Геофизика - прикладная наука, в которой возможности физики и математики применяются для изучения земли. Для исследования земных недр ученые - геофизики, обычно разбирающиеся и в математике и в физике, используют три поверхностных метода: гравитационный, магнитный и сейсмический. Большая часть средств, выделяемых на исследования, тратится на сейсморазведку, где применяются наиболее передовые технологии.
Гравиметрическая разведка - это метод разведочной геофизики, основанный на изучении гравитационного поля Земли. Главное условие для применимости гравиметрической разведки - наличие разности плотностей пород, слагающих геологические структуры, способной создать аномальность в наблюдаемом гравитационном поле Земли.
Метод разведочной геофизики, основанный на изучении гравитационного поля Земли.
Наиболее важные результаты гравиметрическая разведка даёт при региональных геолого-геофизических исследованиях: по выделению основных структурных элементов земной коры, её блоков и разломов; определению глубины залегания фундамента и его внутренней структуры; при оценке мощности неметаморфизованных пород осадочной толщи. При поисках нефтегазоносных структур гравиметрическая разведка эффективна на первых этапах — для выявления и оконтуривания соляных куполов, погребённых рифов, выступов фундамента, интрузий в осадочной толще и т.п. Результаты гравиметрической разведки при поисковых работах на нефть и газ обычно используют для определения направления и объёмов поисковой сейсморазведки.
Высокоточная гравиметрическая разведка входит также в состав комплекса геофизических методов прямых поисков залежей нефти и газа. На угольных месторождениях гравиметрическую разведку используют для трассирования тектонических нарушений, в т.ч. малой амплитуды. Гравиметрическую разведку эффективно применяют для поисков месторождений слабомагнитных железных руд, хромовых и медно-колчеданных руд. Для поисков нерудных полезных ископаемых гравиметрическую разведку используют на месторождениях калийных солей, боратов, корунда, барита, апатитов. Гравиметрическая разведка находит также применение в инженерной геологии и гидрогеологии с целью изучения глубинного строения артезианских бассейнов, поисков и оконтуривания полостей карста и решения других задач.
Метод разведочной геофизики, основанный на изучении гравитационного поля Земли.
Главное условие для применимости Гравиметрической разведки - наличие разности плотностей пород, слагающих геологические структуры, способной создать аномальность в наблюдаемом гравитационном поле Земли.
Гравиметрическая разведка выделяет структуры, скрытые осадочными породами и поэтому недоступные изучению обычными геологическими методами. В результате проведения гравиметрической съёмки по качественным оценкам гравитационного поля могут быть выделены как районы, перспективные для поисков полезных ископаемых (общая Г. р.), так и отдельные геологические структуры, в которых возможны нефтяные, газовые и различные рудные месторождения.
При детальной гравиметрической разведке тщательно изучаются локальные аномалии силы тяжести с тем, чтобы определить условия и элементы залегания аномалеобразующих объектов (глубину, форму и размеры).
В общем случае решение этой задачи неоднозначно: можно подобрать бесконечное число различных распределений аномальных масс, создающих одну и ту же гравитационную аномалию.
Однозначное решение можно найти, делая определённые предположения об аномальных массах и используя геологические сведения и выводы др. геофизических методов. Г. р., как правило, ведётся в комплексе с магниторазведкой, электроразведкой и сейсморазведкой.
Наряду с наблюдаемыми гравитационными аномалиями в гравиметрической разведке часто используются получаемые путём пересчёта различные производные от них или те же гравитационные аномалии, но соответствующие точкам выше и ниже земной поверхности.
Операция пересчёта называется трансформацией гравитационного поля.
По качественному характеру трансформированного гравитационного поля лучше выделяются отдельные геологические структуры. В благоприятных условиях трансформация позволяет определять глубину их залегания и форму.
Для решения задач гравиметрической разведки проводится гравиметрическая съёмка, которая по условиям её производства подразделяется на наземную, морскую (надводную, подводную, донную), подземную и воздушную.
Данные гравиметрических съёмок используются при изучении глубинного строения Земли.
Гравиметры и магнитометры - портативные приборы, относительно недорогие, простые при использовании. Гравиметр применяется для измерения ускорения свободного падения в конкретной точке земной поверхности. Магнитометр предназначен для измерения напряженности магнитного поля Земли в определенной точке поверхности. Оба этих прибора достаточно малы по размерам, и их можно перевозить в кузове пикапа. Магнитометром можно пользоваться для измерения с помощью летательного аппарата — такие исследования называются аэромагнитной съемкой, а также прикрепляя его к корме судна. Гравиметр же нельзя применять ни с воздуха, ни в океане в силу возникающих там вибраций.
(Портативный автоматический гравиметр)
(портативный магнитометр)
Гравиметр очень чувствителен к изменению плотности подземных пород. Он определяет ускорение свободного падения в миллигалах. В случае, когда участок земной коры не имеет аномалий и состоит из слоя осадочных пород толщиной более 5000 фут. (1500 м), подстилаемых коренной породой, результат измерений гравиметра предсказуем (см, рис. 1).
(рис. 1 Гравиметрические промеры территории)
Толща относительно легких пород, например соляной купол или пористый риф, может быть обнаружена с помощью гравиметра по значениям силы тяжести ниже среднего. Соответственно, наличие толщи относительно тяжелых пород, расположенной близко к поверхности, например породы фундамента в центре купола или антиклинали, можно определить по значениям силы тяжести выше среднего.
Магнитометр измеряет напряженность магнитного поля Земли в единицах, называемых гауссами и нанотеслами. Он тонко чувствует наличие пород, содержащих с себе магнетит — сильно магнитный минерал. Если близко к поверхности располагается масса магнетитсодержащих пород (т. е. пород фундамента), ее можно обнаружить по наличию напряженности магнитного поля, превышающей среднюю величину на данной территории (см. рис. 2).
(рис. 2 Магнитометрические измерения на территории)
Магнитометр можно использовать для определения глубины залегания пород и их состава, оценки мощности осадочных пород бассейна, а также определения местоположения сбросов, смещающих породу фундамента.
Чтобы исследовать недра с помощью гравиметра, на данный участок накладывают сетку ключевых точек. В каждой снимают показания гравиметра, затем значения наносят на основную карту и проводят изолинии тем же способом, что и на топографической карте. При аэромагнитной съемке самолет облетает две системы параллельных линий, пересекающихся под прямым углом. По данным измерений магнитного поля также можно провести изолинии. На большей части территории сила тяжести и магнитное поле будут «нормальными». При этом задача состоит в том, чтобы выявить территории с гравитационными или магнитными аномалиями.
Наличие подземного соляного купола можно установить по наземным аномалиям относительно низкой силы тяжести и низкой напряженности магнитного поля, так как соль имеет относительно низкую плотность и при этом не содержит кристаллов магнетита, в отличие от окружающих осадочных пород (см. рис. 3).
(рис. 3 Гравитационная и магнитная аномалии над соляным куполом)
Именно с использованием гравиметрической съемки вдоль прибрежных территорий Техаса и Луизианы были обнаружены многочисленные соляные купола.
Подземные рифы также могут характеризоваться гравитационными аномалиями в сторону как увеличения, так и уменьшения. Более высокие значения наблюдаются у плотных (неколлекторного типа) известняковых рифов, меньшие - у пористых рифов. Магнитные измерения обычно не используют для определения местонахождения рифов. Местонахождение купола или антиклинали можно идентифицировать по высоким значениям как силы тяжести, так и магнитного поля. Это связано с наличием плотного магнетитсодержащего фундамента, находящегося близко к поверхности в центре структуры (см. рис. 4).
(рис. 4 Гравитационная и магнитная аномалии над куполом или антиклиналью)
Гавар, крупнейшее в мире природное месторождение нефти, было обнаружено в 1948 г. в Саудовской Аравии с помощью гравиметрической съемки. Поверхность была покрыта песчаными дюнами, но при этом наблюдалась обширная аномалия повышенной силы тяжести.
Подземный сброс со смещением по падению может привести к резкому скачку вдоль линии сброса значений и силы тяжести, и магнитного поля, так как порода фундамента на одной стороне сброса лежит выше, чем на другой (см. рис. 5).
(рис. 5 Гравитационная и магнитная аномалии над сбросом)
Незначительные изменения на малых глубинах и сильные на больших дают одинаковые значения гравитационных и магнитных аномалий. Из-за этого сложно определить размер структуры и глубину ее залегания по аномалии.
Необходимы следующие условия для формирования месторождений нефти и газа в залегающих в глубинах земли отложениях, из которых экономически выгодно извлекать углеводороды: наличие соответствующих пород-коллекторов и относительно непроницаемых покрышек и ловушек, которые предотвращают утечку углеводородов к земной поверхности.
Для того чтобы стать коллектором, порода должна обладать пористостью и проницаемостью. Те же свойства необходимы для сохранения нефти и газа, а также запасов подземных вод. Пористость – это процент содержания пустот в породе. Кристаллические породы могут иметь менее 1% пустот, тогда как некоторые песчаники – 35–40%, а кавернозные известняки могут обладать даже еще большей пористостью. Наиболее обычный тип пустот – промежутки между зернами крупнозернистых осадочных пород, подобных песчаникам. Размер зерен не влияет на процент пористости, если этот размер одинаков, но при смешении зерен разного размера мелкие зерна частично заполняют пространство между крупными, уменьшая тем самым процент пористости. Итоговая пористость обломочных пород зависит от степени последующей цементации зерен; цемент породы осаждается из циркулирующих вод (таковы многие карбонатные, сульфатные и другие «хемогенные» цементы; весьма распространенные глинистые цементы образуются при одновременном осаждении песчаных зерен и глинистых частиц). Если цементация полная, то пористость не сохраняется.
Другой распространенный тип пустот – это каверны растворения в карбонатных породах – известняках и доломитах. Всякий раз, когда такие породы находятся в зоне проникновения или циркуляции подземных вод, они в какой-то степени растворяются, и результатом может быть образование высокопористых пород. Размер каверн выщелачивания изменяется от микроскопических пор до гигантских пещер. Еще одним типом природных пустот являются каверны выветривания, а также трещины и щели.
Проницаемость – это свойство пород быть проводником при движении жидкостей или газов. Некоторые глины имеют такую же высокую пористость, как и песчаники, но они непроницаемы, так как размер их пор очень мал. Чем крупнее поры, тем выше проницаемость. Прямой связи между пористостью и проницаемостью, в общем, нет, хотя обычно породы с невысокой пористостью (10–15%) имеют также и низкую проницаемость. Если проницаемость мала, то нефть будет только слабо сочиться из породы и продуктивность окажется ниже экономически эффективной. Поэтому трудно извлекать нефть из глин, хотя обильные признаки нефти в них имеются во многих районах мира. Методы извлечения нефти из глинистых пород разрабатываются.
Пласты пород-коллекторов должны иметь определенную мощность и относительно постоянную проницаемость по латерали. Мощность, ниже которой пласт-коллектор не может разрабатываться с необходимой экономической эффективностью, зависит от многих причин, включая стоимость бурения в данном районе, глубину, пористость и объем (запасы) нефти.
Хотя обычно породами-коллекторами являются песчаники и карбонатные породы, любые породы, которые обладают необходимыми геологическими или структурными характеристиками, могут содержать нефть в промышленных количествах. Примером являются трещиноватые глины (аргиллиты), конгломераты, зоны выветривания на древних поверхностях гранитов и серпентизированные магматические образования.
Для образования залежей необходимо, чтобы пористые и проницаемые породы-коллекторы перекрывались породами, которые препятствуют последовательной миграции нефти и газа вверх. Обычные экранирующие породы – это относительно непроницаемые глины. Другие породы, которые могут служить покрышками, – это плотно сцементированные песчаники, пласты плотных карбонатных пород, глины плоскостей сбросов и даже тела соляных и изверженных пород.
Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Величина наклона изменяется от примерно 4 м/км до 90°. В результате этого капли нефти или пузырьки газа, насыщающие породы-коллекторы, просачиваются вверх через насыщенные водой поры к подошве и затем перемещаются вверх по восстанию пластов вдоль раздела коллектор – покрышка. Если наклон продолжается до поверхности и пласт-коллектор остается на всем протяжении проницаемым, нефть (газ) будет выходить из пласта. Но если наклон вверх не продолжается, а существует перегиб или породы-коллекторы теряют по латерали свою проницаемость, нефть будет улавливаться до того, как она сможет выйти из пласта на поверхность. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы; такие ловушки относятся к структурному типу. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.
Простейшим типом структурной ловушки является выгнутая вверх складка-антиклиналь (рис. 1,а). Складчатость может быть результатом сокращения земной коры, сброса в глубинах земли, магматической деятельности, внедрения соляных масс; она может быть вызвана уплотнением над выступом погребенного рельефа или растворением пород. Скопление нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. На флангах складки под нефтью скапливается более тяжелая пластовая вода. Одно из крупнейших нефтяных месторождений мира – Гхавар в Саудовской Аравии – связано именно с антиклиналью.
Рис. 1. ЛОВУШКИ НЕФТИ И ГАЗА, окруженные экраном непроницаемых пород. Эти экраны препятствуют перемещению нефти и газа из слоев пористых осадочных пород, в которых они скопились и образовали залежи.
Антиклинальная ловушка (а) обусловлена изгибом слоев вверх;
ограниченная разломом тектонически экранированная ловушка (б) сформирована вертикальным перемещением пластов, когда пласт непроницаемых пород располагается напротив пласта проницаемых пород.
Соляной купол (в) образуется при внедрении соляного штока в другие пласты.
Стратиграфическая ловушка (г) формируется при замещении пористых пород непроницаемой, причем это замещение обусловлено обстановками накопления осадков.
Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола (рис. 1,в). Они представляют собой штоки или призмы соли, выжатой с больших глубин. Купола имеют в плане округлую или эллиптическую форму диаметром почти 1 км и высотой 6 и более км. Эти купола частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклинали или купола. Залежи нефти могут формироваться в покрывающей соляной купол антиклинали, в пластах, ограниченных стенкой соляного купола, и в выщелоченных кавернозных породах кровли купола (кэпроки).
Тектонически ограниченные ловушки (рис. 1,б), как и антиклинали и соляные купола, являются разновидностью структурных ловушек. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх по восстанию проницаемого насыщенной водой наклонно залегающего пласта.
Если пласты-коллекторы латерально замещаются непроницаемыми породами, возникает стратиграфическая ловушка (рис. 1, г). Основная причина изменения пористости и проницаемости пласта в пространстве связана с изменениями условий осадконакопления по площади. Другой причиной изменения коллекторных свойств является растворяющее действие пластовых вод. Так, участками может растворяться карбонатный цемент в песчаниках. Большую роль играет образование каверн в карбонатных породах. Важный вид стратиграфических ловушек образуется при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии непроницаемыми породами-покрышками.
Задача обнаружения новых месторождений нефти и газа на практике сводится к поискам возможных ловушек углеводородов. До сих пор нет методик, аппаратуры и механизмов, которые могли бы безошибочно обнаруживать подземные площади, где имеются нефтяные или газовые месторождения. Поэтому геологи и геофизики ищут места, где имеются либо структурные, либо стратиграфические условия, благоприятные для аккумуляции углеводородов; эти участки затем опробуются на наличие нефти и газа бурением скважин.
Геологические методы включают исследования на поверхности и в глубинах земли. Поверхностные исследования используют только там, где покров почв и четвертичных отложений достаточно тонкий и имеются многочисленные обнажения коренных пород. Геолог измеряет мощности разрезов обнаженных пород, строит карты геологических формаций, определяет структуру залегания путем наблюдения падений и простираний пластов в тех местах, где рельеф имеет значительную амплитуду. В случае относительно ровного залегания и плоского рельефа используется метод инструментальной съемки с помощью мензулы и алидады. Могут быть использованы аэрофотоснимки. Многие нефтяные месторождения были открыты при разбуривании антиклиналей, обнаруженных в результате поверхностной геологической съемки. В случае перекрытия коренных пород мощным чехлом четвертичных почв, аллювия ледниковых отложений и др. проводится структурное бурение. Вскрывая скважинами реперные пласты, геологи устанавливают структурный план коренных глубоко залегающих пород.
При поиске нефти на значительных глубинах широко используются геофизические методы (рис. 2, 3) – гравиметрический, магнитометрический и сейсмический; последний наиболее важен и результативен.
Рис. 2. СЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗВЕДКИ нефти и газа основаны на замере времени между взрывом на поверхности, который создает ударные волны, и приходом отраженных волн; это время зависит от глубины залегания пластов. Пласты твердых пород представлены более крупными пиками на сейсмической записи, чем пласты мягких пород.
Рис. 3. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗВЕДКИ нефти и газа основаны на слабых вариациях силы земного притяжения, обусловленных различными свойствами пород. Сила тяжести меньше над соляным куполом, потому что соль имеет меньшую плотность, чем окружающие породы; силы тяжести больше над антиклиналями и над одной из сторон сброса, потому что плотные породы фундаментов располагаются ближе к поверхности.
Используя эти методы, можно в лабораторных условиях изучать данные геофизических исследований погребенных отложений, скважин, образцов шлама и керна. Эти данные позволяют строить структурные карты глубоко залегающих горизонтов, геологические карты разных типов, карты изопахит (мощностей отложений), профильные разрезы. Собранная и обобщенная информация, полученная разными методами, используется для выявления недоступных ранее структурных и стратиграфических ловушек. Для определения следов углеводородов проводятся геохимические анализы пород и вод. По содержаниям органического вещества и углеводородов могут быть выявлены нефтегазоматеринские отложения.
Литература:
1. Норман Дж. Хайн. Геология, разведка, бурение и добыча нефти. М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2008г. – 752 стр.
2 Нефти и газы месторождений зарубежных стран. М., 1977
3 Хант Д. Геохимия и геология нефти и газа. М., 1982
4 Геодекян А.А., Забанбарк А. Геология и размещение нефтегазовых ресурсов в Мировом океане. М., 1985
Что бы оставить комментарий войдите
Комментарии (0)