§ 3. Поиски и разведка месторождений нефти и газа

Гравиразведочные работы при поисках нефтяных и газовых место­рождений проводятся уже давно, фактически история развития и применения гравиразведки тесно связана с поисками нефтяных месторождений. В России первые гравиразведочные работы были начаты в 1925 г. в Урало-Эмбинской области, и с этого времени гравиразведка является одним из основных методов при исследовании нефтегазоносных провинций. Естественно, что в большинстве случаев месторождения нефти и газа не могут служить непосредственным объектом гравиметрических исследований из-за незначительности гравитационного эффекта, создаваемого ими. Съемки проводят для поисков структурных форм, с которыми могут быть связаны ско­пления нефти и газа. Эти структуры весьма разнообразны, и не на всех можно получить положительные результаты. Рассмотрим основ­ные типы структур, на которых применение гравиразведки эффек­тивно: соляные купола, антиклинальные складки, куполовидные платформенные структуры, рифовые массивы.

Соляные купола представляют собой штоки каменной соли, кото­рая в результате тектонических движений была выжата вверх и частично прорвала или приподняла перекрывающие ее породы. Нефть приурочена к песчано-глинистым породам, расположенным в борто­вой части купола или над его сводом. Соляной шток, составляющий ядро купола, имеет значительные размеры как по площади, так и по вертикали: его площадь может достигать н ескольких сотен квадрат­ных километров, вертикальная мощность - нескольких километров, Плотность соли практически постоянна (2,1 г/см³) и обычно меньше плотности вмещающих пород (2,2 - 2,4 г/см³). Поэтому над соляными куполами наблюдается интенсивный минимум силы тяжести от нескольких единиц до нескольких десятков миллигал (см. рисунок). Такие аномалии отмечены в ряде районов развития солянокупольной тектоники: на Урало-Эмбинской площади, в Румынии, Запад­ной Германии, Иране.

Штоки каменной соли бывают покрыты толщей гипсо-ангидритовых пород значительной мощности, образующих кепрок. Поскольку плотность гипса 2,3, а ангидрита 2,8 - 2,9 г/см³, то кепрок имеет положительную избыточную плотность и создает положительную гравитационную аномалию, которая, накладываясь н а минимум силы тяжести купола, осложняет его. В этом случае непосредственно над куполом наблюдается довольно интенсивный максимум силы тяжести на фоне слабого минимума, который более отчетливо про­является на периферии купольной структуры (см. рисунок). Подобного рода структуры развиты в Нордвик-Хатангском районе СССР и на по­бережье Мексиканского залива в США. В районе Днепровско - Донецкой впадины соляные купола окаймлены плотными брекчированными изверженными породами, вынесенными к поверхности в процессе образования соляного купола. Эта брекчия, окружая купол со всех сторон, создает дополнительный кольцевой максимум силы тяжести на фоне общего минимума.

Во всех районах развития солянокупольной тектоники гравиразведка является ведущим методом как при определении границ этих районов, так и при поисках куполов, поскольку аномалии над ними имеют весьма характерный вид и геологическая п рирода аномалий не вызывает сомнений. По данным гравиразведки находят положение купола в плане, т. е. его общую конфигурацию. При де­тальном исследовании важно определить форму сечения купола, особенно форму его бортовых частей (см. рисунок). Решение подобной задачи представляет значительные трудности. Трехмерность купола ограничивает применение простых вычислительных способов и пале­ток и резко усложняет вычисления. Также сложно учесть гравита­ционное влияние перекрывающих купол пород, соседних куполов, регионального фона и т. д.

Б ортовые части соляных куполов изучают комплексом из высоко­точной детальной гравиметрической съемки и сейсморазведки (см. рисунок). Конфигурация верхней части купола получена по сей­смическим данным, характер погружения крыльев установлен по результатам гравиразведки. Одно из крыльев имеет очень крутое падение, другое пологое. Мощность купола оценена в 3 - 4 км.

Антиклинальные структуры, развитые в геосинклинальных обла­стях и краевых прогибах платформ, часто являются благоприятными объектами для обнаружения их гравиразведкой. В э тих условиях плотность мощной толщи осадочных образований возрастает с глу­биной, поэтому над антиклинальными складками наблюдаются максимумы силы тяжести (см. рисунок). Наряду с положительными аномалиями над антиклинальными структурами часто можно наблю­дать и отрицательные аномалии. Это объясняется послойным изме­нением плотности пород, что связано с изменением их фациально-литологического состава от периферии складки к ее своду с выклиниванием пачек более плотных пород, с увеличением paздробленности и трещиноватости пород в сводовых частях складки.

Примером таких структур (см. рисунок) могут служить антиклинали Ашперонского полуострова, Западного Предкавказья, Прикарпатского прогиба. Минимумы силы тяжести над антиклиналями наблюдаются и при обратной последовательности распределения плотности, когда более плотные породы залегают в ыше легких. Такие структуры известны в Ферганской долине и в Калифорнии. Имеются области, где одни антиклинальные структуры отмечаются минимумами, другие - максимумами.

Таким образом, установить соответствие антиклинальных структур наблюденной картине гравитационного поля довольно сложно из-за разного знака аномалий. Поэтому требуется тщательно учиты­вать все геологические факторы и привлекать данные других геофизических методов.

Месторождения нефти и газа часто связаны с рифовыми масси­вами, которые представляют собой отдельные гребни или гряды известняков, возникшие как фациальные образования в результате трансгрессий и регрессий моря и изменения условий осадконакопления. В гравитационном поле рифы проявляются вместе с другими геологическими факторами, которые по сво­ему действию иногда значи­тельно превосходят эффект от рифов. Чтобы выявить рифовые массивы по грави­метрической карте, надо выделить небольшие по интен­сивности локальные анома­лии на фоне сложного поля.

В России накоплен опыт по применению гравиразведки для поисков рифов в Предуральском прогибе. Здесь рифовые образования перекрыты толщей гидрохи­мических осадков (ангидрит, гипс, соль) кунгурского яру­са. Из-за резкого изменения мощности и высокой пла­стичности соль местами об­разует поднятия, подобные но форме рифовым массивам. Геологоразведочными рабо­тами было установлено, что и рифовые образования, и соляные поднятия сопрово­ждаются поднятиями ангидритовых отложений кунгурского яруса, являющегося опорным электрическим горизонтом с высоким, удель­ным сопротивлением. Комплексирование гравиразведки с электроразведкой позволило выделять поднятия кунгурских отложений, связанные с рифами, и отличать их от поднятий, связанных с солью. Электроразведка отмечает поднятия кунгурского яруса, связанные как с куполами соли, так и с рифовыми массивами. Но если поднятию соответствует гравитационный максимум, то это поднятие несолевого происхождения и может быть отнесено к рифовому массиву; если же поднятию отвечает минимум силы тяжести, то это поднятие солевого происхождения. Дальнейшее исследование перспективных площа­дей проводится сейсмическими и буровыми работами.

Значительное число месторождений нефти и газа, обнаруженных на платформах, приурочено к куполовидным поднятиям в осадочной толще. Такие поднятия характеризуются малой амплитудой (несколько десятков метров), очень пологими углами падения крыльев (несколько градусов) и достаточно большой глубиной залегания (1- 2 км и более). Выявление подобного рода структур гравиразведкой представляется исключительно трудной задачей, поскольку наблюдаемые аномалии не превышают нескольких десятых миллигала, а выделять их необходимо из общего поля, иногда резко дифференцированного. Поэтому до последнего времени полагали, что гравиразведка даже при высокой точности наблюдений для поисков подобного рода структур неприменима.

Детальное исследование физических свойств пород осадочного; чехла показало, что в пределах малых куполовидных поднятий суще­ствует послойное изменение плотности пород: от периферии к своду структуры плотность пород уменьшается, что зависит от литолого-фациальных или тектонических факторов. Эти изменения плотности незначительны по абсолютной величине, но, проявляясь в мощной толще осадочных пород на большой площади, они создают дополни­тельный гравитационный эффект, который может быть даже больше «прямого» гравитационного эффекта структуры. Можно показать, что изменение плотности, равное 0,1 г/см³, может вызвать аномалию в несколько миллигал, что достаточно надежно регистрируется высокоточными гравиметрическими измерениями. В этом случав куполовидным поднятиям соответствуют минимумы силы тяжести.

Подобные изменения плотности карбонатных пород установлены непосредственно на структурах Волго-Уральской провинции. Эти изменения составляют для пород пермского возраста 0,3, каменно­угольного возраста 0,1 - 0,2 г/см³. Разуплотнение пород создает над структурами слабые, 2 - 4 мгал, минимумы силы тяжести. Однако это положение не распространяется на всю Волго-Уральскую провин­цию, поскольку в различных ее частях геологическая обстановка различна. В частности, на юге провинции, где развиты куполовидные поднятия с крутыми склонами и большими амплитудами, «прямой» гравитационный эффект превалирует над эффектом изменения плотности. В этом районе крупные и резкие куполовидные поднятия отмечаются не минимумами, а максимумами силы тяжести 2 - 4 мгал.

Изменение плотности на куполовидных структурах установлено и в южной части Западно-Сибирской низменности. В частности, для пород эоцена разуплотнение равно 0,2 - 0,5, мела 0,28, юры 0,14 г/см³. Полученные данные указывают на возможность успеш­ного применения гравиразведки при поисках локальных структур в пределах платформенных областей.

Имеются попытки использовать гравиразведку в комплексе с дру­гими геофизическими и геохимическими методами для прямых по­исков нефти и газа. Геологической предпосылкой применения грави­разведки для этой цели является наличие разности между плотностью нефте- и газонасыщенных коллекторов и плотностью коллекторов, насыщенных водой. Эта разница составляет для коллекторов нефти 0,05 - 0,07 г/см³, для коллекторов газа 0,16 - 0,22 г/см³. Элементарные расчеты показывают, что над нефте- и газоносными структурами на фоне общей гравитационной аномалии можно ожидать локальные минимумы порядка нескольких десятых миллигала. Высокоточные гравиметрические съемки, проведенные на известных нефтяных месторождениях Мангышлака, Западной Сибири, Азербайджана, подтвердили наличие локальных минимумов 0,15 - 0,3 мгал. Однако выделить этот аномальный эффект из общего гравитационного поля чрезвычайно трудно, необходимо с высокой точностью учитывать факторы, которые могут создавать такие же аномалии (уменьшение плотности пород в сводовой части структуры, фациальные изменения и т. п.). Помимо этого положение нефте­газовой залежи в большинстве случаев совпадает со структурой, которая может сама создавать гравитационную аномалию. В этом случае их гравитационные эффекты практически неразделимы. По­этому наблюдаемые локальные минимумы можно связывать с зале­жами нефти и газа только тогда, когда учтены и исключены все другие факторы.