5.4 Гидрогеологические методы

Гидрогеологические и гидрохимические методы исследований также входят в обязательный комплекс геологопоисковых работ на нефть и газ. Поскольку нефтяные и газовые месторождения повсеместно сопровождаются высокоминерализованным пластовым водам двух типов: хлоркальциевые и гидрокарбонатно-натриевыми, то определение солевого состава подземных вод является первоочередной задачей. Объектами изучения на начальном этапе служат все естественные и искусственные водопункты: родники, колодцы, картировочные скважины, а в последующем и все глубокие скважины, от опорных до поисковых и разведочных.

При этом кроме химического состава вод оценка и анализу подлежат общая минерализация, содержание органического углерода – С_орг. и других органических примесей, наличие характерных для нефтегазоносных толщ, элементов иода, брома, фтора, стронция, состав и содержание водорастворенных газов (углеводородных, сероводорода, углекислоты, азота, гелия, аргона и других). Наряду с химизмом вод в процессе гидрогеологических исследований решаются также задачи гидродинамики: пластовые давления, статические уровни, пьезометрические напоры, области питания и разгрузки, гидравлические уклоны, направления и скорости движения пластовых вод.

Учитывая генетические взаимосвязи пластовых вод с залежами углеводородов гидрогеологические исследования водоносных горизонтов проводятся на всех этапах ГРР, от регионального до разведочного и продолжаются в процессе эксплуатации залежей нефти и газа.

5.5 Геотермические методы

Геотермические методы основаны на зависимости глубинных температурных показателей от геоструктурных условий изучаемых территорий. Многочисленными исследованиями установлено, что температурными аномалиями, изменениями плотности теплового потока и геотермических градиентов картируются различные типы структурных осложнений: погребенные выступы фундамента, сводовые поднятия и синклинальные формы, эрозионные останцы магматических и метаморфических пород, соляные купола и локальные антиклинали.

Данные геотермы способствуют выявлению областей питания и разгрузки изучению динамики подземных вод артезианских бассейнов.

Изучение температур проводят в процессе бурения скважин методами электрокаротажа при опробования отдельных водоносных горизонтов. Фактические данные о температурах, привязанные к определенным пластам, горизонтам, глубинам, к гипсометрическим уровням, служат исходным материалом для построения различных видов геотермических карт: изотерм, равных геотермических градиентов и др.

Геотермические исследования в качестве подсобного метода могут применяться на всех этапах ГРР, от региональных до детальных геолого-поисковых работ, что связано со структурными возможностями этого метода.

5.6 Геофизические методы. Гравиразведка

Геофизические методы разведки (гравии-, магнито-, электро-, сейсморазведка и каротажные методы) играют ведущую роль в геологоразведочном процессе как на нефть и газ в платформенных областях, так и на твердые полезные ископаемые в складчатых областях. Их ведущая роль определяется, прежде всего, достаточно высокой геологической эффективностью методов, мобильностью, возможностью охвата больших территорий, разномасштабностью и относительной дешевизной. Немаловажное значение имеет возможность комплексирования геофизических методов с бурением, а также и межметодное комплексирование.

В основе применения геофизических методов лежат различия в физических свойствах горных пород, создающие разного рода поля: гравитационное – в связи с разными плотностными свойствами пород; магнитное поле – в связи с их магнитной восприимчивостью и остаточной намагничеснностью; электрическое – в связи с разной электропроводностью или удельным электрическим сопротивлением; сейсмическое волновое поле – в связи с упругими свойствами слоистых геологических сред.

Эффективность применения тех или иных геофизических методов зависит от степени различий в физических свойствах горных пород и полезных ископаемых, то есть от того, насколько исследуемое тело или залежь полезного ископаемого отличается по физическим свойствам и параметрам от вмещающих пород или от смежных тел и других пластовых ассоциаций.

Наиболее легкий мобильный и высокоскоростной метод гравиразведки основан на дневной поверхности, что позволяет выявлять аномалии гравитационного (положительные или отрицательные) обусловленные характером плотностных неоднородностей горных пород.

Плотность горных пород зависит от двух основных факторов: от минерального состава и пористости. Плотности изверженных и метаморфических пород определяются в основном их минеральным составом и возрастают от пород к основным и ультраосновным. В распределении плотностей осадочных пород определяющую роль играет их пористость. Поэтому плотности рыхлых или слабо сцементированных пород гораздо ниже, чем крепких, плотных и сливных.

Сравнительная таблица плотностей некоторых горных пород представлена ниже.

порода	плотность, г/см3	порода	плотность, г/см3
Осадочные породы		Магматические и метаморфические породы
Песок	1,4-1,7	Гранит	2,4-3,0
Глина	2,0-2,2	Гнейс	2,6-2,8
Песчаник	1,8-2,8	Габбро	2,8-3,1
известняк	2,3-3,0	Базальт	2,7-3,2
Уголь	1,1-1,4	Перидотит	2,8-3,4
Каменная соль	2,1	Медный колчедан	4,1-4,3
		Магнетит, гематит	4,9-5,2
		Серпентинит	2,42-2,5
		Сланцы метаморфические	2,65-2,7
		Хромитовые руды	3,55-3,6

Плотность горных пород, подвергшихся процессам выветривания гораздо ниже, чем у тех же пород, но не измененных. В таких случаях снижение плотности происходит за счет разрушения, выщелачивания и дезинтеграции пород, приводящих к росту в них пустотного пространства, проявлению вторичной пористости и, соответственно снижению плотности .

Гравиметрический метод основан на изучении относительных аномалий силы тяжести на дневной поверхности – Δg, которые представляют собой отключения наблюденных значений - g_наблюд от так называемого нормального поля ускорения силы тяжести, теоретически рассчитанного для нашего геоида. Установлено, что значение ускорения на экваторе Земли – 9,780 м/с², а на полюсах – до 9,825 м/с². За среднее значение ускорения принять 9,810 м/с².

Изменения или аномалии силы тяжести в гравитационном поле обусловлены объемом возмущающегося геологического тела, глубиной его залегания и величиной избыточной плотности пород данного объекта, то есть разницей в плотностях аномалообразующего объекта с вмещающими породами. Чем крупнее объект по своим линейным размерам и амплитудам и чем больше разность плотностей, тем чаще проявляется гравитационная аномалия от изучаемого геологического объекта (структурного или эрозионного выступа, сводового поднятия, рифового массива, соляного купола и других тел). Зависимость величины аномалии от глубины залегания возмущающихся масс имеет обратную тенденцию, то есть наблюдается снижение гравитационного эффекта с глубиной.

Гравиметрия – метод, который успешно применяется на всех стадиях геологоразведочных работ от региональных до детальных работ, от профильных (маршрутных) съемок до площадных разного масштаба. По результатам гравиметрических съемок строятся карты аномалий силы тяжести в редукции Буге, учитывающие плотностные неоднородности среды, а на их основе глубинные геологические модели. Но, как было показано выше, наблюденное поле силы тяжести представляет собой результат многофакторного взаимодействия как самого аномалообразующего тела, так и всего глубинного разреза. В основе интерпретации данных гравиразведки лежит решение прямых и обратных задач. Прямая задача, то есть определение количественных значений поля силы тяжести от определенных тел с известными формами, размерами, глубиной залегания и плотностными параметрами, имеет однозначное решение. А вот обратная задача определения форм, размеров, глубин залегания, то есть модели геологического объекта по показателям наблюденного поля силы тяжести однозначного решения не имеет.

Поэтому интерпретация результатов гравиметрической съемки представляет сложный процесс трансформации исходного аномального поля на региональные и локальные составляющие, на качественную и количественную стадии анализа, направленные на более точное выделение возмущающихся тел в разрезе, привязку их по глубине. При этом широко используется метод подбора или последовательных приближений расчетного поля силы тяжести к исходному наблюденному. Он заключается в том, что в зависимости от заданных формы, размеров, глубины залегания возмущающихся масс, их избыточный плотности строится расчетная (теоретическая) кривая Δg, которая сравнивается с наблюденной кривой, то есть кривой, отвечающей фактическому разрезу по данному профилю. Естественно, кривые будут иметь значительные различия. Задаваясь многократно разными вариантами глубинного геологического разреза, то есть путем подбора и методом последовательных приближений добиваются совпадения расчетной кривой Δg с наблюденной. Этот заключительный вариант подбора геологической модели будет в максимальной степени отвечать глубинному геологическому разрезу. Поэтому он принимается в качестве окончательного варианта. Этот метод получил богатое программное обеспечение поэтому, несмотря на кажущуюся громоздкость, все расчеты ведутся на ЭВМ с высокой производительностью.

В нефтегазовой геологии применение гравиразведки наиболее эффективно в комплексе с электроразведкой и сейсморазведкой. С их участием решаются задачи регионального строения недр, геотектонического районирования, трассирования разрывных нарушений, выделения крупных антиклинальных структур, рифовых массивов, соляных куполов.

Всё большее значение и применение с целью прямых поисков залежей нефти и газа находит высокоточная гравиразведка. В основе её использования лежит разница в плотностях нефтегазонасыщенных пород-коллекторов в залежах и водонасыщенных – в тех же породах – вне залежи. При этом на фоне гравитационного максимума, созданного самой структурой, может отмечаться незначительный минимум, отвечающий наличию залежи.