МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Компания «PHOENIX GEOPHYSICS LTD» (Канада)

Материалы

X-го международного геофизического научно-практического семинара

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ

ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОИСКАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

8-9 ноября 2012 г., Санкт-Петербург

Санкт-Петербург 2012

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО НОРМИРОВАННЫЕ КРИВЫЕ МТЗ-АМТЗ

Ингеров И.А. 1, Ингеров О.И. 2, Лозовой А. В.3, Мендрий Я. Ю. 3

1 «AGCOS» LTD, Канада, Торонто, Онтарио

2 «PHOENIX GEOPHYSICS», Канада, Торонто, Онтарио, oingerov@phoenix-geophysics.com

3 ГВУЗ «Национальный горный университет», г. Днепропетровск, Украина, lozovoy_dp_ua@mail.ru

Краткое резюме доклада

Кривые индукционных зондирований с естественным источником поля имеют интерференционные экстремумы [1] (особые точки), связанные с взаимодействием прямой электромагнитной (ЕМ) волны, падающей на земную поверхность из воздуха и ЕМ волн, отраженных от контрастных границ в геоэлектрическом разрезе. Положительные экстремумы образуются, если отраженная волна запаздывает на период, отрицательные – на пол-периода. Абсциссы (частоты или периоды) экстремумов тесно связаны с произведением мощности пород. Для продольных кривых (ТЕ мода) МТЗ-АМТЗ эти абсциссы не подвержены влиянию S-эффекта. Годографы этих абсцисс наглядно отражают поведение границ и могут быть использованы для восстановления границ подобно сейсмическим годографам. Для формализации процесса определения координат особых точек и увеличения из амплитуды целесообразно воспользоваться дифференцированием амплитудных и фазовых кривых. Предлагается вычисление двух видов производных конечно разностных параметров:

1.Конечноразностных амплитудных и фазовых параметров;

2.Нормированных конечно-разностных амплитудных и фазовых параметров.

Фазовые варианты первых широко применялись А.В. Куликовым и его коллегами из ВНИИГеофизики в фазовом методе вызванной поляризации (ИНФАЗ-ВП). Эти параметры представляют собой сумму наблюденной функции и ее производной, нормированной на частоту ЕМ поля. Они не меняют уровень кривой (не устраняют статические искажения), однако подчеркивают рельефность экстремумов и смещают экстремумы в область более высоких частот. Вторые кроме экстремумов подчеркивают также и точки перегиба кривых зондирований, которые также несут сконцентрированную информацию о геоэлектрическом разрезе. Они сводят уровень трансформированной кривой к нулевой горизонтальной линии. Кривая меняется относительно этой линии подобно сейсмической трассе. Авторы установили наиболее эффективный способ картирования границ в геоэлектрическом разрезе.

Список литературы

1.М.Н.Бердичевский «Электрическая разведка методом магнитотеллурического профилирования», М., Недра, 1968 г., 255с.

2

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУР И АНОМАЛИЙ

Фельдман И.С.

ООО «ЕМГЕО», Москва, mail@emgeo.com

Аннотация

В докладе рассмотрена методология геологической интерпретации по принципу аналогии с типовыми геоэлектрическими структурами, соответствующими некоторым типовым геологическим ситуациям. При этом геологическая история рассматривается через призму истории геоэлектрических образов. Для создания типовых эталонов используются участки и области, хорошо изученные как методами электроразведки, так и другими геофизическими методами, и бурением. Наиболее важным фактором первоначального состава в формировании образа является глинистость. Вторичные изменения практически полностью зависят от степени термического воздействия. Для мезокайнозойских образований преобладает фактор первичного состава, для палеозойских и более древних – фактор вторичных изменений.

Summary

The report considers the methodology of geologic interpretation according to the principle of analogy to the typical geoelectrical structures corresponding to some typical geologic situations. At that, the geologic history is reviewed in terms of the history of geoelectrical patterns. The areas and regions that have been thoroughly explored by both electric exploration and other geophysical methods and drilling are used for the creation of the standard samples. The most important factor of the initial composition in the formation of a pattern is the clay content. The secondary changes almost fully depend on the extent of thermal impact. The factor of the initial composition prevails for the Meso-Cainozoic formations, and the factor of the secondary changes prevails for the Paleozoic ones and those that are more ancient.

Геологическая интерпретация результатов электромагнитных исследований как раньше, так и сейчас является важным завершающим этапом представления результатов геоэлектрических исследований, как в научной, так и в производственной сфере (инженерные изыскания, поиски полезных ископаемых). В каждой конкретной ситуации для решения данной проблемы привлекаются все имеющиеся априорные данные и существующие геологические представления об объекте. Однако, далеко не всегда этих данных достаточно для правильного геологического толкования тех или других выявленных особенностей. Независимый и достаточно эффективный путь решения этой же проблемы – использование принципа аналогий с другими геоэлектрическими объектами, относящимися к тому же типу по некоторой классификации, сложившейся на основе опыта предшествующих работ.

В геологических науках давно и широко практикуется классификация типовых геологических структур и слагающих их геологических формаций по признакам их сходной геологической истории. Возможности такой классификации порождены объективно существующими законами геологического развития Земли, действующими, по крайней мере, последние два миллиарда лет. Горные породы, слагающие геологические структуры и разрезы, в каждой ячейке имеют определенные физические свойства (сопротивление, скорость, плотность и др.). При геофизическом изучении геологического объекта мы получаем его образ в виде интегральных геофизических свойств при некоторой мере близости к реальному распределению физических свойств. Меру близости или эквивалентность по параметрам необходимо учитывать при выборе типовых моделей для задачи классификации. Более грубая модель с меньшим количеством параметров, возможно, подойдет больше (лучше), чем более детальная, полученная автором путем интерактивного выбора в пределах эквивалентности той модели, которая лучше всего отвечает его геологическим представлениям и некоторым априорным данным.

Поскольку геофизические объекты являются некоторым образом геологических объектов, то при их описании и последующей классификации полезно знать их геологическую историю. Все начинается с образования пород. Осадочные породы слагаются из продуктов эрозии ранее образованных, как правило, в той или иной мере метаморфизованных образований. Образуется почва, растительный слой и водная оболочка, в разной степени насыщенная живыми организмами. В зависимости от физикогеографической и тектонической обстановки и климатических условий единовременно по латерали могут образовываться различные осадочные породы с различным сочетанием главных составляющих: глинистой (низкое сопротивление от 0.2-0.6 Ом∙м), карбонатно-солевой (высокое сопротивление от 1001000 Ом∙м) и песчанистой (~ от50-100 Ом∙м). Периодические колебания поверхности Земли даже в платформенных условиях приводят к трансгрессиям и регрессиям морей и изменениям положения основных водотоков, что отражается на составе отлагаемых осадков, прежде всего, в отношении их

3

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

глинистости. Понятно, что именно величина глинистости практически полностью определяет сопротивление пород на начальных этапах их образования (литогенез и диагенез). Роль водных растворов при этом незначительна, поскольку ее сопротивление составляет десятки Ом∙м. Таким образом, формируется слоеный пирог с интервалами в среднем от нескольких метров (иногда и меньше), а с перепадом интегральных сопротивлений в 100-1000 раз.

Кроме осадочных пород происходит формирование магматических пород в виде внедрения интрузий (в том числе траппов) и эффузий (туфы и лавовые покровы). Это высокоомные образования, имеющие статистически значимые различия для разного состава интрузий.

Рассмотрим теперь, как изменяется сопротивление осадочных пород на протяжении последующей жизни под действием термодинамических условий и флюидно-газовых агрессий из глубин Земли. Понятно, что если на определенном историческом этапе происходит тектономагматическая активизация, а ей, как правило, предшествует глубокое погружение осадочных образований, то породы существенно изменяются и превращаются из собственно осадочных в той или иной степени метаморфические породы. На последней школе-семинаре по электромагнитным зондированиям я рассказывал о влиянии вторичных изменений на осадочные породы [1]. Напомним основной вывод этой работы. Вторичные изменения могут охватывать как большие территории, так и локальные участки. Ярким примером региональных различий является суммарная проводимость (S) или среднее сопротивление (ρср) таких платформ как Восточно-Европейская и Сибирская. Для Сибирской платформы ρср больше в 30-40 раз, что связано с региональной тектоно-иагматической активизацией (внедрение траппов) в триасе. На территории Восточно-Европейской платформы на больших глубинах вскрыты близкие к первичным глинистые образования палеозоя и местами рифея с сопротивлением первые Ом∙м. С приближением к Уралу сопротивление одновозрастных образований увеличивается в Поволжье до 15-20 Ом∙м, в Предуральском прогибе до 40-50 Омм. На этом фоне в Предуралье прослеживаются полосовые высокоомные аномалии, совпадающие с отдельными цепочками нефтегазовых месторождений. Они являются оперяющими разломами этапа формирования Уральского складчатого пояса [2].

В докладе рассмотрены некоторые результаты детального геоэлектрического изучения НепскоБотуобинской антеклизы и Патомского прогиба Сибирской платформы. Здесь на основе комплексной интерпретации данных электроразведки (МТЗ, ЗСБ, ТТ), сейсморазведки МОГТ, гравимагниторазведки и результатов бурения (каротаж, испытания) выделены разломы различного возраста и различной природы (рис. ). Наиболее яркие и протяженные – это вертикальные высокоомные зоны осадочного чехла, которые прослеживаются на картах проводимостей (сопротивлений) разных уровней. С этими зонами практически идеально совпадают узкие (малоглубинные) линейные аномалии магнитного поля,

рассекающие все другие структурные особенности поля Та, т.е. наиболее молодые. Геологическая интерпретация последних по комплексу данных, включая результаты бурения и геологической съемки, отождествляет их с неглубоко залегающими в осадочном чехле дайками долеритов и габбро-долеритов раннетриасового и средне-позднедевонского траппового комплекса. Очевидно, что внедрения даек происходило на этапе тектоно-магматической активизации значительной территории платформы, но концентрировались вдоль серии проницаемых разломов. Именно вблизи этих разломов располагаются практически все нефтегазовые месторождения Непского свода.

По данным электроразведки выделены многочисленные локальные протяженные линейные высокоомные аномалии, которые соответствуют различным этапам тектонического развития данной территории, вплоть до наиболее молодых разломов северо-восточного и меридионального направлений, которые являются оперяющими разломами этапа формирования Байкальской горно-складчатой системы и сопряженного с ней Предпатомского прогиба. Практически все локальные аномалии проводимости этой территории отражают вторичные изменения горных пород, оставшиеся после этапа активного флюидно-газового прогрева по проницаемым разломам. Построенные нами карты региональных аномалий этой территории (Rф=30 км) также могут быть связаны со вторичными изменениями уже регионального масштаба.

В докладе рассмотрены различные примеры достаточно типичных геоэлектрических структур и аномалий, для которых использование принципа аналогий и сведений из геологической истории позволило дать их геологическую интерпретацию. Примеры охватывают строение осадочного чехла и земной коры: проницаемые разломы, разломы с вертикальным смещением, разломы с горизонтальным смещением, захороненные островные дуги, картирование фронтальных границ надвигов, кольцевые структуры, картирование зон метагенеза, зоны гранитизации, границы складчатого и кристаллического фундамента и другие.

4

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Заключение

Геологическая интерпретация геоэлектрических структур и аномалий должна сочетать два взаимосвязанных направления анализа: первичный состав и вторичные изменения. При оценках первичного состава главным фактором является глинистость пород. При слабых вторичных изменениях более проводящие горизонты по вертикали и более проводящие зоны по горизонтали, как правило, отражают увеличение глинистости. Роль проводящих растворов как фактор появления аномалий проводимости нам представляется минимальной. Вторичные изменения осадочных пород связаны в основном с воздействием температур. Они могут быть весьма значительными. Они имеют как региональный, так и локальный характер. Региональный прогрев связан с тектоно-магматической активизацией больших территорий и проявляется достаточно явно по ряду геолого-геофизических данных. Локальный прогрев подразумевает наличие проницаемых зон (разломов), по которым из глубоких горизонтов в чехол поступают горячие флюидно-газовые потоки и магматические расплавы. Поскольку воздействия были достаточно давно, мы видим только вторичные изменения пород, к которым они привели. Никаких температурных аномалий или флюидов сегодня здесь нет. Следы термических воздействий формируются в период их действия и, как правило, необратимы. Если эти образования перекрываются более молодыми отложениями после завершения воздействия, то они захороняются и не отражаются в вышележащих породах. Это существенно осложняет их последующие поиски. Здесь, как правило, могут быть исключения, связанные с использованием одних и тех же ослабленных зон на более молодых этапах активизации. На большей части Сибирской платформы мы имеем дело с благоприятной ситуацией, когда изучаемые нами палеозойские образования практически не перекрыты более молодыми.

При изучении земной коры мы имеем дело с более глубокими вторичными изменениями. С ростом температур и давлений сопротивления горных пород с малым количеством органогенных образований увеличиваются достаточно интенсивно до 103-105 Ом∙м. Никакая флюидно-газовая активность не может привести к заметному снижению их сопротивления [3]. Для пород, обогащенных

органикой, при температурах порядка 300-400°, начинает образовываться графит, сначала в аморфной тонкодисперсной форме. При увеличении температур объемы преобразования увеличиваются, графит переходит в кристаллическую форму, формируя черносланцевые породы с очень низким сопротивлением. Этот процесс идет только в одну сторону, в сторону увеличения графитизации и снижения сопротивления. Учитывая огромные объемы органогенных образований, которые за миллиарды лет попали в земную кору, они являются достаточными для формирования проводящих структур и аномалий с суммарной проводимостью во многие десятки и сотни тысяч сименс. Только процесс гранитизации с переплавлением может привести к разрушению этих пород.

Список литературы

1.Фельдман И.С. Влияние степени диагенеза и катагенеза на сопротивление горных пород. Материалы Всероссийской школы-семинара им. М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли. г. Санкт-Петербург, 2011г., с.219-222.

2.Фельдман И.С. Геоэлектрические исследования при поисках нефти и газа. Journal Oil&Gas Eurasia #2, 2009. p.52-56.

3.Фельдман И.С., Сальников А.С., Кузнецов В.Л., Чернов А.А. Комплексная сейсмогеоэлектрическая и плотностная модель земной коры по геотраверсу 2-ДВ. Сб. «Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным». Сб. научных трудов под ред. А.А.Сальникова. Н.: Наука, 2007., стр.105-111.

5