CC BY
76
Геодезия
УДК 551.2/3
А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, М.Д. Козориз, В.А. Середович СГГ А, Новосибирск
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГРАВИМЕТРИИ И ВЫСОКОТОЧНОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ЛОКАЛИЗАЦИИ УЧАСТКОВ ПОВЫШЕННОГО ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РИСКА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Излагаются результаты натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений на примере Спорышевского геодинамического полигона. Даны предложения по совершенствованию технологии проведения работ.
гравиметрия, высокоточное нивелирование, геодинамический полигон, локализации участков повышенного промышленного риска.
A.I. Kalenitsky, E.L. Kim, M.D. Kozoriz, V.A. Seredovich SSGA, Novosibirsk
THE RESULTS OF GRAVIMETRY AND HIGHLY-ACCURATE LEVELING APPLICATION FOR HIGH GEODINAMIC RISK AREAS LOCALIZATION ON HYDROCARBON DEPOSITS
The article presents the results of natural geodetic and gravimetric observations on an example of Sporyshevsky geodynamic site. Recommendations on the perfection of technology of work are given.
gravimetry, precise leveling, aerodynamic ground , bad risk area localization.
Одним из требований по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр на месторождениях нефти и газа является создание и функционирование геодинамических полигонов (ГДП).
Обобщенный опыт проведенных работ на различных ГДП в нашей стране и за рубежом позволил сформулировать общие требования по составу, точности работ и регламенту наблюдений при проведении геодинамического мониторинга [1]. При этом выявлено, что места проявления геодинамических движений, а, следовательно, и места проявления аварий и катастроф в большей мере тяготеют к активным тектоническим структурам и непосредственно прилегающим к ним объемам пород и участкам земной поверхности. В ряде разломов различного типа были обнаружены аномальные вертикальные и горизонтальные движения. Эти аномальные события, названные суперинтенсивными геодинамическими движениями, амплитудны (до 50-70 мм/год), короткопериодичны (0,1-1,0 год), пространственно локализованы (0,1-1,0 км) и обладают пульсационной и знакопеременной направленностью [1]. Коллективом ученых ИГД УрО РАН выявлен новый класс геодинамических движений в разломных зонах с амплитудами до 60-110 мм, периодами 30-60 с, 40-60 мин и подтверждены движения с периодами до года и более. Всем этим движениям, наряду
14
Геодезия
с трендовой составляющей, свойственны пульсационный характер и знакопеременная направленность [2, 3].
Исходя из этого, изучение геодинамических процессов в первую очередь необходимо начинать с уточнения геолого-тектонической структуры ГДП.
Изучение геодинамических процессов на Спорышевском ГДП, выполняемых СГГА совместно с ОАО «Газпромнефть-ННГ» в период с 2005 г. до настоящего времени, проводится с учетом вышеизложенного.
Для уточнения геолого-тектонической структуры ГДП в первом цикле изучения геодинамических процессов была применена площадная высокоточная гравиметрическая съемка. Выбор методики обработки осуществлялся, исходя из поставленной задачи с привлечением данных сейсмометрии и морфометрии на территорию месторождений.
В гравиметрии, в отличие от геодезических натурных наблюдений, к процедурам собственно обработки и уравнивания результатов дополнительно добавляется наиболее трудоемкий процесс определения аномалий силы тяжести и их разделение на составляющие - процессы редуцирования гравитационного поля и редуцирования его аномалий. При изучении геодинамических процессов, как и при геологоразведочных работах, определение аномалий силы тяжести требуется выполнять не только с нормативно принятыми значениями плотности промежуточного слоя, но и с плотностью горных пород, слагающих топографические массы, наиболее приближенной к ее среднему значению на территории работ [4, 5, 6].
Процедура определения аномалий силы тяжести (редуцирования исходного измеренного гравиметрического поля) на участке работ включала вычисление значений нормального поля Земли (уровень отсчета - условный) с учетом в них поправок за высоту, влияние промежуточного слоя топографических масс (редукция Буге) в двух вариантах:
3
1) с нормативным значением плотности а0 = 2,67 г/см ,
2) с принятой для территории работ плотностью а0 = 2,0 г/см .
В свою очередь, поправки за влияние промежуточного слоя топографических масс определялись, как сумма двух поправок:
1) за притяжение параллельного слоя,
2) за отклонение реальной поверхности от параллельного слоя (поправки за рельеф).
Было выполнено качественное редуцирование аномалий силы тяжести с целью использования их региональных и локальных значений для интерпретации сейсмо-тектонической обстановки на территории ГДП, так как количественное решение задачи было затруднено из-за дефицита сведений об особенностях изменения физических свойств горных пород.
Для выполнения качественного редуцирования, исходя из теоремы Фишера о предельных глубинах залегания источников аномалий, был определен размер контура палетки осреднения аномального поля так, чтобы в локальных аномалиях наиболее полно отразились плотностные неоднородности верхней
15
Геодезия
части разреза в пределах глубин от 0 до 1,0—1,5 км. Размер стороны контура квадрата осреднения был принят равным 6 км. Цифровая модель аномального гравитационного поля при этом была задана с шагом 1 км.
В связи с тем, что рабочим полем для интерпретации являлись значения силы тяжести в редукции Буге с а0 = 2,0 г/см3 и общая средняя квадратическая
погрешность составила величину m^g =±0,045 мГал, сечение изоаномал, принятое для схемы регионального фона - 0,2 мГ ал, а для схемы локальных аномалий - 0,1 мГ ал.
Схемы значений аномального регионального и локального полей силы тяжести представлены соответственно рис. 1, 2.
Рис. 1. Схема аномального регионального фона в редукции Буге (уровень отсчета - условный)
16
Геодезия
Рис. 2. Схема локальных аномалий силы тяжести (уровень отсчета - условный)
На основе качественного анализа поля локальных аномалий были выявлены зоны повышенных значений горизонтального градиента их изменения, а также направления линейного простирания этих зон, свидетельствующих о возможности приуроченности к ним дизъюнктивных элементов в верхней части геологического разреза с возможным проникновением в нижние горизонты осадочного чехла.
С учетом таких зон, данных линеаментного анализа форм рельефа на территории ГДП (выполнен в ОАО «Газпромнефть - ННГ») и результатов сейсморазведки (ОАО «Центральная геофизическая экспедиция», 2001 г.) построена схема комплексной интерпретации гравиметрическо-геофизических данных (рис. 3).
17
Геодезия
Рис. 3. Схема результатов комплексной интерпретации гравиметрическо-геофизических данных
По комплексу данных на схеме оконтурены зоны повышенного промышленного риска: одна - выделяемая уверенно, две другие - предполагаемые. Кроме того, выявлена диффузионная картина локального сквозного нарушения согласия залегания горизонтов от фундамента до поверхности дневного рельефа, отражаемого на временных сейсмических разрезах и частично подтверждаемых гравиметрией. Не исключено, что это связано с проявлением вибрации промышленного характера.
При планировании натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений второго цикла были учтены результаты комплексной интерпретации первого цикла. Была проведена дозакладка пунктов сети. Сведены по возможности к минимуму расстояния между пунктами на локализованных участках, уточнена программа наблюдений за смещениями земной поверхности.
18
Геодезия
По разностям нормальных высот (АН), полученных в первом и втором циклах высокоточным нивелированием с использованием электронных нивелиров, построена схема (рис. 4) вертикального смещения пунктов-реперов за период между циклами, временной промежуток между которыми составил 2 года. С учетом полученных средних квадратических погрешностей нивелирования (на 1 км хода) сечение изогипс принято на схеме равным 5 мм. Поле значений АН отражает тенденцию процесса положительного вертикального смещения южной части локализованной территории ГДП относительно его северной части. Средняя часть локализованной территории ГДП характеризуется относительной стабильностью положения земной поверхности. Вместе с тем, в ее северной части (район ДНС1, ДНС2, УПСВ), выделяется локализованный участок поднятия в пределах от -10 мм до -6 мм. Нулевой уровень смещений при построении схемы был «приведен» к общему среднему, наиболее близкому уровню фундаментального репера № 941 линии государственного нивелирования I класса.
Рис. 4. Схема разностей нормальных высот AH = H2 - Н1 реперов геодинамической сети 1-2-го циклов
19
Геодезия
Полученные данные о вертикальных смещениях поверхности на локализованной территории ГДП в целом подтвердили результаты комплексной интерпретации данных гравиметрии 1-го цикла наблюдений.
Выводы
Анализ выполненных и выполняемых работ на Спорышевском и других ГДП показал необходимость (при предварительном изучении имеющихся физико-геологических данных) упреждающего проведения гравиметрической съемки территории ГДП, результаты которой обеспечивают выявление особенностей ее геолого-тектонического строения.
Это позволяет произвести предварительную локализацию участков повышенного промышленного риска и конкретизировать выбор места закрепления долговременных пунктов-реперов высокоточных геодезических натурных измерений (нивелирования, координирования).
Подобный порядок выполнения работ на ГДП может существенно сократить затраты на проведение натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений в последующих циклах. При этом появляется возможность увеличения частоты проведения последующих циклов с целью выявления короткопериодичных знакопеременных деформационных смещений поверхности исследуемой территории, которые в большинстве случаев проявляют себя как локальные разрывы в осадочном чехле и могут служить предпосылкой большинства аварий на трубопроводах и технических системах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кузьмин, Ю.О. Геодинамические полигоны - эффективный инструмент обеспечения эколого-промышленной безопасности объектов нефтегазового комплекса [Текст] / Ю.О. Кузьмин // Сб. материалов IV Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2008». Т. 1, ч. 2, Новосибирск. 22-24 апр. 2008 г. - Новосибирск: СГГА, 2008. - С. 22-26.
2. Сашурин, А.Д. Современная геодинамика и развитие катастроф на объектах недропользования катастрофы [Текст] / А.Д. Сашурин // Тр. междунар. конф. «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», Новосибирск. 6-9 окт. 2003 г. - Новосибирск: ИГД СОРАН, 2003.
3. Кострюкова, H.K. Локальные разломы земной коры - факторы риска [Текст] / H.K. Кострюкова, О.М. Кострюков. - М.: АГН, 2002.
4. Каленицкий, А.И. Технология прикладной высокоточной гравиметрии [Текст]: дисс. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук / Каленицкий Анатолий Иванович. - Новосибирск, 1994. -73 с.
5. Инструкция по гравиразведке [Текст]. - М.: Недра, 1988.
6. Каленицкий, А.И. Методические рекомендации по учету влияния рельефа местности в гравиразведке [Текст] / А.И. Каленицкий, В.П. Смирнов. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1980. - 138 с.
Получено 21.04.2010
© А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, М.Д. Козориз, В.А. Середович, 2010
20
