Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

СПЕЦИФИКА ВЫДЕЛЕНИЯ АНОМАЛИЙ ВП НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ПОИСКАХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

Гарина С.Ю., Иванов С.А., Легейдо П.Ю., Яковлев С.В.

ООО «Сибирская геофизическая научно-производственная компания», Иркутск

Аннотация

Представленные материалы основаны на интерпретации данных одной из модификации методов ВП, известной как дифференциально-нормированный метод электроразведки (ДНМЭ). Этот метод давно используется его авторами и разработчиками для поиска залежей углеводородов. Поисковым критерием являются аномалии ВП, возникающие над залежами УВ. В процессе проведения инверсии данных приходится решать задачи, связанные с необходимостью минимизации эквивалентных связей между параметрами модели Коул-Коул и осуществлять выбор ее временных характеристик, от величины которых напрямую зависит полученный результат распределения ВП.

Summary

The presented materials are based on interpretation of data of one of the IP methods updating known as differential-normalized method of electro investigation (DNME). This method for a long time is used by its authors and developers for search of HC deposits. Search criterions are IP anomalies arising above hydrocarbons fields. During carrying out of data's inversion it is necessary to solve the tasks connected with necessity of equivalent bonds minimization between parameters of Cole-Cole model and to realize a choice of its time characteristics on which value the received result of IP distribution directly depends.

При выполнении нефтегазопоисковых работ методом ДНМЭ объектом поиска являются зоны развития вторичных изменений пород, возникающие под воздействием ореола рассеяния над залежами УВ, фиксирующиеся ДНМЭ в виде характерных изменений геоэлектрических параметров среды (коэффициента поляризуемости, времени релаксации, поля ВП и др.). В присутствии углеводородов среда приобретает восстановительные свойства, в результате чего над залежами в разрезе, на уровне распространения геохимических барьеров [3], происходит образование вторичных (эпигенетических) сульфидных электронопроводящих минералов (главным образом пирита), являющихся источником поля вызванной поляризации [5].

В измерениях ДНМЭ (в первой разности потенциалов поля становления DU – назовем ее суммарным сигналом) содержится информация, главным образом, о двух процессах – электромагнитной индукции (поле EM) и гальванически вызванной поляризации (поле IPg). В результате инверсии зондирований ДНМЭ получается проводящая поляризующаяся модель среды. Математически изменяя свойства среды можно раздельно рассчитать её отклик в поле EM и в поле IPg. Чтобы получить отклик в поле электромагнитной индукции EM достаточно в процессе проведения инверсии данных занулить поляризуемость среды. Чтобы получить отклик в поле гальванически вызванной поляризации IPg достаточно из суммарного сигнала DU вычесть поле EM и занулить волновое число [4, 6].

Благодаря тому, что в процессе зондирований фиксируются, а при последующей инверсии данных используются, несколько параметров, обладающих различным соотношением ВП/электродинамика, ДНМЭ позволяет не только раздельно изучать процессы электромагнитной индукции и гальванически вызванной поляризации, но и делать это достаточно точно. При этом возможность раздельного изучения полей открывает и новые возможности методов ВП при прогнозировании залежей углеводородов.

Однако, точно замерить сигнал и разделить его на составляющие электродинамики и ВП, как показывает опыт работ, еще не достаточно для решения поставленной геологической задачи. Дальнейший результат может во многом зависеть от настройки временных характеристик: от используемого в процессе решения обратной задачи диапазона времен постоянной времени τ. Постоянная времени в данном случае выступает своего рода фильтром, от правильной настройки которого зависит конечный результат.

В докладе [1] было показано, что в условиях разреза, характерного для Причерноморско-Северо- Кавказской НГП и Волго-Уральской ГНП, связанное с залежами распределение ВП может быть получено при проведении инверсии данных с использованием малых величин τ, расположенных в диапазоне времен 0.01 - 0.1 с, и не может быть зафиксировано при использовании временных фильтров, ограниченных большим (0.01 – 0.5 с) и средним (0.1 – 0.5 с) диапазонами изменения времен. Тогда это

50

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

объяснялось наличием тонкозернистого пирита, для отдельных зерен которого (размерами в доли миллиметров) наблюдается зависимость скорости спада от радиуса электронопроводящих сфер. При постоянном токе время достижения максимального значения вызванной поляризации для больших сфер асимптотически приближается к постоянной времени τ и не зависит от радиуса, в то время, как для маленьких электронопроводящих сфер оно пропорционально радиусу сферы и будет меньше постоянной времени τ [2]. Поскольку пределы изменения постоянной времени τ будут зависеть от количества пирита и состава пород, содержащих пирит, то и для разных площадей они могут отличаться. При этом настройка параметров фильтров осуществляется опытным путем на месторождениях-эталонах.

Другой путь к выбору величины τ открывается на основе использования полей IPg при аппроксимации кривых суммой экспонент. В результате этого можно получить набор постоянных времени τ, оптимальный для проведения последующей инверсии данных в рамках жесткопараметризованных моделей, что в значительной степени снимает проблему η - τ эквивалентности и позволяет получить геологически осмысленное решение. В целях реализации данного методического приема была разработана программа, позволяющая по кривым IPg рассчитывать τ на различных временах спада (рис. 1). Полученные при ее использовании величины постоянной времени τ, в частности, хорошо совпали с выбранными значениями τ, использованными при проведении инверсии данных по результатам электроразведочных работ в районе Охотского моря (рис. 2а). При этом нетрудно убедиться, что при проведении инверсии с произвольно выбранными фиксированными величинами постоянной времени, можно в рамках аналогичной сходимости полевых и модельных кривых получить эквивалентное решение, которое не является истинным, что становится очевидным при сопоставлении геоэлектрических разрезов с местоположением месторождений-эталонов (рис. 2б).

Рис. 1. Рабочее окно программы

51

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Рис. 2. Сопоставление геоэлектрических разрезов, построенных по моделям с закрепленными значениями τ: а) с тремя поляризующимися слоями и постоянными времени, определенными в них по экспоненте; б) с двумя поляризующимися слоями и постоянными времени, подобранными произвольно

Заключение

Используемый в ДНМЭ подход к проведению инверсии данных на основе применения временных фильтров позволяет существенно сузить область эквивалентности между поляризационными параметрами среды и повысить надежность выделения аномалий ВП, связанных с залежами углеводородов. При этом на практике для этого в настоящее время используются разные пути. Один из них предусматривает программно реализованную аппроксимацию кривых поля IPg, полученных в ходе инверсии с использованием широкого диапазона τ, суммой ряда экспонент, и использование этих значений при последующей инверсии, где данные значения закрепляются. Другой путь основан на сужении диапазона значений τ при расчете полей, опирающемся на опытные исследования в пределах месторождений-эталонов.

Список литературы

1.Гарина С.Ю., Иванов С.А., Легейдо П.Ю. Фильтрация полей вызванной поляризации (ВП) для выделения аномалий, характерных для залежей углеводородов (УВ). Материалы конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем», Киев, 2012, с. 26-31

2.Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. 2-е изд., перераб. и доп. «Недра», Ленинград, 1980 - 391 с.

3.Моисеев В.С. Метод вызванной поляризации при поисках нефтеперспективных площадей. - Новосибирск: Наука, 2002. - 135с.

4.Пат. 2301431 Российская Федерация, МПК G01V3/38, G01V306. Способ электроразведки с использованием пространственного дифференцирования поля становления на нескольких разносах [Текст] / Легейдо П.Ю. и др. (РФ); заявитель и патентообладатель ООО «Сибирская геофиз. науч.-произв. комп-я». - № 2005108185; опубл. 20.06.07; приоритет 24.03.05.

5.Pirson S. D. Progress in magnetoelectric exploration. -Oil and Gas J., 1982, v.80, ¹ 41.

6.Veeken P.C.H. et al. Benefits of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration / Veeken P.C.H., Legeydo P.J., Davidenko Y.A., Kudryavceva E.O., Ivanov S.A., Chuvaev A. Geophysics, vol.74, No.2 (marchapril.2009). - P. 1-XXXX

52

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

К ВОПРОСУ ОБ ИНФОРМАТИВНОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОИСКАХ ЗОЛОТОГО ОРУДЕНЕНИЯ В ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩАХ

Орехов А.Н.

Томский политехнический университет, orekhovan@mail.tomsknet.ru

Аннотация

На основе анализа материалов полевых геофизических исследований на золото в пределах Бодайбинского района сформирована поисковая физико-геологическая модель. Оценена информативность геофизических методов.

Summary

On the basis of analysis of field geophysical investigations for gold within the area formed Bodaibo, physical and geological model is created. Informational content of geophysical methods is estimated.

Месторождения золота, связанные с толщами углеродистых сланцев являются одним из наиболее значимых с промышленной точки зрения промышленно-генетических типов. Они, как правило приурочены к мощным сланцевым толщам разной степени обуглероженности, достаточно контрастным по своим физическим (и в первую очередь электрическим) свойствам. Казалось бы, что это делает такие объекты весьма благоприятными для опоискования их геофизическими методами. Однако это не совсем так. Проблема состоит в том, что сами контрастные по физическим свойствам толщи занимают достаточно большие площади, а оруденение локализовано лишь на отдельных участках. Причём в их пределах физические свойства пород отличаются от безрудных зон не всегда значительно. Второй причиной, существенно мешающей применению в первую очередь электроразведочных методов, является как раз широкое развитие графитизированных пород, что, учитывая достаточно сложные поверхностные условия, существенно снижает эффективность электроразведки методом ВП.

Тем не менее, как я постараюсь показать ниже, рациональное комплексирование геофизических методов и использование при интерпретации данных подхода. Основанного на физико-геологическом моделировании, позволяет в этих условиях достаточно уверенно выделять следы проявления гидротермальных процессов и, соответственно, прогнозировать золотое оруденение.

Фактической стороной доклада являются материалы комплексных наземных геофизических работ масштабов 1:25 000 и 1:10 000, выполненных в Бодайбинском районе в период 2009-2011 годов.

В пределах площади работ, выделены отложения Илигирской (PR3il), Догалдынской (PR3dg) и Анангрской свит (PR3an). Они достаточно слабо метаморфизованы и собраны в крупные линейные складки. Отложения свит представлены, в основном, терригенными отложениями, насыщенными углеродистым веществом. Отмечается повсеместная вкрапленность железисто-магнезиальных карбонатов, иногда встречается примесь туфогенного материала. В целом, для осадочнометаморфических отложений района характерно широкое развитие горизонтов углеродсодержащих пород.

Для района установлена связь между пликативной тектоникой и золотым оруденением. Так, в пределах нормальной складчатости развивается только кварцево-жильная минерализация наиболее простых типов, в зонах смятия, строение рудных тел усложняется, в ряде случаев появляются кварцсульфидные зоны.

Метаморфизм в районе развит достаточно широко, причём очень хорошо проявлена региональная метаморфическая зональность. Непосредственно с региональным метаморфизмом тесно связаны метасоматические изменения пород, к которым относятся замещение кальцита анкеритом и, далее, сидеритом, с одновременной концентрацией железисто-магнезиальных карбонатов и сульфидов в углеродистых толщах, что обуславливает появление прожилково-вкрапленной и карбонатной минерализацией. На этом этапе также происходило формирование пирротина. Эти преобразования сопровождаются окварцеванием пород и формированием в ядерных частях пликативных структур вытянутых жильных полей. С этой стадией гидротермальных преобразований связывается местное перераспределение золота и элементов-спутников с последующим отложением их в зонах сульфидизации и кварцевых прожилково-жильных телах. Сформировавшиеся на этом этапе рудные зоны имеют линейный вид, субширотное простирание и несколько повышенное содержание золота. Содержание золота резко повышается в пределах отдельных узлов, приуроченных к этим зонам и обусловленных наложенными более поздними гидротермальными процессами.

53

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Результаты геофизических исследований

Перед проводимыми геофизическими работами ставилась задача выявления потенциально золотоносных участков, а также картирования структуры площади. Анализ результатов ранее выполненных в районе аэрогеофизических и наземных геофизических работ позволил сформировать как оптимальный комплекс методов, так и ожидаемую модель объекта поисков.

Вкомплекс методов масштаба 1:25 000 были включены: магниторазведка, профилирование методом ВП и гаммаспектрометрия.

Вкомплекс работ масштаба 1:10 000 дополнительно была включена электроразведка методом

ЕП.

По геологическим данным, объекты поисков представляли собой достаточно узкие (порядка 2030 метров) протяжённые зоны, представляющие собой тектонические нарушения. Преимущественно субширотного простирания. Приуроченные к замковым частям антиклинальных складок, преимущественно в отложениях догалдынской свиты. Эти зоны обуглерожены, в них присутствует пирротин (причём по петрофизическим данным в рудной зоне он имеет обратное намагничение), а в контактовых частях есть окварцевание. Таким образом, в физических полях мы должны видеть узкие, вытянутые слабо отрицательные аномалии магнитного поля, а в пределах рудоносных участков они должны сопровождаться закономерно разнесёнными в пространстве аномалиями вызванной и естественной поляризуемости, а так же кажущегося удельного электрического сопротивления. Кроме того, рудным зонам должны соответствовать локальные аномалии концентрации каля (в силу характера метасоматоза) по данным гаммаспектрометрии.

Эта модель объекта поисков с одной стороны подтвердила правильность выбора комплекса методов, с другой – обусловила требования к методике проведения работ. Так магниторазведка выполнялась с шагом 5 метров. Отдельно стоял вопрос о возможностях профилирования ВП. Широкое развитие углеродистых пород причём в значительном числе случаев углеродистые сланцы весьма интенсивно прокварцованы по сланцеватости и стоят вертикально, ставило под вопрос возможность получения какой-либо информации от вызванной поляризуемости. Ранее проведённые в районе работы с ВП на постоянном токе положительных результатов не дали. Опытные работы. Проведённые нами показали, что в пределах зон обуглероживания мы устойчиво получаем положительные значения угла сдвига фазы. Причём ни изменение вида установки, ни понижение частоты не позволяли избавиться от этого эффекта. Поэтому, в соответствии с методическими рекомендациями, было решено использовать не сам параметр угла сдвига фазы. а дифференциальный параметр. Для этого, съёмки ВП в разных масштабах выполнялись на разных частотах, а так же использовались амплитуды сигнала, полученные на разных гармониках.

Ниже приведены некоторые результаты геофизических работ по основному участку и одному из участков детализации:

Рис. 1. План изолиний приращения полного вектора индукции магнитного поля ( Т) Основного участка по результатам съёмки масштаба 1:25 000

54

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Рис. 2. План изоом кажущегося удельного электрического сопротивления Основного участка по результатам съёмки масштаба 1:25 000

Рис. 3. План изолиний приращения полного вектора индукции магнитного поля ( Т) участка детализации по результатам съёмки масштаба 1:10 000

Рис. 4. План изопотенциал естественного электрического поля участка детализации по результатам съёмки масштаба 1:10 000

55

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Рис. 5. План изоом кажущегося удельного электрического сопротивления участка детализации по результатам съёмки масштаба 1:10 000

Необходимо отметить, что такие же данные были получены и по другим участкам.

Обсуждение результатов

Известно, что физические поля картируют не само распределение золота, а результаты гидротермально-метасоматических изменений пород, захватывающих, как правило, достаточно большие площади и часто проявляющихся достаточно контрастно, в том числе и в виде зонального распределения физических полей. Особенности рудного процесса, проявленного в пределах участка работ, позволяют определить основные аномалиеобразующие факторы, которые должны отражаться в физических полях, определять их морфологию и свидетельствовать о наличии или отсутствии золоторудной минерализации.

–В первую очередь к таким факторам следует отнести пирротинизацию. Гидротермальный пирротин в районе, по имеющимся данным, формируется в ходе первой фазы гидротермального процесса, завершающего процессы метаморфизма, а затем, в результате проявления дальнейших наложенных преобразований претерпевает определённые изменения. Потенциально рудными считаются отрицательные аномалии магнитного поля, обусловленные обратно намагниченным пирротином. Об этом говорят как результаты работ предшественников. Так и ранее выполненные ЦНИГРИ палеомагнитные исследования.

–К таким же факторам следует отнести и графитизацию, особенно в случае, если она сопряжена

спиритизацией. Результаты этого процесса приводят к понижению сопротивления, повышению поляризуемости и формированию отрицательных, часто достаточно интенсивных аномалий ЕП. Как правило, процессы графитизации связаны с перераспределением и упорядочиванием углеродистого вещества, уже имеющегося в породах, но, в ряде случаев, графитоиды могут формироваться и в процессе метасоматоза. Как правило, графитизация и пирротинизация несколько разобщены в пространстве, что, кстати, является одним из признаков проявления рудного процесса.

–Ещё одним из процессов, проявленных в районе, и однозначно связанных с оруденением является окварцевание. Можно было бы говорить о том, что этот процесс весьма контрастно меняет физические свойства пород (особенно электрические) и, соответственно, должен уверенно картироваться электрическими полями. Однако проблема состоит в том, что окварцевание часто проявлено по графитизированным зонам, представляет собой серию кварцевых прожилков, часто маломощных. Соответственно, изменения электрических свойств должны быть не столь однозначными.

–Необходимо также иметь в виду, что графитизация и сульфидизация могут возникать и в результате метаморфизма. Хотя образования (сульфиды, зоны графитизации с сульфидами), имеющие гидротермальную природу проявляются в физических полях значительно контрастнее метаморфогенных, тем не менее, вопрос разделения этих образований для района не решён.

Естественно, что интерпретация физических полей, выполненная в условиях явного дефицита петрофизических данных, носит вариантный характер. Поскольку масштаб съёмки достаточно мелкий, речь о выделении рудных столбов по геофизическим данным не идёт. А интерпретация была ориентирована на выявление зон аномального распределения физических полей, в которых нарушалось бы спокойная, «породная» структура физических полей и просматривались бы результаты проявления процессов описанных выше. Таким образом, потенциально рудоносными нами считались области,

56

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

пространственно приуроченные к протяжённым линейным слабоотрицательным аномалиям магнитного поля на участках, где они пересекаются крупными субширотными тектоническими нарушениями. Обязательным условием также считалось проявление геофизической зональности, проявляющейся в закономерном смещении друг относительно друга осей аномалий всех наблюдённых физических полей.

Выводы и рекомендации

Сформулируем основные выводы, сделанные по результатам проведённых работ.

1. Вышеописанный комплекс работ способен решать задачи прогнозирования золотого оруденения в черносланцевых толщах.

1.Петрофизическое обеспечение геофизических исследований в районе является совершенно недостаточным и не может обеспечить уверенной интерпретации наблюдённых физических полей.

2.Основным поисковым признаком золотого оруденения в районе является наличие геофизической зональности, заключающейся в закономерном расположении друг относительно друга аномалий магнитного поля, поля сопротивлений, естественного электрического поля, поляризуемости и аномалий ЕРЭ калиевой природы. При этом, золотое оруденение приурочено к зонам отрицательного магнитного поля, что, предположительно, обусловлено отрицательным углом наклона вектора остаточной намагниченности гидротермального пирротина.

3.Район характеризуется достаточно напряжённым структурно-тектоническим строением, причём не все нарушения одинаково проявлены в различных физических полях. В то же время, именно в узлах пересечения тектонических нарушений с продольными структурами и формируется геофизическая зональность, предположительно обусловленная гидротермально-метасоматическими процессами, с которыми связано оруденение.

57