| Kern | |
|---|---|
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Ydin - näyte kiinteästä aineesta, joka on sylinterimäinen kolonni, joka on otettu tutkimusta varten.
Geologiassa ytimellä tarkoitetaan kaivosta erityisesti tämäntyyppistä porausta varten suunnitellulla porauksella otettua kivinäytettä . Usein lieriömäinen kivipylväs (pylväs), joka on tarpeeksi vahva pysyäkseen kiinteänä .
Ydin voidaan ottaa jäämassoilta rengassulatusmenetelmällä (esimerkiksi napa-asemilta). On myös mahdollista porata ydinnäytteitä Maan pinnalla tai muilla planeetoilla ulkonevista kivistä (esimerkiksi ytimen näytteenotto Marsin pinnalta kulkijan toimesta).
Ydinnäytteitä voidaan ottaa myös keinotekoisista materiaaleista, kuten betonista, keramiikasta ja joistakin metalleista ja seoksista niiden ominaisuuksien testaamiseksi. On myös tapauksia, joissa elävistä organismeista, kuten puusta, sekä ihmisistä, erityisesti ihmisen luista, otetaan ydinnäytteitä mikroskooppiseen tutkimukseen sairauksien diagnosoimiseksi.
Useimmissa tapauksissa sydän otetaan sydänporauksella käyttämällä erityistä laitetta, jota kutsutaan ydinammukseksi.
Näytteiden kovuus voi vaihdella lähes nestemäisistä luonnon tai teollisuuden kovimpiin materiaaleihin, ja näytteen syvyys voi vaihdella pinnasta yli 10 kilometrin syvyyteen. Syvin näytteenotto tehdään ultrasyvissä kaivoissa, joita porataan maan rakenteen tutkimiseksi.
Sydänytimien halkaisija voi vaihdella muutamasta millimetristä (puusydän, dendrokronologiaa varten) halkaisijaltaan yli 150 millimetriin (tyypillisesti öljy- ja kaasukaivoissa). Näytteenottovälin pituus voi vaihdella alle metristä (jälleen puu, dendrokronologiaa varten) jopa 200 metriin näytteenottoa kohti.
Pintaan uutettua ydintä tutkitaan laboratorioissa, eri menetelmillä ja sille määrätyssä tieteellisessä ja teknisessä tehtävässä. On olemassa monen tyyppisiä laitteita ytimien näytteenottoon erityyppisistä aineista eri olosuhteissa. Uusia lajeja ilmestyy säännöllisesti.
Yleisimmät ydinnäytteenottomenetelmät ovat:
Useimmissa tapauksissa timanttinäytteenotto geologisia tarpeita varten tehdään porattaessa kallioon ontolla teräsputkella, jota kutsutaan sydänporaukseksi, ja itse ydinporaus on sydänporausta . Sydänputken sisällä on sydänvastaanotin ( näytteenotin ). Sydänvastaanotin koostuu pääosin päästä, sydänputkesta ja sydämen sieppaajasta. Sydänvastaanottimia on monenlaisia, koska on tarpeen valita eri kiven ytimiä erilaisissa olosuhteissa. Kiven poraaminen ytimen valinnan aikana tapahtuu rengasta pitkin ja sydämen vastaanotin ikään kuin ryömii renkaan sisään muodostuneen kallioperän päälle. Sydännäytteet otetaan putkeen suhteellisen vahingoittumattomina. Tuhoutunut kivi (liete), joka ei ole päässyt sydämen vastaanottoon, kuljetetaan pintaan porauspumpun tai kompressorin kaivoon ruiskutetun huuhtelunesteen tai paineilman ( kaasun ) avulla . Ydin kiilataan, revitään irti kasvoista ja nostetaan pintaan. Kun sydän on poistettu putkesta, se asetetaan sydänlaatikoihin sen sijainnin tiukassa järjestyksessä kaivon geologisessa osassa. Kaikki talteen otettu ydin kuvataan yksityiskohtaisesti ja siirretään ydinvarastoon . Tämän jälkeen ydin tutkitaan ja analysoidaan (kemialliset, spektri-, petrografiset ja muut analyysit) laboratoriossa erilaisilla menetelmillä ja laitteilla riippuen siitä, mitä tietoja halutaan saada. Tyypillisesti analyysissä käytetään pientä osaa ytimestä. Tietyn ajan kuluttua sääntöasiakirjojen mukaan se osa ytimestä, joka ei ole merkittävä, pienennetään (likvidoidaan) [1] .
Viime vuosina porauksen aikana ydin otetaan (sisääntyy) lasikuituputkiin (säiliöihin) paremman säilyvyyden vuoksi. Poratyökalusta poistamisen jälkeen nämä ytimellä täytetyt putket (säiliöt) leikataan mukavuuden vuoksi segmenteiksi, jotka ovat yleensä yhden metrin pituisia. Suojukset asetetaan lasikuituputkien kappaleille, joiden päistä on ydin, mikä parantaa eristystä ja estää roiskeita. Yksityiskohtaisia tutkimuksia varten nämä segmentit leikataan puolestaan ytimen kanssa puoliksi akselia pitkin, kuten valokuvassa näkyy. Sydämen tuotto määritetään prosentteina poratusta materiaalista.
Ydin otetaan useimmiten koaksiaalisesti kaivon akselin kanssa. On kuitenkin olemassa menetelmiä ytimien sivuttaiseen näytteenottoon jo porattujen kaivojen seinistä, on myös mahdollista ottaa sydännäytteitä olemassa olevan kaivon seinästä.
Tyypillisesti tutkimusporauksen aikana valitaan 15 - 54 metrin välein. Samanaikaisesti useita intervalleja voi mennä peräkkäin, jos ydin otetaan yleiskuvan saamiseksi rakenteesta, mikä tarkoittaa suurta kiinnostusta.
Vaikka ydinytimet ovat usein erittäin stabiileja ja säilyttävät ominaisuutensa hyvin, ne aina hajoavat jossain määrin näytteenoton, pintakäsittelyn, kuljetuksen, alkuvalmistelun ja tutkimuksen aikana. Tässä suhteessa tuhoamattomat ydintutkimuksen menetelmät ovat yleistymässä. Esimerkiksi skannaus röntgen- ja magneettikuvausmenetelmillä antaa ensimmäiset käsitykset mineralogiasta, koostumuksesta, rakenteesta ja huokosnesteistä tuhoamatta kiviä. Likimääräinen arvio huokoisuudesta ja läpäisevyydestä. Mutta tällaisen kalliin tutkimuksen arvo menetetään usein, jos se suoritetaan järkyttyneelle ytimelle, joka kuljetettiin tavallisissa laatikoissa hiekkatietä pitkin. Ytimen teknisen kunnon huomiotta jättäminen on vakava ongelma nykyaikaisessa geologisessa tieteessä.
Viime aikoina yhä useammat asiantuntijat tunnustavat oikean teknologian valitsemisen tärkeyden näytteenottoon ja kiinnitetään yhä enemmän huomiota sen vahingoittumisen ehkäisemiseen kuljetuksen ja analyysin eri vaiheissa. Klassinen ytimen säilöntämenetelmä on jäädytys nestetypessä, joka on erittäin halpa aine. Joissakin tapauksissa käytetään erityisiä polymeerejä kolonnin suojaamiseen ja pehmustukseen kuljetuksen aikana.
Lisäksi, jos näytteitetyllä ytimellä ei ole tarkkaa viittausta objektiin, josta se on otettu, se menettää suurimman osan arvostaan. Kaivoreiän liikeradan määrittely ja ytimen sijainti ja suunta porareiässä ovat kriittisiä. Vaikka ydin olisi otettu puun rungosta (dendrokronologiaa varten), siihen pyritään aina sisällyttämään kuoren pinta, jotta puun viimeisen vuosirenkaan päivämäärä voidaan määrittää yksiselitteisesti .
Jos ydinnäytteiden sitoutumisesta ei ole tietoa, niitä on yleensä mahdotonta palauttaa. Sydännäytteenoton kustannukset voivat vaihdella useista tuhansista ruplista (käsin pehmusteisesta maaperästä poimittu sydän) kymmeniin miljooniin (syvän offshore-kaivon sivuseinästä peräisin olevat ytimet). Näytteen virheellinen sidonta heikentää merkittävästi ydintä joka tapauksessa.
Jokaisella toimialalla on omat ydinsidosstandardinsa. Esimerkiksi öljyteollisuudessa kolonnin suuntaus kirjataan yleensä merkitsemällä kaksi pitkittäistä värillistä nauhaa. Punainen raita levitetään oikealle, kun ydin tuodaan pintaan. Malminetsintäkaivojen ytimillä voi olla omat symbolinsa. Maa- ja vesirakentamisella ja maaperätieteellä on omat ydinmerkintäjärjestelmänsä.
Sydänvarastointi on erittäin monimutkainen teknologinen prosessi, joka edellyttää erityisehtojen noudattamista sen ominaisuuksien ja koostumuksen turvallisuuden varmistamiseksi. Ytimessä olevan materiaalin ominaisuuksista riippuen varastointi voidaan suorittaa osoitteessa:
- Ympäristöolosuhteissa (väliaikainen varastointi ydinvarastoon toimitukseen asti)
- jatkuva negatiivinen lämpötila (kryologisten ja teknis-geologisten kaivojen ydin);
- jatkuva positiivinen lämpötilan ja kosteuden säätö;
- Erikoissäiliössä, joka säilyttää ytimen luonnollisen kosteuden (kylläisyyden).
Öljy- ja kaasugeologiassa on yleistymässä hylsyjen tilapäinen varastointi ja kuljettaminen putkissa, jotka saadaan sahaamalla hylsyvastaanotin yhdessä sydämen kanssa vakiopituisiksi paloiksi (5 m, 1 m, 3 jalkaa). Samanaikaisesti jokaiseen osaan tehdään erityisiä merkkejä, jotta myöhemmin laboratoriossa olisi mahdollista toistaa oikein pinoavien fragmenttien sekvenssi. Joskus ydinydin toimitetaan kentältä laboratorioon kokonaisuudessaan. Tässä tapauksessa sen pituus on yhtä suuri kuin ytimen poisto tietyllä näytteenottovälillä.
Laboratoriossa esiintyy tapauksia, joissa sydän on asennettu väärin. Fragmentteja voidaan kääntää päinvastaiseksi tai niiden järjestystä sekaisin. Tämä vaikeuttaa merkittävästi perustietojen tulkintaa. Sydämen oikean sijoituksen palauttamiseksi ja tarkan näytteenottosyvyyden määrittämiseksi voit suorittaa samojen fysikaalisten ominaisuuksien mittauksia sydämessä (sydämen koko pituudelta) ja kaivossa (koko näytteenottovälin pituudelta). Tässä tapauksessa on valittava sellaiset ominaisuudet, jotka säilyvät parhaiten kalliossa, kun se nostetaan pintaan, ja samalla muuttuvat suuresti syvyydessä muodostaen ainutlaatuisen "jäljen" jokaiselle ajanjaksolle. Tyypillisesti nämä ominaisuudet ovat gamma-aktiivisuus ja tiheys.
Mutta vaikka sekvenssi palautettaisiin, on välttämätöntä tallentaa koko toimintohistoria ytimen kanssa, koska ei ole takeita siitä, että palautus oli oikea. Poikkeamien tallentaminen mistä tahansa syystä säästää mahdollisuuden korjata virheellinen palautus myöhemmässä vaiheessa. "Väärän" tiedon tuhoaminen fragmenttien sekvenssistä tekee virheen korjaamisen mahdottomaksi tulevaisuudessa. Siksi minkä tahansa ydintietojen tallennusjärjestelmän pitäisi pystyä tallentamaan useita vaihtoehtoja ydinfragmenttien linkittämiseksi osioon, mukaan lukien alkuperäinen.
Sidottaessa sydäntä syvyyteen, sydämelle määrätään aluksi poraputkista mitattu syvyys (viitattu kaivon testiin). Kun ydintietoja on verrattu kaivon lokeihin, ytimelle määrätään yleensä syvyys, joka vastaa vastaavaa aluetta porausreiän gammasäteen kirjaamiskäyrällä (hakkuut kaivon lokilla). Kaivon syvyyksien lukeminen suoritetaan pääsääntöisesti porauslaitteen roottorin taulukosta. Merenpohjasta otettujen ytimien syvyys määritetään usein cmbsf-yksiköinä (senttimetriä merenpohjan alapuolella).
Jos kaivosta näyte otettu ydin heijastaa tarkasti sen poikkileikkausta, on yleinen käytäntö luoda referenssikokoelmia, jotta kerrosten järjestys voidaan tallentaa ja palauttaa tutkimuksen aikana. Tätä varten ydinpylväästä tehdään pituussuuntainen leikkaus koko pituudelta. Leikatun osan paksuus on 1/2 - 1/3 ytimen halkaisijasta (sen hauraudesta riippuen). Leikattu osa asetetaan erillisiin laatikoihin ja kiinnitetään yhdisteellä, jotta vältetään fragmenttien siirtyminen ja sekoittuminen.
Vertailukokoelman luominen tapahtuu laboratorion ydinkäsittelyn alkuvaiheessa. Tämä on tarpeen, jotta se voidaan tallentaa ja käyttää ytimen pääosan järjestyksen palauttamiseen, jos sen fragmentit katoavat, tuhoutuvat tai sekoittuvat tutkimuksen aikana.
Useissa maissa ja alueilla maaperää käyttävien yritysten on siirrettävä viitekokoelmat varastointia varten valtion ydinvarastoihin. Siksi monet yritykset tekevät kustakin ydinsarakkeesta kaksi viitekokoelmaa (itselleen ja valtiolle).
Viitekokoelmat soveltuvat parhaiten sedimentologisten tutkimusten suorittamiseen. Leikkauksen jälkeen jäljelle jäävän ytimen pääosassa suoritetaan näytteenotto ja useimmat tutkimukset. Leikkauksen jälkeen jäljellä oleva sileä pinta on suositeltava profiilin läpäisevyysmittauksiin ja valokuvaukseen. Usein leikatun pinnan valokuvaaminen valkoisessa ja ultraviolettivalossa antaa sinun nähdä porausmutasuodoksen tunkeutumissyvyyden ytimeen ja määrittää sen luonnollisen kylläisyyden.
Tieteellinen syvennys alkoi menetelmänä valtameren pohjan tutkimiseen. Pian menetelmä hallittiin järvien , jäätiköiden , maaperän ja puun tutkimiseen . Hyvin vanhoista puista otetut ytimet antavat tietoa niiden kasvurenkaista ilman, että puuta tarvitsee kaataa.
Ytimen avulla voidaan arvioida ilmastonmuutosta , geodynaamista tilannetta , tietyllä geologisella aikakaudella esiintyneen eläimistön ja kasviston tyyppejä sekä maankuoren sedimenttirakennetta . Dynaamiset ilmiöt maan pinnalla ovat useimmilla alueilla syklisiä, erityisesti lämpötilan ja sateen suhteen.
On monia tapoja päivämäärää ydin. Kun päivätty, arvokasta tietoa ilmaston ja maiseman muutoksesta voidaan saada . Esimerkiksi valtameren pohjasta, maan suolistosta ja jäätiköistä otetut ydinnäytteet muuttivat täysin käsityksemme pleistoseenin geologisesta historiasta. .