсивным поступлением в них пресных (речных) вод и ограниченным водообменом с океаном. Их солевой состав отличается от… … Геологическая энциклопедия

БАССЕЙН СЕДИМЕНТАЦИИ — см. Бассейны седиментации. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

Источник

Главные мегатектонические элементы Земли. Понятие о седиментационных бассейнах и их последовательностях в процессах тектонической эволюции. Цикл Уилсона.

Переходные зоны – границы континентов и океанов (пассивные окраины, активные – дивергентные, конвергентные, трансформные границы)

В ходе эволюции бассейны сменят друг друга в соответствии с тектоническими обстановками (как идет цикл Уилсона – так и изменяется тектоника, а вместе с ней и тип бассейна) Например (в скобках соответствующая стадия цикла): интракратонный бассейн (0) –> континентальный разломный (1) –> бассейн ПКО (2) –> океанический бассейн прогибания (3) –> бассейн связ с субдукцией (4) –> бассейн связ с коллизией (5)

Стадии цикла Уилсона:

Эмбриональная (континентальный рифтогенез)

Ранняя (два континента уже разделены морем)

Зрелая (дальнейшее раздвижение и образование океана)

Угасания (начало закрытия океана)

Заключительная (сближение континентов, образование горных цепей)

Реликтовая (соединение континентов, образование реликтового рубца – геосутуры)

Бассейны с карбонатно-черносланцевой седиментацией

Накопление карбонатов и черных сланцев может происходить в бассейнах различных типов (рифтовые бассейны, бассейны ПКО, задуговые бассейны бассейнов, связанных с субдукцией, бассейны форланда, интракратонные бассейны с доминированием карбнатной седиментации)

Все зависит от наличия условий формирования подобных отложений:

Карбонаты: 1) соленость; 2) свет; 3)наличие пищи

повышенная биопродуктивность поверхностных вод (кол-во в-ва в единицу времени)

условия сохранности (стратификация бассейна)

разбавляющая роль другого вещества

Причем для черносланцевых толщ желательно вообще минимальное поступление материала.

Геометрия бассейна: симметричные, асимметричные

Палеобатиметрия: От мелководных до умеренных глубин

Вариации уровня моря: При повышении уровня моря – рост карбонатной постройки вверх, при понижении – разрастание по латерали.

Соотношение темпов проседания и скорости седиментации: В зависимости от типа бассейна – но как правило, это компенсированные бассейны скорость седиментации

Тепловой поток: Низкий

Постседиментационные изменения: При накоплении карбонатно-черносланцевых толщ зачастую обнаруживается наличие эвапоритов, которые могут служить покрышкой => это почти готовый коллектор, т.к. карбонаты – по идее хорошие первичные коллектора (нужно учитывать постседим. изменения, т.к. они могут улучшить св-ва выщелачиванием, или ухудшить – при образовании цемента), породы обогащены ОВ, присутствует флюидоупор.

Современные классификации седиментационных бассейнов (на примере классификации 1992).

Огромные территории, слабое прогибание

Грабенные структуры, рифтовые зоны, рифты, авлакогены

Узкие бассейны, ограниченные по бортам разломами с быстрым опусканием основания (особенно во время раннего рифтинга)

Бассейны пассивных континентальных окраин (окраинные бассейны проседания)

Бассейны погружения, опускания

Ассиметричные бассейны со средними и низкими скоростями погружения

Океанические бассейны прогибания

Зарождающиеся бассейны прогибания

Огромные ассиметричные, реже симметричные, слабо погружающиеся бассейны

Бассейны, связанные с субдукцией

Бассейны глубоководных желобов, преддуговые бассейны, висячие, интрадуговые, задуговые

Переходная или океаническая

Преимущественно дивергентная, но иногда и конвергентная

Частично ассиметричные с широкими вариациями по глубине и скоростям погружения основания

Бассейны, связанные с коллизией

Активно погружающиеся бассейны с высокими скоростями седиментации

Форландовые (бас. Форланда), межгорные, бассейны обрушения Форланда

Коровое изгибание, местами конвергентная или трансформная

Ассиметричные бассейны, есть тенденция к высоким скоростям прогибания, частые чередования поднятий и депрессий

Конвергентная и дивергентная

Сходны с задуговыми бассейнами

Могут формироваться на любой стадии цикла Вилсона

Скрученные бассейны типа pull-apart. Трансцентиональные. Транспрессиональные

Континентальная, переходная, океаническая

Трансформная с элементами конвергенции и дивергенции

Узкие, удлиненные бысто проседающие бассейны.

Типы ОБ, благоприятные для формирования карбонатных осадочных систем с хорошими первичными коллекторскими свойствами

Для формирования карбонатных осад. Систем с хорошими коллекторскими свойствами благоприятны такие типы бассейнов как:

1.Рифтовые бассейны – во время ранней провальной стадии бассейн неглубок, в бассейн периодически поступают морские воды => доминирует карбонатное осадконакопление

2.бассейны ПКО – на шельфе при благоприятных условиях происходит карбонатонакопление (рампы, платформы)

3.преддуговые (во время снижения вулканической активности),

4.задуговые бассейны – задуговый спрединг –> рифтовая зона, далее со стороны континента обстановки похожие на ПКО => возможно накопление карбоната

5.бассейны форланда – из-за асимметрии (со стороны орогена – более грубые обломки, со стороны континента – м. быть как Qu пески, так и карб платформы и т.п.)

6.интракратонные бассейны – если незначительный снос силикокласт материала, то доминирует карб. седиментация

Карбонатные осадки исходно являются хорошими коллекторами, но ввиду акивных постседиментационных процессов, проявляющихя почти сразу после накопления – коллекторские свойства могут как улучшиться, так и ухудшиться.

Источник