Образец керна представляет собой цилиндрическую часть (обычно) встречающегося в природе вещества. Большинство образцов керна получают путем сверления специальными сверлами вещества, такого как осадки или горные породы, с помощью полой стальной трубки, называемой колонковым сверлом . Отверстие, сделанное для образца керна, называется «керновым отверстием». Существует множество пробоотборников керна для отбора проб различных сред в разных условиях; технология продолжает развиваться. В процессе отбора керна образец помещается в трубку более или менее неповрежденным. Извлеченный из пробирки в лаборатории, он проверяется и анализируется с помощью различных методов и оборудования в зависимости от типа желаемых данных.
Образцы керна могут быть взяты для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон , керамика , некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Образцы керна также могут быть взяты у живых существ, в том числе у людей, особенно костей человека, для микроскопического исследования с целью диагностики заболеваний.
Состав исследуемых материалов может варьироваться от почти жидкого до самых прочных материалов, встречающихся в природе или технике, а расположение исследуемых материалов может варьироваться от лабораторного стола до более чем 10 км от поверхности Земли в скважине . Соответственно, огромен и спектр оборудования и технологий, применяемых для решения этой задачи. Образцы керна чаще всего отбираются так, чтобы их длинная ось была ориентирована примерно параллельно оси скважины или параллельно гравитационному полю для инструментов с гравитационным приводом. Однако также возможно взять образцы керна со стенки существующей скважины. Отобрать образцы из обнажения, будь то нависающая скала или другая планета, почти тривиально. (Марсоходы для исследования Марса оснащены инструментом для истирания камней , который логически эквивалентен инструменту «вращающегося сердечника боковой стенки», описанному ниже.)
Некоторые распространенные методы включают в себя:
Несмотря на то, что образцы керна часто игнорируются, они всегда в некоторой степени разрушаются в процессе резки керна, обращения с ним и его изучения. Неразрушающие методы становятся все более распространенными, например, использование МРТ- сканирования для определения характеристик зерен, поровых жидкостей, порового пространства ( пористости ) и их взаимодействий (составляющих часть проницаемости ), но такая дорогостоящая тонкость, вероятно, будет потрачена впустую на керне, который встряхивали. на неподрессоренном грузовике за 300 км грунтовой дороги. То, что происходит с кернами между оборудованием для извлечения и конечной лабораторией (или архивом), часто игнорируется при ведении учета и управлении керном.
Керн стал признан важным источником данных, и все больше внимания и заботы уделяется предотвращению повреждения керна на различных этапах его транспортировки и анализа. Обычный способ сделать это — полностью заморозить ядро с помощью дешевого жидкого азота. В некоторых случаях также используются специальные полимеры для защиты и защиты сердечника от повреждений.
Точно так же основная выборка, которая не может быть связана с ее контекстом (где она находилась до того, как стала основной выборкой), потеряла большую часть своих преимуществ. Идентификация скважины, а также положения и ориентации («вверх») керна в скважине имеет решающее значение, даже если скважина находится в стволе дерева – дендрохронологи всегда стараются включать в свои образцы поверхность коры, чтобы дату последнего роста дерева можно определить однозначно.
Если эти данные отделяются от образцов керна, восстановить эти данные, как правило, невозможно. Стоимость операции по отбору керна может варьироваться от нескольких денежных единиц (для керна, добытого вручную из участка мягкого грунта) до десятков миллионов денежных единиц (для керна боковой стенки из удаленной морской скважины глубиной на многие километры). Неадекватная регистрация таких основных данных свела на нет полезность обоих типов сердечников.
В разных дисциплинах действуют разные местные правила записи этих данных, и пользователю следует ознакомиться с правилами своей области. Например, в нефтяной промышленности ориентация керна обычно фиксируется путем маркировки керна двумя продольными цветными полосами, причем красная находится справа, когда керн извлекается и маркируется на поверхности. Керны, вырезанные для добычи полезных ископаемых, могут иметь свои собственные правила. Гражданское строительство или изучение почвы могут иметь свои собственные, разные условности, поскольку их материалы часто недостаточно компетентны, чтобы оставить на них неизгладимые следы.
Все более распространенным становится хранение образцов керна в цилиндрической упаковке, которая является частью оборудования для резки керна, и нанесение регистрационных отметок на эти «внутренние бочки» в полевых условиях перед дальнейшей обработкой и анализом в лаборатории. Иногда керн доставляют с поля в лабораторию такой длины, какой он выходит из земли; в других случаях его разрезают на куски стандартной длины (5 м, 1 м или 3 фута) для транспортировки, а затем снова собирают в лаборатории. Некоторые из систем «внутреннего ствола» можно переворачивать на образце керна, так что в лаборатории образец поднимается «не в ту сторону» при повторной сборке керна. Это может усложнить интерпретацию.
Если в скважине проводятся петрофизические измерения вмещающих пород, и эти измерения повторяются по длине керна, то два набора данных коррелируют, и почти всегда можно обнаружить, что «зарегистрированная глубина» для конкретного фрагмента керна различается между два метода измерения. В таком случае, какому набору измерений следует верить, становится вопросом политики для клиента (в промышленных условиях) или предметом серьезных споров (в контексте отсутствия верховной власти). Фиксация наличия расхождений по какой-либо причине сохраняет возможность исправить неправильное решение позднее; уничтожение «неверных» данных о глубине делает невозможным последующее исправление ошибки. Любая система хранения и архивирования данных и образцов керна должна быть спроектирована таким образом, чтобы можно было сохранить подобные особые мнения.
Если керновые пробы, полученные в результате кампании, являются компетентными, то общепринятой практикой является их «разделение» (разрезание пробы на две или более продольных частей) на достаточно раннем этапе лабораторной обработки, чтобы один набор проб можно было заархивировать на ранних этапах последовательности анализа как защита от ошибок при обработке. «Разбиение» сердечника на наборы 2/3 и 1/3 является обычным явлением. Также часто один комплект остается у основного заказчика, а второй комплект передается правительству (которое часто устанавливает условие такого дарения в качестве условия лицензирования разведки/эксплуатации). «Плита» также имеет то преимущество, что подготавливает плоскую, гладкую поверхность для исследования и тестирования проницаемости профиля, с которой гораздо легче работать, чем с обычно шероховатой, изогнутой поверхностью образцов керна, когда они только что извлечены из оборудования для отбора керна. Фотографирование необработанных и «пластинчатых» поверхностей кернов является обычным делом, часто как при естественном, так и при ультрафиолетовом освещении.
Единицей длины, иногда используемой в литературе по кернам морского дна, является cmbsf , аббревиатура, обозначающая сантиметры под морским дном.
Техника отбора керна возникла задолго до попыток бурения мантии Земли в рамках Программы глубоководного бурения . Ценность получения кернов на обширной территории морского дна для океанической и другой геологической истории вскоре стала очевидной. Отбор керна многими научными и исследовательскими организациями быстро расширялся. На сегодняшний день со дна всех океанов планеты и многих ее внутренних вод собраны сотни тысяч образцов керна .
Доступ ко многим из этих образцов облегчается Индексом морских и озерных геологических образцов .
Бурение началось как метод отбора проб из рудных месторождений и разведки нефти. Вскоре оно распространилось на океаны , озера , лед , грязь , почву и лес . Керны очень старых деревьев дают информацию об их годичных кольцах, не разрушая дерево.
Керны указывают на изменения климата , видов и осадочного состава в течение геологической истории. Динамические явления на поверхности Земли по большей части цикличны во многих отношениях, особенно в отношении температуры и количества осадков .
Есть много способов датировать ядро. Будучи датированным, он дает ценную информацию об изменениях климата и местности . Например, керны на дне океана, почве и льду полностью изменили взгляд на геологическую историю плейстоцена .
Бурение с обратной циркуляцией — это метод, при котором шлам горной породы непрерывно извлекается через полую буровую штангу и может быть отобран для анализа. Этот метод может быть более быстрым и использовать меньше воды, чем колонковое бурение, но не позволяет получить керны из относительно ненарушенного материала, поэтому в результате анализа можно получить меньше информации о структуре горной породы. Если для извлечения резки используется сжатый воздух, образец остается незагрязненным, доступен практически сразу, а метод оказывает низкое воздействие на окружающую среду. [1] [2]
