CC BY
121
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009 Геология Вып. 11 (37)
УДК 550.831
Роль детальной гравиразведки в комплексе геофизических методов
О. Л. Тарунина
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
На результатах фактических съёмок раскрыты преимущества комплексирования сейсморазведки и гравиразведки и оценены в относительном выражении временные и денежные затраты сравниваемых методов. Сформулированы принципы создания физико-геологических моделей при комплексных решениях геологических задач.
Ключевые слова: точность структурных карт; сечение изолиний; ошибки уровня; ошибки формы; карты Vzzz; фации и акустическая модель палеорифа.
Вопросам комплексирования геофизических методов уделено много внимания в монографической и учебной литературе [3, 4, 12]. Проиллюстрируем общие положения оптимальности и рациональности комплексиро-вания конкретными примерами решения геологических задач. Напомним, что требование рациональности исследований включает не только полноту решения геологической задачи, но и минимальные временные и трудовые (денежные) затраты, а также наибольшую надёжность её решения.
Наши исследования 80-х гг. ХХ столетия показали, что очень часто структурные карты, построенные по результатам электро- и сейсморазведки обедняются из-за учета абсолютных значений источников погрешностей съёмок и построения карт с большим сечением - А стратоизогипс, как правило, с А = 100 м. Анализ съёмок по результатам ВЭЗ (вертикальных электрических зондирований) и МОВ (метода отраженных волн) показал, что карты следует строить с меньшим сечением, например А = 25 м и даже А = 15 м вместо 100 м, так как определение относительного изменения глубин обеспечивается практически с погрешностью в 4-7 раз меньшей, чем абсолютных глубин, что показано нами ещё в 1987 г. [9].
Для обоснования сечения стратоизогипс следует оценивать точность структурных карт способами интерполяции, предлагаемыми для этой цели А.К. Маловичко и другими исследователями [4, 9]. При профильных наблюдениях точность съёмки характеризует средняя квадратическая ошибка интерполяции
=±0,82— , (1)
V п
где п - число е-разностей интерполированных и наблюдённых значений.
При площадной съёмке следует оценивать её точность средней квадратической ошибкой, характеризующей разности двух интерполированных значений V на центр прямоугольника или ромба. При п таких разностей среднюю квадратическую ошибку интерполяции получают по формуле
1еу2
ту=±,\------, (2)
V п
которая характеризует точность съёмки, а чаще всего соответствие плотности (сети) наблюдений характеру изучаемых неоднородностей.
Формулами (1) и (2) следует характеризовать относительную точность Атн определения глубин Н до геофизического горизонта. Нами обосновано [11], что все полевые методы геофизики обеспечивают наибольшую точность определения не абсолютных, а относительных глубин до соответствующих горизонтов, т.е. отражают морфологию границ (электрических, скоростных, плотностных и магнитоактивных). Подробный анализ глубин по данным ВЭЗ, МОВ, тем более ОГТ (общей глубинной точки) свидетельствует об отсутствии резких, несогласующихся между собой глубин в пределах единой съёмки. Если имеют место резко несогласующиеся глубины, то они подтверждаются соответствующими аномалиями Vzzz. Ошибки интерполяции при обоснованном шаге съёмки, как правило, находятся в пределах АтН = ± 7%. Ошибки по уровню геофизических границ при отсутствии
© Тарунина О. Л., 2009
хотя бы одной скважины могут быть гораздо больше.
Например, анализ глубин до I отражающего горизонта по формуле (1) дал ошибку интерполяции ± 6 м в условиях довольно спокойного поведения палеорифов и облекающих пород в Предуральском прогибе. На рис. 1 приведена выкопировка с отчётной сейсмической карты, где не было проведено ни одной стратоизогипсы, хотя сеть наблюдений довольно густая, а величина взрывного интервала равна 300 м. Нами взято сечение изолиний, как в гравиразведке и топографии, в 2.5 раза больше средней квадратической ошибки АтН = ± 6 м, т.е. А = 2.5х6 = 15 м (вместо 100 м - по отчёту); с учётом конкретных глубин по сейсмическим профилям построена структурная карта на этот «пустой» участок.
На эту же площадь приведена карта (рис. 2) второй вертикальной производной Vzzz от аномалий силы тяжести, полученная путём численного дифференцирования результатов съёмки с вариометром по сети 500х500 м, в некоторых местах - 250х250 м. Максимумы аномалий Vzzz заштрихованы, как перспективные на вершины палеорифов. Как видим, структурная карта по I отражающему горизонту, построенная с сечением 15 м и откорректированная с учётом приведенного поля Vzzz, стала более информативной. Данные гравиразведки позволили не только интерполировать глубины между сейсмическими профилями, но и экстраполировать за их пределы, что сделано пунктиром в юговосточной части приведённой выкопировки (рис. 1), а также обозначить по трём точкам контур структуры (заштрихован) в средней части карты.
Подобный анализ глубин по данным ВЭЗ на площади Верхне-Чусовских Г ородков с последующим сопоставлением с гравитационным полем съёмки с гравиметром масштаба 1 : 50000 позволил нам выявить отмеченную выше закономерность, что результаты площадной геофизики обедняются из-за большого сечения стратоизогипс. Фрагмент анализа данных ВЭЗ и гравиразведки рассмотрен в книгах [9, 10].
Таким образом, благодаря анализу структурных карт с помощью ошибок интерполяции удаётся убедиться в соответствии съёмочной сети характеру изучаемых неоднородностей, тем самым обосновать меньшее сечение стратоизогипс, что значительно повышает информативность тяжёлых геофизи-
ческих методов. С учётом гравитационного поля Vzzz можно не только интерполировать, но и экстраполировать результаты более трудоёмких методов за пределы площади съёмки.
Последнее особенно важно, если учесть стоимость сравниваемых съёмок. Съёмка с современными цифровыми гравиметрами обойдётся в сотни раз (в 400-600 раз) дешевле сейсморазведки, а срок выполнения съёмки с гравиметром (при одинаковых площадях) в 5-8 раз меньше срока сейсмических работ. Отсюда очевидна детализирующая, экстраполирующая, а также ресурсосберегающая роль детальной гравиразведки.
Рис. 1. Структурная карта по I отражающему горизонту: 1 - сейсмические профили, 2 - стратоизогипсы с сечением 15 м
Рис. 2. Карта аномалий Vzzz, сечение 5010-11 ед. СИ
Хочется упомянуть хорошо известные комплексные съёмки Южно-Кордонской площади 1964 г., когда сейсмическая партия вела съёмку 4 сезона, а гравиметрическая партия отнаблюдала 5 профилей за один сезон на той же самой площади, и обошлась в 400 раз дешевле сейсморазведки. Но геологическая задача не была решена из-за слишком большого упования лишь на сейсморазведку, из-за неумения интерпретировать данные гравиразведки, из-за плохого представления, как должны отражаться палео-рифы в сейсмическом и гравитационном полях, из-за некомпетентного сопоставления данных сейсморазведки и гравиразведки в изолиниях.
Впоследствии, благодаря решению многих методических вопросов сопоставления и совместного анализа геолого-геофизических данных, выяснению разведочных возможностей гравиразведки и сейсморазведки в изучении рифогенных структур, применению численного дифференцирования гравитационных аномалий и отказу от поправки Буге при решении картировочных задач по изучению осадочной толщи, удалось найти чёткое соответствие между данными сейсморазведки и гравиразведки и создать физикогеологическую модель - ФГМ Южно-Кордонского рифогенного массива, которая как итог всех исследований приводится с разной целью в монографиях [4, 5, 9, 10, 11].
Покажем далее роль данных гравиразведки в создании акустической модели рифо-генной структуры, что имеет большое практическое значение не только потому, что с ними связано большинство нефтеносных месторождений Пермского Прикамья, но главным образом потому, что следует находить новые месторождения без мулажа1, чему и должны способствовать логичные и обоснованные ФГМ.
Кратко изложим историю создания реальной акустической модели рифогенной структуры благодаря привлечению результатов детальной гравиразведки [8].
В 80-е гг. ХХ столетия предлагалось много ФГМ рифогенных структур, которые должны были способствовать прогнозированию нефтегазоносных месторождений, но которые были весьма противоречивыми, и использование их при интерпретации гео-
физических полей было проблематичным, а точнее - не эффективным.
Рассмотрим официальную модель Геж-ской структуры на 1977 г. (рис. 3), взятую из статьи [6]. Для четырёх скважин приведены результаты лабораторных определений акустической жёсткости у = аУ (а - плотность, V - скорость). Авторы [6] описывают величины акустической жёсткости, изменяющейся в довольно узких пределах: от 10.64 до 12.08 для терригенной толщи и от 16.14 до 17.61 - для карбонатной толщи. Но при этом им так и не удалось выяснить связь величин у со структурными элементами Гежского рифогенного поднятия.
1 Мулаж - непроизводительная трата материальных средств, времени и труда.
Рис. 3. Геологический профильный разрез Гежского поднятия (по В.К. Серову,
Е. С. Килейко [6])
Породы: 1 - карбонатные; 2 - карбонатноглинистые; 3 - песчано-глинистые; 4 - аргиллиты; 5 - рифовый массив; 6 - значения акустической жёсткости; 7 - значения коэффициента отражения; 8 - литологофизические границы, совпадающие со стратиграфическими; 9 - литолого-физи-ческие границы, установленные по изменению физических параметров
При анализе значений акустической жёсткости нами значение у по скв. 131, находящейся точно в прогибе по кровле артин-ских и рифогенных известняков, было вы-
чтено из значений у по скважинам 130, 132 и 139, т.е. мы получили приращения Ду, так как геофизические поля должны наиболее надёжно характеризовать не абсолютные, а относительные изменения геологических параметров по профилю.
Далее были рассчитаны аддитивные величины ЕДу, соответствующие толщинам по вертикали в целом, поскольку геофизические поля представляют собой суперпозицию влияний от всех структурнолитологических границ. Кроме того, суммирование градиентных изменений параметров по вертикали в пределах интересующих толщ позволяет нивелировать влияние случайных ошибок отдельных (лабораторных либо скважинных) измерений и выявить статистически устойчивые изменения параметров. Но и это не позволило обнаружить связи параметров Ду и ЕДу с элементами структуры, изображённой на рис. 3.
Одновременно нами выяснялась природа (наиболее вероятный знак) гравитационных аномалий над палерифами [8,9,10], о чём существовало множество разноречивых толкований; изучались разделительные и количественные возможности производных [5, 7] и была проведена количественная интерпретация гравитационных аномалий по одному из широтных прямолинейных профилей с использованием градиентов первого и второго порядков.
Шаг наблюдений по профилю составил 250 м; точность определения аномалий силы тяжести, равная ± 0.10 мГал, путём сглаживания повышена до ± 0.07 мГал. Изучив геологию рифогенных структур, мы приобрели убеждённость, что палеорифы должны отражаться в гравитационном поле максимумами силы тяжести, но сложная морфология их кровли, как оказалось, проявляется лишь в градиентах Уггг = -Угхх. Количественная интерпретация градиентов, методика которой впервые была изложена в статье [7], впоследствии теоретически и экспериментально обоснованная [9, 10, 11], обеспечила определение деталей строения кровли надрифовых и собственно рифовых известняков.
По гравиметрическим данным (рис.4) проявилась резкая несимметричность Гежской структуры (амплитуда контактной поверхности I по западному склону 160 м, по восточному - 110 м), тогда как по отражающему горизонту Ак она представлялась почти симмет-
ричной (рис. 3). Амплитуда рифогенных известняков по гравиметрическим данным (контактная поверхность II) получилась равной 200 м (при а = 0.20 г/см3), что ближе к данным бурения (250 м), чем амплитуда 120 м по II отражающему горизонту.
Полученное строение осадочных и рифоген-ных известняков было подтверждено результатами структурно-фациального анализа разреза по диаграммам ГК и НГК четырёх скважин. Согласно классификации [1, 2] фации подразделяются на гребне-рифовые, рифовые, склоновые и межрифовые (лагунные). Определённые нами по диаграммам ГК и НГК фации подписаны возле скважин и неплохо согласуются со структурными особенностями обеих контактных поверхностей (рис. 4). Скважина 131, вскрывшая лагунный или депрессионный разрез, находится по гравиметрическим данным в прогибе; вершина искомого рифа оказалась всего лишь на 50-100 м западнее. Скважина 132 вскрыла склоновый разрез, а судя по контактной поверхности II, она приходится почти на купол рифа. Небольшое несоответствие объясняется удалённостью скважины от гравиметрического профиля на 1.5 км; в скобках над номерами скважин указаны расстояния в километрах, на которые они отстоят по перпендикуляру от гравиметрического профиля. Кроме четырёх скважин (131, 130, 132 и 139), нами на линию гравиметрического профиля снесены ещё 3 скважины.
Некоторые предположения о необходимости корректировки отражающих горизонтов были сделаны нами на основании анализа величин Ду и ЕДу. Так, судя по малым и одинаковым приращениям Ду, мы предположили, что скважины 130 и 132 расположены на склонах разных рифогенных структур, а не в куполе, как изображено на рис. 3. Далее получалось, что скважина 139 должна находиться на куполе мощного палеорифа, так как суммарная акустическая жёсткость терригенных пород до кровли верея составила +4.35; включив и толщу рифогенных известняков, получили ЕДу = +4.35 +1.14 = +5.49, что явно свидетельствовало о вскрытии купола рифа. Правильность этих предположений подтвердилась результатами структурных построений по гравиметрическим данным после нанесения на гравиметрический профиль скважин. Скважины, давшие нефть, помечены чёрными пунсонами.
Рис. 4. Контактные поверхности I и II для Гежской структуры в сопоставлении с данными бурения
Между структурами 2П и 3П, полученными на основании количественной интерпретации градиентов У2Х и У2ХХ, рассчитанных с шагом 500 м по остаточным аномалиям Уг, наблюдается прогиб амплитудой 60 м, т.е. скважины 130 и 132 действительно находятся на склонах не одной, а двух вершин. Гребни вершин приходятся на пикеты 18-22 и 28-32 и составляют собственно Гежское поднятие шириной 3.5 км. Гравиметрические данные объяснили и отсутствие нефти в скважинах 135 и 147 - они попали в прогиб кровли артинских и органогенных известняков верхнего девона.
Таким образом, акустическая модель па-леорифа стала чёткой и вполне логичной. Куполу его отвечают максимальные значения акустической жёсткости; на склонах рифов величины Ду и ЕДу уменьшаются, и наименьшей величины они достигают в межрифовых и депрессионных фациях.
В итоге этих исследований нами были сформулированы принципы создания ФГМ при комплексном решении геологических задач [8]. А именно, при выявлении закономерностей и разработке интерпретационных мо-
делей необходимо: 1) в качестве критерия принадлежности параметрических скважин одной структуре использовать результаты интерпретации гравитационных аномалий; 2) учитывать градиентные изменения изучаемых параметров по профилю; а также 3) рассчитывать их аддитивные величины, соответствующие толще (по вертикали) в целом.
Первое условие исключает вероятность включения в анализ скважин, принадлежащих различным обособленным структурно-фациаль-ным элементам разреза. Второе и третье требования вытекают из того, что геофизические поля наиболее надёжно характеризуют относительные изменения геологических условий от точки к точке, и в то же время они представляют собой суперпозицию влияний по вертикали от всех структурно-фациальных толщ и границ. Преобладающее влияние толщи той или иной глубинности удаётся создать, как известно [11], благодаря выбору оптимальной системы наблюдений, либо системы обработки полей. Вычисления приращений параметров от скважины к скважине, а затем суммирование их по вертикали в пределах интересующих фациальных
толщ позволяют нивелировать случайные ошибки отдельных измерений и выявить статистически устойчивые изменения параметров.
В заключение ещё раз подчеркнём, что геофизики, не различая абсолютные и относительные ошибки съёмок, сильно умаляют свои результаты и теряют их детальность при большом сечении стратоизогипс. Кроме того, следует отметить, что в сейсморазведке нет обоснования сечения стратоизогипс и карты строятся то с Д = 2mH, то 3mH и даже 4mH. Следует «узаконить» коэффициент 2.5, как в
Библиографический список
1. Быков В.Н. Нефтегазовое карстоведение. Пермь: Изд-во ПГУ, 2002. 351 с.
2. Кузнецов Ю.И. Протерозойское и палеозойские отложения Пермского Прикамья. Ч. 1. Преду-ральский прогиб / КО ВНИГНИ. Пермь, 1974. С. 87-138.
3. Комплексирование методов разведочной геофизики. Справочник геофизика / под ред. В.В. Бро-дового, А.А. Никитина. М.: Недра, 1984.
4. Маловичко А.К., Костицын В.И., Тарунина О.Л. Детальная гравиразведка на нефть и газ. М.: Недра, 1989. 224 с.
5. Маловичко А.К., Тарунина О.Л. Использование высших производных при обработке и интерпретации результатов геофизических наблюдений. М.: Недра, 1981. 185 с.
6. Серов В.К., Килейко Е.С. О закономерностях распределения акустических свойств осадочных толщ на локальных структурах на примере Гежского поднятия // Тр. КО ВНИГНИ. Вып. 176. 1977. С. 66-70.
гравиразведке и топографии, кроме того, рассчитывать относительные ошибки ДmH по формулам (1) и (2), характеризующим по сути, как отмечено выше, соответствие съёмочной сети характеру изучаемых неоднородностей. В этом случае будут полнее использоваться результаты трудоёмких съёмок, более того, рациональное комплексирование придаёт уверенности каждому из геофизических методов, при этом объём тяжелых методов можно значительно сократить.
7. Тарунина О.Л. Экспрессный метод построения контактной поверхности // Нефтегазовая геология и геофизика / ВНИИОЭНГ. 1978. № 11. С. 3-6.
8. Тарунина О.Л., Сиротина А.П. Роль гравиметрических данных в создании модели рифогенной структуры // Геофиз. методы поисков и разведки месторождений нефти и газа. Пермь: Изд-во ПГУ, 1985. С. 101-105.
9. Тарунина О.Л. Применение численного дифференцирования при интерпретации гравитационных аномалий: учеб. пособие по спецкурсу / ПермГУ. Пермь, 1987. 88 с.
10. Тарунина О.Л. Структурно-картировочные возможности гравиразведки в комплексе гео-лого-геофизических исследований. Пермь: Изд-во ПГУ, 1993. 200 с.
11. Тарунина О.Л. Гравиразведка в комплексе структурно-фациального картирования на нефть, газ и твёрдые полезн. ископаемые. Пермь: Изд-во ПГУ, 2006. 206 с.
12. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин А.А. Комплексирование геофизических методов: учеб. для вузов. М.: Недра, 1982. 295 с.
The role of detail gravimetric in the complex of geophysical methods
O.L. Tarunina
Perm State University. Perm, 614990, Bukirev st. 15.
E-mail: [email protected]
The advantages of seismic prospecting with gravity one are opened on the basis of joint investigation of equal squares. The time and expenses of compared methods are estimated in relative expression. In the article it is formulated the principles of creation of physical-geological models in the complex solution of geological tasks.
Key words: accuracy of structural maps, isoline section, level errors, form errors, maps of Vzzz, facieses and acoustic model of paleoreef
Рецензент - доктор технических наук B.A. Гершанок
