Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геолого-петрофизический анализ пород докембрийского фундамента с целью прогнозирования разреза глубоких скважин и геологического картирования структуры его поверхности

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геолого-петрофизический анализ пород докембрийского фундамента с целью прогнозирования разреза глубоких скважин и геологического картирования структуры его поверхности"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОЛОГО-ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОГОД ДОКЕМБРИЙСКОГО ФУНДАМЕНТА С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРЕЗА ГЛУБОКИХ СКВАЖИН И ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЕГО ПОВЕРХНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ ТАТАРСТАНА)

04. 00.12. - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

УДК 550.832.7:550.832.92

СТЕПАНОВ Игорь Владимирович

КАЗАНЬ - 1994

Работа выполнена в Казанском государственном университете.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор З.М. Слепак

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник

В.М. Березкин ВННИГеофизика г. Москва.

кандидат геолого-минералогических наук, доцент, зав.кафедрой полезных ископаемых В.Г. Изотов Казанский госуниверситет.

Ведущая организация:

Татарское геолого-разведочное управление АО "Татнефть". г. Казань.

Защита состоится "<23 " 1994 г. в № часов

на заседании Специализированного совета К 053.29.21 пс

присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогически? наук при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Ленина, 4/5. 3^

С диссертацией можно ознакомиться в научной Казанского государственного университета.

библиотеке

Автореферат разослан

"

МОЙ 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук,доцент Цл Д-к Нургалиев

Работа выполнена в Казанск(

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

ДОКТО

наук, Слепак

доктор технических наук, профессор К.Е. Веселов ВНИИГеофизика, г. Москва.

кандидат геолого-минералогических наук, доцент, зав. кафедрой полезных ископаемых В.Г. Изотов Казанский госуниверситет.

т

Защита состоится " 23 " июня 1994 г. в 14 часов на заседаний Диссертационного совета К. 053.29.21 по присуждению ученой степени кандидата геолог-минералогических наук при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Ленина, 4/5, асде. 34,

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета,

Автореферат разослан " 21 " мая 1994 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат геолого-минерал

наук, доцент

Д.К. Нургалиев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Детальное иаучение пород фунда-?нтов древних и молодых платформ стало возможным лишь в эзультате глубокого и сверхглубокого бурения, проводи-эго в последние годы в различных регионах Восточно- и западно-Европейской,а также Западно-Сибирской платформ.

В настоящее время в Татарстане закончено бурение более этырнадцати глубоких скважин, вс1срывших породы кристал-ического фундамента на глубину от нескольких сотен до 250 м (скв. 20000-Микнкбаевская). Ведется бурение сверх-лубокой скважины СГ-20009-Ново-Елховской, глубина которой настоящее время превышает 5500 м.

Значительная глубина скважин, технические условия про-одки их бурением не всегда позволяют произвести детальный тбор керна для исследований. Особенно затруднен отбор кер-а при прохождении скважиной разуплотненных кристалли-еских пород. В этом случае единственным методом прогнози-ования пород в разрезе становятся данные ГИС (радиоак-ивные методы, акустический каротаж и др.). Однако, интер-ретация данных ГДС затруднена механическим воздействием роцесса проходки скважины, что приводит к получению сгла-енной формы кривой КС. Кроме того, в плотных метаморфи-еских породах показания НТК зависят от количества в них оды и железа. Возможности АК с помощью аппаратуры СПАК-4 ильно ограничены тем,что высокая частота собственных ко-ебаний датчиков и узкополосная характеристика приема все олее снижают с глубиной точность определения скоростей пругих волн.

Поэтому для прогнозирования раэрева в скважинах, по ыпему мнению, необходимы определения петрофизических зойств пород по керну - плотности, магнитной восприимчиво-си и скорости распространения упругих продольных колеба-1й - основы геологической интерпретации геофизических ма-Фиалов, установление по их значениям различных корреля-юнных связей с данными петрографического состава и на гнове лабораторных данных разработка способа прогнозиро-шия геологического разреза (ПГР) по материалам гравита-юнного,магнитного, акустического и гамма-гамма карота-I скважин. ■ ■

Цель работы. Разработать способ прогнозирования геологического разреза кристаллического фундамента на основе его петрофизической характеристики и материалов гравитационного и магнитного каротажа глубоких скважин.

Основные задачи исследований:

1. Анализ и обобщение материалов по геологическому строению и петрофизической характеристике кристаллического фундамента Татарстана.

2. Лабораторное определение значений плотности , магнитной восприимчивости и скорости распространения упругих колебаний пород глубоких скважин

3. Изучение петрографического состава пород фундамента по лабораторным и каротажным величинам плотности и магнитной восприимчивости.

4. Исследование разреза параметрической скв. 20002 - Таш-лиярекой по геолого-геофизическим данным.

5. Исследование разреза СГ - 20009 - Ново-Елховской по коэффициенту Пуассона.

Методы решения поставленных задач осуществлялись путем проведения лабораторных измерений плотности, магнитной восприимчивости и скорости распространения упругих колебаний по керну пород кристаллического фундамента глубоких скважин, пробуренных на территории Центрального и Восточного Татарстана, составления денсито- и каппаметрических разрезов и увязки их с данными ГИС. Определение плотности и магнитной восприимчивости в интервалах отсутствия керна проводилось по материалам гамма-гамма или гравитационного и магнитного каротажа. Для вычисления значений коэффициента 1/0д<в и проведения статистической обработки массивов данных использовался персональный компьютер.

Научная новизна:

1. Впервые для территории Татарстана дана детальная денсито- и каппаметрическая характеристика глубоких горизонтов кристаллического фундамента.

2. Впервые для ПГР глубоких и сверхглубоких скважин использованы результаты определений коэффициента Пуассона 1ЛЗд©. В результате анализа значений коэффициента Пуассона, вынесенных на петрографическую колонку разреза скважины, а также на карту поверхности кристаллического фундамента, выделены отдельные типы горных пород. Установлено, что на участках преимущественного развития основных магматических пород, а также пород с магнетитокварцевыми прожилками значения 1/6д©выше, чем для пород кислого состава. Таким образом, намечены пути детального картирования кристаллических пород.

3. Предложена система прогнозирования геологического разреза (ПГР) скважин в интервалах их проходки без отбора керна по данным гравитационного и магнитного каротажа.

Основные защищаемые положения:

1. Совместное изучение плотности , магнитной восприимчивости и скорости распространения упругих волн позволяет рассчитать коэффициент Пуассона - тем самым определить петрографический состав кристаллических пород.

2. Расчет коэффициента 1ЛЗд<э по данным гравитационного и магнитного каротажа позволяет прогнозировать петрографический состав пород фундамента в интервалах отсутствия отбора керна в глубоких и сверхглубоких скважинах.

3. Построение карт параметра 1/йд@ по площади повышает геологическую эффективность интерпретации геофизических аномалий.

Практическая ценность работы:

Предложенные способы найдут в дальнейшем применение при изучении геологического разреза сверхглубокой скваж-ны СГ-20009 Ново-Елховской, а также бурящихся скважин в Нижне-Новгородском Поволжье (Воротиловская СГ) и Чувашской республике, т.е. при изучении скзажин, в которых в процессе бурения проведен гравиметрический, магнитный ка ротажи и гамма-гамма (ГГК) каротаж в плотностном варианте. Они также могут быть использованы при интерпретации площадных гравиметрических и магнитных с'емок с целью крупномасштабного геолого-геофизического картирования по род кристаллического фундамента, тектонических исследова ний и разработки классификации кристаллических пород.

Реализация результатов. Диссертация является логическим продолжением и развитием научно-исследовательской работы кафедры геофизических методов поисков и разведки Казанского государственного университета по тематике, ут вержденной ПО. "Татнефтегеофизика". Результаты исследований отражены б тематических отчетах кафедры и внедрены в ПО "Татнефтегеофизика".

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научной сессии Института геологии БРЦ УРО АН СССР "Варьирование и геологические процессы" (Уфа, 1989), научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности геолого-разведочных работ в Татарии" (Альметьевск, 1989), научной сессии Института геологии БНЦ УРО АН СССР "Шарьяжно-надвиговая тектоника и ее роль в формировании месторождений полезных ископаемых" (Уфа, 1991), научно-технической конференции "Перспективы нефгегазоносности кристаллического фундамента Татарстана и направления его дальнейших исследований" (Альметьевск, 1991), научной сессии института геологии АН Республики Башкортостан "Шарьяжно-надвиговая тектоника и поиски полезных ископаемых" (Уфа, 1992).

Основные положения данной работы докладывались на итоговых научных конференциях Казанского государственного ■ниверситета.

Публикации. Основные положения исследований опубли-;ованы в 8 печатных работах, изложены в двух научных от-[етах.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, t глав основного текста и заключения. Об'ем работы состав-иет страниц машинописного текста, • включает 34 рисунка, !9 таблиц и список литературы - 113 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность доктору геол. -1ин. наук, профессору 3. М. Слепаку, кандидатам геол. -мин. [аук, доцентам Д. К Нургалиеву, Е Г. Ясонову, Б. Г. Черви-;ову, с. н. с. Е. Е Козлову, инж. М. Е Гришиной, И. R Успенскому ia помощь,оказанную ему в процессе работы над диссертацией.

I. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА

Геологическое строение кристаллического фундамента 'атарстана в связи с оценкой перспектив нефтеносности щисывалось в монографиях, многочисленных отчетах и опуб-шкованных статьях.. Петрографический состав пород фунда-<ента изучали в разные годы В. Е Флоренский, В. С. Князев, А. Лапинская, Л. А. Варданянц, В. А. Полянин, А. М. Дымкин, 3. А. Успенский, С. В. Богданова, Л. Е Попова, А. Е Постников, Б. С. Ситдиков и другие исследователи. Более детальнее исследования петрографического состава фундамента фоводились после бурения параметрических скважин: 2000 -'уймазинской, 20000-Миннибаевской, 20011-Бавлинской, 752-Гратьминской, 678-Тлянчи-Тамакской, 2217, 2092-Черемшан-:кой, 2216, 2223, 663-Ульяновской, 20015-Сотниковской , 50002-Тапвдярской, 205-Сюкеевской и 206-Ципьинской, ре-»ультаты которых освещены в работах Б. С. Ситдикова, Л. Е 1оповой, A. R Постникова, В. Г. Изотова, Д. В. Постникова, 1 также в трудах ТатНИПИнефть. Особенно, важным этапом 1зучения глубинного строения фундамента и слагающих его юрод явилось бурение сверхглубокой скважины СГ-20009 -1ово-Елховской.

Тектоническое строение кристаллического фундамента с позиции глыбово-блоковых подвижек по расколам изучали ЕВ. Неволин, Б. М. Юсупов и другие, с позиций щарьяжно-надвиговой тектоники - М. А. Камалетдинов, Д. В. Постников, Т. А. Казанцева, Ю. В. Казанцев.

Наиболее полное познание структуры фундамента Татарстана могли обеспечить лишь детальные грави-,магнито-, электроразведочные исследования, которые позволили картировать его поверхность. Результаты этих исследований приведены в работах В. П. Воронина, К П. Степанова, Б. С. Сит-дикова и др.

1.1. Стратиграфия

В кристаллической толще фундамента выделяются два структурных этажа - нижний и верхний,которые представляют собой супракрустальные комплексы - архейский и протерозойский.

Т. А. Лапинской и С. В. Богдановой среди архейских метаморфических пород выделены две серии - отрадненская (нижняя), отвечающая базитовому фундаменту, и большече-ремшанская серия, перекрывающая ее метавулканито-мета-осадочной оболочкой. Б. С. Ситдиков выделил еще икскую серию архея, юго-западное продолжение которой вскрыто, по-видимому, Туймазинской скважиной 2000.

Породы отрадненской серии представлены двупирок-сеновыми биотит-амфибол-пироксеновыми плагиогнейсами, эндербитами и кристаллическими сланцами, исходным материалом для которых явились, по-видимому, основные метавулканиты и метагабброиды оливин-толеитового состава.

В Татарстане отрадненская толща сложена образованиями нурлатского комплекса - двупироксен-плагиоклазовыми кристаллосланцами, гиперстеновыми плагиогнейсами среднего и реже кислого состава.

Породы большечеремшанской серии включают высокоглиноземистые биотит-кордиерит-силлиманитовые, гранат-био-титовые гнейсы, часто содержащие графит,'и кристаллические сланцы с подчиненным количеством двупироксеновых кристаллических сланцев, гранат-амфиболовых плагиогней-сов и амфиболитов. В Татарстане большечеремшанская серия представлена нижним, сулеевским, преимущественно вулканитовым с характерными железисто-кремнистыми породами, и верхним, миннибаевским, который на 85-90 процентов состоит из метаосадочных пород.

Таким образом, большечеремшанская толща образовалась за счет высокоглиноземистых вулканогенно-осадоч-ных пород.

В. С. Ситдиков в составе архейского зона выделил булгарский амфиболово-мигматитовый комплекс, в состав которого включил икскую, лаишевскую и черемшанскую серии, сложенные архейскими метаморфическими породами гра-нулитовой фации метаморфизма: насыщенные кальцием основные кристаллические сланцы, метапелиты, железисто-силикатные кристаллические сланцы высокой ступени метаморфизма, представляющие собой, по-видимому, метаморфизован-ные в гранулитовой фации маломощные богатые железом осадки, отнесенные к большечеремшанской серии.

К протерозойскому супракрустальному комплексу относятся слабо метаморфизованные породы-сланцы биотит-турмалиновые ,двуслюдистые, амфиболовые микрозернистые, а также и габбро-диабазы. Эти породы об'единяются в сарма-новский сланцевый комплекс пород, подразделяющийся на кукморскую, уратьминскую и унийскую свиты.

Кукморская свита сложена кианит-гранат-двуслю,цяными гнейсами и кристаллическими сланцами, тонкозернистыми биотитовыми гнейсами со ставролитом и биотит-амфиболо-выми кристаллическими сланцами. В составе уратьминской свиты преобладают мелкозернистые плотные амфиболиты, диопсид- и биотит-амфиболовые кристаллические сланцы , а также биотит-гранатовые и жедрит-гранатовые плагио-гнейсы, гранат-кордиерит-биотитовые кристаллические сланцы (метапелиты). Унийская свита распространена весьма ограниченно на севере Татарстана и представлена андалузит-биотитовыми, кварц-биотит-хлоритовыми, с турмалином, кордиерит-двуслюдяными и актинолитовыми сланцами.

Породы протерозойского супракрустального комплекса распространены, как правило, в зонах грабенообразных прогибов предраннепротерозойского (предкукморского и пред-/ратьминского) возраста.

1.2. Тектоническое строение кристаллического фундамента по комплексу геолого-геофизических данных

Па поверхности кристаллического фундамента выделяется крупнейший структурный элемент восточной части Русс^ плиты - Татарский мегаблок, раздробленный на отдельные блоки массив. На западе он ограничивается Алькеевско-Пич-касским, на востоке - Главным Удмуртским, на севере - Ма-ри-Турекско-Кильмезским, на юге - Бавлинско-Серафимовскик глубинными и региональными разломами.

Центральную часть мегаблока рассекает Прикамский раг лом, разделяющий Татарский мегаблок на два - Северный и Южный макроблоки, которые, в свою очередь, диз'юнктивными

нарушениями разбиваются на мезо- и микроблоки. По поверхности фундамента Татарский мегаблок обрамляется со всех сторон авлакогенами, заполненными терригенными отложениями рифейского комплекса.

По поверхности кристаллического фундамента Татарский мегаблок очерчивается изогипбсой - 1760 м, имеет северозападное простирание.

Сарайлинским прогибом и Нижнекамской межблоковой мобильной зоной Татарский мегаблок разделяется на два макроблока - Северный (Кукморский) и Южный (Альметьевский).

В пределах Северного макроблока, по результатам интерпретации материалов ЗС и магнитных аномалий, выделяются Кабык-Куперский,Ковалинский и др. горстовые микроблоки или структурные зоны.

Южный (Альметьевский) макроблок состоит из Альметьевском и Акташ-Ново-Елховского мезоблоков, разделенных узким меридиональным Алтунино-Щунакеким грабенообразным прогибом. Поверхность фундамента Альметьевском блока довольно сложна. Абсолютные отметки ее изменятся от -1600 до -1540 м. Формирование блока, по-видимому, связано с движениями земной коры по зонам разломов северовосточного, северо-западного и меридионального направлений. Акташско-Ново-Елховский мезоблок погружен по поверхности фундамента на 25-30 м относительно Альметьевском. Поверхность фундамента территории этого мезоблока изучена на основании данных бурения и результатов аэромагнитной с'емки масштаба 1:50000. Абсолютные отметки поверхности здесь изменяются от -1590 до -1670 м.

Нижнекамская мобильная межблоковая зона располагается в секторе между Белогорско-Дигитлинско-Можгинским на северо-западе и Прикамским на востоке разломами. Она характеризуется сложной сеткой блоков и флексур.

-И-

Проведенные геофизические исследования позволили совместно с данными бурения выявить целый ряд разломов, обусловивших представление о блоковом строении фундамента На его поверхности разломы отображаются в виде грабенообразных депрессий, в осевых частях которых обычно развиты трещинные интрузии пород основного ряда, обладающих более высокой плотностью и магнитной восприимчивостью по сравнению с породами гра-нито-гнейсовой формации , слагающими ограниченные диз'юнктивные блоки фундамента Глубокие и сверхглубокие скважины 2000, 20000, 20009 пробурены в зонах разломов. В них, как правило,встречены проницаемые зоны, по техническим причинам в этих зонах отбор керна не проводился или сокращен до минимума. В этих интервалах прогнозирование петрографического состава производится по данным ГИС. Для более уверенной интерпретации промыслово-геофизических данных, особенно для изучения скоростной характеристики разреза, а также данных гравитационного и магнитного каротажа, необходимо знание петрофизической характеристики пород кристаллического фундамента

2. ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ ЧАСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА

Татарский мегаблок, как это видно из работ С. В. Богдановой и А. С. Петренко, имеет ритмично-слоистое блоковое строение, обусловленное стратиграфической и метаморфической зональностью пород. Отметим, что на участках развития пород сулеевского и миннибаевского комплекса,мета-морфизованных в условиях гранулитовой фации, последние

слабо различаются по средним значениям .плотности, составляющей здесь 2800-2830-кг/мЗ. Более четко эти породы отличаются по дисперсиям распределения и особенностям латерального изменения физических свойств. Так, породы сулеевского комплекса имеют плотность 2680-3280 кг/мЗ, а миннибаевского - от 2680 до 3150 кг/мЗ.

Более четко породы этих комплексов отличаются по магнитной восприимчивости. Так, сулеевские образования характеризуются ее значениями от 83 до 420 х 10*" ед. СИ, а миннибаевские - около 25x10 ед. СИ.

На участках диафгорической переработки сулеевских пород повышается дифференциация значений плотности от 2630 до 3150 кг/мЗ, при средней величине 2760 кг/мЗ,и магнитной восприимчивости от 3. 2 до 360x10"5ед. СИ, при средней - 36.1x10" ед. СИ.

Миннибаеьским образованиям в зоне диафтореза соответствуют значения плотности от 2630 до 3230 кг/мЗ при средней величине - 2740 кг/мЗ, а величина магнитной восприимчивости здесь составляет в среднем 23.2x10"5ед. СИ, при ее вариациях от 3. 2 до 350x10-5Гед. СИ.

Таким образом, в зоне диафгорической переработки пород наблюдается резкая дифференциация их петрофизи-ческих свойств, тогда как на участках развития пород гранулитовой фации метаморфизма она почти незаметна.

Нурлатский комплекс кристаллических пород петро-физически выделяется среди образований отрадненской серии по плотности и магнитным свойствам. Так, плотность пород, варьируя от 2630 до 2890 кг/мЗ, в среднем близка плотности наиболее распространенных здесь двупироксено-вых кристаллосланцев (2750-2890 кг/мЗ) и гиперстеновых плагиогнейсов с минимальной плотностью (2650-2750 кг/мЗ). По магнитщш свойствам образования этого комплекса

относятся к среднемагнитным с магнитной восприимчивостью от 10 до 63х10~5ед. СИ. Небольшая группа гиперстеновых плагиогнейсов с повышенным содержанием темноцветных минералов характеризуется более высокой магнитной восприимчивостью до 376x10"5ед. СИ.

Амфиболовые, диопсид-амфиболовые и биотит-амфиболо-вые кристаллосланцы сармановского комплекса протерозоя имеют высокие значения плотности от 2840 до 2890 кг/мЗ при общей вариации их значений от 2720 до 3070 кг/мЗ. Сармановские образования слабо магнитны. Исключение составляют разновидности пород, содержащие включения пирро-тинового оруденения при средней величине магнитной восприимчивости в 29x10-5 ед. СИ.

Как следует из приведенных выше данных, на петро-плотностные и магнитные характеристики пород Татарского мегаблока большое Елияние оказывают процессы наложенного метаморфизма и повторной гранитизации.

3. ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА ПО КЕРНУ ГЛУБОКИХ И СВЕРХГЛУБОКИХ СКВАЖИН

В данной главе излагаются результаты определений плотности и магнитной восприимчивости по образцам керна из глубоких скважин: 205-Сюкеевской, 2223,663-Ульяновских, 2092,2217-Черемшанских, 20002-Ташлиярской, 678--Тлянчи-Тамакской, 20015-Сотниковской, 752-Уратьминской, 20006-Сулинской, 20005, 183-Мензелино-Актанышских, 20011-Бавлинской. В анализ полученных данных включены также результаты измерений плотности и магнитной восприимчивости по сверхглубокой скв. 20000-Миннибаевской, полученные ранее (В. П. Воронин,И. Е Пеньков,В. Г. Изотов,Б. Г. Червиков, А. В. Степанов, А. В. Дроздов и др.). Общее количество образцов Составило - 920.

В результате многочисленных определений плотности, было установлено, что наиболее высокими значениями 3680 кг/мЗ характеризуются пироксен-амфибол-магнетит-кварцевые породы, вскрытые скв. 20002 на глубине 1960 м, наиболее низкими - 2580 кг/мЗ - кварц-полевошпатовые породы из скв. 678 с глубины 2156 м. Средняя плотность пород фундамента, определенная по керну скв. 205 , 2223, 2092 , 20002, 678, составляет 2780 кг/мЗ. Отметим, что ранее принятое среднее значение плотности фундамента, 2710 кг/мЗ, соответствует самой его приповерхностной части, измененной процессами' гипергенеза.

Плотность гнейсов и биотит-амфиболовых плагиогнейсов изменяется в широких пределах от 2630 до 3360 кг/мЗ, при средневзвешенной величине 2705 кг/мЗ. Плотность пород основного состава изменяется от 2690 до 3060 кг/мЗ.

Для периферийных частей Южного макроблока, западного (скв. 2092) и северного (скв.678) его погружений, а также для участков Баганинского прогиба (скв. 2223) и западного борта Сюкеевского прогиба Казанской впадины (скв. 205) петрографический состав пород сравнительно однороден. Практическое соответствие средневзвешенных по мощности значений плотностей,2740-2750 кг/мЗ,получено в скв. 205,2092, 678. Несколько повышенное значение плотности, 2800 кг/мЗ, отмечено в пределах Баганинского прогиба (скв. 2223).

Магнитные свойства пород глубинных горизонтов также разнятся от приповерхностных. Это об' ясняется еще и тем, что в глубинных горизонтах все чаще встречаются обогащенные магнетитом породы. Так, в скважине 20002 - Ташлиярской эти породы сильномагнитны. Подобные породы вскрыты и сверхглубокой скважиной СГ-20000-Миннибаевской в свежем виде, малоизмененном наложенными процессами.

Таким образом, совместное изучение петрографического состава и физических свойств керна позволило получить новые данные о строении глубоких горизонтов кристаллического фундамента. Полученные новые данные о плотности и магнитной восприимчивости должны учитываться при построении глубинной геофизической модели фундамента Татарстана

-15-

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕТРОГРАФИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОРОД ФУНДАМЕНТА ПО ОТНОШЕНИЮ ЗНАЧЕНИЯ ИХ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ И ПЛОТНОСТИ

Вопрос о возможности определения петрографического состава пород кристаллического фундамента для крупномасштабного геологического картирования был впервые поставлен

A. А. Любимовым и Г. А. Любимовым в районах развития железорудных формаций Курской магнитной аномалии (КМА) при интерпретации магнитных и гравитационных аномалий-аналогов. Вообще связь между магнитными и гравитационными аномалиями изучалась многими исследователями: R R Страховым,'

B. В. Федынским, А. А. Логачевым, Г. И. Каратаевым, С. А. Сер-керовым, К Е. Веселовым, A. IL Маловичко, В. Д. Стадухиным, S.D. Garland, С. D. Vilson и др. Они за основу принимали связь гравитационного и магнитного потенциала, выраженную уравнением Пуассона, при однородном вертикальном намагничении.

Согласно теореме Пуассона : U = S Vz; Uz - SVzz; Ux =SVxz; Uzz =SVzzz; Uxx =SVxxz , где U - магнитный потенциал, Uz, Uzz, Ux, Uxx - его производные, Vz, Vzz, Vxz, Vzzz, Vxxz - производные гравитационного потенциала , а

S = I/G*(s- коэффициент Пуассона, I - эффективная намагниченность, G - гравитационная постоянная д(э - избыточная плотность.

A.A. Любимов утверждает, что из теоремы Пуасссна следует, что отношение значений моногеничных (вызванных одной причиной) магнитных и гравитационных аномалий в любых точках равно коэффициенту Пуассона 8 . А это значит, что коэффициент & достаточно однозначно определяет петрографический состав и геологическую природу аномалиеобразующих об'ектов вследствие дифференциации основных разновидностей кристаллических пород по значениям коэффициента Пуассона.

В результате количественной интерпретации аномалий-аналогов района КМА А. А. Любимов и Г. А. Любимов составили таблицу интервалов изменения коэффициента 1/Зл<э для основных комплексов и отдельных разновидностей пород КМА. Так, наиболее высокими значениями коэффициента Пуассона (30 - 600 х 10" ед. СИ) отмечаются железистые кварциты, меньшими (0.5 - 15 х 10~ ед. СИ) - габбро, амфиболиты, перидотиты и пироксенолиты, а гнейсы и сланцы (вмещающие породы) в основном слабо магнитны и коэффициент Пуассона для них близок к нулю.

Подобная таблица была составлена геофизиками Казанской геофизической экспедиции для районов востока Русской плиты. По их данным отрицательная величина (-0.6 - -6.5 х 10" ед. СИ) соответствует микроклиновым гранитам, создающим по отношению к вмещающим породам (гнейсам и амфиболитам) дефицит плотности. Наиболее высокими значениями коэффициента Пуассона (1.4 - 25 х 10-5ед. СИ) отличаются изверженные породы основного состава: габбро-диабазы, ди-обазы, габбро-нориты, анортозиты.

Таким образом, приведенные выше данные, показывают, что коэффициент Пуассона 1/Ъл<& может применяться для распознавания петрографического состава пород фундамента, создающих геофизические аномалии, как при решении задач крупномасштабного геологического картирования , так и при интерпретации данных ГИС (гравитационный, магнитный, гамма-гамма каротаж).

4.1. Прогнозирование геологического разреза кристаллических пород в параметрических и сверхглубоких скважинах по коэффициенту Пуассона

Для реализации приведенных выше положений автором проведено совместное изучение плотности и магнитной восприимчивости. которое позволило рассчитать коэффициент

-1Г-

Пуассона для различных типов пород, вскрытых глубокими и сверхглубокими скважинами,и составить на основе таблиц по отдельным скважинам сводную таблицу для различных регионов Татарстана.

Вычисление значений коэффициента Пуассона производилось по формуле:

§ = 1зф/6дй где

коэффициент Пуассона, 1эф - эффективная намагниченность, д(э - избыточная плотность относительно гнейсов. Плотность гнейсов, как вмещающих пород, определена в виде средневзвешенной величины, составившей 2700 кг/мЗ.

Ввиду того, что коэффициент определялся из значений плотности и магнитной восприимчивости пород, замеренных по керну указанных выше глубоких скважин, намагниченность 1эф вычислялась из уравнения:

1эф = х Нг , где Нт - напряженность магнитного поля Земли, равная для районов востока Русской плиты 40 к/и.

В результате вычислений было установлено, что наибольшими значениями параметра & обладают породы, насыщенные титано-магнетитовой минерализацией. Эти значения колеблются от 72. 53 до 300 ед. СИ. Метаморфогенные глиноземистые и Высокоглиноземистые гнейсы, а также кристаллосланцы характеризуются величиной 5 от 0.36 до 6. 83 ед. СИ. Породы основного состава (амфиболиты, габбро-диабазы, диабазы,пи-роксенолиты) обладают значениями £ в основном от 0.14 до 20. 76 ед. СИ. Гранито-гнейсы, плагиограниты и сильнооквар-цованные породы характеризуются отрицательными значениями от (-195) до (-0.7) ед. СИ при характерных значениях от (-164.45) до (-15.54) ед. СИ. Граниты микроклиновые и мик-ропертитовые от (-0.5) до (-12.5) ед.СИ. К особой группе относятся сильно измененные породы мигматиты и мил'ониты, значения коэффициента Пуассона для которых сильно зависят от состава ин'екцирующих первичный субстрат магм или рас-

творов, насыщенных магматогенными эманациями. Исходя из этого, мигматиты, имея сложную структуру, принимают то положительные, то отрицательные значения коэффициента & . Для распознавания этих пород, характеризующихся часто перекрывающими друг друга значениями, необходимы дополнительные данные, например, диаграммы радиоактивного (НТК и ГК) каротажа.

4. 2. Статистический анализ результатов определения коэффициента Пуассона с целью прогнозирования геологического строения разреза глубоких скважин

Как видно из приведенных вьше данных, коэффициент Пуассона,принимая широкий ряд значений, характеризует петрографичесютй состав пород различных типов. В связи с этим все 920 образцов керна из указанных выше скважин первоначально по петрофизической характеристике поделены на три группы: кислого, основного состава и различного типа гнейсы и кристаллические сланцы. Эти группы существенно отличаются по значениям коэффициента Пуассона. Так, породы кислого состава - гранито-гнейсы, микроклиновые, микропер-титовые граниты, кварц-плагиоклазовые и сильно окварцован-ные породы и плагиограниты - характеризуются отрицательными значениями коэффициента Пуассона: от -195 ед. СИ до -О. 7 ед. СИ ( 1 ед. СИ - 10~ Ас /м). Породы основного состава: амфиболиты, биотитовые, пироксеновые амфиболиты и их мигматиты - характеризуются рядом значений $ от О. 24 ед. СИ до 54 ед. СИ, а кристаллические сланцы и гнейсы различного состава в пределах одной группы характеризуются значениями § от 87 ед. СИ до 500 ед. СИ. Далее был выделен диапазон значений коэффициента Пуассона, внутри которого определены интервалы уверенного прогнозирования петрографического состава указанных выше групп пород при помощи про-

цедуры составления гистограмм по величинам коэффициента с целью изучения характера распределения этого параметра, отбраковки некондиционных измерений (выбросов) и идентификации типа пород по значениям коэффициента Пуассона. Отсев аномальных значений производился методом вычисления максимального относительного отклонения при помощи компьютера. После исключения таких наблюдений характеристики В пересчитывались, а длина выборки сокращалась. При уровне значимости р = 0. 05 результат получается с 95% доверительной вероятностью. В результате проведенной процедуры отсева получен 95% доверительный интервал для распределений коэффициента Пуассона для выделенных типов кристаллических пород. Длина выборки параметра для пород кислого состава сократилась до величин от (-90) ед. СИ до (-0.7) ед. СИ. В пределах ряда по значениям и по характеру гистограмм выделяется два типа пород кислого состава: первый - по значениям от (-50) ед. СИ до (-0.7) ед. СИ - микроклиновые и микропертитовые граниты и второй: по значениям от (-90) ед. СИ до (-50) ед. СИ -гранито-гнейсы, кварц-плагиоклазовые, окварцованные породы и плагиограниты. Для пород основного состава: амфиболитов, биотитовых, пироксеновых амфиболитов и их мигматитов - длина выборки значений 3 составила от 0. 24 до 7. 5 ед. СИ. Длина ряда значений £ ," характерных гнейсам и кри-сталлосланцам различного петрографического состава,составила от 1.1 до 300 ед. СИ, причем интервал значений от 1.1 до 18 ед. СИ характерен и кристаллосланцам биотит-ам-фиболовым, биотит-пироксеновым, биотит-гранатовым и амфибол- диопсидовым, и гнейсам подобного петрографического состава, что затрудняет интерпретацию значений коэффициента Пуассона. В связи с этим, для более уверенной интерпретации его значений, в данном случае был проведен анализ скоростей распространения упругих продольных волн, измеренных по тем же самым образцам гнейсов и сланцев.

Анализ скоростей показал, что для гнейсов в интервале от 5300 до 6000 м/с, распределение параметра скорости близ-

ко к нормальному, о чем свидетельствуют характер гистограммы и малые близкие к нулю коэффициенты асимметрии и эксцесса ( А = -0.39 , Е - 3.27*10-1' ), а также практическое совпадение средней величины скорости, медианы и моды : 5800-5700 м/с. Распределение скоростей в кристаллических сланцах также близко к нормальному, о чем свидетельствуют малые величины асимметрии и эксцесса ( А - 0.38, Е--1.2 *

). Значения средней скорости, медианы и моды составили соответственно: 6450, 6350, 6400 м/с. Значения скорости распространения упругих волн в кристаллических сланцах изменяются от 6100 до 6700 м/с.

Как видно из приведенных данных, по значениям скорости гнейсы и кристаллосланцы четко отличаются друг от друга. Скорость продольных волн в гнейсах (5300-6000 м/с) ниже, чем в кристаллосланцах (6100-6700 м/с). Вероятно, это связано с текстурно-структурными особенностями этих пород.

Таким образом, чтобы по значению коэффициента Пуассона более уверенно идентифицировать гнейс или кристаллический сланец требуется дополнительный параметр - скорость распространения продольных упругих колебаний, ;который может быть получен при помощи измерений по керну или по данным интерпретации акустического каротажа глубоких скважин.

В результате исследований можно констатировать, что по коэффициенту Пуассона можно прогнозировать петрографический состав пород кристаллического фундамента в глубоких и сверхглубоких скважинах при более полных петрофи-зических исследованиях кернового материала .

Составленная автором сводная таблица значений коэффициентов Пуассона,полученных на основе измерения петро-физических характеристик (плотность, магнитная восприимчивость и скорость распространения упругих волн) по керну глубоких и сверхглубоких скважин, может служить эталоном для определения петрографического состава комплексов кристаллических пород при бескерновом бурении глубоких скважин по материалам гравитационного, магнитного, гамма-гамма и акустического каротажа.

-21--

4. 3. Результаты прогнозирования петрографического состава пород фундамента по материалам гравитационного и магнитного каротажа скважины СГ - 20009

Для прогнозирования петрографического состава кристаллических пород по значениям коэффициента Пуассона в глубоких и сверхглубоких скважинах автором предложено значения параметра 1/бд®1 определять по данным ГИС - гравитационного и магнитного каротажа, а результат сопоставить с табличными величинами, рассчитанными по керновому материалу. В виде примера приводятся результаты ПГР по скважине СГ-20009 - Ново-Елховской.

Вычисления коэффициента проводились по данным гравитационного и магнитного каротажа, проведенного ВНЖГеофи-зикой и Институтом геофизики УРО РАН в интервале глубин 2030 - 2750 м. Контроль' определения породы осуществлялся на участках взятия керна. Вычисленные значения коэффициента Пуассона .сопоставлялись с табличными данными. Сопоставление показало, что петрографический состав пород, определенный по коэффициенту 1/Бд@, и состав пород, определенный по керну и по шламу (в местах пройденных без отбора керна), практически совпадают. Различаются иногда лишь текстурно-структурные особенности, не позволяющие гнейс назвать кристаллосланцем. Так на глубине 2030 м по прогнозу залегает биотит-гранатовый, биотит-амфибо-ловый кристаллосланец, а по описанию в шлифах - амфибол-гранат- биотитовый гнейс. На глубине 2204 м по прогнозу -мигматит по амфиболиту или биотит-амфиболовый гнейс, по описанию в шлифах - амфиболит интенсивно мигматизирован-ный. На глубине 2336 м по прогнозу - амфибол-биотит-гранатовый гнейс или кристаллосланец, по описанию в шлифах - мигматит по амфибол-гранат-биотитовому гнейсу. Как видно, петрографический состав практически совпадает во всех случаях.

Проведенные в данном направлении исследования показывают, что по материалам гравитационного и магнитного

- 22 -

каротажа можно прогнозировать петрографический состав кристаллических пород фундамента. Однако, шаг определения плотности пород при гравитационном каротаже достаточно велик ( 5, 20 м ) - это создает трудности при заполнении по результатам прогнозирования петрографической колонки разреза скважины. Чтобы более точно и уверенно прогнозировать петрографический состав кристаллических пород необходимо в дальнейшем сократить шаг определения плотности по стволу скважины при гравитационном каротаже. А в целях уточнения текстурно -структурных особенностей пород необходимы данные о скорости распространения продольных упругих галебаний з кристаллической толще, которые могут быть получены по материалам акустического каротажа.

4. 4. Прогнозирование петрографического состава пород по коэффициенту Пуассона при крупномасштабном геологическом картировании структуры поверхности кристаллического фундамента

Апробирование прогнозирования петрографического состава пород фундамента по данным определения значений коэффициента Пуассона по керну глубоких скважин проведено по площади Бондюжского поднятия Нижнекамского нефтегеологи-ческого района, где детально изучен петрографический состав кристаллических пород, их плотность и магнитная восприимчивость по керновому материалу большого количества, пробуренных в разные годы скважин. Кристаллический фундамент Бондюжского поднятия характеризуется преимущественным развитием пород амфиболитовой фации с явлениями наложенного диафтореза и тектонической перестройки.

На первом этапе прогнозирования была построена карта изоденс пород кристаллического фундамента Бондюжского поднятия, которая отражает разрывную тектонику и петрографический состав. Так, Еысокие значения плотности до 2900 кг/мЗ, характерны породам амфиболового состава, локализованным на крутом восточном крыле поднятия. Карту изоденс

повторяет в основном и составленная карта равных значений магнитной восприимчивости. Повышенные значения последней характерны зонам тектонических нарушений.

На втором этапе была построена карта равных значений коэффициента Пуассона, которые были получены по значениям плотности и магнитной восприимчивости, переведенной в значения интенсивности намагничения. Вычисления производились на ЭВМ, для чего на картах изоденс и равных значений магнитной восприимчивости создавалась регулярная (квадратная) сеть, равная 0.5x0.5 км, с которой снимались значения (§) и

X.

На третьем этапе при помощи таблиц значения коэффициента Пуассона переводились . в показатели петрографического состава пород фундамента. После определения состава пород была составлена геологическая карта развития пород, выходящих на поверхность фундамента Бондгаского поднятия. Как и следовало ожидать, что подтверждается также данными глубокого бурения, на восточном крутом крыле поднятия развиты породы основного состава и амфиболиты. Такие же породы распространены на западном крыле и в купольной части, где скважинами вскрыты габбро-диабаз, диабаз и амфиболит.

Сопоставление геологической карты поднятия, составленной нами с использованием значений коэффициента Пуассона, с подобной картой, составленной сотрудниками ТатНИПИнефть показывает, что наша карта более соответствует действительности.

Резюмируя главу 4 отметим, что проведенные исследования совместного использования данных по плотности и магнитной восприимчивости, выраженных в виде значений коэффициента Пуассона, показывают, что величины отношений магнитных и плотностных свойств могут применяться при ПГР глубоких и сверхглубоких скважин в интервалах отсутствия кернового материала, но охарактеризованных данными ГИС, и при площадном крупномасштабном геологическом картировании пород кристаллического фундамента.

- 24 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы, которые определяют значимость диссертационной работы, ее практическую и методическую ценность.

1. Проведенные исследования показали, что наиболее полный и обоснованный геолого-петрофизический анализ пород ' докембрийского фундамента возможен только в результате глубокого и сверхглубокого бурения.

2. Получены новые данные по плотности и магнитной восприимчивости глубоких горизонтов фундамента, которые в комплексе с материалами ГИС позволили выделить в разрезе глубоких скважин отдельные пачки кристаллических пород.

3. Впервые для территории Татарстана автором на основе коэффициента Пуассона определен петрографический состав пород глубинных горизонтов фундамента по отношению их магниткой восприимчивости и плотности. На основе расчета коэффициента Пуассона по ряду параметрических скважин автором составлена сводная таблица значений коэффициента Пуассона, могущая служить эталоном для определения петрографического состава комплексов кристаллических пород.

4. Впервые по материалам гравитационного и магнитного каротажа скважин определены значения коэффициента Пуассона для кристаллических пород, позволившие осуществить прогнозирование геологического разреза скважин в местах отсутствия отбора керна

5. Впервые для территории Татарстана по петрофизическим данным на основе расчета коэффициента Пуассона проведено геологическое картирование структуры поверхности кристаллического фундамента.

Проведенные исследования показали хорошее соответствие разработанной методики ПГР полученным геологическим результатам.

Список работ, опубликованных по теме диссертации: 1. Результаты изучения раннедокембрийских пород из разреза

- 25 -

скв. 20002 Ташшярской // В кн.: Проблемы повышения эффективности геологоразведочных работ в Татарии.- Альметьевск, 1989. С. 119-123 (с Е. Е Козловым,А. Б. Близеевым,

B. П. Степановым, А. К. Назиповым.М. К. Аничкиной).

2. Уральский палеорифт-генератор нефти и газа в Татарии и Башкирии //Тектоника, палеомагнетизм и магнетизм горных пород.- Уфа, 1990. С.50-58 (с В.П. Степановым).

3. Новые данные о плотностных особенностях пород кристаллического фундамента Татарского свода //Докембрий востока Русской плиты. - Изд. Казанского ун-та 1991. С. 61-74 (с З.Е Слепаком, E.H. Козловым).

4. Тектоно-петрографические особенности зоны разреза скв. СГ-20009 и сопредельных участков //Перспективы нефте-газоносности кристаллического фундамента Татарстана и направления его дальнейших исследований.- Альметьевск,1991.

C. 25-27 (с ЕЕ Степановым,Е. Е Козловым,М. К Аничкиной).

5. Надвиговая природа диз'юнктивных валов нижнекамского, нефтеносного района Татарии но геофизическим и буровым данным //Шарьирование и геологические процессы. - Уфа, 1992. С. 11-18 (с М. А. Камалетдиновым,В. Е Степановым,С. Ю. Ненароковым,Е. Е Козловым,Л. Е Павловой,А. Е Степановым, Е Е Дорофеевым,А. Г. Толстовым).

6. Плотностная характеристика пород кристаллического фундамента Татарского свода по керну глубоких скважин // Решение вопросов прикладной геофизики в Татарии и сопредельных районах. - Изд. Казанского ун-та, 1993. С. 122-131

(с 3. М. Слепаком).

7. Состав и некоторые петрофизические свойства пород отрадненской серии архея на территории ТАССР //Верхний докембрий южного Урала и востока Русской плиты. - Уфа Изд-во УНЦ РАЕ 1993. С. 100-104 (с Е. Е Козловым).

8. Тектоническое строение юго-востока Татарстана и сопредельных районов Башкортостана по данным бурения, аэромагнито- сейсморазведки и космического дешифрирования в свете шарьяжно-надвиговой тектоники //Шарьяжно-надвиго-вая тектоника и поиски полезных ископаемых. - Уфа, 1992.

С. 6 - 7 (тезисы доклада с К П. Степановым, Р. X. Муслимовым, Е. Е Козловым,Е Е Дорофеевым,А. Е Степановым);

9. Изучение вещественного состава.пород кристаллического фундамента Татарстана по отношению значений величин их магнитной восприимчивости и плотности. (в печати). -Изд. Казанского ун-та. (с В. П. Степановым).

10. Обобщенные данные о плотностных особенностях пород кристаллического фундамента Татарстана . (в печати). - Изд. Казанского ун-та. (с 3. М. Слепаком).

Сдано в набор 17.05.94 г. Подписано в печать 19.05.94 г. Форм.бум. 60 х 84 Г/16. Печ.л. I. Тираж ЮС. Заказ 210.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5