Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геофизическая технология прогноза, поисков и разведки месторождений природных битумов

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Боровский, Михаил Яковлевич

ВВЕДЕНИЕ Л.

1. СОСТОЯНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НА ПРИРОДНЫЕ БИТУМЫ .?.

1.1. Общие сведения .?.

1.2. Техника и методика ранее проведенных геофизических наблюдений А?. Выводы .?).

2. ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

ЗОН ВОЗМОЖНОГО БИТУМОНАКОПЛЕНИЯ 11.

2.1. Выявление зон развития пород коллекторов по геофизическим данным

2.1.1. Уфимский терригенный битуминозный комплекс: результаты геологической интерпретации геофизических материалов на Черемшанско-Ямашинском участке

2.1.2. Казанский карбонатно-терригенный битуминозный комплекс: результаты геологической интерпретации геофизических материалов на Аксубаево-Мамыковском участке

2.2. Элементы комплексного геофизического изучения перспективных территорий л??.

2.2.1. Сейсморазведка .51.

2.2.2. Гравиразведка . . "

2.2.3. Электроразведка ' ' .' ' ' .1 Р.

2.2.3.1. Вертикальное электрическое зондирование

2.2.3.2. Зондирование становлением поля

2.2.4. Скважинная радиометрия ЛЯ

2.2.5. Аэромагниторазведка 8.

2.3. Комплексирование методов разведочной геофизики .9.

2.4. Дополнительные возможности изучения битумоперспективных площадей ЗД

Выводы

3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОИСКИ ЛОКАЛЬНЫХ

СКОПЛЕНИЙ ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ 9Э

3.1. Оценка возможностей применения геофизических материалов прошлых лет

3.2. Схема формирования геофизических аномалий над скоплениями углеводородов

3.3. Представления о физико-геологической модели битумной залежи 11Б

3.4. Физико-геологические предпосылки постановки методов полевой геофизики на природные битумы

3.5. Результаты экспериментальных (опытно-методических) работ на эталонных объектах

Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геофизическая технология прогноза, поисков и разведки месторождений природных битумов"

Актуальность проблемы

Природные битумы составляют значительную долю в общем балансе ресурсов горючих полезных ископаемых. Ухудшение сырьевой базы нефтяной промышленности Российской Федерации существенно повысило интерес к этим нетрадиционным, или альтернативным, источникам получения углеводородного сырья. Важным моментом служит и возможность многоцелевого использования природных битумов, нередко характеризующихся наличием в своем составе ценных металлов (ванадий, никель, молибден) и других полезных компонентов.

Особое значение приобретает вопрос восполнения запасов в старых нефтедобывающих районах. При выборе новых направлений поисков углеводородного сырья на территории Волго-Камского края ряд геологов акцентируют внимание, что битумы одна из наиболее актуальных проблем республик и областей региона. Рентабельное развитие битумного производства, в частности для Республики Татарстан, предусматривает необходимость прироста геологических запасов в объеме не менее 10 млн. тонн в год (Р.Х. Муслимов и др., 2000).

Эффективное освоение ресурсов природных битумов обусловливает целесообразность совершенствования методических приемов выполнения различных циклов геологоразведочного процесса. Это может быть осуществлено на базе применения оперативных, экологически приемлемых методов разведочной геофизики при рациональном их комплексировании. Стратегический подход заключается в выборе оптимальных сочетаний геофизических методов и методик на всех этапах - от прогноза и поисков до разведки и подготовки месторождений к эксплуатации. Отсутствие единой системы геофизических методов, являющихся основой для постановки поискового и разведочного бурения, и предопределяет актуальность создания методологии целенаправленного геофизического обеспечения геологоразведочных работ на природные битумы.

Цель работы:

Разработка геофизической технологии прогноза, поисков и разведки месторождений природных битумов.

Основные задачи:

• анализ состояния геофизических исследований на природные битумы;

• оценка возможностей использования геофизических материалов прошлых лет для прогноза битумоносных толщ верхней части геологического разреза;

• исследование физико-геологических предпосылок применения разведочной геофизики для поисков и разведки локальных скоплений полезных ископаемых;

• проведение экспериментальных геофизических измерений на месторождениях различного геологического строения;

• установление геофизических критериев отображения особенностей строения природных резервуаров;

• создание основ комплексной интерпретации геофизических данных;

• выявление геологических факторов, влияющих на освоение залежей природных битумов;

• разработка рекомендаций по геофизическому обеспечению геологоразведочных работ.

5\

Научная новизна:

• Впервые для платформенных территорий установлены определенные соотношения между аномалиями геофизических полей и особенностями размещения основных зон максимальных концентраций природных битумов;

• Выделены Каргалинско-Черемшанский и Кичуйский региональные разломы, на которых меняются фации и мощности песчаниковой пачки - основного продуктивного горизонта Мелекесской области битумонакопления. Отмечено, Каргалинско-Черемшанский разлом является современной границей ЮжноТатарского свода и Мелекесской впадины;

• Предложены методики: а) составления карт оценки перспектив на поиски природных битумов по геофизическим материалам прошлых лет; б) обнаружения и трассирования тектонических нарушений и погребенных русел древних (неогеновых) рек по результатам электроразведки ВЭЗ с помощью трансформаций, заимствованных из теории гравитационного и магнитного потенциальных полей; в) выделения зон развития карста по данным высокоточной грави-разведки (необходимо для оценки флюидопроницаемости осадочного чехла и поисков битумов в сульфатно-карбонатной толще нижнепермского отдела).

• Впервые осуществлен широкий спектр экспериментальных геофизических исследований на месторождениях битумов пластового типа.

• Установлены наличие и характер геофизических полей над битумными залежами, что дает возможность выявления и разведки скоплений природных битумов верхнепермского возраста, имеющих промышленное значение.

• Разработана методика вычисления комплексного параметра, позволяющего интегрировано обобщать результаты измерений нескольких геофизических методов одновременно: способствует более четкой локализации аномальных эффектов от искомого объекта.

• Сформулирована система геологических факторов, которую следует учитывать при подготовке месторождений полезных ископаемых к заключительным этапам геологоразведочных работ.

Практическая ценность:

Разработанный методический подход выявления зон возможного битумонакопления на основе районирования геофизических полей с позиций выделения определенных литолого-фациальных зон может служить базой при оценке перспектив неф-тебитумоносности верхних горизонтов осадочного покрова слабоизученных территорий.

Предложенная геофизическая технология способствует оптимизации размещения дорогостоящего специального на природные битумы бурения на различных стадиях геологоразведочного процесса. Снижение объемов выполнения капиталоемких видов работ в условиях рыночной экономики является решающим обстоятельством повышения рентабельности добычи полезных ископаемых.

Реализация результатов:

Основные результаты диссертационной работы использовались в НПУ "Ка-заньгеофизика" ОАО "Татнефтегеофизика" при реализации общесоюзной программы "Разработка основы и методов прогноза, поисков и оценки малоизученных и новых видов минерального сырья" (1986-1992 гг.), и "Государственной программы изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы Республики Татарстан" (1993-2000 гг.).

Разработанные рекомендации могут быть применены наряду с Татарстаном (высокоперспективные, перспективные, малоизученные земли) на сопредельных территориях Самарской и Оренбургской областей и других районах Урало-Поволжья.

Основные защищаемые положения:

• геофизическая технология прогноза, поисков и разведки месторождений природных битумов;

• система геологических факторов, которую следует учитывать при подготовке месторождений полезных ископаемых к заключительным этапам геологоразведочных работ.

Апробация работы.

Основные положения докладывались и обсуждались на Международных симпозиумах "Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения" (Санкт-Петербург, 1992, 1997), "Верхнепермские стратотипы Поволжья" (Казань,

1998), на Международных конференциях "Геофизика и современный мир" (Москва, 1993), по проблемам комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов (Казань, 1994), "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" (Санкт-Петербург, 1996), "Экологическая геология и рациональное недропользование. Становление научного направления и образования" (Санкт-Петербург, 1997), "Modern approaches to flowers in porous media" (Москва,

1999), "Перспективы развития и освоения топливно-энергетической базы СевероЗападного экономического района Российской Федерации" (Санкт-Петербург, 2000), на Первой Международной Второй Российской конференции "Охрана окружающей среды при поисках, разведке, разработке месторождений углеводородного сырья, его переработке и транспортировке" (Санкт-Петербург, 1996), на Всесоюзных конференциях по проблемам оценки ресурсов и комплексного освоения природных битумов, высоковязких нефтей и сопутствующих им металлов (Ленинград, 1990), комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей (Казань, 1991), на XIV и XV Губкинских чтениях "Развитие идей И.М. Губкина в теории и практике нефтегазового дела" (Москва, 1996), "Перспективные направления, методы и технологии комплексного изучения нефтегазоносности недр" (Москва, 1999), на VII Конгрессе CITOGIC "Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи" (Казань, 1998), на Всероссийских конференциях "Мониторинг геологической среды: активные эндогенные и экзогенные процессы" (Казань, 1997), "Природные резервуары углеводородов и их деформации в процессе разработки нефтяных месторождений" (Казань, 2000), на Международном семинаре им. Д.Г. Успенского "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" (Ухта, 1998; Москва, 2000), на научно-практических конференциях "Малоизученные нефтегазоносные комплексы Европейской части России" (прогноз

To'ZZ— И Перспекгивы освоения) (Москва, 1997), «Перспективы нефтегаtTaMeHTa на территории Татарстана и Волго" гих kdvithmy ^ ' °пыт Р^ведки и разработки Ромашкинского и дру

19981 ••Го НефТЯНЫХ месторождений Волго-Камского региона" (Лениногорск, акгуал,н^ ГНИе И Перспективы использован геофизических методов для решения мыmZT' РаЗВ6ДКИ И РазРаботки месторождений полезных ископае-нефти пазпя^ ИИ' 19"Х "Высо™кие нефти, природные битумы и остаточные

МеСТ°Р°—" Казань, 1999)! "Новые идеи поиска, развед-нии К? НефТЯНЫХ месторождений" (Казань, 2000), на региональном совеща-™ ЗГ Ге°Л0ГИИ ТВ6РДЫХ полезных ископаемых Поволжья" (Казань, 1994), Ге™ос™ и™™ K0H*ePe«™ ПО "Татнефть" по вопросам повышения эф

Н0ВЫХ 3аПаС0В НеФ™ на месторождениях Татарстана (Аль-нефть" (Альметьевск^т совещании по итогам геологоразведочных работ ПО "Тат-тивы nl™ на научно-техническом семинаре "Состояние и перспекдискуссии ^ ИМПульсных методов электроразведки" (Казань, 1993), на семинаре-реоаботкя концептуальные вопросы развития комплекса "Нефтедобыча - нефтепенисхых нефтГй"?К^анГ\В907еГНе * ^ С Увеличением Д°ли ™ых высокосер-лапгтия^^ Казань, 1997), на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета за 1988-1993 и 1996-1999 гг. чигпр 9П31|ЛИКТ- П° Т6Ме Диссертации опубликовано 54 печатные работы, в том числе 2 монографии, 34 статьи и доклада, 18 тезисов докладов.

Фактический материал. геогЬи^ГОТОВУ' ДИССерТации пол°жены данные обобщения обширного геологовосточГпгпТ0 Mf/PHajla в пределах западного склона Южно-Татарского свода и

Dm'Z° РТа Гелекесской юадины (полигонные участки) и результаты экспеуЛимclTn Геофизических наблюдений на детально изученных месторождениях ваны n!!m теРРигенного битуминозного комплекса (эталонные объекты). ИспользозаньГГГ'^ИССЛеД°ВаНИ^ полученные в ОАО "Татнефтегеофизика", НПУ "КаметьевР^Г ' 1атарском геологоразведочном управлении, ТатНИПИнефть, АльтумоГиТ Л°ГОПОИСКОВОЙ К0НТ0Ре, Научно-техническом центре по добыче биmZ JJn ЯЗКИХ НСфтеЙ УРало-Поволжья, ЦНИИгеолнеруд, Казанском государственном университете. широкийЛеНбПРаВЛеННЫе кРУпномасштабные геофизические съемки, включающие cnptm^Ji Методов (гравиметрия, терморазведка, магниторазведка, гамма-ппоне генГ электроразведка в модификациях ВЭЗ-ВП, СЭП-ВП, ЕП, ЗСБЗ), Казанским П°Д РУКОВОДСТВОМ автоРа силами НПУ "Казаньгеофизика" совместно с гепиш^л/п p™BePCrfreT0M' ГПК' научно-исследовательскими институтами (ЦНИИгеолнеруд, ВНИИГИС) на восьми эталонных объектах.

Riannrr Jf™ геолого"геофизических материалов для решения поставленных задач выполнен лично автором, с его участием или под его руководством. 8

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем т страниц машинописного текста, 5 таблиц, 64 рисунка. Библиография включает 142 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Боровский, Михаил Яковлевич

Выводы

Рассмотрены естественные факторы, которые следует учитывать на завершающих этапах освоения месторождений природных битумов. При составлении проектов на разведку и технологических схем разработки скоплений полезных ископаемых необходимо изучение следующей системы геологических факторов, включающей:

1. Зоны развития повышенной тектонической трещиноватости осадочной толщи.

2. Долины палеорек (неогеновые врезы)

3. Степень разрушенности битумной залежи

4. Гидрогеологические особенности верхней части разреза

Создание горно-технологической модели объекта на базе выявленных факторов будет содействовать выбору оптимального положения и "шага" разведочных и эксплуатационных скважин. Безусловно, сформулированная система служит лишь первым приближением гетерогенного строения геологической среды, содержащей природный резервуар. Последняя может включать в себя ряд и других геологических неоднородностей разреза.

Показаны и положительно оценены возможности разведочной геофизики при изучении инженерно-геологических условий месторождений природных битумов. Постановка целенаправленных крупномасштабных геофизических съемок - высокоточная гравиразведка, спектральная гамма-съемка, различные модификации электроразведки - позволяет выделять в пределах битумной залежи разуплотненные ослабленные зоны, определять степень преобразования битумоносных пород и др.

Результаты, проведенных исследований существенны при решении задач повышения эффективности геологоразведочных работ на стадиях разведки и подготовки месторождений природных битумов к эксплуатации.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПРИРОДНЫЕ БИТУМЫ

Прогнозирование нефтегазоносноети геологического разреза на базе специализированных геофизических и геохимических методов осуществляется на региональном, поисковом и разведочном этапах геолого-разведочного процесса (O.JI. Кузнецов и др., 1988 [76]). Эта же схема может быть положена в основу стадийности геофизических исследований на природные битумы.

Согласно целевой ориентации на первой ("обзорной") стадии регионального этапа производится выявление возможных зон битумонакопления. В условиях Татарстана для районов развития продуктивных толщ казанского карбонатно-терригенного и уфимского терригенного (восточный борт Мелекесской впадины и западный склон Южно-Татарского свода соответственно) битуминозных комплексов установлены следующие соотношения между аномалиями геофизических полей и особенностями размещения основных зон максимальных концентраций полезных ископаемых. Область развития песчаных пород с улучшенными коллекторскими свойствами средней (терригенной) части казанского яруса обрамляется зонами интенсивных локальных минимумов силы тяжести. Площадям распространения "раздувов" мощности песчаников шешминского горизонта уфимского яруса соответствуют зоны региональных минимумов геомагнитного и гравитационного полей. Полученные закономерности предполагают переинтерпретацию геофизических материалов прошлых лет. Основу методического подхода регионального уровня прогнозирования составляет районирование геофизических полей с позиции выделения определенных литолого-фациальных зон, обусловленных различным режимом тектонических движений.

На второй ("зональной") стадии регионального этапа выполняется оценка перспектив зон возможного битумонакопления путем заложения ряда региональных геофизических профилей. В последние годы на слабоизученных землях СевероТатарского свода по данным структурного бурения определены зоны развития раздувов мощности песчаников шешминского горизонта и максимального развития песчаных пород-коллекторов казанского яруса.

Выявление залежей природных битумов в терригенных отложениях уфимского и казанского ярусов представляется особенно важным, так как в Татарстане имеется опыт разработки скоплений углеводородов, приуроченных к песчаным коллекторам. Планируется зоны увеличенных мощностей пород-коллекторов уфимского и казанского ярусов рассечь одним или двумя региональными профилями. Методически опытно-производственные исследования обусловливают постановку электроразведочных работ в модификациях ВЭЗ-ВП и ЗСБЗ с шагом измерения по профилю 500 м. Максимальные разносы питающей линии АВ при производстве электроразведочных работ ВЭЗ-ВП должны составлять 1500-2000 м. Исследования методом ЗСБЗ проводятся аппаратурой "Каскад" совмещенными установками 100x100 м2. При интерпретации предполагается выделение геофизических аномалий, возможно, битумной природы и выдача рекомендаций на проведение специального на природные битумы бурения.

На "зональной" стадии изучения битумоперспективных площадей целесообразно выявление и трассирование гравиметрией и электроразведкой ВЭЗ (имеется в виду использование материалов геофизических работ, ранее здесь проводившихся) древних погребенных речных долин (на землях Татарстана - неогеновые врезы), малоперспективных на обнаружение полезных ископаемых. Как правило, в зонах размыва коренных пород продуктивные толщи отсутствуют либо имеют сокращенную мощность.

На региональном этапе существенно важно использовать информационные возможности и других методов. В настоящее время для выбора объектов под сейс-моразведочные работы применяются результаты дистанционных (аэрокосмических) исследований. При решении указанной задачи обеспечивается оперативное получение большого объема данных о закономерностях распределения типов форм и элементов рельефа, обусловленных неотектоникой. Это позволяет по результатам инструментального дешифрирования (геоморфологическая карта) выявлять участки с наибольшей степенью горизонтальной и вертикальной расчлененностью земного рельефа, благоприятные для постановки геолого-съемочных работ на природные битумы. Возобновление маршрутных съемочных работ на интересующие полезные ископаемые на территории Татарстана обосновано И.М. Акишевым [3].

Поисковый этап геофизических исследований на природные битумы предполагает выявление и подготовку потенциально продуктивных локальных структур (ловушек) к поисковому бурению. Здесь должны учитываться основные принципы проектирования площадей для нефтепоисковых работ, нашедшие отражение и реализацию на территории Татарстана в комплексных проектах. Это "полная и ускоренная подготовка с детальностью, обеспечивающей выявление и подготовку всех экономически рентабельных объектов и исключающей неоднократный возврат на одни и те же площади" [62].

На стадиях поискового процесса решаются задачи, направленные на обнаружение и оконтуривание в геофизических полях аномалий, обусловленных специфическими эффектами взаимодействия геологической среды с элементами продуктивных структур (флюидонасыщенными пластами, запечатывающими слоями, ореолами "рассеяния" или "вторжения"). О существовании ловушек природных битумов на глубине свидетельствуют зоны повышенных величин на разрезах F (рк, г)к) по материалам ВЭВ-ВП, участки высоких значений на графиках F (рк, г|к) по данным СЭП-ВП. По результатам метода ЗСБЗ над битумной залежью следует ожидать закономерное изменение формы кривых Sx(Hx): кривые со значительным приростом проводимости характеризуют межструктурные понижения и крыльевые части верхнепермского поднятия, кривые с небольшим приращением проводимости - свод структуры. На разрезах дифференциальных проводимостей ASt/AHt поисковым признаком является распределение геофизического поля в виде обрамления мозаичной аномалии низкой проводимости, отображающей залежь углеводородов, зоной повышенных значений рассматриваемого параметра.

При поисковом прогнозировании полевые геофизические работы рекомендуется проводить тем же аппаратурно-методическим комплексом геофизических методов (ВЭЗ-ВП, ЗСБЗ), что и на "зональной" стадии. Однако, геофизические наблюдения выполняются в площадном варианте: шаг измерений по профилю 200-250 м, расстояние между профилями 500 м. В конкретных случаях, возможно сгущение сети наблюдений, либо дополнение комплекса исследований электроразведкой СЭП-ВП. На площадях западного склона Южно-Татарского свода, перспективных на поиски скоплений битумов в уфимском ярусе, ориентировка сети геофизических профилей должна учитывать основные положения теории "трендового" строения шешминского горизонта [130, 131]. В соответствии с этой теорией, реализуемой на практике [69], барообразные песчаные тела, содержащие залежи битумов, расположены упорядочено и развиты в северо-западном и юго-восточном направлениях под углом 45° к меридиану. Отметим, размеры песчаных тел составляют по длинной оси 4-5 км, реже 10-12 км, по короткой -1.5-3 км; глубины залегания скоплений битумов варьируют от нуля до двухсот метров. При изучении битумоносности песчаников уфимского яруса структурным и специальным бурением используется сетка с расстоянием между скважинами 500-600 м [69].

На разведочном этапе освоения залежей полезных ископаемых геофизические методы применяются при составлении проектов и технологических схем промышленной разработки битумных месторождений. Ведущим является высокомобильный помехоустойчивый метод гравиразведки: трассируются зоны развития неогеновых врезов. Установлено [59, 93], что битумы в направлении к врезу утяжеляются и в самой зоне подвергаются наиболее глубокому гипергенному воздействию. Данное явление приводит к резкому ухудшению товарных свойств углеводородного сырья.

При решении ряда вопросов, связанных с процессами разработки залежей природных битумов способами вторичного воздействия на пласт (ВДОГ, закачка пара, растворителей и др.), гравиразведка приобретает большое значение как эффективный метод при диагностике зон тектонического разуплотнения в осадочной толще. При добыче углеводородного сырья по внутрипластовой технологии в зонах повышенной тектонической трещиноватости могут наблюдаться преждевременный прорыв теплоносителей к забоям добывающих скважин, либо проникновение газообразных продуктов физико-химических реакций в покрывающую залежь толщу вплоть до дневной поверхности. Очевидно, своевременное (на стадии разведки) выявление зон повышенной трещиноватости и проницаемости пластов позволяет повысить эффективность разработки скоплений углеводородов. Для выделения тектонически ослабленных зон в пределах битумных месторождений необходимо проведение целенаправленных высокоточных гравиметрических съемок с соотношением расстояний между точками измерений к профилям 1:2-^3 (50x100^-150 м). Применение прямоугольной, более "вытянутой" сети наблюдений, приводит (П.С. Ревякин и др., 1986) к искажению характера поля, появлению ложной анизотропии поля за счет эффекта от аномалий, простирающихся перпендикулярно к направлению профиля съемки.

Присутствие на площади исследований тектонически ослабленных зон и зон развития неогеновых врезов фиксируется высокоточной гравиразведкой в виде интенсивных локальных минимумов силы тяжести. Благоприятным фактором, способствующим "усилению" аномальных геофизических эффектов, является совпадение местоположений указанных неоднородностей геологического разреза в плане.

Анализ материалов электроразведки методом сопротивлений (установки СЭП, ВЭЗ) на залежах природных битумов выявил зоны пониженных величин кажущихся удельных сопротивлений. Последние (зоны) в ряде случаев отождествляются с обводненными участками надпродуктивной толщи и свидетельствуют о сложности горно-технологических условий геологических объектов. Целесообразно исследование гидрогеологических особенностей детально изученных структурным бурением месторождений битумов (западный склон Южно-Татарского свода) с помощью симметричного электропрофилирования СЭП: шаг измерений по профилю 100-150 м, расстояние между профилями 300-450 м. Оптимальная величина разносов АВ численно равна шагу наблюдений. При подготовке битумоскоплений к добыче предполагается уточнение положения геоэлектрических неоднородностей вертикальными электрическими зондированиями ВЭЗ.

На стадии эксплуатации рекомендуется комплекс геофизических методов контроля за процессами разработки залежей природных битумов способами вторичного воздействия на пласт. Применяются высокоточная магниторазведка и электроразведка в модификации естественного электрического поля [124, 134, 135].

Повышение эффективностей поисков и завершающих этапов освоения месторождений природных битумов связывается комплексированием методов разведочной геофизики с данными литогазогеохимического опробования и результатами дистанционных (аэрокосмических) съемок.

Оптимизация различных этапов геофизических исследований на природные битумы (прежде всего имеются ввиду прогноз и поиски) базируется на максимальном использовании имеющихся геофизических материалов. Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных на территории Татарстана и, в целом, центральных районов Волго-Уральской области включает:

• переинтерпретацию данных сейсморазведки МОГТ - выделение тектонических нарушений, нижнекаменноугольных и верейских эрозионных врезов и составление с учетом данных глубокого бурения сводной карты указанных неоднородностей геологического разреза;

• построение сводных карт аномалий силы тяжести в редукции Буге и карт локальных гравиметрических аномалий (способ вариаций, радиусы трансформаций 2 и 1 км) - выявление и трассирование зон интенсивной трещиноватости и неогеновых врезов;

• геологическое истолкование результатов аэромагнитной (магнитной) съемки -трассирование зон разломов;

• составление сводных карт послойной и суммарной проводимости образований осадочного покрова по данным электроразведки ЗСБЗ - обнаружение зон повышенной тектонической трещиноватости, прогнозирование зон развития нижнекаменноугольных эрозионных врезов;

• построение по материалам электроразведки методом ВЭЗ сводных карт изоом для различных разносов питающей линии АВ - определение местоположения неоднородностей геологического разреза: неогеновых врезов, тектонических нарушений и др.

На основе полученных материалов возможен выбор наиболее перспективных на поиски природных битумных участков для постановки целенаправленных геофизических работ.

Результаты комплексного истолкования геолого-геофизических материалов могут быть использованы и при решении иных геологических задач: выявление залежей нефти в карбонатных коллекторах, поиски пресных подземных вод, оценка защищенности земных недр и др.

Методология геологоразведочных работ предопределяет основные направления геолого-геофизических исследований. Представляется актуальным наращивание ресурсов полезных ископаемых по уфимскому (терригеному) битуминозному комп-кексу. Б.В. Успенский [117] и П.А. Шалин [130] положительно оценивают перспективы песчаниковой пачки на юго-востоке Татарстана и за его пределами — на севере

Гойяn/-ичли иг Onpufwnmmtt с\(л гтягтрм ll.Tllij.'^ 11ч 1 . . . VIIV^J 41 V J ■ . ~ . . .

Резервом повышения прироста запасов природных битумов в РТ должно являться изучение земель с невыясненными перспективами (рис. 5.1). К последним относятся территории Северо - Татарского свода (И.М. Акишев, 1983; Р.Х. Мус

8Э

Рис. 5.1. Карта перспектив битуминозное™ Татарстана (по Р.Х.Муслимову и др., 2000)

1 - район первоочередного освоения месторождений природных битумов; 2 - земли доказанной битумонос-ности пермских отложений; 3- земли невыясненных перспектив лимов и др., 2000; [3, 7, 83]). В процессе просмотра материалов структурного бурения были обнаружены [3, 7] битумопроявления в песчаной пачке шешминского горизонта уфимского яруса в скважинах 275 Мамадышской площади, 704 Тукаевской площади, 660 Тюлячинской площади (эта скважина расположена в приподнятой центральной части Северо-Татарского свода).

И.М. Акишев отмечает [3], что на Северо-Татарском своде, в пределах Татарстана, пробурено большое количество структурных скважин, но почти все они пройдены без отбора керна в перспективных на битумы интервалах. Только в пяти скважинах был поднят керн их уфимских отложений, в трех из них есть битумопроявления. Во многих скважинах этот интервал характеризуется повышенными значениями кажущегося удельного электрического сопротивления. Все это, рассматривается как положительные признаки. Предполагается, что зона развития залежей "легких" природных битумов бассейна р. Шешмы имеет северо-западное продолжение за Каму, в пределы Северо-Татарского свода. Поэтому поиски здесь залежей природных битумов, в первую очередь в уфимских отложениях, И.М. Акишев считает также перспективными, как и в Закамской части Татарстана.

Вышеизложенное обусловливает необходимость районирования с целью прогнозной оценки на природные битумы площадей Северо-Татарского свода на основе обобщения всех геолого-геофизических материалов. На территории северной части Республики Татарстан проведены детальные гравиметрические, аэромагнитные и радиометрические съемки, осуществлены сейсморазведочные (MOB, МОГТ) и электроразведочные (метод ЗС) работы, имеются данные глубокого и структурного бурения. При наличии соотношений геофизических полей, аналогичных выявленным на Черемшанско-Ямашинском полигоне, это позволит определить районы наиболее благоприятные (в региональном плане) на поиски зон развития "раздувов" песчаников шешминского горизонта, с которыми связываются основные перспективы уфимского (терригенного) битуминозного комплекса.

Предварительный анализ карт аномалий геомагнитного поля и поля силы тяжести свидетельствует о довольно дифференцированном характере последних, что служит благоприятным условием геологической интерпретации результатов региональных геофизических исследований.

В данный момент накоплен определенный опыт (раздел 2.2) выделения различных проявлений диастрофизма земной коры (разломы, зоны повышенной трещиноватости, эрозионные врезы и др.) по результатам геофизических съемок с учетом материалов структурного и глубокого бурения. Вследствие этого существенно составление структурного каркаса разломной тектоники по геофизическим материалам.

Выполнение вышеперечисленных мероприятий будет способствовать выявлению участков, благоприятных для постановки целенаправленных геофизических исследований на природные битумы. Опыт геофизических работ на эталонных месторождениях битумов Татарстана показывает (раздел 3.5.) довольно высокую эффективность электроразведочных методов ВЭЗ-ВП, СЭП-ВП, ЗСБЗ.

Геофизические исследования не осуществлялись на залежах казанского (кар-бонатно-терригенного) и нижнепермско-верхнекаменноугольного (карбонатного) комплексов. Для разработки рациональной методики поисков и разведки скоплений природных битумов в карбонатных коллекторах казанского яруса и нижнепермского отдела необходимы: а) постановка целенаправленных крупномасштабных геофизических съемок на известных месторождениях, б) изучение физических свойств как продуктивных, так и вмещающих отложений, в) создание физико-геологических моделей интересующих объектов.

Следует принимать во внимание, что природные битумы представляют важнейший фактор защищенности геологической среды.

При геологоразведочных работах, оценке ресурсов и опытно-промышленной разработке различных видов полезных ископаемых (горючих, рудных, неметаллических) практически не учитывалось влияние скоплений природных битумов на эколо-го-экономическую обстановку территории расположения залежей и месторождений этого вида углеводородного сырья.

Негативные последствия геологоразведочного процесса на землях распространения пермских битумов рассмотрены в работах Р.Х. Муслимова, Б.В. Аниси-мова, Г.И. Васясина, Р.З. Мухаметшина, Г.А. Петрова, Б.В. Успенского, Э.К. Швыд-кина, автора и др. [10, 12, 86, 135].

Зоны развития скоплений природных битумов занимают огромные площади запада, юга, юго- и северо-востока РТ. Нередко в их пределах в верхней части разреза ведется освоение минерально-сырьевых ресурсов (гипса, стройматериалов, торфа и т.п.) открытым способом и бурение различного рода скважин. На этих территориях, также как и в долинах рек, особенно при пересеченном рельефе, в результате статической разгрузки пород резко усиливается трещиноватость глинистых водоупорных толщ, происходит раскрытие микротрещин, а водопроводимость глинистых толщ может увеличиваться на несколько порядков (Е.П. Пахомов, М.Н. Буянов, 1990). Поэтому определяющую роль в формировании перетоков из других горизонтов и поверхностных вод начинает играть водопроводимость условно водоупорных или слабопроницаемых пород, объясняющаяся их трещиноватостью. Уменьшение статической нагрузки на породы в карьерах, долинах рек (палеорек) создают хорошие условия для интенсивного развития трещиноватости глинистых пород [86].

Одним из нежелательных последствий этих явлений, на наш взгляд, может оказаться утечка углеводородных газов из залежей природных битумов, так как нередко, особенно в бассейне р. Шешмы, месторождения битумов (Восточно-Чумачкинское, Нижнекармальское, Ашальчинское и др.) характеризуются газовыми шапками или содержат растворенный газ. Другим последствием является возникновение перетоков минерализованных вод, сопровождающих скопления битумов, в вышележащие горизонты пресных вод. В обоих случаях при размещении (планировании) карьеров, шахт, штолен и скважин необходимо учитывать негативное влияние залегающих в нижележащих отложениях битумных залежей.

Целесообразность учета распространения природных битумов объясняется также следующими причинами. Весьма характерная особенность рассматриваемых полезных ископаемых относительно неглубокое их залегание. Вертикальный диапазон размещения пермских битумов Татарстана укладывается в интервал от 0 до 400450 м. Над каждым скоплением битумов сложились свои естественные природные условия: обширные площади земельных угодий, лесных массивов, водоемов (реки, ручьи, озера, искусственные водоемы), животный мир и, главное, довольно высокая плотность населения (Б.В. Анисимов, 1981,1984; Г.А. Петров и др., 1991).

Пока битумы залегают в естественном состоянии, они находятся в сбалансированных природных условиях и не оказывают влияние на окружающую природную

192 среду.

Выше битумных залежей в четвертичных, неогеновых и казанских отложениях до глубины 50-200 и более метров залегают пресные воды, которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Попутные воды битумных залежей содержат в высоких концентрациях растворенный сероводород, аммоний, бром, обладают повышенной минерализацией. При отсутствии цемента за колонной создаются условия для коррозии, с одной стороны, и нарушения целостности колонн для разрушения битумных залежей и загрязнения пресных вод - с другой. Поэтому, в пределах участков распространения битумных залежей требуется изоляция пресных вод и самих битумных залежей.

На наш взгляд при составлении проектов и технологических схем промышленной разработки скоплений различных полезных ископаемых просматриваются два аспекта: первый связан с учетом естественного залегания природных битумов в пределах воздействия горнодобывающей промышленности (бурение различного рода скважин, строительство карьеров, штолен и т.п.); второе направление обусловлено вероятностью загрязнения жизненно важных объектов: атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод при разработке битумных залежей.

Таким образом, для прогнозирования нарушенных состояний природы, вызванных наличием скоплений природных битумов, необходимо учитывать их распространение в Республике Татарстан (высокоперспективные, перспективные, малоизученные земли) и сопредельных регионах (Самарская, Оренбургская области и др.) Урало-Поволжья. На указанных территориях необходимо проведение геофизических исследований с целью рекогносцировки, поисков и разведки зон развития скоплений природных битумов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые разработана геофизическая технология прогноза, поисков и разведки скоплений природных битумов в терригенных коллекторах верхней (до 150-200 м) части геологического разреза платформенных территорий. Технология обеспечивает возможность снижения объемов капиталоемких видов исследований (параметрическое, структурное, специальное бурение) на различных этапах и стадиях геологоразведочных работ на нетрадиционные источники углеводородного сырья.

Для выбора и обоснования рациональных комплексов геофизических методов осуществлено натурное моделирование на хорошо изученных глубоким, структурным и специальным бурением площадях (полигонные участки) и известных месторождениях уфимского яруса (эталонные объекты). В качестве «полигонов» выбраны территории восточного борта Мелекесской впадины и западного склона ЮжноТатарского свода, где в прошлые годы проведен большой объем региональных и детальных геофизических измерений. Целенаправленные крупномасштабные геофизические съемки, включающие широкий набор методов (гравиметрия, терморазведка, магниторазведка, гамма-спектрометрия, электроразведка в модификациях ВЭЗ-ВП, СЭП-ВП, ЕП, ЗСБЗ) выполнены на достаточно большом количестве эталонных объектов: Подлесное, Южно-Ашальчинское, Нижнекармальское, Кармалинское, Вос-точно-Чумачкинское, Аверьяновское, Екатериновское месторождения; Сугушлин-ский битумный участок.

Региональное изучение перспективных районов - научное обоснование выбора первоочередных направлений и объектов поисковых работ - заключается в выявлении вероятных зон аккумуляции и каналов вертикальной миграции нефтесодержа-щих флюидов. Показана возможность получения сведений для оценки перспектив на поиски полезных ископаемых по геофизическим материалам прошлых лет.

Впервые в региональном плане установлены качественные соотношения между аномалиями геофизических (гравитационного и магнитного) полей и особенностями размещения основных зон максимальных концентраций природных битумов. Обоснован методологический подход - районирование геофизических полей с позиций выделения определенных литолого-фациальных зон, обусловленных различным режимом тектонических движений.

Рассмотрена возможность обнаружения и трассирования путей транспортировки углеводородонесущих флюидов по данным структурной (нефтепоисковой) геофизики: сейсморазведка (МОГТ), высокоточная гравиразведка, электроразведка (ВЭЗ, ЗС), аэромагниторазведка, скважинная радиометрия. Предложены методические приемы извлечения геологической информации из материалов структурной электроразведки (ВЭЗ) и гравиметрии.

Ключевой момент регионального уровня прогнозирования - определение мест пересечения зон развития пород-коллекторов и вероятных путей миграции углеводородов: существенно для выбора участков, наиболее перспективных на поиски полезных ископаемых.

На основе обобщения и анализа обширного геолого-геофизического материала выделены Каргалинско-Черемшанский и Кичуйский региональные разломы, имеющие общегеологическое значение. Каргалинско-Черемшанский разлом, по-видимому, является границей Южно-Татарского свода и Мелекесской впадины.

На базе широкого спектра экспериментальных (опытно-методических) работ на месторождениях уфимского терригенного битуминозного комплекса выявлены аномальные геофизические эффекты, обусловленные особенностями строения природных резервуаров. Геологическое истолкование основывается на представлениях о дифференциации физических свойств вмещающих и продуктивных пластов и вторичных изменениях пород надпродуктивной толщи, происходящих в результате миграции углеводородов. Для повышения надежности и однозначности геологической интерпретации разработана методика совместной обработки материалов различных методов, заключающаяся в вычислении суммарного комплексного параметра F. Подбор сочетаний поисковых критериев, получаемых каждым методом, позволяет оптимизировать технологию выделения геометрических и литофизических неоднородностей геологического разреза.

Поисковый этап геофизических исследований предполагает выявление и подготовку потенциально продуктивных локальных структур (ловушек) к специальному на природные битумы бурению. Рационально использование электроразведки в модификациях ЗСБЗ и ВЭЗ-ВП. Электроразведка ЗСБЗ фиксирует структурные особенности строения ловушек полезных ископаемых. Метод ВП планируется как прямой метод обнаружения углеводородов.

Накопленный к настоящему времени опыт освоения скоплений природных битумов позволяет говорить об особенностях геологического строения объектов разведки и эксплуатации. Существенна оценка условий залегания. В диссертации сформулирована система геологических факторов, которую следует учитывать при разведке и подготовке месторождений природных битумов к разработке. На завершающих стадиях геологоразведочных работ необходимы сведения о присутствии зон повышенной трещиноватости, неогеновых врезах, степени разрушенности и обводненности залежей. Как правило, эти неоднородности выявляются в процессе эксплуатационного разбуривания. Учет указанных факторов при составлении проектных документов и обустройстве месторождений позволяет снизить материальные затраты, что способствует повышению рентабельности добычи полезных ископаемых.

На разведочном этапе для изучения структуры верхней части геологического разреза целесообразен комплекс полевой геофизики, включающий высокоточную гравиразведку и электроразведку методом сопротивлений (установки ВЭЗ, СЭП). Такой набор геофизических методов позволяет выделять зоны развития неогеновых долин, сопряженных с тектоническими ослабленными зонами, и участки обводнения залежей. Геологическое истолкование результатов геофизической разведки совместно с данными бурения структурных и специальных скважин способствует достаточно надежному определению природы аномальных эффектов.

Основными направлениями дальнейших исследований следует считать:

• разработку рациональной методики геофизических поисков и разведки месторождений природных битумов в карбонатных коллекторах пермской системы;

• осуществление региональных геофизических работ на слабоизученных землях Татарстана и сопредельных районов Самарской и Оренбургской областей;

• геофизическое обеспечение предварительной оценки битумоперспективных территорий с целью прогнозирования техногенного изменения геологической среды при любом воздействии горнодобывающей промышленности.

Проведенные исследования на площадях развития скоплений природных битумов, обладающих как сходством строения, так и различием с нефтяными скоплениями, позволили расширить традиционные области применения разведочной геофизики.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Боровский, Михаил Яковлевич, Казань

1. Абдуллин Н.Г, Аминов П.З., Акишев И.М. и др. Закономерности размещения и условия формирования залежей нефтей и газа Волго-Уральской области. -Том 1.I. Татарская АССР. - М.: Недра, 1979. - 168с.

2. Абдулмазитов Р.Г., Панарин А.Т. Влияние основных технологических факторов на перетоки закачиваемой воды на залежах нефти, осложненных эрозионными врезами // Тр. ТатНИПИнефть. Вып.58. - Бугульма, 1986. - С.3-5.

3. Акишев И.М., Анисимов Б.В., Шалин П.А. Геологическое строение и гидрогеология Мордово-Кармальской залежи битумов // Тр. ТатНИПИнефть. -Вып.30. Казань, 1975. - С.11-16.

4. Акишев И.М., Гилязова Ф.С. Геологическая история формирования природных резервуаров битумов перми Татарской АССР // Тр. ТатНИПИнефть. -Вып.56. Бугульма, 1985. - С.116-122.

5. Акишев И.М., Шалин П.А. Перспективы дальнейших поисков залежей природных битумов в уфимских отложениях Татарской АССР // Тр. ТатНИПИнефть. Вып.52. - Бугульма, 1983. - С.49-54.

6. Алексеев Ф.А. и др. Закономерности в распределении радиоактивных элементов и естественного гамма-поля нефтегазоносных областей // Радиометрия нефтегазоносных областей. М., 1968. - С.3-122.

7. Андреев Б.А. Геофизические методы в региональной структурной геологии. -М.: Госгеолтехиздат, 1960. 259с.

8. Анисимов Б.В. Гидрогеологические особенности залегания битумных залежей в пермских отложениях Татарской АССР // Природные битумы дополнительный источник углеводородного сырья. - М: ИГиРГИ, 1984. - С.136-142.

9. Анисимов Б.В., Акишев И.М. Вершинина Р.И. Гидрогеология Ашальчинского месторождения битумов Татарской АССР РНТС ВНИИОЭНГ, сер. "Нефтегазовая геология и геофизика". 1978. №1. С.29-33.

10. Анисимов Б.В., Ибрагимов P.J1., Пухов А.Г. Основные принципы типизации геологической среды нефтедобывающих районов в природоохранных целях // Труды. ТатНИПИнефть. Вып.60. - Бугульма, 1987. - С.60-74.

11. Анисимов Б.В., Рахманова Р.З., Полянина В.В. Выявление битумных залежей Татарии по содержанию водорастворенных органических веществ // Нефтегазовая геология и геофизика. №7. - М.: ВНИИОЭНГ, 1982. - С.14-17.

12. Аппаратура "Каскад" для импульсной и скважинной электроразведки: Проспект." Л.: НПО "Рудгеофизика", 1986. 4с.

13. Архипов А.Я., Кучерук В.В., Петухов А.В. Геологические и геохимические методы поисков полезных ископаемых. Итоги науки и техники. - Т.5. - М.: ВИНИТИ, 1980. - 142с.16