МЕТОДИКА И ПРИЛОЖЕНИЕ К ЗАДАЧАМ НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

четвертичных. Региональные структуры надсолевого комплекса осложнены многочисленными более 1 200 солянокупольными поднятиями. Нефтегазоносность провинции приурочена к палеозой-мезозойскими отложениями. В подсолевой толще выделяются 4 продуктивных комплекса: терригенные девона, карбонатный верхнего девона – нижнего карбона, карбонатный – нижнего и среднего карбона и терригенный верхнего карбона – нижней перми. В надсолевой толще выделено два продуктивных комплекса: терригенный верхнепермско-триасовый и карбонатно-терригенный юрсконижнемеловой. В надсолевых отложениях открыто свыше 470 залежей в основном пластовых, тектонически экранированных. В подсолевых – 38 залежей большей частью массивного типа главным образом газоконденсатные с аномально высокими пластовыми давлениями.

Прикаспийская впадина, занимая юго-восточную часть Восточно-Европейской равнины, целиком лежит в области континентального климата. Среднегодовые температуры положительны и достаточно высоки, +20 °С. Средне июльская температура достигает величины +30 °С. Ощутим достаточно высокий дефицит влаги. Коэффициент увлажнения не более 0,3. Уровень грунтовых вод в северной и центральной частях провинции опущен на большие глубины более 50 м. В южных частях находится на глубине 10–12 м в сильносоленом состоянии. Климат в целом сухой с малоснежной непродолжительной зимой и сухим жарким летом. Лесов практически нет. Только по берегам рек и замкнутых водоемов сохранились остатки широколиственных лесов. Почвогрунтовые условия не так сильно дифференцированы по площади. Основной состав почвы – бурые каштановые на севере со слоем черноземов мощностью до 0,5 м и лессовидные пылеватые на юге. Эти почвы подвержены сильной ветровой и водной эрозии. Часты пылевые бураны. Встречаются пески как закрепленные растительным покровом, так и текучие, особенно в междуречье Волги и Урала, а также в Калмыкии. Основные геологические породы, слагающие распространенные типы грунтов Прикаспийской впадины принадлежат к мелкодисперсным пескам, супесям, суглинкам, черноземам и лессовидным образованиям. Температурное состояние грунтов относится к сезонным краткосрочно мерзлым. Мощность мерзлого слоя от 0,7 м до 5 см. Грунты сильно минерализованы прямо с поверхности. Несмотря на большую влагоемкость и потерю устойчивости, в сухом состоянии в результате цементирования глинистых и песчаных частиц минеральными образованиями, грунты приобретают твердость и крепость до хрупкости.

Север Прикаспийской нефтегазовой провинции полностью занят сельхозугодьями. На юге, напротив, интенсивная сельскохозяйственная деятельность сосредоточена только по

17

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

берегам рек Волги, Урала, Терека. В целом территория Прикаспийской провинции по своим климатическим и орогидрографическим условиям наиболее благоприятна для проведения сейсморазведки.

В перспективе Урало–Волго–Уральская провинция может обеспечить ежегодную добычу в пределах 140–150 млн. т. ежегодно.

1.4.2. Северо-Кавказская нефтегазоносная провинция.

Расположена в пределах Крымской и Ростовской областей, Краснодарского и Ставропольского краев, Калмыкии, Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, Чечни, Дагестана. Занимает площадь свыше 450 тыс. км2. Первые продуктивные нефтяные скважины в западной части Северного Кавказа пробурены в 1864 г. Первый большой фонтан нефти получен в 1893 г. на Старогрозненском месторождении. К 1985 году в провинции разведано 281 месторождение, в том числе 121 нефтяное, 53 газовых и 107 смешанного типа газо, нефтегазо и газонефтеконденсатных. В разработке находятся 216 месторождений. Наиболее известные из них: Октябрьское, Джанкойское, Морское, Ленинградское, Березанское, Майкопское, Северо-Ставропольско-Пелагиадинское, Мирненское, Малгобек-Горское, Старогрозненское и другие. Географически провинция занимает частично Причерноморскую и Прикаспийскую низменности, Ставропольскую возвышенность и Кумо-Манычскую впадину. Западная часть провинции находится в степной зоне, южная – в предгорных кавказских лесах, восточная – в зоне полупустынь и пустынь. В тектоническом отношении приурочена к Скифской плите, Южно- Мангышлакско-Устюртской системе прогибов Туранской плиты и краевым прогибам Большого Кавказа. Фундамент – гетерогенный: на бóльшей части герцинский, в краевых прогибах – байкальский, в прогибах Туранской плиты – палеозойский. Глубина залегания на сводах Скифской плиты до 3 км, во впадинах и прогибах до 6–8 км, а в краевых понижениях до 12 км. Мощность осадочного чехла пермо-неогенового возраста до 12 км. Он представлен континентальными, прибрежно-морскими и морскими терригенными и карбонатными отложениями. В них выделены шесть нефтегазоносных комплексов: пермотриасовый, юрский, нижнемеловой, карбонатный верхнемеловой, нижний подкомплекс палеогенового комплекса и неогеновый. Большая часть залежей, приуроченных к платформенной части Северного Кавказа, пластово-сводового типа, реже с литологическим и тектоническим экранированием. В краевых прогибах залежи пластовосводовые массивные и смешанного типа, многопластовые с тектоническим экранированием. В настоящее время все месторождения, находящиеся в эксплуатации,

18

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

характеризуются сравнительно невысокими дебитами продуктивных скважин, а общая добыча углеводородов не превышает 20 млн. т.

Северо-Кавказская нефтегазоносная провинция характеризуется в целом однородными климатическими условиями благодаря своему в основном широтному простиранию. Большая часть провинции расположена по берегам Азовского и Черного морей в пределах теплого климата. Зимнее время не продолжительно с температурой января редко опускающейся ниже –4 °С. Увлажненность почвогрунтов этого Западного района переменна. В предгорьях Кавказа в зоне лесов количество выпадающих осадков несколько превышает количество испаренной влаги, следовательно коэффициент увлажнения несколько больше 1. Крайний Запад и Север провинции расположен в более сухом поясе. Здесь жаркое и сухое лето. Увлажненность меньше 1. На востоке провинции климат более континентальный. Зимой отрицательные температуры ниже, особенно в Калмыкских степях и полупустынях. Среднегодовая температура +15 °С при июльской жаре до +40 °С. Осадков практически не выпадает, поэтому увлажненность территории менее 0,3. Летом сильные ветры с пыльными бурями.

По почвогрунтам провинция представлена постепенно сменяющими друг друга с запада на восток от мощных черноземов (толщина гумусного слоя свыше 1,0 м) через бурые каштановые к супесям и лессам. В некоторых местах на ограниченных площадях распространены песчаные пустынные грунты как закрепленные, так и барханного типа. Основные геологические типы грунтов по их распространенности на территории провинции представлены: черноземами, супесями, суглинками, песками и лёссами.

1.4.3. Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция.

Расположена в пределах Новосибирской, Омской, Томской и Тюменской областей России и занимает площадь 2,2 млн. км2. Включает в себя: Приуральскую, Фроловскую, Каймысовскую, Пайдугинскую, Васюганскую, Среднеобскую, Надым-Пурскую, ПурТазовскую, Гыданскую и Ямальскую нефтегазоносные области. Наиболее значительные месторождения: Самотлорское, Мамонтовское, Федоровское, Варьеганское, УстьБалыкское, Муравленковскок (нефтяные): Уренгойское, Ямбургское, Бованенковское, Заполярное, Медвежье, Харасавейское (газовые и газоконденсатные). Планомерные поиски нефти начались в 1948 году. Первое месторождение газа (Березовское) открыто в 1953 году, нефти (Шаимское) – в 1960 году. К 1990 году выявлено более 320 месторождений. Общая добыча нефти в 1991 году составила 318 млн. т. В настоящее время более 75% всего объема добычи России. Провинция целиком расположена на территории Западно-Сибирской низменности. Нефтегазоносные области центральной и

19

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

южной частей занимают пояс тайги и большей частью заболочены. Половина всех перспективных площадей находится за Полярным кругом в поясе субарктических и арктических тундр. Тектонически провинция связана с Западно-Сибирской плитой. В осадочном чехле установлен ряд крупных сводов (Нижневартовский, Сургутский, Северный, Красноленинский, Каймысовский, Межовский, Среднеямальский), мегавалов, прогибов и впадин, осложненных более чем 1 200 локальными поднятиями с амплитудами от десятков до сотен метров. Продуктивные горизонты приурочены к отложениям юры, неокома, сеномана. В среднем течении Оби открыты залежи сухого газа (сеноман), газоконденсатные, газонефтяные и нефтяные залежи в палеозойских отложениях в Новосибирской и Томской областях. Продуктивные горизонты на глубине от 0,7 до 4 км. Залежи относятся к пластовым, сводовым, литологически ограниченным и массивным. Рабочие дебиты скважин высокие. Характер залегания опорных горизонтов осадочного чехла спокойное, горизонтальное и субгоризонтальное. В климатическом отношении Западно-Сибирская провинция целиком принадлежит области резко континентальной. Здесь продолжительная и холодная зима, короткое прохладное лето.

Среднегодовая температура ниже нуля (–10÷–15 °С). Количество выпадающих осадков значительно превышает объем испарений, поэтому увлажненность выше 1. Это способствует распространению болот, которые занимают более 70% площади провинции. Практически по всей территории развиты многолетнемерзлые породы. На севере они расположены сплошным покровом с самой поверхности. Толщина поверхностного сезонно-мерзлого слоя не более 0,3 м. Мощность же многолетнемерзлых пород более 500

м при температуре до –10 °С. В центральной и южной части сплошной покров многолетней мерзлоты постепенно прорывается таликами, которые, соединяясь между собой превращают сплошной покров многолетнемерзлых пород в островные образования самых различных размеров, как по площади, так и по глубине их подошвы и кровли, которая опускается на значительную глубину иногда до 100 м. Более того, самый верх этой территории перекрыт мощным торфяным слоем болот, достигающим в некоторых местах 25–30 м при влажности торфа свыше 2 000 %. Почвенно-грунтовые условия Западно-Сибирской нефтегазовой провинции изменяются с севера на юг. Крайний Север заполярной тундры представлен морскими отложениями в основной части песчаными с содержанием пылеватых и глинистых частиц до 30 % по объему. Изредка включения валунов и гальки. Зона лесотундры и тайги представлена в большей части речными и озерными отложениями. Основной состав это супеси, суглинки с глинистыми частицами и торф. Зона южной тайги занята суглинками, глинами и торфяниками. По гривам располагаются пески большей частью сухие. В целом почвогрунты Западно-Сибирской

20

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

нефтегазовой переувлажнены и в этой связи сейсморазведочные работы в больших объемах возможны только в зимнее время. Равнинный рельеф, структурно-фациальный состав пород, спокойный характер субгоризонтального залегания основных отражающих горизонтов делают сейсмический метод разведки особенно продуктивным. Это и определило высокие темпы и уровень развития сейсморазведки в этом регионе.

1.4.4. Восточно-Сибирская нефтегазоносная провинция.

Расположена на территории Красноярского края, Иркутской области и Республики Якутия. По площади не уступает Западно-Сибирской провинции и включает в себя Енисейско-Анабарский, Лено-Тунгусский, Иркутский бассейны. Общая площадь провинции более 2 млн. км2.

Провинция целиком занимает площадь Сибирской платформы, относящейся к числу древних дорифейских образований, которая находится в средней части Северной Азии. Платформа ограничена зонами глубинных разломов и хорошо выраженными гравитационными ступенями. Современные границы платформы оформились в мезозое и кайонозое. С запада она ограничена долиной реки Енисей, северная граница проходит по окраинам гор Бырранга, восточная – по низовьям реки Лена (Приверхоянский краевой прогиб), на юго-востоке платформа ограничена южной оконечностью хребта Джугджур. На юге граница проходит вдоль окраинных разломов хребтов Станового и Яблоневого, опускаясь до южной оконечности озера Байкал.

Фундамент платформы докембрийский, в основном архейский. Среди основных структурных элементов выделяются: Алданский щит, Ленно-Енисейская плита, Тунгусская и Вилюйская синеклизы, Ангаро-Ленский прогиб, Нюйская впадина и другие. Типичный чехол платформы оформлен 7 комплексами. Рифейский комплекс – карбонатно-терригенный мощностью 4000-5000 м. Вендско-кембрийский комплекс сложен мелководными терригенными и терригенно-карбонатными отложениями мощностью до 3000 м. Ордовикско-силурийский комплекс представлен терригенными породами, известняками и доломитами мощностью 1000–1 00 м. Торфяные болота, но площадь их ограничена и они не представляют из себя яркой особенности, как в ЗападноСибирской провинции. Почвогрунтовые зоны распределены, как и во всей Сибири, на севере арктические и субарктические тундры, далее на юг лесотундра, ниже светлохвойные леса лиственничной тайги. Многолетнемерзлые породы представлены на Сибирской плите сплошным покровом. На севере средняя температура грунтов –15÷–10

°С. К югу температура постепенно возрастает до – 4÷–1 °С. Почвенно-грунтовые условия в Сибирской провинции не так разнообразны. В своей основе содержат морские и речные

21

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

отложения с гравийно-обломочным заполнением, супеси и суглинки. Большая территория занята выходами траппов – наиболее устойчивых и крепких образований. По рельефу Восточно-Сибирскую нефтегазовую провинцию нельзя отнести к равнинам. Ландшафтная картина во многих местах изрезана глубокими каменистыми впадинами с крутыми склонами, достаточно высокими гривами и другими возвышениями. Обилие выходов древних уже выветрелых пород, мощный покров трапповых образований делают в целом перспективную провинцию удивительно сложным объектом для проведения разведки, особенно сейсмическими методами. Достаточно сказать, что большая часть провинции отнесена по классификационным признакам условий проведения разведки к III категории.

В настоящее время является наиболее перспективной нефтегазоносной территорией России. Среди открытых месторождений (более 60) 16 имеют извлекаемые запасы более 100 млн. т., а три – более 1 млрд. т. В целом углеводородный потенциал провинции оценивается в объеме 6 млрд. т. извлекаемого продукта. Возможности добычи энергосырья позволят обеспечить извлечение в перспективе на уровне 50–80 млн. т. нефти и 100 млрд. куб. м. газа ежегодно.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Определения.

Прежде чем приступить к изучению практических вопросов использования многоволновой сейсморазведки с утилитарной целью, необходимо разобраться с некоторыми принципами сейсмических исследований, на первое место из которых выходит определение объекта, на изучение которого направлены наши усилия. Понятие объекта в сейсмической литературе столь разнообразно, что найти среди них некоторое общее можно только со стороны геологии. Объект (лат. objectum – предмет) – предмет, явление, на которое направлено действие, внимание. Предмет рассмотрения геологических наук – естественные (природные) геологические тела. «Естественным телом» (по определению В.И. Вернадского) будем называть всякий логически ограниченный от окружающего предмет, образовавшийся в результате закономерных природных процессов. Таким естественным телом будет каждая горная порода (и формы ее нахождения – батолит, шток, пласт и т. д) будет всякий минерал (и формы его нахождения), всякий организм и т. д. Наука в действительности это процесс обособления естественных тел, одновременно возможно точно учитывающий не только понятия, им отвечающие, но и реальности существования определенных естественных тел. Для

22

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

естественного тела слово и понятие неизбежно не совпадают и соотносятся между собой как категории общего и конкретного. Понятие, отвечающее естественному телу, не есть что-нибудь постоянное и неизменное, оно меняется и иногда по существу вследствие достижения нового уровня знаний. Слово, понятию естественного тела отвечающее, может существовать века и тысячелетия.

Таким образом, необходимо различать геологический объект, как реально существующее природное тело, и геологический объект, как некоторое логическое понятие, образованное в результате его разностороннего изучения. Первое консервативно, относительно устойчиво; второе постоянно меняется и совершенствуется по мере развития геологических исследований и нашего общего геологического знания. Первое – материально и существует независимо от субъективных ощущений; второе составляет его информационное поле и меняется в ходе развития наших знаний.

К первой категории будут относиться конкретные образцы (пород, руд, минералов и т. п.), тесно связанные с самим материальным естественным природным телом. Ко второй – описания, карты, схемы, макеты, в том числе и геологические коллекции (в целом), составленные по тому или другому геологическому объекту.

Философия трактует объект, как предмет, противостоящий субъекту в его предметнопрактической и познавательной деятельности. Объект, следовательно, не только тождествен объективной реальности, но и выступает, как та ее часть, которая находится во взаимодействии с субъектом, осуществляемое при помощи форм практической и познавательной деятельности, выработанных обществом (сейсмиков-исследователей) и отражающих свойства объективной реальности. Приведенные выше рассуждения, на наш взгляд, слишком длинные и могут запутать кого угодно. Это и понятно, поскольку эти определения предмета включают в себя не только его объективные характеристики, но и способы выделения самого объекта, его взаимоотношений с окружающей реальностью, физико-исторический процесс, способы измерения характеристик объекта и еще многое другое. В этом многообразии легко принять частные, специфические определения предмета за всеобщие свойства понятия и строить свою практическую деятельность на пути, возможно ведущему в тупик. Действительно, ни одно геологическое тело и объект, находящийся на глубине более 1000 м. недоступен для непосредственного исследования привычными для человека методами. Мы не в состоянии провести измерения его объема, поверхности, состояния горной породы, ее физико-механических характеристик в месте залегания. Однако, мы делаем такие заключения опосредованно путем цепочки логических рассуждений, использующих в качестве базы данные о физических свойствах, в том числе структурных, горных пород, полученные в результате без контактных

23

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

измерений параметров геофизических полей различной природы. Таким образом, можно говорить об информационном поле геологических объектов, а, следовательно и о том, что это информационное поле и является объектом наших исследований, а совсем не границы, горизонты, формы и их материальное наполнение. Это выступает как следствие решения нашей главной задачи – обнаружения изменений в закономерностях распространения упругих волн самого широкого диапазона частот от долей до нескольких тысяч и десятков тысяч герц. В части второй курса лекций было отмечено, что динамические характеристики сейсмоакустического волнового процесса по своему диапазону от самых длинных до самых коротких волн, известных на настоящее время, фактически не отличаются от электромагнитных волн. Заключая этот параграф, можно сказать, что объектом любых сейсмических, в том числе и акустических исследований является закон распространения упругих волн сейсмического (0,01 – 250 Гц) и акустического (100 – 100 000 Гц) диапазонов частот в конденсированных средах заранее неизвестного строения. Ситуация пикантна тем, что в принципе законы распространения упругих волн различной поляризации нам известны и мы в состоянии осуществить расчет, то есть прогноз волнового поля в средах с известными характеристическими модулями и плотностью. Другими словами, если известна модель среды, то проблем и не возникает, если не принимать в расчет время, затрачиваемое на получение результата. В реальной действительности мы не в состоянии построить модель среды, поскольку ни ее структурное построение, ни ее характеристические параметры нам не известны с необходимой точностью. Как правило, эти модели строятся по аналогии с другими, которые получены на близлежащих участках или по интуиции.

Завершая изложение этого параграфа, отметим следующее именно то изменение законов распространения упругих волн, наблюдаемое в реальной среде, которое выражается в количественном отклонении кинематических и динамических параметров упругих волн от известных закономерностей, и дает сведения о структурном строении, типах геологических пород, их физико-механическом состоянии и тех геодинамических процессах, которые происходили в прошлом и действуют в настоящее время.

Окончательный этап сейсмических исследований представляет собой геологическое истолкование обнаруженных расхождений в законах распространения. При этом учитывается вся совокупность геолого-геофизической информации на основе концептуального подхода, опирающегося на исторические данные предшествующих геологических процессов в развитии рассматриваемого региона. Вместе с этим, нельзя не сказать о том многообразии и сложности строения геологических объектов, которые доступны для исследования сейсмическими методами. Можно, по-видимому, принять без

24

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

доказательства, что любой геологический объект имеет свои локальные особенности, к которым, в первую очередь, относятся границы раздела, дизъюнктивные и пликативные нарушения, дайки и подобные им интрузивные образования. Сюда же можно отнести отдельные тела небольших размеров и их последовательности, которые, как видно из определения, сами по себе могут представлять геологические объекты и являться основной целью проводимого частного исследования. Одной из основных задач сейсмических методов по сравнению с другими геофизическими исследованиями является обнаружение и прослеживание границ раздела горных пород, различающихся по упругим характеристикам. Важность этой задачи состоит в том, что границы непосредственно отображают положение стратиграфических и литологических поверхностей. Выявление этих границ на глубине в заданной области изучаемого геологического пространства и является главной задачей всех геофизических методов.

2.2. Дискретность геофизической среды

Сейсмический процесс в геологической породе является следствием ее деформирования под действием сил, развиваемых источником упругих волн. Модели сейсмического режима и очага источника этого режима, как правило, базируются на представлении геофизической среды как о сплошной, деформируемой в очаге либо сферическим, либо плоским разрывом. Континуальные представления о среде позволили добиться больших успехов в решении многих задач сейсморазведки. Однако, плодотворная математическая абстракция _ континуум оказывается явно недостаточной для решения задач комплексирования сейсмических волн разных типов, например, различие частот продольных и поперечных волн, неодинаковость законов поглощения и др. Полученные к настоящему времени многочисленные данные свидетельствуют о том, что многие факты невозможно объяснить без учета текстурно-структурных свойств среды. Текстура – это характеристика степени и особенностей неоднородного строения горных пород, проявляющаяся в форме, взаимном расположении и ориентировке минеральных агрегатов или стекловатых составных частей. Структура же – это характеристика степени кристалличности, зависящая от размеров и формы слагающих минеральных зерен и их взаимоотношений друг с другом. В этом смысле земная кора сложена геологическими телами разной формы и размеров: слои, складки, разрывные нарушения, разломы, сбросы, сдвиги, надвиги, структуры магматического, седиментационного и гравитационного происхождения. Таким образом, можно сказать, что текстура первична и представляет собой уровень постройки горной породы, ее составные кирпичики или гранулы, которые

25

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

имеют размеры не более 10-2 м. К примеру: пески, глины, граниты и так далее. Структура в бóльшей степени относится к геологическому разрезу в целом, которая отражает условия ее образования (магматические, метаморфические, метасоматические и осадочные) и их последующего преобразования, Здесь выделяются первичные структурные формы, образовавшиеся без вмешательства внешних сил, кроме силы тяжести и вторичные или нарушенные. Эти структурные элементы возникли в результате деформационных преобразований первичных форм под действием различных внешних и внутренних причин (тектонических и экзотектонических).

Приведенные выше примеры дают ясную основу для понимания всего несовершенства континуальной модели строения горных пород при ее использовании для описания сейсмического процесса в реальных условиях геологического разреза. Конечно, это приближение, на котором построена вся динамическая теория упругости, позволяет получать достоверную информацию о геометрических свойствах границ раздела, Но когда речь заходит о прогнозировании геологического разреза, и, в первую очередь, о его вещественном составе, условиях залегания и параметрах состояния горных пород на глубине, континуальная гипотеза оказывается недостаточной. Изучение строения горных пород в отдельности, так и геологического разреза в целом довольно убедительно свидетельствуют об иерархическом строении геофизической среды, в которой нелинейные явления проявляются особенно сильно и отчетливо.

2.3. Дискретность сейсмических данных

Рассматривая строение геологического разреза, приходишь к выводу о том, что основной его характеристикой является пространственно-временная дискретность составляющих его элементов. При этом масштаб этой дискретности огромен, начиная от гранул размером в первые миллиметры до планетарных платформ, представительный размер которых превышает 106 м. Этот вывод основывается на делимости и определенной степени внутренней дифференцированности горной породы, а так же на относительно независимом существовании составляющих ее устойчивых форм качественно отдельных структур. Вместе с тем устойчивость разреза, взаимосвязь и взаимообусловленность элементов, составляющих ту или иную геологическую систему, выражает единство и непрерывность земной коры в целом. Она обусловливается относительной устойчивостью и неделимостью объекта как качественно определенного целого.

Дискретность или прерывистость обеспечивает возможность сложного внутренне дифференцированного разнородного строения, отдельность того или иного

26