§ 2. Геохимические методы

Геохимические исследования, осуществляемые при поисках нефти и газа, по своему содержанию и назначению могут быть разделены на две группы.

Первую составляют региональные геохимические исследования, в результате которых оценивается степень перспективности отдельных литолого-стратиграфических комп­лексов в пределах крупных территорий. При регионально геохи­мических исследованиях изучается рассеянное органическое вещество пород во всех литолого-стратиграфических комплексах, солевой состав пластовых вод и состав растворенных в них га­зов и органических соединений. На основе определения количе­ства и типа захороненного органического вещества, степени его превращения, дается количественная оценка возможных ресурсов нефти и газа в недрах изучаемого региона.

Вторую группу образуют исследования, задачей которых яв­ляются поиски залежей нефти и газа путем выявления и изу­чения ореолов рассеивания углеводородов из залежей. В эту группу входят различные поисковые геохимические методы — газовая, газобиохимическая, битумно-люминесцентная съемки, газовый каротаж, а также изучение некоторых газо-гидрохимических показателей пластовых вод, указывающих на присутствие залежей нефти и газа. Перечисленные методы ос­нованы на регистрации и изучении явлений рассеивания углево­дородов из залежи нефти или газа в покрывающие отложения в результате диффузии или по разрывным нарушениям.

Газовая и битумно-люминесцентная съемки заключаются в отборе проб пород под почвенным слоем или в скважинах, в последующей их дегазации и изучении на битумосодержание. Данные о концентрации газа или битума, главным образом ме­тана, наносятся на карту. Аномальные участки могут соответст­вовать залежам на глубине.

В качестве примера можно сослаться на результаты комплексной гидрогазобиохими­ческой съемки, проведенной на Леляковской площади Диепровско-Донецкой впадины. Леляковское нефтяное местоскопление четко фиксируется кольцевой аномалией вблизи поверхности по растворенному в грунтовых водах метану и тяжелым углево­дородам. Средняя концентрация метана в аномальной зоне - 0,20460 см³/л, а за ее пределами 0,01696 см³/л. Контрастность аномалии составляет 12,1. Интенсивность развития метаноокисляющих бактерий достигает 170—200 усл. ед., тогда как за пре­делами аномалии она равна 7,5 усл. ед. Контрастность анома­лии ~ составляет 6,6. Отмеченная контрастность аномалия вызвана повышенным углеводородным потоком из залежей местоскопления.

Поисковые геохимические методы, основанные на регистра­ции явлений рассеивания залежей (за счет диффузия, движу­щимися водами т. п.), относят к прямым геохимическим методам обнаружения нефтяных и газовых залежей. Разра­ботка этих методов продолжается, чему способствуют широкие научные исследования и опытно-производственные работы по этой проблеме.

3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Геофизические методы поисков и разведки объединяют раз­ные по физическим основам методы, используемые для изучения геологического строения земной коры или отдельных ее уча­стков. В том случае, когда предусматривается выполнение наземных, воздушных или морских измерений геофизических по­лей, эти работы называются, также «полевыми геофизическими разведками», в отличие от геофизических исследований в сква­жинах, непосредственно в которых производят измерения геофи­зических полей.

В зависимости от типа используемых геофизических полей различают несколько видов разведки: гравиразведку, магнито­разведку, электроразведку и сейсморазведку.

При гравиметрической разведке с помощью спе­циальных измерений на поверхности Земли изучают очень малые возмущения (аномалии) поля силы тяжести. Эти аномалии обу­словлены различием в плотности горных пород, слагающих гео­логические структуры.

Аномалии силы тяжести определяются как разность наблюденного g_n (приведенного к уровню моря) и нормального g_o (теоретически рассчитанного в предположении, что Земля пред­ставляет собой геометрически правильное тело, состоящее из од­нородных по плотности концентрических слоев) значений, силы тяжести, т. е. Ag=g_n-g_o

Гравитационные аномалий обычно отвечают участкам разви­тия интрузий в осадочной толще, рифовых массивов, соляных диапиров, сбросов и т. д.

Гравиметрическая съёмка проводится с помощью специаль­ных приборов (гравиметров, маятниковых приборов и гравитационных вариометров) при региональных поисковых работах, а в отдельных случаях и при подготовке площадей к глубокому бурению, В соответствии с этим гравиметрическая съемка под­разделяется на профильную (пункты наблюдений расположены вдоль линии) и площадную.

По результатам гравиразведки строят карты и графики аномалий силы тяжести. При благоприятных условиях гравиразведка позволяет обнаружить структуры, благоприятные для скоплений нефти и газа. Большое значение имеет и разработка методики обнаружения участков пластов-коллекторов, заполненных нефтью или газом (прямые методы), с помощью высокоточной гравиметриче­ской съемки. Наряду с наблюдаемы­ми гравитационными аномалиями в гравиразведке часто используются различные преобразования (транс­формации) гравитационных аномалий. На преобразованных (трансформированных) гравитационных полях можно четче выделить аномалии, обусловленные определенными геологическими структурами.

Магнитная разведка основана на различии магнитных свойств горных пород. Магниторазведка включает измерения полного вектора напряженности геомагнитного поля или его эле­ментов (вертикальной, реже горизонтальной составляющих), построение карт магнитных аномалий и геологическое истолкование результатов измерения. Как и при гравиразведке, при магниторазведке изучают возмущения магнитного поля, обусловленные неодинаковой намагниченностью различных горных пород.

Карты, на которых при помощи изолиний показано распре­деление элементов геомагнитного поля, носят название магнит­ных карт. Карты аномального магнитного поля отражают мест­ные отклонения геомагнитного поля от главного, изображенного на мировых картах масштаба 1 : 10 000 000.

Магнитные карты аномаль­ного поля имеют более крупный масштаб (например, 1:200 000). Эти карты обычно составляют по результатам аэромагнитной съемки. Особенно интенсивные магнитные аномалии создают магматические породы основного и ультраосновного состава, магнетитовые железные руды и др. Для измерения напряженности магнитного поля применяют маг­нитометры. Чаще всего измеряют­ся относительные значения (при­ращения) вертикальной соста­вляющей напряженности магнит­ного поля Земли ΔZ (наземная съемка), реже горизонтальной составляющей, а при аэромагнит­ных и морских съемках — модуль вектора полной напряженности геомагнитного поля Т или его приращения ΔΤ.

Наземные съемки, как правило, производятся по прямолиней­ным профилям при соотношении расстояний между профилями и точками наблюдений на них от 10 : 1 до 1 : 1. При аэромагнит­ных и гидромагнитных съемках измерения производятся непре­рывно или дискретно в процессе движения вдоль прямолиней­ных, а иногда криволинейных профилей.

По данным магниторазведки определяют глубину залегания геологических тел в земной коре, которые служат источниками аномального магнитного поля. Осадочные породы практически не магнитны. Источниками аномалий являются магматические и метаморфические породы. Поэтому магниторазведка самостоя­тельно, а также в комплексе с другими геофизическими и геоло­гическими методами применяется для изучения регионального глубинного строения, главным образом глубины залегания и петрографического состава фундамента. По морфологии анома­лий (по «рисунку» изолиний карт магнитных аномалий) удается оценить, каким типом магнитоактивного тела они вызваны, каковы площадь этого тела и глубина залегания. Полосовидные, линейные аномалии, протягивающиеся на десятки и сотни кило­метров, отражают, как правило, глубинные разломы (рис. 71), к которым часто приурочены приразломные структуры (напри­мер, антиклинальные складки) в осадочной толще.

Электрическая разведка широко используется в за­крытых районах при поисково-разведочных работах на нефть и газ. Электроразведка объединяет большое число методов изучения геологического строения земной коры путем наблюдения особенностей распределения в ней естественно или искусст­венно создаваемых электромагнитных полей. Применение элект­рических методов разведки основано на дифференциации горных пород (а также нефти и газа) по электрическим и магнитным свойствам. Электрическое сопротивление горных пород неодина­ково. У магматических и метаморфических пород оно очень вы­сокое и измеряется сотнями и тысячами Ом-м. Высокими сопро­тивлениями характеризуются некоторые осадочные горные по­роды (каменная соль, гипс, ангидрит). Низкие сопротивления — у терригенных пород.

Электроразведка постоянным электрическим током (методы вертикальных и дипольных электрических зондирований) приме­няется для картирования опорного электрического горизонта при небольшой (до 2—2,5 км) глубине его залегания. Часто та­ким опорным горизонтом служит кристаллический фундамент, перекрытый проводящими породами осадочного чехла, или высокоомый (соль, известняк) мощный горизонт в осадочной толще.

Сущность вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) заключается в измерении кажущегося сопротив­ления, когда расстояние между питающими электродами А и В в процессе зондирования последовательно увеличивается (до не­скольких километров и более).

В процессе зондирования дипольными установками (ДЭЗ) изменяют расстояние между центрами питающего и измеритель­ного диполей.

Недостатком электроразведки постоянным током является ее сравнительно небольшая глубинность, которая определяется глубиной залегания первого (от поверхности) мощного высокоомного горизонта.

В районах с очень большой мощностью осадочного покрова (более 2,5 км) или в регионах, разрезы которых содержат высокоомные экраны, применяются методы, основанные на ис­пользовании естественных и искусственных электромагнитных полей. Наиболее широко при нефтегазопоисковых работах при­меняются магнитотеллурические методы — метод теллуриче­ских токов (ТТ), магнитотеллурическое профилирование (МТП) и точечное зондирование (МТЗ). Эти методы исполь­зуются главным образом для выяснения особенностей регио­нального строения территорий и, прежде всего, для оценки глу­бин залегания фундамента и общей мощности осадочных толщ.

Разработаны и применяются при поисках нефтяных и га­зовых скоплений методы электроразведки, использующие искусственные электромагнитные поля – метод частотных зондирований, метод зондирования становлением электромагнит­ного поля и другие.

Сейсмическая разведка основана на изучении рас­пространения упругих (сейсмических) волн в земной коре. При­меняют методы отраженных и преломленных волн, которые яв­ляются основными в сейсморазведке. В основе этих методов лежит различие волновых сопротивлений или скоростей распро­странения упругих колебаний в горных породах. В сейсмораз­ведке изучают преимуществен­но продольные волны, скорость которых в горных породах от 1,5—2 до 7—8 км/с. Наряду с этим внедряется метод попе­речных волн, которые облада­ют меньшей скоростью распро­странения упругих колебаний. Сейсморазведка с помощью измерения поперечных волн по­зволяет повысить эффектив­ность изучения малоамплитуд­ных структур.

В методе отраженных волн (MOB) возбужденная взрывом или механическим воздействи­ем сейсмическая волна, рас­пространяясь во все стороны от него, последовательно до­стигает нескольких отражающих границ в земной коре - поверхностей раздела волновых сопротивлений. На каждой из них возникает отраженная волна, которая возвращается к поверхности Земли, где регистрируется приборами.

MOB позволяет изучать геологическое строение на глубинах от 0,1— 0,2 до 7—10 км и определять глубины сейсмических гра­ниц с точностью до 1—2 %. Этим методом изучают формы гео­логических тел, образованных осадочными породами, прежде всего антиклинальные складки, а также обнаруживают угловые несо­гласия, зоны выклинивания и участки смены фаций.

Метод преломленных волн (МПВ) основан на регистрации волн, образующихся на границах слоев, отличающихся повышен­ной скоростью распространения по сравнению с вышележа­щими слоями. Волна, упав на такую границу под углом пол­ного внутреннего отражения, скользит вдоль этой границы и ге­нерирует волну, которая возвращается к поверхности Земли. Пользуясь МПВ, можно определить глубину и форму поверх­ности одного или нескольких таких слоев и скорости распрост­ранения в них волн на глубинах до десятков километров. МПВ применяется преимущественно при региональных работах.

Сейсмическую разведку проводят вдоль профилей, на кото­рых через определенные интервалы располагают источники и приемники колебаний. В качестве источников колебаний ис­пользуют взрывы зарядов в неглубоких (первые десятки мет­ров) скважинах; применяют также вибрационные или ударные передвижные установки. Регистрацию колебаний производят сейсмоприемннками, в которых механические колебания почвы преобразуются в электрические. Последние передаются (по сое­динительным линиям или по радио) в передвижную сейсморазведочную станцию. На ней колебания, приходящие от каждого приемника, усиливаются, преобразовываются и записываются на магнитную ленту. Геологическую информацию из этой записи (сейсмограммы) извлекают обработкой на ЭВМ, в результате которой получают так называемые временные сейсмические разрезы, которые используют при составлении гео­логических разрезов и структурных карт.

В последние годы получили развитие новые высокоэффек­тивные методы сейсморазведки — метод регулируемого направ­ленного приема (МРНП), метод общей глубинной точки (МОГТ), вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) и др.

Сейсморазведка отраженными волнами является ведущим геофизическим методом при поисках и разведке нефти и газа. Она позволяет картировать антиклинальные складки в осадоч­ных толщах, благоприятные для скоплений нефти и газа структурные формы, на которых затем осуществляется поиско­вое бурение.

Прямые геофизические методы поисков залежей нефти и газа основаны на изучении таких свойств геофизиче­ских полей, которые обусловлены самими залежами. Исследо­ваниями было установлено, что продук­тивная часть пласта по сравнению с водонасыщенной дает пониженное значение скорости распространения продольных уп­ругих волн (на 15—20 %), а также увеличенное их поглощение. Водонефтяные, газоводяные и газонефтяные контакты в пла­стах имеют субгоризонтальное положение, тогда как геологи­ческие границы наклонные. Применяя сейсморазведку в каче­стве прямого метода, можно выделить нефтегазоносные терригенные толщи по повышенному поглощению сейсмических волн в залежах и над ними, а также установить отражения от ВНК, ГНК и ГВК.

Установлено, что нефтегазонасыщенные толщи по сравне­нию с водонасыщенными создают гравитационную аномалию из-за дефекта их плотности. С помощью высокоточной гравиразведки можно обнаружить и эти гравитационные аномалии, а значит и залежи, их обусловившие. Особенно хорошие ре­зультаты можно получить в районах развития крупных газовых залежей, высота которых достигает нескольких сотен метров. Хорошей иллюстрацией к сказанному может служить геолого- геофизический разрез местоскопления Хасси - Р´Мейль в Алжире, газоконденсатная залежь которого зафиксирована по отрицательной гравитационной аномалии.

В качестве прямого метода может применяться и электроразведка, фиксирующая при ВЭЗ увеличение кажущегося сопротивления над нефтяными и газовыми залежами. Уверенные результаты получаются при съемках повышенной детальности.

Радиометрия (аэрогамма-спектрометрическая и автогамма-спектрометрическая съемки, химико-аналитические определения радиоактивных элементов почв) обнаруживает над нефтегазовыми местоскоплениями понижение значений уран-радиевой составляющей гамма-излучений почв и повышенное — ториевой. На этом основано применение радиометрии в качестве прямого метода поисков залежей нефти и газа.

Наибольший эффект при прямых поисках можно получить в результате комплексирования разных геофизических методов.