Образец керна представляет собой цилиндрическую часть (обычно) встречающегося в природе вещества. Большинство образцов керна получают путем бурения специальными сверлами вещества, такого как осадок или горная порода, с помощью полой стальной трубы, называемой керновым буром . Отверстие, сделанное для образца керна, называется «керновым отверстием». Существует множество керноотборников для отбора проб различных сред в различных условиях; технология постоянно совершенствуется. В процессе отбора керна образец вталкивается в трубку более или менее неповрежденным. Извлеченный из трубки в лаборатории, он проверяется и анализируется с помощью различных методов и оборудования 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. Образцы керна могут быть также взяты у живых существ, включая людей, особенно у костей человека для микроскопического исследования, чтобы помочь диагностировать заболевания.
Состав исследуемых материалов может варьироваться от почти жидких до самых прочных материалов, встречающихся в природе или технологии, а местоположение исследуемых материалов может варьироваться от лабораторного стола до более чем 10 км от поверхности Земли в скважине . Диапазон оборудования и методов, применяемых для решения этой задачи, соответственно велик. Образцы керна чаще всего отбираются с их длинной осью, ориентированной примерно параллельно оси скважины или параллельно полю силы тяжести для инструментов, приводимых в действие гравитацией. Однако также возможно отбирать образцы керна со стенки существующей скважины. Взятие образцов с обнажения, будь то нависающая скальная поверхность или на другой планете, почти тривиально. (Марсоходы Mars Exploration Rovers оснащены инструментом для абразивного истирания горных пород , который логически эквивалентен инструменту «вращающегося бокового керна», описанному ниже.)
Некоторые распространенные методы включают в себя:
Хотя часто игнорируется, образцы керна всегда деградируют в некоторой степени в процессе резки керна, обращения с ним и его изучения. Неразрушающие методы становятся все более распространенными, например, использование сканирования МРТ для характеристики зерен, поровых жидкостей, поровых пространств ( пористости ) и их взаимодействий (составляющих часть проницаемости ), но такая дорогостоящая тонкость, вероятно, тратится впустую на керне, который встряхивали на неподрессоренном грузовике на протяжении 300 км грунтовой дороги. То, что происходит с кернами между оборудованием для извлечения и конечной лабораторией (или архивом), является часто игнорируемой частью ведения записей и управления кернами.
Кернирование стало признано 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 керн с помощью жидкого азота, который является дешевым источником. В некоторых случаях также используются специальные полимеры для сохранения и усадки/амортизации керна от повреждения.
Точно так же, образец керна, который не может быть связан с его контекстом (где он был до того, как стал образцом керна), потерял большую часть своей пользы. 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 можно было однозначно определить дату самого последнего роста дерева.
Если эти данные будут отделены от образцов керна, восстановить их, как правило, невозможно. Стоимость операции по отбору керна может варьироваться от нескольких валютных единиц (для керна, выловленного вручную из мягкого грунта) до десятков миллионов валютных единиц (для боковых кернов из удаленной морской скважины глубиной во много километров). Неадекватная регистрация таких базовых данных разрушила полезность обоих типов керна.
Различные дисциплины имеют различные местные соглашения по регистрации этих данных, и пользователь должен ознакомиться с соглашениями своего региона. Например, в нефтяной промышленности ориентация керна обычно регистрируется путем маркировки керна двумя продольными цветными полосами, с красной полосой справа, когда керн извлекается и маркируется на поверхности. Керны, вырезаемые для добычи полезных ископаемых, могут иметь свои собственные, отличные от них соглашения. Гражданское строительство или изучение почвы могут иметь свои собственные, отличные от них соглашения, поскольку их материалы часто недостаточно хороши для нанесения постоянных отметок.
Все более распространенным становится хранение образцов керна в цилиндрической упаковке, которая является частью оборудования для резки керна, и нанесение отметок на эти «внутренние бочки» в полевых условиях перед дальнейшей обработкой и анализом в лаборатории. Иногда керн отправляется с поля в лабораторию такой же длины, какой он выходит из земли; в других случаях его разрезают на стандартные длины (5 м или 1 м или 3 фута) для транспортировки, а затем собирают заново в лаборатории. Некоторые из систем «внутренних бочек» способны переворачиваться на образце керна, так что в лаборатории образец оказывается «неправильным» при повторной сборке керна. Это может усложнить интерпретацию.
Если в скважине выполнены петрофизические измерения пород стенки, и эти измерения повторяются по всей длине керна, то два набора данных коррелируют, и почти всегда можно обнаружить, что глубина «записи» для конкретного куска керна отличается между двумя методами измерения. Какому набору измерений верить, тогда становится вопросом политики для клиента (в промышленных условиях) или предметом больших споров (в контексте без преобладающего авторитета). Регистрация того, что существуют расхождения, по какой бы то ни было причине, сохраняет возможность исправления неправильного решения позднее; уничтожение «неправильных» данных о глубине делает невозможным исправление ошибки позже. Любая система хранения и архивирования данных и образцов керна должна быть спроектирована таким образом, чтобы можно было сохранить особое мнение, подобное этому.
Если образцы керна из кампании являются компетентными, то общепринятой практикой является их «отделение» — разрезание образца на два или более образцов продольно — довольно рано в лабораторной обработке, чтобы один набор образцов можно было архивировать на ранней стадии последовательности анализа в качестве защиты от ошибок в обработке. «Отделение» керна на наборы 2/3 и 1/3 является обычным явлением. Также распространено, когда один набор остается у основного заказчика, а второй набор отправляется правительству (которое часто налагает условие на такую передачу в качестве условия лицензирования разведки/добычи). «Отделение» также имеет преимущество подготовки плоской, гладкой поверхности для исследования и испытания проницаемости профиля, с которой гораздо легче работать, чем с типичной шероховатой, изогнутой поверхностью образцов керна, когда они только что из керноотборного оборудования. Фотографирование необработанных и «отделенных» поверхностей керна является рутинной процедурой, часто как при естественном, так и при ультрафиолетовом освещении.
Единицей длины, иногда используемой в литературе по кернам морского дна, является cmbsf , сокращение от сантиметров ниже морского дна.
Техника отбора керна появилась задолго до попыток бурения мантии Земли в рамках Программы глубоководного бурения . Ценность для океанической и другой геологической истории получения кернов с обширной площади морского дна вскоре стала очевидной. Отбор кернов многими научными и исследовательскими организациями быстро расширялся. На сегодняшний день сотни тысяч образцов керна были собраны со дна всех океанов планеты и многих ее внутренних вод . [ требуется ссылка ]
Доступ ко многим из этих образцов облегчается благодаря Индексу морских и озерных геологических образцов .
Кернирование началось как метод отбора проб окрестностей рудных месторождений и разведки нефти. Вскоре оно распространилось на океаны , озера , лед , грязь , почву и древесину . Керны на очень старых деревьях дают информацию об их годичных кольцах, не разрушая дерево.
Керны показывают изменения климата , видов и состава осадочных пород в течение геологической истории. Динамические явления на поверхности Земли по большей части цикличны во многих отношениях, особенно температура и осадки .
Существует много способов датировать керн. После датирования он дает ценную информацию об изменениях климата и рельефа . Например, керны на дне океана, в почве и во льду полностью изменили взгляд на геологическую историю плейстоцена . [ необходима цитата ]
Бурение с обратной циркуляцией — это метод, при котором шлам непрерывно извлекается через полую буровую штангу и может быть взят для анализа. Метод может быть быстрее и потреблять меньше воды, чем колонковое бурение, но не дает керны относительно нетронутого материала, поэтому из анализа можно получить меньше информации о структуре породы. Если для извлечения шлама используется сжатый воздух, образец остается незагрязненным, доступен почти сразу, и метод оказывает низкое воздействие на окружающую среду. [2] [3]
