CC BY
103
РАЗРЫВЫ И ЗОНЫ ИХ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ: ВЫЯВЛЕНИЕ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ КОСМИЧЕСКИХ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Ю.Б. Баранов, М.А. Ванярхо, Л.Ю. Кожина, СМ. Кулапов (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»),
Р.В. Грушин (Роснедра)
В настоящее время основными направлениями, в которых используются космические данные, являются: разномасштабное геологическое картирование; прогнозно-поисковые работы на твердые полезные ископаемые, углеводородное сырье и подземные воды; изучение глубинного геологического строения; комплексное изучение шельфа и транзитной зоны суша - море; геоэкологические исследования. Особое место среди них занимает мониторинг геодинамических процессов, где данным дистанционного зондирования нет альтернативы. Его применение позволяет на основе постоянно поступающей информации оперативно оценивать состояние и динамику процессов, а также прогнозировать их развитие.
Геодинамические процессы приводят к подвижкам блоков земной коры и возникновению разрывов, вызывая тем самым усложнение ее геологической структуры. Разрывы представляют собой сложные геологические тела, состоящие из наиболее дислоцированной осевой части и сопряженной с ней, более широкой, приразрывной области (зоны трещиноватости).
Наличие приразрывной области всегда признавалось в геологии. После работ М.В. Гзовского ее отождествляли с зоной высокой концентрации напряжений в окружающем приразрывном пространстве, а в 1982 г. С.И. Шерманом и др. было предложено выделять область динамического влияния разрыва как часть окружающего разрыв пространства. В нем проявляются остаточные (пластические или разрывные) и упругие следы деформаций, вызванные формированием разрыва и подвижками по нему. В результате таких геодинамических процессов возникают трещины-каналы миграции, способствующие формированию залежей углеводородов (УВ).
Наиболее интенсивная миграция флюидов идет по зонам неоднородностей - разрывам и сопровождающим их зонам трещиноватости, характеризующимся повышенной проницаемостью, - т.е. зонам геодинамического влияния. Помимо путей миграции, сгущения разрывов и трещин могут создавать в недрах зоны разуплотнения и вторичные коллектора.
На космических изображениях разрывы и трещины земной коры проявляются степенью яркости, контрастности, структурными и текстурными линейными неоднородностями, которые прямо или опосредованно соответствуют геологическим или ландшафтным объектам и границам (рис. 1).
Рис. 1. Линейный элемент, выделенный на космическом изображении (красные стрелки), соответствует Главному Саянскому разлому. Справа на врезке - изображение Саянского разлома в натуральном виде
Зоны геодинамического влияния выявляются при специализированном геологическом дешифрировании космических изображений.
По результатам обработки материалов спутниковой радиолокационной съемки фиксируются движения дневной поверхности, происходящие между съемками и связанные со смещениями участков земной коры как вдоль разрывных нарушений, так и отдельными блоками.
В этих же местах, по данным газовой съемки, над месторождениями УВ наблюдается повышенное содержание углеводородных газов, которые просачиваются от залежи к поверхности по разрывам и их приразрывным областям.
Морфологический анализ зон геодинамического влияния позволяет определить кинематику разрывных нарушений и оценить направление современных смещений блоков земной коры. Например, рассчитанные по аэрофотоснимку зоны геодинамического влияния правого сдвига приведены на рис. 2.
Рис. 2. Аэрофотоснимок с правым сдвигом (красным пунктиром показано разрывное нарушение, синим - область геодинамического влияния сдвига)
Результаты изучения разрывных нарушений и зон их геодинамического влияния на формирование и локализацию залежей УВ показывают, что для формирования локальной структуры и ловушки УВ наиболее важны разрывные нарушения трех типов (рис. 3):
• крупные разрывные нарушения, являющиеся тектоническим экраном для залежи;
• кливажные трещины, сопутствующие антиформным структурам;
• разрывы, формирующие приразрывную складку и их оперяющие.
Примеры геодинамического дешифрирования подобных разрывов и зон их геодинамического влияния по космическим изображениям показаны на рис. 4, 5.
При дешифрировании космических изображений необходимо определиться со степенью детализации снимка. Масштаб изображения должен соответствовать размеру изучаемых структур, которые проявлены в виде линейных элементов, трещин и разрывов.
Важно отметить, что этот выбор отличается от традиционного выбора масштаба данных для визуального анализа. Можно ориентироваться на размер базовых структур, т. е. тех, которые создают линейные элементы, - основу всего анализа. Соответственно этому размеру должен быть выбран и масштаб изображения (размер элемента изображения на местности). Необходимо учитывать, что при смене масштаба мы получаем описание разных уровней генерализованных структур иных масштабов, которые могут существенно различаться. Необходимо также отметить, что при слишком
Г+одимдмичфсви итивмы« рлрывмы« м«руш«мия (ииалы миграции): ар**ни# (рС). м*ридиаиальмого простираем я молоды«, бмшльского простирания
El лоильмьм ЭОММ рл |уППОТМ«ИИЯ ГЄОАИЮиИч«СіИ мгтивмыж рмрывмых нарушении
Рис. 3. Схематическая модель влияния разрывных нарушений на формирование и локализацию УВ: 1 - тектонический экран; 2 - трещины (кливаж); 3 - приразломная складка (ловушка)
Рис. 4. Выявление зон геодинамического влияния посредством линеаментного анализа (Карачаганакское месторождение):
1 - контур месторождения; 2 - зона геодинамического влияния активных разрывов, выявленная по космическому изображению
Рис. 5. Выявление зон геодинамического влияния посредством линеаментного анализа (Собинское месторождение)
низком разрешении можно пропустить базовые структуры, а при слишком высоком разрешении будут выявляться не искомые структуры, а их детали, возможно, с другой ориентацией.
Размер тех структур, которые можно обнаружить в результате статистического анализа, определяется размером окна расчета. При этом необходимо учитывать, что рабочий диапазон этой величины ограничен статистическими характеристиками. Эмпирическим путем выявлено, что оптимальный размер диаметра окна должен превышать размер искомой структуры примерно в 1,4^ 1,6 раза.
Активные на современном этапе разрывные нарушения часто вызывают локальные изменения рельефа. По телу разрывного нарушения и зонам его геодинамического влияния возникают смещения земной поверхности.
Для выявления новейших поднятий рельефа земной поверхности наибольший интерес представляет дифференциальная радиолокационная интерферометрия, являющаяся эффективным средством прямого картирования современных смещений земной поверхности. Ее принципиальное преимущество перед другими методами мониторинга вертикальных и плановых деформаций заключается в прямом замере высотных изменений в рельефе, произошедших между съемками.
Получаемая в результате интерферометрической обработки карта сдвижения, как правило, показывает интегральную картину смещений (рис. 6).
Одним из преимуществ метода является возможность осуществлять мониторинг деформаций любых территорий (в том числе значительных по площади и протяженности) с миллиметровой точностью при невысокой стоимости работ (на порядок ниже аналогичных по точности дистанционных методов, например, лазерного сканирования).
Получаемая на выходе карта смещений поверхности помимо ответа на вопрос о наличии и величине просадок несет в себе информацию о природной и техногенной геодинамике и может использоваться для оценки экологической и геодинамической безопасности будущей разработки месторождения, прогноза рисков, мониторинга деформаций промысловых сооружений, трубопроводов и т.д.
Геодинамический анализ карты смещений позволяет оценить не только площадь тела разрыва и зоны его геодинамического влияния (двумерные данные), но и получить вертикальную составляющую, т.е. анализировать разрывы и зоны геодинамического влияния более полно. При наличии трех. четырех и более разновременных радиолокационных снимков можно получить объемную изменчи-
Рис. 6. Карта смещений земной поверхности: от светло зеленого до красного - поднятия (каждая ступень изменения цвета от светлого к темному соответствует одному сантиметру); синий - зоны просадки (каждая ступень изменения цвета соответствует
одному сантиметру)
вость любого участка разрывов и зон их геодинамического влияния, т.е. анализировать многомерное геодинамическое поле изучаемой территории.
Так, например, на территории Уренгойского месторождения проводились работы по оценке просадок земной поверхности, связанных с разработкой месторождения, а также работы по линеамент-ному анализу для оценки зон геодинамического влияния активных разрывных нарушений (рис. 7).
Сопоставление результатов работ показывает связь наибольших просадок земной поверхности с зонами геодинамического влияния активных разрывных нарушений, что говорит о повышенной флюидопроницаемости пород.
Участки повышенной плотности линейных элементов интерпретируются как зоны разуплотнения пород и каналы миграции УВ, по которым происходит перенос энергии и вещества из нижних горизонтов осадочного чехла в верхние.
На месторождении проводились также исследования по оценке просачивания УВ на дневную поверхность и их влияния на растительность (рис. 8).
Известно, что микропросачивание УВ вплоть до поверхностных почв сопровождается вторичной метаморфизацией минералов, в результате чего в почвах над залежами УВ наблюдается повышенная концентрация таких металлов, как титан, ванадий, никель и медь.
В работах W. Collins [1, 2] (как в лабораторных, так и в естественных условиях) было продемонстрировано, что растения, испытывающие стрессовое состояние в результате повышения концентрации металлов в почве, изменяют свои спектральные характеристики. При этом устойчивое изменение спектра удалось выявить только на длинах волн от 680 до 750 нанометров. В этом диапазоне проходит граница «красного цвета», которая при угнетении растительности перемещается в сторону
а б в
Рис. 7. Территория Уренгойского месторождения: а - изменение величин пластового давления; б - смещения земной поверхности; в - зоны максимального влияния геодинамически активных разрывных нарушений
Рис. 8. Территория Уренгойского месторождения. Сопоставление результатов спутниковой радарной интерферометрии и результатов вычисления значений «голубого сдвига» по крайнему красному каналу спутника World View-2
6Z
коротких волн (в сторону синего) в среднем не более чем на 20 нанометров, в результате чего это явление получило название «голубой сдвиг».
Современные методы дистанционного зондирования Земли сочетают в себе новые принципы сбора и обработки информации и высокую производительность, что открывает широкие возможности для достоверной и экономически более эффективной оценки природных процессов и явлений [3, 4].
Список литературы
1. Де Мерс М.Н. Географические информационные системы. Основы / М.Н. Де Мерс. - М.: Дата+, 1999. - 490 с.
2. Башилов В.И. Использование материалов космических съемок при изучении нефтегазоносных территорий: методич. рекомендации / В.И. Башилов, Н.И. Белозерова, С.М. Богородский и др. -М.: Мингео СССР, Аэрогеология, 1989. - 123 с.
3. Гафаров Н.А. Использование космической информации в газовой промышленности / Н.А. Гафаров, Ю.Б. Баранов, М.А. Ванярхо и др. - М.: Газпром экспо, 2010. - 132 с.
4. Баранов Ю.Б. Космо-геолого-геофизическое моделирование как инструмент для исследования геодинамики севера Западной Сибири / Ю.Б. Баранов, Р.В. Грушин, Е.В. Киселевский, Л.Ю. Кожина // Газовые ресурсы России в XXI веке. - М.: Новости, 2003. - С. 198-208.
