Методология интерпретации поля скоростей продольных сейсмических волн для прогнозирования месторождений флюидного генезиса

Сейсмический метод является ведущим дистанционным методом изучения геологического строения и поисков месторождений полезных ископаемых На настоящее время региональные сейсмические профили МОГТ-ГСЗ протяженностью более 1000 км пересекли нефтяные и рудные территории России и прилегающих стран СНГ. Нефтеносные районы покрыты сетью поисковых сейсморазведочных профилей С учетом данных глубокого бурения произведена интерпретация полученного материала Результаты обобщения накопленной геолого-геофизической информации позволили усовершенствовать основы прогноза и поисков залежей применительно к конкретным геологическим условиям того или иного района Разработанные методы наблюдений, обработки и интерпретации сейсморазведки, включая их комплексирование с другими геофизическими и геологическими методами, широко и успешно используются в практических исследованиях.

В то же время недостаточно внимания уделяется разработке теоретических положений по методологии интерпретации сейсмических данных и роли в ней скоростного анализа как инструмента, имеющего самостоятельное значение в изучении геологического строения Широкое применение МОП в региональных исследованиях потребовало разработки физико-геологически согласованных общих моделей интерпретации сейсмических данных с ГСЗ и КМПВ для прогноза месторождений полезных ископаемых Однако развитие методологии обработки и интерпретации в основном шло по пути совершенствования динамической выразительности волнового поля, или, по выражению, А В. Николаева и С В Гольдина, «сейсмовиденью» среды Несмотря на неразрывность взаимосвязи динамических и кинематических параметров поля отраженных волн, в предельных случаях отражающая граница может определяться плотностями контактирующих сред или бьпъ градиентной по скорости Последнее утверждение представляется весьма важным для решения задач поисков месторождений, образованных за счет заполнения трещинно-пористой среды минеральными растворами.

Дифференцирование состава гидротермальных растворов в зависимости от минерального состава, давления и температур приводит к их разгрузке на разных глубинах, что обуславливает существование в земной коре региональной вертикальной зональности, гидротермальной колонны [90,168].

Для детальной (нефтяной) сейсморазведки на месторождениях углеводородов методология интерпретации в целом достаточно хорошо проработана, в ней параметры и характеристики сейсмического поля образуют единую систему взаимосвязанных методик обработки и интерпретации динамических и кинематических параметров среды, согласованную с данными геолого-геофизического изучения скважин Эта методология реализована практически во всех широко известных программных продуктах крупнейших зарубежных компаний — производителей геолого-геофизического программного обеспечения. Для поисковых и региональных работ методология интерпретации сейсмических данных еще не сложилась.

Многими исследователями отмечались общие геологические закономерности в размещении нефтяных и рудных месторождений Действительно, из огромного числа рудных полезных ископаемых более 80% относится к гидротермально-метасоматическому типу. Примерно столько же мировых запасов нефти и газа связано с ловушками, развитыми в разломных и приразломных зонах земной коры.

Целью исследований было разработать на основе системного анализа общий методологический подход к сейсмогеологической интерпретации скорости продольных волн для прогноза месторождений флюидного генезиса в сложно построенных средах.

Для ее реализации ставились следующие задачи: Провести анализ и обобщение данных геологии, геомеханики, реологии, петрофизики и физического моделирования волнового поля упругих колебаний, выделить общие свойства и черты геологическом строении в рудных и в нефтяных районах для формализации в сейсмогеологической модели.

2 Выполнить анализ сейсмических параметров и характеристик сейсмического поля, в которых находят отображение процессы флюидизации.

3 Уточнить интерпретацию особенностей волнового поля, связанную с флюидонасыщением зон разрывных нарушений Определить активность разрывных нарушений с точки зрения их проницаемости по данным сейсморазведки для прогноза залежей.

4 Сформировать физико-геологическое обоснование сейсмогеологической модели интерпретации скоростей продольных юли для месторождений флюидного генезиса.

5 Дать объяснение наблюдаемым закономерностям в распределении скоростей сейсмических волн в зонах гидротермально-метасоматически измененных пород на месторождениях флюидного генезиса и проиллюстрировать его обоснованность в интерпретации для различных геологических сред и масштабов исследований.

Методологический подход к решению проблемы был заимствован автором из монографии «Физико-химические основы прямых поисков залежей нефти и газа», под ред ЕВ. Каруса и существенно дополнен данными анализа и обобщения результатов геологического и сейсмического изучения разрывных нарушений, а также теоретическими и экспериментальными данными по геомеханике и тектонофизике. Особое внимание уделено вопросу оценки наличия или отсутствия проницаемости разрывных нарушений по сейсмическим данным.

В представленной на защиту диссертационной работе проведен анализ сейсмогеологических моделей как нефтяных, так и рудных залежей флюидного генезиса. Установлено, что присущие им общие черты в характере залегания находят отображение в параметрах и характеристиках сейсмического поля.

Показано, что известная классификация сейсмических границ, разработанная Н, А Караевым для рудных районов, с учетом последних данных, полученных по рассеянным волнам в осадочных бассейнах, позволяет распространить эту классификацию на сейсмические границы осадочного чехла, дополнив ее распределением скорости.

В диссертации изложены основные подходы в методологии интерпретации поля скоростей продольных волн для прогнозирования месторождений флюидного генезиса.

Основой для создания такой модели является распределение скоростей продольных упругих колебаний Скорость продольных сейсмических волн существует независимо от типа сейсмических границ и агрегатного состояния среды, она позволяет в рамках одного параметра определять общие свойства различных геологических сред Отсюда скорость продольной волны является инструментом исследования общих сейсмических свойств рудных и нефтяных залежей Кроме того, определение скоростей в сейсмическом методе метрологически обоснованно, в отличие от динамических параметров и характеристик сейсмического поля.

Выполненный анализ и обобщение результатов геологических, геомеханических, геохимических исследований и физического моделирования поля упругих колебаний, а также данных сейсмических наблюдений позволили обосновать сейсмогеологическую модель интерпретации скорости продольных сейсмических волн для поисков месторождений флюидного генезиса.

Много внимания в работе уделено фактическим данным и результатам обобщений, накопленным в геологии месторождений рудных полезных ископаемых. Это связано с тем, что в историческом аспекте в рудной геологии более тысячелетия происходило накопление, анализ и синтез знаний, в отличие от молодой, но бурно развивающейся геологии нефти и газа Многие гипотезы и идеи были осознаны и заимствованы из рудной геологии Например, еще в середине 50-х годов ВМ Крейтер показал, что оруденение формируется в условиях сжатия К аналогичному выводу в отношении нефтеносности в настоящее время приходят многие исследователи.

Общие геологические закономерности преобразования пород под действием давления и температур, а также гидротермально-метасоматических процессов, как составляющих тектонической активизации, приводят к образованию вертикальной и горизонтальной зональности геологического пространства Разрывная тектоника обуславливает горизонтальную зональность различных по геологическому строению территорий. Горизонтальная зональность консолидированной коры транслируется в осадочной чехол.

Движение флюидных потоков в поле меняющихся давлений и температур ведет к образованию вертикальной гидротермальной зональности в геологическом разрезегидротермальной колонны.

В диссертационной работе показано, что вертикальная и горизонтальная зональность геологического строения находит свое отражение в распределении скорости продольных волн, как в консолидированной коре, так и в осадочном чехле Импульсный характер тектонической активизации и флюидизация обуславливают преобразование вертикальной и горизонтальной зональности вещества и структуры среды в более сложные формы, определенные автором как полизональность Вещественно-структурная полизональность присуща среде для рудных и нефтяных районов. Она проявляется, в том числе, в параметрах и характеристиках сейсмического поля.

В свое время, А В Николаевым было отмечено [257], что «физические и химические свойства среды, от которых зависят скорости сейсмических волн, определены геологическим развитием нашей планеты и подчинены определенным, неслучайным закономерностям, Земля единственна и усреднять по образцам „случайной Земли“ мы не имеем возможности, именно „единственность“ Земли и ее особая роль в нашей жизни заставляют быть особенно щепетильными в выборе моделей и принятии решений при интерпретации экспериментальных данных» Доказательство о неслучайном характере скоростных распределений в среде позволило автору диссертационной работы обосновать необходимость их использования в качестве инструмента для изучения зон разрывных нарушений и гидротермально-метасоматически измененных пород, как критерия для поиска резервуаров залежей флюидного генезиса.

Перед дальнейшим изложением необходимо остановится на двух часто используемых в диссертации терминах Одним из них это термин — «геологическое тело». «Геологическое тело — это часть статического геологического пространства, ограниченного геологической границей, внутри которой остаются постоянными или плавно меняются те свойства и их характеристики, по которым определены границы этого тела» (ЮА Косыгин, 1964, ЮА Косыгин, В, А Кулындышев, 1981) «Сложное геологическое тело — тело, которое может быть выделено в целом по некоторой определенной совокупности свойств, измеренных с некоторой точностью, и для которого может быть указана некоторая дополнительная совокупность свойств или иная точность измерения значений свойств той их совокупности, по которой тело выделено в целом, позволяющей провести внутри него хотя бы одну резкостную границу» (ЮА Косыгин, 1983) Далее в примечании [88] подчеркивается, что сложность геологического тела — понятие относительное, поэтому в дальнейшем при изложении во всех случаях будет использоваться термин «геологическое тело».

Вторым термином является «структура», под которым в тектонике нередко понимается пространственное расположение структурных элементов В последующем изложении работы под ним будем подразумевать данное В И. Осиповым (1985) определение «Структура — это пространственная организация всего вещества породы, характеризующаяся совокупностью морфометрических, геометрических и энергетических признаков, которые в свою очередь определяются составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов породы».

При написании диссертационной работы был использованы опубликованные и фондовые материалы предприятий, институтов Спецгеофизика, Татнефтегеофизика, Хан гымансийскгеофизика, Костромагеофизика, Степгеология, ЦГЭ, ИГиРГИ, ВНИГНИ, ВНИ1 РИ, MI IРУ, ВИМС, РГУ нефти и газа Автор благодарен руководству и ведущим ученым и специалистам этих организаций.

Автор выражает благодарность руководству и ведущим специалистам Спецгеофизики (ведущей организации) за ценные советы, рекомендации, замечания и проявившим искреннее внимание к работе, А К. Сулейманову, Ю Н Андрющенко, Н Г. Заможней, К В Крутикову и многим другим.

В различные периоды к выполняемым исследованиям проявляли внимание, оказывали поддержку, консультации, давали ценные советы: А Г. Авербух, В. М. Березкин, А Н Богданов, Б М Вапяев, А И Волгина, РВ Голева, В, А Голубовский, ГН. Гордадзе, ГА Гречишников, А В Егоркин, Г М Ермолаева, В Ю Зайченко, Н, А Караев, М, А Киричек, Е, А Козлов, С В Колесов, О К Кондратьев, Г В Краснопевцева, В А. Кулындышев, В В Меннер, И, А Мушин, Т И Облогина, И Б Розенберг, А М Силич, В, А Трофимов, В Т Хромов, В И Шаров, Г, А Шехман, В. Т Чукин, ЮК Щукин, ЮГ Юров Всем им автор глубоко признателен.

Огромную помощь в подготовке и оформлении компьютерной графики диссертации оказала Л М Дугикова.

В Ярошевский [423] для своей книги «Тектоника разрывов и складок» взял эпиграфом слова Джона Зимана. «Целью науки является понимание, а не накопление данных и формул» В представленной работе автор пытался следовать этой цели.

Толи, страдая, земля, вобравшая воздуха вздохи, Буйство ветров изгоняла и их сокрытую ярость, То ли изъела вода подземная рыхлую почву И поглотила, размыв, то ли мчащееся небозданье Вдруг налегло, или глубь морскую Нептунов трезубец Вздыбил и мощным сотряс прибоем пределы земные, Но тут глубокий провал отверзшейся бездны Вскрылся.

Стаций (Фиваида).

Заключение

.

I Для разрывных нарушений, рудных залежей, образованных флюидными потоками и залежей углеводородов выделены унифицированы и формализованы общие свойства в геологическом пространстве и времени полифазность, полизональносль, полиструктурность, полигенность, полихронность, полиформационносгь.

II Природа общих свойств в геологической среде разрывных нарушений и залежей флюидного генезиса, — объясняется тем, что: — они формируются при диссипации тектонической энергии, — на атомно-молекулярном уровне их основу составляют самые распространенные в земной коре химические элементы — кислород и водород Именно кислородные и водородные связи определяют свойства и виды процессов в геологической среде.

III Общие черты разрывных нарушений и залежей флюидного генезиса составляют геологическую основу в модели интерпретации сейсмических данных для прогноза месторождений полезных ископаемых флюидного генезиса.

IV Вертикальные, горизонтальные и наклонные разрывные нарушения, как форма существования геологической среды, могут присутствовать от самых верхних горизонтов геологического разреза до верхней мантии включительно и создавать разноориентированную систему каналов миграции флюидных потоков на различных глубинных уровнях.

1 Для осадочного чехла определены условия образования наклонных и листрических разрывных нарушений Разрывные нарушения такого типа в осадочном разрезе, исходя из критерия разрушения пористых и трещиноватых сред, могут формироваться преимущественно в зонах крупных разломов, где выше относительный уровень горизонтальных напряжений, а также на склонах тектонических структур.

2 Уточнена сейсмическая модель активного разлома Интенсивное отражение от разлома аппроксимируется пачкой тонких слоев с экспоненциальной зависимостью изменения скорости упругих продольных колебаний от удаления от шовной зоны.

3 Проницаемые (незалеченные) разрывные нарушения в геологической среде по данным методов МОВ-МПВ характеризуются аномально низкими значениями скоростей и/или присутствием отраженных от них волн.

4. Данные физического моделирования, петрофизики и сейсмических наблюдений позволил объяснить природу вертикальных зон высокой интенсивной записи на временных разрезах водонасыщением, которое уменьшает потери энергии волны при рассеянии на трещинах.

V. Геологическая среда от микродо макроуровня несет в себе вещественно-структурную зональность Сочетание вертикальной и горизонтальной вещественно-структурной зональностиэто общая закономерность геологического пространства, находящая отображение в его упругих свойствах Постоянно действующие волны напряжений и деформаций на фоне градиентов литостатического давления и температуры порождают и поддерживают вертикальную и горизонтальную зональность среды.

VI Флюидизация приводит к более сложному виду зональности — полизональности Полизональность является характерной чертой геологических сред, преобразованных под действием флюидных потоков и неупругих деформаций. В результате взаимосвязанных и конкурирующих процессов разрушения и залечивания, формируются сложная по морфологии область среды, несущая в себе особенности геодинамики и флюидизации прежних этапов геологического развития.

VII. Полизональность вещественного состава и структуры находит отображение в полизональном распределение упругих свойств геологической среды Полизональное распределение упругих свойств является важнейшим фактором в модели интерпретации сейсмических данных для прогноза месторождений флюидного генезиса.

VIII На основе использования данных геологических, геомеханических, геохимических исследований, физического и математического моделирования упругих колебаний и данных сейсмических наблюдений, обоснована необходимость использования распределения скорости продольных сейсмических волн, как основного способа выявления зон флюидизации пород и критерия в прогнозе возможных для залежей при поисках месторождений флюидального генезиса.

IX Показано, что градиентная скоростная модель среды в интерпретации сейсмических данных является основополагающей моделью изучения разрывных нарушений и зон гидротермально-метасоматически измененных пород.

X. Согласно выполненным расчетам коэффициентов отражения от пород в зонах гидротермально-метасоматических изменений сделаны выводы о том, что они являются низкоконтрастными сейсмическими границами и характеризуются волновой картиной рассеянных волн, в основном от мелкомасштабных неоднородностей.

XI Предложено 1 — более общее корректное определение сейсмической границы, охватывающее все возможные типы сейсмических границ «Сейсмическая граница — это граница пространственно-организованного отображения изменений в параметрах и характеристиках сейсмического поля" — 2 — дополнить классификацию сейсмических моделей АН Караева распределением в них скорости и использовать в качестве общей классификации сейсмических моделей.

XII Рассмотрены примеры практического использования скоростного анализа в комплексе с другими параметрами сейсмического поля для рудных и нефтяных районов и месторождений при различных масштабах исследованийпоказана его результативность.

1 Составлен прогноз области редкометального оруденения в пределах двух рудных полей (Северный Казахстан) по данным преломленных и отраженных волн Показано, что к оруденениям приурочены зоны градиентных значений скорости преломленных волн Разрывные нарушения, выявленные по отраженным волнам, коррелируются с разрушенными или с^{сформировавшимися} залежами. В поле преломленных волн они представлены аномально низкими значениями скорости.

2 По разрезам скоростей рассеянных и зеркально отраженных волн на Ханты-Мансийской площади (Западно-Сибирская плита) в фундаменте выявлен низкоскоростной слой-(волновод), интерпретируемый как граница Форша. Область пережима этого слоя совпадает с палеовулканической структурой, четко выделяющейся на энергетических разрезах предельно-эффективных скоростей.

3 Для Нюрольской впадины на примере Урманской площади показана приуроченность градиентных зон скорости преломленно-рефрагированных волн палеозойского фундамента к залежам углеодородов и полизональное ее распределение.

4 По распределению скорости преломленно-рефрагированных волн ТЗ КМПВ для архейского и «палеозойского» фундаментов Восточной Сибири выявлена меридиональная и широтная зональность тектонического строения. Установлено, что градиентные зоны распределения скорости коррелируются с месторождениями углеводородов и медноникелевых руд Норильска.

5. Предложен способ оценки возможной проницаемости пород (Южно-Татарский свод) перекрывающих ловушку углеводородов на основе дисперсии скорости. Его использование позволило определить канал миграции флюидов, как наиболее вероятную причину отсутствия залежи в ловушке, выявить перспективный объект для дальнейшей детализации.

6 Установлена наклонная зона трещиноватости — канал миграции флюидов на Даниловской структуре (Московская синеклиза) Тем самым объяснено отсутствие ловушки углеводородов в этой структуре, выявлен перспективный объект на Нейской площади. Подтверждена перспективность бортовых частей Московской синеклизы Обоснована необходимость комплексирования данных скоростного анализа и геохимии при поисках залежей углеводородов.

XIII Сделан вывод, что приуроченность месторождений углеводородов к градиентным зонам граничных скоростей консолидированных пород фундамента может рассматриваться как общая закономерность. По обобщению опубликованных работ и исследований автора составлена схема признаков флюидизации в сейсмическом поле, показывающая, что в осадочном чехле и в кристаллическом фундаменте она имеет общие свойства и формы отображения в сейсмическом поле.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие защищаемые положения.

1. Общие черты в залегании залежей флюидного генезиса и разрывных нарушений составляют геологическую основу в интерпретации сейсмических данных для прогнозирования месторождений флюидного генезиса.

2. Зональность геологического строения месторождений флюдного генезиса отображается в поле сейсмических скоростей.

3. Созданная автором методология интерпретации поля сейсмических скоростей в зонах гидротермально-мегасоматических изменений пород позволяет прогнозировать перспективы нафторудогенеза.

Полученные результаты исследований имеют фундаментально-прикладное значение Теоретические разработки будут способствовать совершенствованию общей модели прогнозирования полезных ископаемых при интерпретации сейсмических данных, развитию комплексного подхода к использованию скорости преломленно-рефрагированных и отраженных волн в изучении недр сейсмическим методом.

Использование в практике интерпретации сейсморазведочных данных примеров решения конкретных задач, описанных в диссертации, повысит профессиональный уровень исполнителей и тем самым позволит увеличить результативность при поисках и разведке месторождений флюидального генезиса.