Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геотермические поиски локальных тектонических структур на основе изучения экзогенного температурного поля

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

Автореферат диссертации по теме "Геотермические поиски локальных тектонических структур на основе изучения экзогенного температурного поля"

^ МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 550.83

БОЙКОВ Андрей Михайлович

ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ ПОИСКИ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ СТРУКТУР

НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ЭКЗОГЕННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ

04.00.12 — Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва — 1993 г.

Работа выполнена в Институте проблем геотермии Дагестанского научного центра Российской Академии наук. •

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В..М. БОНДАРЕНКО

доктор физико-математических наук А. О. ГЛИКО

доктор геолого-минералогических наук М. Д. ХУТОРСКОЙ

Ведущая организация: ГАНГ им. И.М. Губкина

Защита диссертации состоится "^if окХб|ря 1993 года в 15 часов иг заседании Специализированного совета , Д.063.55.03 при" Московской государ ственной reo.TOro-pa3BCÄ04Fjofi академии по адресу: 117485, • г. Москва ул. Миклухо-Маклая, 23, ауд. 6 — 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

tfXji

Автореферат разослан" сен^бря-1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Профессор 10. И. БЛО"

Аичтуавигость проОдмаа. Расшрение геолого-разведочных работ и их эффективность проблематичны без повышения информативности геофизических исследований. Перспективны новые поисковые методы, основанные на парагенетическом единстве геологических признаков и аномальных геофизических полей. • Идеология традиционных геотермических методов и их разрешающая способность базируются на ограниченных возможностях потенциального или векторного поля в приложении к слоистой среде с постоянными тепловыми свойствами слоев и кондуктивным теплопереносом. Количественная интерпретация в рамках устоявшейся методологии оказывается неудовлетворительной.

Иэуодологически актуальным представляется подход с позиций концепции латеральной изменчивости литологии н физических свойств осадочных отлозяений, структурно-тектонически обусловленной. Такой подход позволяет ввести в тершразведку дополнительный уровень информативности в относепии иовейоих структур, наиболее перспективных в плаке нефтегазоносности, повысить однозначность и достоверность интерпретации. Использование в качестве поискоеых прианаков изменчивости экзогенного геотешшра-турного поля, обусловленной структурно приуроченными ареалами литолого-геоморфологических, ландшафтных и гидрогеологических индикаторов неотектоники, дает возможность выделения аномалий разного генезиса. Они отображают объекты верхнего и нижнего этажей типичных для шельфов и прилегающей суши двухъярусных разрезов. Пространственная изменчивость геотемпературного поля в зона* повышенной проницаемости связана через конвективный те-плоперенос и изменчивость тепловых свойств пород с особенностями тектоногенеза, нефгегазоносностью и определяет термическую эволюцию локальных объектов.

Зшчкмость результатов изучения проблемы состоит не только в их прикладном аспекте - разработке нового геотермического поискового метода, но и в фундаментальном - новом знании в области общегеологических дисциплин: геотермии и смежных разделов литологии, неотектоники и геоморфологии.

Цольа работы является изучение физико-геологической природы латеральной изменчивости экзогенного геотемпературного поля и тепловых свойств отложений на локальных структурах и разработка теоретических и методических основ нового нестацио-

- 2 -

парного метода терморааведки.

В задачи раОош входили:

1.Обоснование физики-геологических моделей локальных неотектонических структур на шельфе и в нрилегающуй субаридной ао-нв суши на основе типизации структурных форм по признакам латеральной изменчивости литологии и физических свойств,ландшафта и гидрогеологического режима.

2. Решение нестационарных задач теплообмена с конвективным механизмом теплопереноса для набора граничных услопий,отвечающих принятым физико-геологическим моделям,и моделирование аномальных эффектов экзогенных температурных полей в пределах локальных структур в широком диапазоне модельных параметров.

3. Изучение и типизация латеральной изменчивости тепловых параметров верхнего слоя осадочных отложений сельфа и прилега»-п^эй суш в связ с литолого-геоморфологической и ландшафтной позициями неотектоники.исследование взаимосвязей тепловых свойств осадков с другими физическими свойствами и химическим составом и осмысление количественно-генетической природы их структурно обусловленной латеральной изменчивости.

4. Разработка теоретических и методических основ нестационарного метода терморааведки с его внутрнметодными вариантами и обоснование его поисковых признаков - аномальных эффектов па базе нестационарной и квазистационарной составляющих геотермического поля зоны инсоляции.

5. Натурные исследования отражения локальны« структур в геоотермическом поле у поверхности на шельфе и в приморской субаридной зоне суши и опытно-методическое опробование разработанного, нестационарного метода терморазведки!

Объекты натуркьи исследований - Каспийское море и прилегавшая субаридная зона суши,а также Азовское кюре.

Диссертация обобщает результаты многолетних, теоретических, экспериментальных и полевых исследований,выполненных автором в ракетах плановых НИР в Институтах физики,геологии и проблем геотермии Дагестанского филиала АН СССР ( с 1991 г. -Дагестанского научного центра Российской Академии наук.)

Фокткмескиа материалы, положенные в основу работы,представляют" собой: а)результаты модельных расчётов,-выполненные на ос-

нове программирования аналитически полученных решений задач математической фивики, а также численными методами; б)результаты экспериментальных исследований тепловых и других физических свойств донных отложений и данные их химического состава; в)ре-вультаты геотермических съёмок с помощью термоэондов в придон-йом слое осадков на шельфе Каспийского и Азовского морей;г)результаты экспериментальных исследований распределения температуры в приповерхностных осадочных отложений по данным измерений в мелких скважинах на приморской равнине в условиях субаридного климата; д)данные проведённых структурно-геоморфологических и гзндшафтных исследований в комплексе с геотермической съёмкой п пределах субаридной зоны суш.

ТЬугттл диктата. ггаеегртацй^ состоит в следующие

Изучены тепловые и другие физические свойства и химический состав донных отлогшшй шельфа Каспийского кюря. Установлено су-цзствоватю латеральной изменчивости тепловых свойств ссадочннх отлогвний.имещэй структурло-тектоничетсуга приуроченность. Излучены аналитически ресэння модельных задач конвективного тепло-перепоса.описмвахгцие изменчивость экзогенных полей на локальных стру»стурах с латеральной,вертикальной иди временной изменчивостью тепловых свойств и интенсивности фильтрации. Моделированием погадало формирование в пределах локальных структур в верхних горизонтах вертикальной зональности экзогенных нестационарных эффектов - составляющей суммарного геотермического поля,а в нияних горизонтах - нестационарных аномалий геотермического ноля, обусловленных вторичными геологическими процессами в породах. Определены фиэико-геологические предпосылки,разработана теория и общие методические принципы нового нестационарного метода терморазведки на основе отражения в экзогенном геотемпературном поле структурно приуроченных литологических,геоморфологических, ландшафтных,гидрогеологических и геохимических показателей. Разработаны геотермические поисково-разведочные способы защипанные двумя авторскими свидетельствами СССР.

Основные зацицае^ыа гамюиания:

1. Нестационарное экзогенное геотемпературное поле локальных структур, вмещающих зоны повышенной проницаемости с латеральной, вертикальной или временной изменчивостью тепловых

свойств и интенсивности фильтрации в условиях инфильтрацион-но-элизионных напорных систем может быть описано полученными решениями модельных задач теплопроводности с конвективным механизмом теплопереноса.

2. Возмущения температурного поля земной поверхности в маснггабах от геологического времени до кратковременных формируют в пределах локальных структур вертикальную зональность нестационарных аномальных эффектов - составляющую геотермического поля,глубинность и интенсивность которых определяется контрастностью латеральной изменчивости тепловых свойств отлояений,вертикальными и латеральными скоростями фильтрации флюида и продолжительностью тепловых импульсов на поверхности.

Р. Латеральная нзмерчивость тепловых свойств приповерхностных отложений на шельфе имеет структурно-тектоническую приуроченность в пределах литолого-геоморфологической' зональности и обусловлена стохастической взаимосвязью с литолого-гранулометрической дифференциацией состава,физических и частично химических свойств осадков,а в приморской субаридной зоне суши дополняется взаимосвязью с изменчивостью ландшафтных и гидрогеологических позиций неотектоники.

4.Кокседиментационные антиклинальные структуры и разрывные нарушения через ареалы индикаторов новейшей тектонической активности проявляются в зоне распространения годовой температурной волны высокоинтенсивными нестационарными аномалиями температур, отвечающими структурным планам и трассам разрывов, в механизме формирования которых на шельфе ведущя роль принадлежит латеральной изменчивости тепловых свойств,а при больших скоростях определяется степенью интенсивности фильтрации подземных вод.

5. Предложенный нестационарный метод терморазведки с его внутриметодными вариантами эффективен при использовании на шельфе и приморской равнине в условиях двухярусных разрезов и может применяться для решения следующих геологических задач: изучения структурно-тектонических особенностей территории, поиска и разведки сквозных и погребенных нефтегазоносных структур и очагов разгрузки подземных вод,и трассирования разрывных нарушений.

Апробация ребош. Основные положения диссертации опубликованы в статьях в научной печати, материалах региональных и Всесоюзных совеадий.Мевдународного симпозиума и в трех монографиях.

Материалы диссертации обсуждались■и докладывались на Всесоюзной конференции "Народнохозяйственные и методические проблемы геотермии" (Махачкала, 1978), на Всесоюзном совещании "Современное состояние методики и аппаратуры для геотермических исследований" (Свердловск, 1980), на втором Всесоюзном совещании "Природные газы Земли и их роль в формировании земной коры и месторождений полезных ископаемых" (Москва, 1982), на научных и научно-практических конференциях Дагфилиала АН СССР и Дагестана (Махачкала, 1978, 1979, 1980), на научных сессиях Дагфилиала АН СССР (Махачкала, 1985, 1988), на Всесоюзной совещании "Стандартизация геотермических исследований: измерения, кюдели, интерпретация" (Махачкала, 1987), на секции тетоники Всесоюзной конференции "Проблемы геологии Кавказа" (Москва, 1989), на региональной конференции "Геотермия и ее применение в региональных и поисково-разведочных исследованиях" (Свердловск, 1989), на Международном симпозиума "Тепловая эволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами" (Москва, 1989)на научных семинарах и научно-технических советах: Института океаналогии АН СССР, Иститута геофизики АН СССР, МГРИ им. С. Орджоникидзе, в лабораториях сейсмоакустики, неотектоники и сейсмотектоники геологического факультета МГУ им. М. Е Ломоносова,производственных объединений "Каспморнефть" и "Дагнефггь", геолого-геоморфологической секции Научного совета АН СССР по комплексному изучению Каспийского моря.

Реализация результатов исследований и их практическая ценность могут быть охарактеризованы следующим:

Предложенные внутриметодные способы нестационарного метода терморааведки ( авторские свидетельства СССР N 1018085, 9111427) реализованы в • Дагестанском филиале АН СССР и прошли опробование на шельфах Каспийского и Азовского морей и приморской равнины. Геологические результаты их применения по выявлению перспективных в отношении нефгегазоносности площадей и структурному картированию внедрены производственными объ-

- в -

единениями "Дагнефть", "Каспморнефть" и "КуОаньморнефтегазпром" (1976,1978,1983,1984,1985 гг.). В рамках генеральных договоров нестационарный метод терморазведки рекомендован к внедрению НПО "Аэрогеология" и "Союзыоргео". НПО "Союзморгео" определило свое структурное подразделение - трест "Иофтегаагеофизраэведка" (г. Баку ) в качестве первого объекта широкого внедрения метода с передачей технологии и аппаратуры. Выполнен первый этап - опробование метода на рекомендованных трестом площадях Каспийского шельфа. Геологические результаты приняты к внедрению в тресте (1991 г.).

Один, из внутриметодных вариантов использован во временных методических указаниях Ыингео СССР по проведению прямых поисков нефти и газа (1979) г.). Схемы применения ряда внутриыетодньк методик демонстрировались на ВДНХ СССР (1978), Юбилейной выставке Дагестанской АССР (г. Махачкала), а монографии автора - на выставке СССР в Турции (г.Измир, 1987 г.) в экспозиции Дагфлди-ала АН СССР.

Сгрук-гур^ и объем рабато. Диссертация состоят из введения, двух разделов, включающих 12 глав, заключения и приложения. Она содержу 336 страниц машинописного текста, 20 таблиц и 70 рисунков. Список литературы включает 267 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЕ!

Рважда 1. Изменчивость экзогенного геотемпературного поля на локальных структурах и её физико-геологическая природа

В первой глава дано обоснование общей постановки задачи. Рассмотрены предпосылки геотермических поисков локальных структурных объектов на основе изменчивости экзогенного поля. Стационарные методы терморазведки, которыми исчерпывается поисково-разведочная геотермия, можно отнести по их идеологии к традиционным геофизическим методам. Варианты их прямых задач сводятся к моделированию у поверхности геотермической аномалии от возмущения стационарного поля по-преимуществу погребенным объектом в условиях горизонтально-слоистой среды с постоянными тепловыми свойствами слоев Немногие, известные решения обратной -задачи основаны на классическом подхо-

до. За редким исключением обычно отсутствует теоретическое обоснование высокого порядка интенсивности наблюденных аномалий. Поэтому решение вопроса об их природе в рамках, идеологии аномалиеобразуюцэй погребенной структуры не убеждает, а интерпретация данных вызывает сомнения у производственников.

Информативность терморазведки как поискового метода может быть сутзэственно распирена применением подхода, прямо противоположного традиционному. Он основывается на выделении приповерхностных геотермичеасих аномалий, вызванных экзогенными факторами земной поверхности, глубинная обусловленность которых, однако, позволяет рассматривать их в качестве геологической информации. В процессе геотермосъемки выполняется обратная методическая операция: аномалиеобразующие факторы-помехи не исключаются из наблюденного поля, а максимизируются методическими приемам. Сфера применения такого подхода для структурной тер-морааведки ограничена локальными тектоническими структурами и разрызаш в нефтегазоносных осадочных бассейнах. При этом геологически информативным ьюжат служить суперпозиция экзогенных приповерхностных температурных полей, обусловленных климатическим, иэтеорологичесюш и гидродинамическим факторам! земной поверхности.

, Шделирование изменчивости экзогенного поля для интерпретации данных терморазведки возможно на основе типизации локальных объектов геологической среды. Нага типизация включает пликативные локальные структуры с латеральной неоднородностью физических свойств и литологии пород и линейные гидрогеологические структуры - дизъюнктивы. Шшкативные структуры - это в основном антиклинальные складки кон- и постседиментационного типа, линейные - разломы сжатия и растяжения. В обоих случаях физико-геологическая модель в двумерном построении по малой оси складки или вкрест разрыва содержит вертикальную локализованную проницаемую зону с контрастными тепловыми свойствами пород по отношению к вмещающему массиву и интенсивной фильтрацией флюида. Вклад в латеральные неоднородности конседиментационных процессов на основе их структурно-тектонической приуроченности и там и там дополняется также и вторичными геохимиместами преобразованиями, связанными с миграцией флюидов.

Ыоделировние пространственно-временной изменчивости экзогенных геотемпературных полей, т. е. поисковых признаков на основе принятой обобщенной модели сводится к решению двух типов задач нестационарного конвективного теплообмена. Первый включает исследование процесса распространения апериодических или квазипериодических температурных возмущэний планетарного, регионального или локального характера с поверхности и перераспределение экзогенного тепла на аномалиеобразующих локальных объектах. Второй - рассматривает возмущения стационарного эндогенного геотермического поля глубокопогрукенных горизонтов в связи с изменчивостью во времени параметров самой геологической среды.

Известно, что новейшие движения через степень раскрытия трещин и разрывов контролируют интенсивность фильтрации по проницаемым зонам в верхних горизонтах. Поэтому в нашёй типизации неотектонический фактор обосновывает принятие в моделях стационарности вертикальной фильтрации. Ориентировочное время ее отсчета следует относить на начало этапа новейшей активизации структур и разрывов. Для латеральной фильтрации точкой отсчета ее стационарности может быть момент завершения ее первого цикла от области питания до области разгрузки.

Во второй главе приведены решения модельных задач, описывающие изменчивость экзогенного геотемпературного поля локальных структур в условиях вертикальной фильтрации. Решения получены аналитическими методами. В качестве исходного было взято дифференциальное уравнение нестационарного конвективного теплообмена без источников тепла.

Методом преобразований Лапласа в трех вариантах решалась одномерная по пространственным координатам нестационарная задача с тремя типами граничных условий на поверхности полупространства в условиях вертикальной фильтрации: а) накладывающиеся гармонические колебания температуры с разными периодами и амплитудами; б) экспоненциальный ход температуры; в) температура поверхности - ступенчатая функция времени. Первая ситуация отвечает периодическим колебаниям турбулентной температуропроводности водных толщ, среднегодовой, температуры, меандрир'ующим придонным течениям, внутренним волнам и др. - вторая -,апёриоди-

ческим колебаниям температуры вследствие штормов и адвекции тепла в водных толщх; третья - ангармоническому процессу, когда температуру во времени не удается аппроксимировать аналитическими и элементарными функциями. Полученные решения содержат тепловые параметры геологической среды и плотностно-тепло-бмкостную и динамическую характеристики подземных вод,что даёт возможность оценки структурно-тектонических аномальных эффектов и на их фоне структурно-гидрогеологических.

Вторая модельная задача включает решение в двух вариантах двумерной по пространственным координатам нестационарной задачи в условиях вертикального теплопереиоса с проницаемой верхней границей. Уодель со сквозной термической неоднородностью аппроксимирует вертикальную зону повышенной проницаемости элизионной напорной системы и отвечает локальной структуре или разрыву вкрест простирания. На поверхности полупространства задано ступенчатое изменение температуры во времени с нулевыми начальными условиями.

В первом варианте задача решена методом преобразования Лапласа в классической постановке - с сопряжением термичесга неоднородных областей на боковых границах. Моделирование экзогенного поля с реализацией в граничном условии на" поверхности температурных воамущений за период верхнего плейстоцена-голоцена в Прикаспийском регионе показало возникновение значимого нестационарного аномального эффекта,имеющего рельефные очертания,отвечающие своду структура В суммарном эффекте больший удельный вес принадлежит интенсивности фильтрации по сравнению с фактором контрастности тепловых свойств пород.

Второй вариант решён методами интегральных преобразований Лапласа и Дурье для той же модели,но без условия сопряжения на боковых границах. Решение менее громоздкое и более пригодно для оценочных расчётов. Этот вариант отвечает сводовой проницаемой зоне,на границах которой в результате вторичных геохимических процессов нарушается условие непрерывности температуры и теплового потока Реализация решения с тем же условием на верхней границе выполнено для моделей многослойной геологической среды, имитирующих разломы сжатия типа взбросов и взбросо-сбросов. Раи-ноглубинные аномалии экзогенного геотемпературного, поля дости-

гактг максимумов порядка градусов Цельсия на глубинах 50-150 м, где заметно влияние чередования слобв. Краевой эффект узко локализован. Влияние фильтрации и тепловых свойств то же,что и в первом варианте.

В третьей глава приведены решения модельных задач,описывающих изменчивость экзогенных геотемпературных полей локальных структур в условиях двумерной вертикально-латеральной фильтрации. Моделирование экзогенного нестационарного поля в приразлом-ной с оперяющей трещиноватостыо или присводопой проницаемой толщэ пород основаш на типизации в модели инфильтрационно-эли-зионной напорной системы. В двумерной по пространственным координатам нестационарной задаче с постоянных! начальным условием заданы условие симметрии в полупространстве и граничные условия в виде ступенчатой функции температуры во времени по двум координатным осям. Решение получено методами преобразования Лапласа и разделения переменных.

Моделирование показало,что в приразломном массиве пород экзогенное поле формирует интенсивные аномалии,распространяющиеся по глубине на первые 100-200 м от поверхности и по латерали на 500-600 м от боковой границы тела разлома. Определен гидродинамический критерий резкого изменения характера аномалии. Её "раз-мазывание"по латерали происходит при скорости латеральной фильтрации порядка 103 м/с с одновременной вертикальной скоростью на порядок выше. При инфильтрации по разлому интенсивность и глубинность аномалий больше,чем при восходящей фильтрации. Полученное решение может использоваться как верхнее граничное условие в решении для сквозной локальной структуры (см.выше).Это позволяет применить оба решения для моделирования экзогенного поля в модели двухъярусного разреза с моноклиналью в верхнем и погребенной структурой в нижнем этажах.

Произведено преобразование решения задачи для оценки эффекта осадконакопления и денудации в экзогенном поле. Для этого скорость вертикальной фильтрации выражена через - скорость осадконакопления с помощью формулы её зависимости от проницаемости осадочных отложений у поверхности.

Количественно аномальный эффект оценен на примере осадконакопления и денудации Дузлакской антиклинальной складки в 'Приморс-

ком Дагестане. Оценки показали, что аномальный эффект в поле плейстоцен-голоценовых колебаний составляет величину в пределах градуса Цельсия на глубинах 50-100м от поверхности при скорости осадконакопления в синклинальном обрамлении складки порядка 0,05 см/год.

Литературные данные анализа палеотемпературного поля, в частности, в пределах Днепровско-Донецкой впадины, Терско-Каспийского прогиба и других областей показывают расхождение на десят!Ш процентов современных тепловых потоков и гео?ермических градиентов с палеопотоками и градиентами в зонах разломов и ступенчатые падеогеотермические несогласия в глубокопогруженных горизонтах, подверженных вторичным катагзиетическим преобразованиям. Воссоздание картины термической эволюции в осадочной толще и ее обусловленности актуально и для прикладных и для фундаментальных исследований.

Методом преобразований Лапласа решена одномерная по пространственным координатам нестационарная задача теплообмена в условиях вертикальной фзшьтрации для модели "перевернутого" полупространства, на граница которого задан стационарный тепловой поток Земли. Алгоритмы шделирования Еозмущэний геотермического поля многослойной среды вследствие временной изменчивости тепловых свойств слоев и интенсивности фильтрации на основе полученного решения определяются техникой программирования.

Модельные расчеты для глубоких горизонтов показывают, п.-о вторичные преобразования (выщелачивание, кадьцитизация, сульфа-тизация, доломитизация и. др.), аппроксимируемые скачкообразным изменением тепловых свойств и интенсивности фильтрации, формируют в геотермическом поле _ нестационарные аномальные эффекты порядка десятых градусов Цельсия. Аномальное поле положительного знака возникает при росте скорости фильтрации с одновременным уменьшением значений тепловых свойств и отрицательного -при обратном их соотношении. Интенсивность эффектов растет с приближением подошвы слоя преобразованных пород к нижней геологической границе, а нестационарный процесс затухает медленнее в масштабе геологического времени с ее удалением.

В четвертой главе на основе полученных решений выполнены

количественные оценки нестационарных аномальных эффектов на локальных тектонических структурах шельфа для основных составляющих суперпозиции экзогенных температурных полей Прикаспийского региона (См. таблицу 1). В качестве составляющей суммарного приповерхностного геотемпературного поля аномальные эффекты экзогенного поля образуют вертикальную зональность по принципу пространственно-временной иерархии. Интенсивность аномалий ( поисковый признак терморазведки ) определяется интенсивностью вертикальной фильтрации и, в меньшей степени, контрастностью тепловых свойств на крыле-своде структуры,а их глубинность-про-должительностьюи периода квазиволн или теплового импульса на поверхности. В вертикальной зональности выделяется по степени интенсивности разноглубинных аномалий ( порядка первых градусов Цельсий ) два гипсометрических уровня:1) зона проявления аномальных эффектов температурной волны на глубине первых метров, 2) зона проявления эффектов, связанных с плейстоцен-голоцено-выми колебаниями температуры поверхности. Аномальные эффекты других уровней вертикальной зональности не столь значимы для терморазведки.

Скорости фильтрации в зоне годовых колебаний температуры можно разделить на два диапазона с границей +107 м/с. Если ч< 10 м/с, то контрастность тепловых свойств является определяющей в формировании аномалий экзогенного поля, которая качественно и количественно совпадает с эффектом кондуктивного тепло-переноса При V» 10 м/с аномалия определяется интенсивностью фильтрации. Закономерность имеет важное практическое значение, т.к. первая ситуащга может быть использована в методике поисков антиклинальных тектонических структур, а вторая - разломов и очагов субмаринной разгрузки подземных вод.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований тепловых (коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и удельной теплоемкости) и других физических (плотность, общая пористость и весовая влажность) свойств донных осадков шельфа Каспийского моря и данные вариационно-статистического анализа этих свойств и химического состава для одних и тех же образцов. Измерения тепловых параметров выполнены нестационарными методами игольчатого зонда и мгновенного ли-

1 ¿шлица 1*

: N П/П ! временной иерархии зкзо-! генного поля (при скоростях, вое-1 ходящей филатрации: фона-10'м/с, ! : объекта-10'* м/с в числителе и - ! ! -Ю"4 м/с в знаменателе) ! I ) Период, кваа«период, продолжительность теп- Глубина распространения аномального аффекта,м Шксималъная аномального выраженность > эффекта ! 1

лового импульса глубина про-! перепад температур: явления, м 'на равных.глубинах! * 1 • *

1 ' Штормовое возмущение поля 3-ое суток 0,7 0,3 1»2

г Квазиперисдические колебания в водной толпе (сезонная адвекция, влияние течений и др.) 1 месяц 1 0,3 - 0,4 10,8 -2.0 4ТПГ

3 Годовые колебания на поверхности . 1 год 10 2-3

4 " Климатические колебания среднегодовой температуры воды: 1

а)циклы атмосферных циркуляция и солнечной радиации 4-5 лет и 13 - 15 лет 13 2-5 -0.01 " 0,02 1

б)в масштабе исторического г времени ЗРО лет 15 4-5 3-7 Г.0ДП

5 Трансгрессивно-регрессивные ко- 1,4 - 3,5 300 50 "I-3

лебания температуры поверхности тыс. лет "ЗЯГ 150 - 300 о; 15

б Глобальные климатические колебания температуры земной поверхности в масштабе геологического времени (верхний плейстоцен-голоцен) 10 -55 тыс. лет . 450 жг 50 таг --Й5-

* Гидрогеотеркичеекий режим открытого или комбинированного типов

нейного источника тепла Относительные ошибки измерений теплопроводности и температуропроводности для гетерогенных осадков составляли, соответственно, 17-19Х и 11-13% , для гомогенных -11-13Х и 7-91 .

Статистический анализ проводился ка основе литолого-гранулометрической дифференциации всей коллекции образцов по пяти литологическим типах«. Такая дифференциация обладает качеством универсальности в отношении исследуемых свойств и позволяет распространить выводы на донные отложения других акваторий. В анализе использованы значения тепловых свойств, полученных экспериментально на 200 образцах и пересчитанные нами по влажности на основе корреляционных зависимостей по 1700 образцам осадков. Выборга данных других физических свойств, определенных нами экспериментально, составила примерно по 100 значений на каждый параметр, а объем выборки значений элементов и соединений химического состава ( AlgOj, Fe¿05, С0г, CaO, LígO, CaCO^.SiO,, ,Fe? Fe2*) использованных в анализе,содержит около 60 значений каждого компонента

Выполненный впервые целостный комплексный статистический анализ значений тепловых и других физических свойств и химического состава донных осадков Каспия показал дифференциацию средних по выделенным литологическим типам. Внутри наиболее однородных типов распределение значений имеет нормальный характер. Сопоставление наших данных по теплопроводности с более поздними результатами других авторов для осадков Черного моря и о. Байкал показывает хорошее совпадение средних и других статистических характеристик идентичных литолого-гранулометрических ассоциаций. Важность результатов статистического анализа состоит в том, что они относятся к осадочным отложениям новокаспийского стратиграфического яруса Каспийского моря, в пределах которого проявляются голоценовые и современные структурообразующие тектонические движения.

В вастой главе представлены результаты корреляционного анализа тепловых и других физических свойств, фршщий механического состава и химического состава донных осадков шельфа Каспийсого моря. Анализ выполнялся для выявления степени обусловленности тепловых свойств отложений через их вещественный и

минеральный состав другими параметрами. Проверка достоверности найденных корреляционных зависимостей осуществлялась сравнением наш« данных по корреляции между теплопроводностью и плотностью илистых осадков глубоководных областей Каспийского моря и данными той же зависимости по номограмме Ратклифа для океанических илов,которое показало совпадение результатов в пределах погрешности метода измерений (121).

По данным анализа взаимосвязи тепловых свойств осадков с другими физическими свойствами вне литологической дифференциации имеют вид слабых прямых и обратных линейных корреляций со значимыми коэффициентами корреляций с надёжностью вывода Р>0,999. Наиболее тесные корреляции ( средней силы )наблюдаются между температуропроводностью осадков и их влажностью и процентным содержанием крупяоалевритовой фракции (размэр вбрен-0,1 -0,051ш). Установлена тесная корреляция между температуропроводностью и теплопроводностью осадков,причём теснота связи в нижнем интервале глубин ( 0,5 - 3,0 м ) выае ( коэффициент корреляция г«0,92 ),чем в полуметре от поверхности ( г»0,79 ).Связи тепговых свойств с компоненте^! химического состава осадков и формаш вхождения железа вне разделения значений по литологии имеют ливь слабую тенденцию к корреляции ( значимые коэффициенты корреляций - 0,1-0,4 ).

На следующем этапе анализа,проведённого отдельно в рамках лстологдаеских типов осадков, установлено существование внутри типов более тесных средних и сильных линейных корреляционных связей для отдельных пар тепловш и других физических свойств ( в основном плотности и влажности ) со значимыми коэффициента-ьа корреляции (г-0,7-0,9 ). Сильные зависимости охарактеризованы эмпирическими уравнениями регрессий. В пределах литологических типов наблюдается усиление . тесноты отдельных корреляций (г-0,6-0,8) между тепловыми свойствами и химическими элементами и соединениями. Однако в целом сопоставление тесноты связей показало, что и внутри литологических типов с тепловыми свойствами более тесно коррелируют физические параметры,прямо или косвенно влияя на кондуктивную и конвективную теплопередачу в осадках.

По данным профильных распределений значений температур©- и

теплопроводности на площадях шельфа Среднего и Кйшого Каспия изучены гарреляции этих параметров с рельефом дна и структурными планами на локальном и региональном уровнях. Установлено,что антиклинальные структуры,проявлянщиеся в рельефе дна и расположенные в зоне волновой аккумуляции осадков (' до глубины моря 50м ), имеют одинаковый порядок тесноты связи с рельефом дна к неодинаковы!". со структурами в зоне неволновой аккумуляции. Корреляции более тесные для тектокогениых геоморфологических аномалий, чем для тектонолнтогенньк. Профильные значения тепло-пых свойств коррелируют с отметками стратиграфических горизонтов унаследованных или возрожденных по истории развития теето-нических структур, причем с меньшей в сравнении с рельефам среди»" тадратическай ошибкой отклонения фактических данных от уравнений регрессий. По-видимому,это объясняется влиянием случайных факторов на орографию донной поверхности,устраняемых уплотнением в глубоких горизонтах.

В се-дьшй 1У~г,а приводятся результаты натурного изучения латеральной изменчивости тепловых и других физических свойств к химического состава донных осадков Каспийского моря на неотектонических структурах. Латеральная изменчивость физических свойств и литологии осадочных пород весьма интенсивно изучается геологах«! и геофизиками в последние десятилетия в связи с попытками перейти от геофизики "стратиграфической" к геофизике "фациальной". Вопрос об исследовании и использовании латеральной изменчивости отложений в поисковой геотермии кроме автора настоящей работы ранее никем не ставился. При выборе объектов для ее изучеикя автор стремился охватить по возможности разнообразие геоморфологических, структурно-тектонических и гидродинамических условий Каспийского шельфа. Тепловые.свойства донных отложений изучались в связи с литоло-геоморфологическими индикаторами локальных структур в бассейнах седиментации (рельефом дна, изменчивостью литофациальных особенностей и аккумуляцией рыхлых осадков в крыльевых частях структур), другими физическими свойствами (плотность, пористость, влажность) и химическим составом осадков. Контроль случайных ошибок экспериментальных определений тепловых свойств осуществлялся: 1) прямым контролем профильными корреляционьнми кривыми; 2) вероятностным контролем

по критерию Колмогорова; 3) точечным контролем в пунктах наблюдений.

Изучение латеральной изменчивости температуропроводности по профилю Ленкорань-Баку в Южнокаспийском шельфе позволило установить уровень регионального фона и порядок интенсивности аномальных зон, приуроченных к локальным поднятиям. Установлено,что максимумы температуропроводности над структурами разной степени погребенности по отношению к региональному фону колеблются в пределах 8 - 77%,минимумы над прогибами - в интервале 11 - 262.

Изучение латеральной . изменчивости всех трёх тепловых свойств осадков,других физических свойств и гранулометрического состава и карбонатности над локальной структурой Булла-море в южнокаспийском шельфе показывает,что независимо от степени проявления структуры в рельефе дна профильные максимумы значения тепловых свойств на своде составляют 34 - 52% по отношению к крыльям. Контрастность на своде по отноеэнию к крыльевым участкам, затулёванным наносами,проявляется за счёт пониженной плотности рыхлых осадков крыла. Крупноадевритовая фракция и карбо-наткость повторяют орографию дна над структурой.

Распределение тепловых и других физических свойств литологии и химического состава (9 компонентов)донных' осадков ка площади Ачису-море на шельфе Западного Каспия коррелирует с рельефом дна и через него со структурными планами локального поднятия. Однако,если для профилей тепло- и температуропроводности корреляция полная с максимумами на сводах до 60 - 70%,то для других свойств и состава корреляции проявляются избирательно. С рельефом хорошо коррелирует плотность,отчасти пористость , процентное содержание окиси кремния (прямая корреляция) и окиси аллюминия (обратная).Выявленные закономерности подтверждаются исследованиями на площади Сулак-БогатырёЕка,расположенной в зоне стационарного течения. Здесь сглаженные кривые тепловых свойств и крупноалевитовой фракции гранулометрического состава хорошо коррелируют с рельефом дна. Схематические карты тепло- и температуропроводности площади Ачису-море отражают основные черты площадного распределения литологических типов осадков и коррелируют между собой в рамках тесноты связи.

Латеральная изменчивость тепловых и других физических

свойств на региональном уровне изучалась на примере Песчано-мысско-ракушечного блока-сводового поднятия первого порядка. Профильные кривые тепло- и температуропроводности повторяют структурный план блока,выраженный в подводном рельефе. При этом сводовые максимумы температуропроводности по профилям колеблются от 31Z. до 50Х значений параметра,а теплопроводности - 14-55%. Распределение значений теплопроводности по схематической карте для всей площади Каспийского моря хорошо коррелирует с картой донных грунтов в той мере,в какой она отражает орографию рельефа дна.

Е восьмой главе изложены результаты изучения латеральной изменчивости литолого-геоморфологических особенностей,ландшафта и при.::у;;.фхностного поля в зонах разрывных нарушений и на ло-. кальных структурах суши в условиях субаридного климата. Приповерхностные признаки разрывных нарушений и их проявления в экзогенном поле изучались на территории Приморской равнины Дагестана в комплексе методами структурно-геоморфологических исследований и многоуровенной полевой геотермической съёмки. В число выявленных признаков входили: латеральная неоднородность литологических особенностей, тепловых и других физических свойств почвы,ландшафтные аномалии (высота и густота растительности) ,техногенное воздействие на верхний слой почвы,инфильтра-цнонный режим в приповерхностном слое почвы.

На основе выделенных признаков и их проявлений в поле температур типизированы и обоснованы 4 полуэмпипические модели приповерхностных зон повышенной проницаемости,унаследованных от погребенных разрывов,для естественно-природной и техногенной почв. Каждой модели в любое время календарного года соответствует своя морфология термограмм и её соотношение с фоновыми. Экспериментальные данные по структурно-геоморфологическим исследованиям (ландшафтно - литологический и гидрогеологический компоненты) и многоуровенной геотермической съёмке на площади Димитровская-Иргин над разрывными нарушениями и результаты моделирования температурного поля соответствующих моделей показали хорошее совпадение. Модельные аномалии характерны и для разрывов, выходящих к поверхности, но не проявляющихся в дневном • рельефе. В противном же случае аномалии приобретают ступенчатую

профильную конфигурацию, соответствующую выраженности разрыва в рельефе. Обработка данных по методике нестационарной терморазведки показала приуроченность к разрывам аномалий ее информативных параметров: нестационарной составляющей и второй производной температуры.

Пловдная съемка в пределах Нарат-Тюбинской зоны показала хорошее совпадение контрастных аномалий по данным нестационарного метода с геоморфологическими аномалиями (по литологии, рельефу и уровням подземных вод) над локальной структурой и разрывами. Интерпретация нестационарной и стационарной составляющих поля у поверхности позволила охарактеризовать история развития и морфологию разреза структуры Кар!смаскала.

Геотермические исследования на Тарккнской площади показали, что несогласно залегающее структурные планы нефтегазоносной складки проявляются по нижнему этажу в стационарной, а по верхнему, выраженному в литологии почвы - в нестационарной составляющей приповерхностного геотемпературного поля. Интенсивность нестационарных аномалий изменяется в соответствии с ходом годовой волны.

Комплексные исследования на Тернаирском нефтяном месторождении выявили приуроченность нестационарной аномалии экзогенного поля к литологической залежи на основе косвенной связи через флексурный изгиб дневного рельефа и вертшсальную проницаемую зону, которые маркируются изменчивостью литологии и цвета (эпигенетическое восстановление двухвалентного железа) почвы. Вывод о косвенной связи подтвержден моделированием.

Второй раздел дг-ссертзцин, состоявщй из четырех глав, содержит изложение теоретике-методических основ нестационарного метода терморазведки.

В девятой главе приводится решение прямой задачи нестационарной терморазведки в форме самостоятельных нестационарной и стационарной задач. Решение нестационарной задачи получено численным методом на основе уравнения кондуктивной теплопроводности для модели новейшей структуры шельфа в виде термически неоднородной среды без источников тепла с гармоническими колебаниями, температуры на верхней границе. .Моделирование показывает, что неотектоническая•структура, проявляется в двумерном эк-

зогенном поле аномальным эффектом латеральной изменчивости температуропроводности осадочных отложений. Знак и интенсивность сводовой аномалии изменяются в течение года по глубине. Контрастность аномалии определяется контрастностью сводовой неоднородности по температуропроводности и для реальных условий на глубине первых метров достигает первых градусов Цельсия.

Дополнительно выполнено моделирование нестационарного сводового аномального эффекта для многослойного по температуропроводности приповерхностного слоя, аппроксимирующего неодинаковые темпы осадконасопления на локальных структурах и их искажающее влияние на наблюденное экзогенное поле. Установлено, что искажения максимальны у стыков слоев, становятся минимальными с увеличением глубины до двух-трех метров,и в целом не превышают первых десятых градусов Цельсия и не искажают характер аномалии по латерали.

Численными методами получены два решения двумерной стационарной задачи на основе кондуктивного и конвективного уравнений теплопереноса для той же модели Сво втором случае - с проницаемой поверхностью),но со сводовой неоднородностью по теплопроводности и постоянной температурой на верхней и нюшей границах. В первом решении аномальный эффект выходящей на поверхность неоднородности для реальных условий имеет порядок десятой градуса Цельсия и определяется контрастностью теплопроводности свода, подстилакззщх пород и мощностью неоднородности по глубине. Второе решение (совместно с 3. 3. К'авраевой) показывает, что сводовый аномальный эффект в большей степени определяется интенсивностью стационарной вертикальной фильтрации в пределах проницаемой зоны и в меньшей - латеральной изменчивостью тепловых свойств отложений. В зависимости от глубины наблюдений в пределах 10-ме^рового приповерхностного слоя при скоростях фильтрации 10 - 10 м/с аномальный эффект достигает 0,6 - 1,8 С. Эффект растет при увеличении скоростей фильтрации и увеличении температуры кровли разгружающегося горизонта и уменьшается с увеличением его погруженности.

Рассмотрены воаможные источники тепла в пределах локальных неоте1сгонических структур, среди которых выделены два: эффект яркостных температур за счет светопоглощения на поверхности лу-

чистой энергии солнечной радиации,и биологичепсая теплогенера-ция под действием углеродоокисляющих бактерий над залежами углеводородов. Показано, что оба фактора в пределах структур контролируются изменчивостью гранулометрического состава и,таким образом,их температурные эффекты, складываются со сводовыми аномалиями экзогенного поля.

О десгггой глпво излоггзэны методичесгае ссновы внутркметод-ных вариантов нестационарной терморэзведки. Ьйтодика термического зондирования и технология съемки на иэльфе выбирайся а зависимости от располояэния изучаемой площади в пределах иди вне застойных зон в водкьс: толщах, идентифицируемых по резкому скачку температур на дне и по вертикали от дна В первом случае используются короткие термозонды, во втором - длинные (до 3-х -4-х м). Аппроксимируя реальный годовой ::од температуры повэрх-Hocvi: я применяя разложения в ряд Фурье, находят уровни в донных осадках, на которых колебания температуры носят идеальный гармонический характер,« выполняют здесь хшструмзнталын'э наблюдения.

Экспериментальным изучением влияния границы раздела геофизической среды (сука- коре) на геотешературкое поле установлено, что в приповерхностном поле скачок по латеради в июде-ав--густе на глубине 1м составляет около 10° С. Многоуровеннке режимные наблюдения показали, что по обе сторона от границы амплитуды суточных колебаний поверхности растут по мере удаления, изменяясь на градусы Цельсия. Для состыковки температурных карг предложена методика выделения опорного горизонта.

Воспроизводимость данных нестационарного метода изучалась на двух объектах-эталонах. На структуре Самедова-1 (пельф юго-западного Каспия) - по данным 4-х-кратных съемок за 10-летний период: в поле годовой волны н в поле, содорглп'ем составляющие многолетних колебателььых процессов. На плошади Махачкала-море (шельф Среднего Каспия) - дважды в течение года. Циклы выполненных профильных и площадных съемок показали хороаую воспроизводимость контуров локальных структур нестационарной и стационарной составляющих геотемпературного поля,наблюденным нестационарным методов терморззЕедки.

Оценено влияние son;; течения ■ из устьев' рек и на примере

площади Сулак-море предложена методика выделения полезного сигнала, отображающего неотектоиическую структуру на фоне течения. На примере района Махачкала-Ачису в Приморском Дагестане предложена методика оценки влияния регрессии (трансгрессии) на гео-температураое поле прибредной зоны.

Внутршгетодаые варианты нестационарной терморазведки разработаны для условий двухъярусных разрезов и содержат методики наблюдений потенциальных и векторных полей в зоне распространения годовой температурной волна Методика максимизации и минимизации геотемаературных аномалий глубиной и временем измерений основана на разделении полей выделением двух,изменяющихся в течении календарного года,уровней наблюдений. На первом нестационарные аномалии, отражающие через латеральную изменчивость чеа-пературопроводности отложений локальные структуры верхнего этажа, проявляются с максимальной интенсивностью. На втором, нестационарный эффект полностью нивелируется,а наблюденное поле содержит аномалии стационарной составляющей,отображаюсьй анома-лиеобразующре объекты нижнего этажа. Методика модифицирована для однослойной и двуслойной среда (зона бенча на шельфе)в зоне инсоляции и защищена авторским свидетельством. Относительные ошибки определения интенсивности аномального структурного эффекта нестационарной составляющей - 3.-102, для стационарной - 10 - 251. Для выделения стационарной составлявшей раарайотана и отдельная методика,основанная на учёте тешературопроводности осадков в каждом пункте наблюдений измерениями температуры на неодинаковых уровнях глубин. В методике учитывается нерегулярность толщины водного слон на шельфе. Методика ориентирована на погребенные геологические объекты и также защищена авторским свидетельством. Относительная точность определения интенсивности аномального эффекта - 10 252.

Методики изучения векторных полей включают в качестве информативных параметров вторую производную температуры по глубине и знакопеременный тепловой поток в зоне инсоляции. Обе методики используются для контроля и корректировки данных по нестационарной составляющей геотемпературного поля,а аномалии второй производной и теплового потока,изменяющиеся по глубине и во времени,отражают локальные- структуры верхнего этажа. Метод

второй производной уточняет результаты геотермосъёмки.т. к. аномальные эффекты этого параметра определяются через температуропроводность отложений только латеральной изменчивостью их литологии и физических свойств. Ту же задачу выполняет метод теплового потока,т. к. его изменчивость по латерали определяется и температуропроводностью и теплопроводностью осадков,т. е. метод в отношении структурных планов обладает большей степенью обобщения. Относительные ошибки определения интенсивности аномального структурного эффекта составляю? для второй производной температуры - 3 - 10%, для теплового потока - 5 - 17..

3 оддзодцатоЛ глава изложены принципы решения обратной задачи нестационарной терморазведки на основе вероятностно-статистического подхода на примерах конкретных площадей и разрезов. Обращение к идеологии, рассматривающей геотермическое поле как случайные функции,продиктовано очевидной бесперспективностью попыток решения обратной задачи с помощью классического подхода с необходимой для практики степенью адекватности геологической реальности,т. к. многочисленные аномалиеобразующио факторы со сложным характером их взаимодействия не позволяют получить такое решение.

Наше решение обратной задачи для локальных структур складывается из этапов качественной (распознавание образа поискового объекта по данным натурных наблюдений и его идентификация) и количественной интерпретации (определение геометрических параметров объекта поиска на основе корреляционных связей с реконструкцией структурных особенностей геологического разреза). Объектом интерпретации служит основной поисковый признак -аномалии нестационарной и стационарной составлявшей поля. Второй этап может выполняться и отдельно как полностью самостоятельный. Качественная интерпретация данных как задача классификации статистических свойств признаков эталонных объектов и распознавания образов проиллюстрирована на примере площади Булла-море -1 на юго-западном шельфе Каспия. По данным второй производной температуры и приповерхностного теплового потока выделены два класса информативных признаков,отвечающих нефтегазоносной структуре и грязевулканичеекой брекчии. С использованием этих классов и учетом физического смысла обоих, информативных параметров по

данным наблюденных полей решена задача разделения двух геологических объектов по их идентификации.

Количественная интерпретация данных корреляционно-регрессионным методой с реконструкцией структурных планов в условиях двухъярусного разреза показана на примере площади Ачису-восточный в Приморском Дагестане. Сложный разрез, содержащий нефтегазоносную структуру с залежью на глубине 3,1 км на основе корреляционных связей между нестационарной и стационарной составляющими приповерхностного геотемпературного поля и структурными планами верхнего и нижнего этажей описан линейными и нелинейными уравнениями регрессий по профилю подтвержденному бурением. Затем; с использованием данных наблюденного поля по изучаемой части структуры и полученных уравнений регрессии,выполнено реконструирование ее структурных планов й всего разреза. Ввиду сложного строения разреза при интерпретации использовалась апиорная информация и конформность отображений для преобразования уравнений регрессии на отдельных участках структура Точность реконструкции структурных поверхностей на различных участках составляла от 45 до 125 и (в условиях сложного строения).

Этот же метод применялся для определения глубины залегания кровли погребенных нефтегазоносных структур для группы объектов с идентичной стратиграфией и литологией на шельфе иго-западного Каспия. В этом примере использовалась , корреляционная связь и описывающее ее нелинейное уравнение регрессии между интенсивностью аномалий стационарной составляющей поля и структурными поверхностями,которые возникают как результат латеральной изменчивости поля ввиду сочетания радиальной кондуктивной тепло-генерации от; структуры и узколокализованного вертикального теп-лопереноса в пределах эоны повышенной проницаемости.Линеариза-ция уравнения регрессии дала зависимость интенсивности аномалий от глубины кровли свода структур в соответствий с градиентом 0,04° С / 300 м.

В двенадцатой гладе изложены результаты применения нестационарного метода терморазведки для поиска локальных структур и геотермальных объектов. Натурные исследования проводились на шельфе юго-западного Каспия,относяадэгося к внутрискладчатому типу нефтегазоносных складчатых бассейнов. На разведочных площа-

дях Булла-море-1, Булла-море-2, Южная-2, Самедова-1, Самедо-ва-2,Путкарадзе были проведены терморазведочные работы на основе внутриметодньк вариантов изучения приповерхностного поля геотемператур,второй производной геотемпературы и нестационарного теплового потока в условиях как сквозных структур,унаследованных по истории развития,так и погребенных,залегающих в условиях двухъярусного строения разреза Ш данным применения нестационарного метода терморазведки получены геотермические карты и профили, отражающие структурные планы верхнего и нижнего ярусов геологического разреза; и антиклинальные нефтегазоносные складки,которые выделяются значимыми аномалиями (в стаиионарной составляющей 0,4-1,2°С,в нестационарной 2,5-3,0°С ). Результаты геотермических исследований хорошо соответствуют данным глубокого разведочного бурения и дополняет сейсморазведку МОГТ на участках литологически однородных по разрезу осадочных толщ.

Терморазведочными работами,выполненными в условиях Тереко-Каспийского складчато-платформенного нефтегазоносного осадочного Эассейна в дагестанском секторе шельфа Западного Каспия нестационарным методом, выделены шесть крупных аномалий стационарной юставляющей геотемпературного поля. Контуры аномалий соответствуют расположению цепочки предполагаемых локальных поднятий Триморской антиклинальной зоны,намеченных другими исследователями по комплексу^ геолого-геофизических признаков. Интенсивность шомалий находится в диапазоне 1-4 С. Верхний предел отвечает эазломной зоне,секущей сводовый участок предполагаемой брахиан-'шшшали,через которую мигрируют к поверхности термальные воды.

Интерпретация аномалий,выявленных на шельфе Каспийского юря,основана на геотермическом эффекте фильтрации подземных юд,латеральной изменчивости тепловых свойств осадочных отложе-мй , структурно-литологическом факторе погруженных слоев пород, еплогенерации из залежей УВ и др. .

Результаты геотермических исследований на шельфе Азовского юря в условиях Северо-Черноморского складчато-платформенного ефтегазоносного осадочного бассейна на примере плоищи Запад-ый Бейсуг показывают,что применение нестационарного метода в словиях двухъярусного разреза позволяет уверенно выделять етру-туриый план верхнего этажа, и на его фоне - малоамплитудную неф-

тегазоносную складку,залегающую в нижнем этаже. Физико-геологические механизмы проявления структурных объектов те же.что и выше.

В дагестанском и азербайджанском секторе шельфа западной части Среднего Каспия было проведено термическое зондирование, направленное на поиски геотермальных объектов,проявляющихся в температурном поле субмаринной разгрузкой подземных вод. На плошддях Каякент и Дуадак придонной температурной съёмкой выявлены линейно-очаговые зоны разгрузки термальных вод,отвечающие разлому,"выходящему" к поверхности дна ( интенсивность аномалий 4,3-4,6°С )и разлому,"залеченное" в приповерхностном слое (интенсивность 0,6° С ). Нами совместно с К, М. Нагомедовым предложен способ геотермальной технологии системы энергоснабжения в береговой зоне акваторий,который работает на использовании проницаемой зоны наклонно ориентированного разлома,поиски которых -предмет подобных геотермических съёмок.

В азербайджанском секторе шельфа района Дербент-Хачмас и дагестанском - района Сулак-УахачкШга многоуровенныы термическим зондированием выделены очаговые зоны субмаринной разгрузки термальных вод. В сопоставлении с известными данными гидрогеохимических исследований результаты геотермических съёмок позволили дать более однозначную интерпретацию генезиса н стратиграфической привязки подземных вод, разгружащихся в зонах термоаномалий.

На основе идеологии нестационарного метода терморазведки выполнена интерпретация данных геотермических исследований на Абино-Украинском нефтяном месторождении на суше ( Северо-Черно-морекий складчаго-платформенный нефтегазоносный осадочный бассейн ). Нестационарная и стационарная составляющие поля отображают структурные планы верхнего и нижнего этажей двухъярусного разреза, в том числе нефтегазоносную антиклинальную складку.

Натурные геотермические работы проведены на площади Чубар-Арка ( Цредгорный Дагестан ). По комплексу данных ( нестационарного метода терморазведки,геологической съёмки и сейсморазведки ) установлена четвертичная тектоническая активизация" антиклинальной складки Чубар-Арка. Складка хорошо отражается в контурах аномалии нестационарной составлявшей геотейпературного ¿юля.

здклочвниг

Основные результаты и выводы проведенных исследований сводятся к следующему:

1. Выполнена типизация локальных геологических объектов в качестве модельной физико-геологической основы изучения изменчивости экзогенных геотемнературньгх полей в условиях фильтрации и латеральной неоднородности тепловых свойств осадочных отложений, которая объединяет локаллные структуры и разломы сжатия и растяжения,вмещающие субвертикальную зону повышенной проницаемости пород.

2. На основе типовых физико-геологических моделей структур и разломов поставлены и решены аналитиескими методами следукцие нестационарные задачи теплообмена с конвективным механизмом теплопереноса:

а) задачи,описывающие изменчивость экзогенного нестационарного температурного поля в тонком приповерхностном слое со ступенчатой функцией температуры во времени, суперпозицией гармонических колебаний или экспоненциальной зависимостью на поверхности полупространства в условиях вертикальной фильтрации подземных вод;

б) двумерная по пространственным координатам нестационарная задача с двумя типами граничных условий по боковым границам неоднородных областей,описываются изменчивость экзогенного температурного поля на сквозных геологических структурах в условиях вертикальной фильтрации в напорных элизионных системах и латерзльной неоднородности тепловых свойств отложений. Шдедиро-занием температурного поля для разломов сжатия,растяжения и :мешаных типов показано,что экзогенные возмущения за период зерхнего плейстоцена-голоцена формируют к настоящему времени в 7рикаспийском регионе в пределах проницаемых зон разломов ква-шстационарные аномалии,которые могут служить поисковыми приз-{аками для терморазведки;

в) двумерная по пространственным координатам задача с двумерной фильтрацией (вертикальной и латеральной ),описывающая изменчи-юсть экзогенного нестационарного температурного поля в толще юадочнух: пород,вмещающей разломы с,' оперяющей • трещиноватостью

или структуры,на фоне миграции инфильтрогенных вод. Моделированием температурного поля для приразломного массива пород количественно охарактеризована изменчивость экзогенного поля и определён гидродинамический критерий резкого изменения характера аномальных эффектов поля в приразломной зоне ( скорость да-

-С

теральной фильтрации порядка 10 м/с при интенсивности вертикальной фильтрации на порядок выше ). Критерий может быть использован в терморазведке;

г) решения задач с одномерной и двумерной фильтрацией преобразованы через зависимость скорости вертикальной фильтрации от скорости осадконакопления в решения задач изменчивости экзогенного нестационарного температурного поля в условиях осадконакопления и денудации,которые иллюстрированы расчетом для Дуз-лакской структуры в Приморском Дагестане;

д) задача,описывазошдя изменчивость нестационарного эндогенного геотермического поля зон повышенной проницаемости в глубокопог-руженньк осадочных толщх в результате вторичных геологических преобразований. Моделированием поля слоистой среды с временной скачкообразной изменчивостью тепловых свойств отлояений в масштабах геологического времени показано,что возникающие аномальные эффекты могут иметь порядок первых десятков градусов Цельсия.

3. Моделированием экзогенных температурных полей в условиях латеральной изменчивости тепловых свойств осадочных отложений и вертикальной фильтрации на примере Каспийского шельфа и приморской равнины показано,что экзогенные возмущения поля в масштабах от Геологического до кратковременных формируют-в пределах геологических структур вертикальную зональность нестационарных аномальных эффектов - составляющую геотермического поля,глубинность и интенсивность которых определяется уровнем иерархии поля, скоростями фильтрации и контрастностью тепловых свойств отложений. Аномалии,отражающие контуры сводовых проницаемых зон структур,могут служить поисковыми признаками-для терморазведки.

4. Экспериментально изучены коэффициениы температуропроводности и теплопроводности, удельная теплоёмкость, плотность, весовая влажность и обпря пористость образцов новокаспийских донных отложений шельфа Каспия. Впервые проведен целостный статистический

анализ этих свойств и химического состава осадков,которяй показал, что дифференциация осадков по литологическим типам находит адекватное отражение в статистических характеристиках изученных параметров и может быть принята как универсальная для тепловых свойсти донных отложиний.

5. Впервые проведен целостный регрессионно-корреляционый анализ взаимосвязей тепловых свойств новокаспкйских донных отложений шельфа с другими их физическими свойствами и химическим составом, который показал,что тепловые параметры коррелирует с физическими более тесно,чем с элементами и соединениями химического состава Установлено,что корреляционные связи тепловых свойств внутри литологических типов осадков более тесные,чем вне их. Корреляционные взаимосвязи охарактеризованы эмпирическими уравнениями регрессий.

6. Комплексными натурныш! исследованиями на Каспийском море впервые установлена и объяснена латеральная изменчивость тепловых свойств донных отлодвний .приуроченная к тектоническим структурам локального и регионального уровней. Показано,что структурная приуроченность изменчивости тепловых параметров суммарно обусловлена латеральной тектоногенной изменчивостью литологии и физических свойств осадков,а также отдельных компонентов их химического состава Установлено,что в латеральной изменчивости тепловых свойств отражается структурный план локаль-яых неотектонических структур в двух возможных геоморфологических позициях и двух гидродинамических режимах аккумуляции осадков.

7. На основе установленных ландтафтно-литолого- ги; рогеологичес-*их и геотермических характеристик разрывных нарушений в условиях аридного климата приморской равнины типизированы приповерх-•гостные теплофизические модели проницаемых зон разрывов. Разра-5отана методика идентификации и картирования разрывов по данным дюгоуровенной геотермической съёмки,подтверждённая результатами комплексных исследований на площадях Приморского Дагестана

8. Комплексными структурно-геоморфологическими,структурно-лито-югическими,'структурно-гидрогеологическими и .геотермическими кследованиявд. показано-, что в- условия^ приморской'равнины с су-заридным.'климатам ,и "двухъярусным, строением разреза применим

вельфовый метод нестационарной терморазведки,который успешно опробован при поиске новейших структур на плошадях Приморского Дагестана.

9. Ка основе принятых теплофизических моделей неотектонических структур для гоны шельфа численным методом решена прямая задача нестационарного метода терморазведки как двумерная нестационарная задача кондуктивного теплообмена для термически неоднородной среды без источников тепла с гармоническими колебаниями температуры ка поверхности. Решение показывает,что аномальный сводовый эффект нестационарной составляющей,достигающей первых градусов Цельсия.зависит от контрастности неоднородного включения по температуропроводности,и шкет быть максимизирован глубиной и временем наблядений.

10. На базе тех т моделей численными методами в двух вариантах решена стационарная прямая задача как задача кондуктивного и конвективного теплообменоа. Решения показывают,что при кондук-тивной теплопередаче сводовый эффект стационарной составляющей поля за счет латеральной изменчивости по теплопроводности для реальных условий имеет порядок десятой градуса Цельсия. При конвективном теплопереносе аномальный сводовый эффект выражен контрастнее. Степень его контрастности больше зависит от интенсивности вертикальной фильтрации,чем от теплових свойств отло-мений. ■

11. Моделированием показано,что в поле годовой температурной волны растувдя в условиях седиментации структура монет способствовать искажению морфологии сводовой аномалии по глубине в пределах десятых градуса Цельсия в многослойной по температуропроводности среде с неодинаковой ввиду различий темпов седиментации толщиной одноименных слоёв. Искажения максиальны у стыков слоёв, затухают 'на глубине нескольких метров и не нарушают латерального сводового эффекта экзогенного поля.

12.Разработаны способы оценки,учета или нивелирования искажающего влияния на результаты термического зондирования гидродинамического и гидрографического факторов ( устья реки ),такжй ангармонических нерегулярностей хода годовой температурной волны, влияния границы раздела суша-море и регрессионно-трансгрессион-ных деформаций геотермического поля.

13. На основе использования геотермического эффекта структурно приуроченной латеральной изменчивости тепловых свойств донных отло*ений разработаны и обоснованы виутриметодные варианты нестационарного метода терморазведки:

а) методика терморазведки на шельфе и условиях двухъярусного строения разреза,основанная на выделёиие двухуровенной съёмкой в донных осадках аномалий нестационарной и стационарной составляющих приповерхностного геотемпературного поля, обусловленных, соответственно,локальными структурами верхнего и нижнего этажей;

б) методики геотермических поисков погребенных геологических объектов на основе одноуровенной съёмки ( с учётом иерегуляр-ностей толщины водного слоя шельфа и температуропроводности донных осадков ) аномалий стационарной составляющей геотемпературного поля;

п) методики геотермических поисков неотектоничесгах структур на основе картирования аномалий нестационарного теплового потока и второй производной геотемператур в донных отлотениях.

14. Обоснованы принципы качественной и количественной интерпретации данных нестационарного метода терморазведки на базе вероятностно-статистического подхода к решению обратной задачи. Методом распознавания образов в данных нестационарной терморазведки решена задача разделения и идентификации аномалий локальной структуры и грязевулканической брекчии на площади Булла-мо-ре-1 в Юкнокаспийском шельфе. Корреляционно-регрессионным методом реконструированы морфология двухъярусного геологического разреза и конфигурации структурных поверхностей нефтегазоносной структуры Ачису-восточный в Црикорском Дагестане ч подтверждены глубины кровли сводов группы структур Юянокаспийского шельфа.

15. Проведены опытные терморазведочные работы на площадях шельфа Каспийского и Азовского морей,относящихся к Южно-Каспийскому

внутрискладчатому,а также Терско-Каспийскому и Северо-Черно-

«

морскому складчато-платформенным нефтегазоносным осадочным бассейнам. Ш результатам этих исследоыаний выделены геотермические аномалии,отвечающие антиклинальным структурам,в том числе нефтегазоносным и активным на новейшем зтада развития,залегавшим в условиях двухярусного ' строения,которое- полупило отражение в

- 32 -

наблюденных геотермических полях.

16. Выполнена придонная и многоуровенная геотермическая съёмка на ряде плопэдей шельфа Западного Каспия в зонах разломов и в районах,предположительно охваченных субмаринной разгрузкой под-аемных вод. По данным съёмки выделены аномалии,локализующие линейно-очаговые зоны разгрузки термальных вод,перспективные в качестве объектов геотермальной энергетики на основе предложенного способа геотермальной системы энергоснабжения.

17. Эффективность нестационарного метода терморазведки показана на примерах съёмки площадей со сложным строением геологического разреза в Краснодарском крае ( Абино-Украинская нефтегазоносная структура ) и Ц>едгорном Дагестане ( структура Чубар-Арка ).По результатам съёмки и обработки данных по внутриыетодным вариантам нестационарной терморазведки структурные планы хорошо отражаются в геотермическом поле.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

МОНОГРАФИИ

1. Методика морской геотермической разведки . Махачкала: Дагкнигоиадат, 1976,124 стр. (соавторы ХИ.Амирханов и К Е Суетное) '

2. Нестационарные методы морской терморазведки. Ы.: Наука, 1986,135 с.

3. Изменчивость экзогенного температурного поля на локальных объектах геологической среды. У.: Наука,1992,142 с.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА

4. Способ поиска геологических структур ( Автор, св-во СССР N 1018085,кл. й 01 V 9/00,Бюдл. N 18,1983

5.Способ геотермической съёмки (Автор,св-во СССР N 1224761, КЛ. □ 01 V 9/00,Бюлл. N 14,1986

6. Способ реализации геотермальной системы энергоснабжения в береговой зоне акваторий (положительное решение НИИГПЭ от 16.09.92 по заявке N4941010/06/046211,кл. Р 24 J 3/02 - соавтор

К. М. Магомедов).

СТАТЬЯ М ТКЭНСН ДОКЛАДОВ

7. Результаты геотермических исследований литологической залежи на Тернаирской площади // Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений. Реф. сб. ВНИИЭГазпрома,N6. Ы.: 1978 с. 35-37 (соавтор О. Н. Кутузов).

8. Применение терморазведки для поисков структурных залежей углеводородов на Каспийском шельфе // Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений. Реф. сб. ВНИИЭГазпрома, N9. Ы. : 1978, с. 8-14.

9. Результаты морской геотермической съёмки на плопади Махачкала-Сулак // Геология и нефтегазоносность Дагестана. Махачкала : 1978, с. / Труды ИГ ДагФАН СССР,вып. 3(19) (соавтор Е В. Суетнов).

10. Результаты геотермической съёмки в акватории Азовского моря на площади Западный Бейсуг // Геология,бурение и разработка газовых месторождений. 1978,с. 6-7 / ЭИ ВНИИЭГазпрома,вып. 16 ( соавторы В. В. Суетнов,О. Н. Кутузов,С. Г. Корниенко ).

11. Эффективность применения и результаты геотермической съёмки на Каспийском шельфе // Геология нефтегазоносных комплексов мезозоя Дагестана . Махачкала : 1979,с. 115-118/Труды ИГ ДагФАН СССР,вып. 4(23)(соавтор Е В. Суетнов).

12. Результаты геотермической съёмки на плопвди Чубар-Арка ( Предгорный Дагестан ) // Там. же,с. 119-121,(соавторы ЕЕ Суетнов, С. Г. Корниенко).

13. Исследование зависимости термических параметров донных осадков Каспийского моря от механического состава // Теплофизи-ческие свойства твёрдых тел. Махачкала: Из-во ДагФАН СССР, 1979, с. 94-99.

14. Оценка точности методики учета термической неоднородности донных осадков при интерпретации данных морской терморазведки // Тепловое поле Земли. Махачкала: 1979,с.101-108 / Труды Всесоюз. конфер. ,т. II. Методы геотермии.

15. Методика терморазведки'.на шельфе вблизи, устья рек //

Теэисы докл. Всесоюа. совев; "Современное состояние методики и аппаратуры для геотермических исследований. "Свердловск,УНЦ АН СССР,1980,С. 3-4.

16. Результаты морокой геотермической съёмки и перпективы нефгегааоносности площади Махачкала-море на Дагестанском шельфе // Геология и разведка морских нефтяных и газовых месторождений. Реф. ст. ВНИИЭГаэпрома,N5,1980,с. 13-18 (соавторы Е Е Суетнов, О. Е Кутузов,X, А. Гаирбеков).

17. Геотермическая разведка нефтегазовых месторождений -гшлаемое и достигнутое.// Советская геология,1981,N4, с.112-122 ( соавтор С. С. Сардаров )

18. Геотермическая съёмка плопщей Сашдова и Путкарадзе на Еэльфе Каспийского ыоря // Освоение ресурсов нефти и газа морских месторождений. 11: 1981,с. 1-4 / ЗИ ВНИКЭГаапроиа,вьш. 12 (соавторы О. Е Кутузов, С. Г. Корниенко)

19. Геотермическое пола над зонами интенсивной газовой диффузии углеводородоп // Тезисы докл. 11-го Есесоаз. совэщ. "Природные газы Земли и их роль в фэрмиро'ванки зешюй коры и месторождений полезных ископаемых". U.: Из-во ШТй,1982,с. 47

20. }Ьрской геотермический метод изучения непогребенных и несогласно аадегаюцщ структурно-тектонических фори // Геофизические поля Прикаспийского региона.Махачкала: 1984,с.71-84 (Тр./ ИПГТ Дагфилиала.АН СССР, вып. 2)

21. Закономерности изменения тепловых свойств дойных осадков Каспийского моря на тектонических структурах // Тезисы докладов научной сессии Дагфилиала АН СССР (Естественные науки). Махачкала; 1985,с. 59-60.

22. Прямая задача нестационарного метода терморааведки как двухмерная задача теплопроводности // Геофизические поля и геотермический режим складчатого обрамления Дагестанского клина. Махачкала: 1985,с.51-64. (Тр. / ИПГ Дагфилиала АН СССР,вьш. 3).

23. Ландшафтно-литологические и геотермические приповерхностные признаки тектонических разрывных нарушений в условиях аридного климата (на примере фиморской равнины Дагестана)/) Геофизические методы в геотермии. Махачкала* 1986,с. 76-93 (Сб. науч. тр. / Ин-т проблем геотермии Дат ФАН СССР,вып. 5).

24. Изучение.взаимосвязей термических параметров и химичке-

кого состава донных осадков Каспийского шельфа // Геофизические методы в геотермии. Махачкала: 1986,с. 35-40 (Сб. науч. тр. / Ин-т проблем геотермии Дат ФАН СССР,вып. 5)(соавторы Р. И. Чаяабов.Л. К. Анохина).

26. Приповерхностные геотемпературные аномалии растущих антиклиналей в условиях седиментации' (модели и интерпретация)// Стандартизация геотермических исследований в тектонически активных районах. Махачкала: 1987,с. 92-102 (Сб. науч. тр. / Ин-т проблем геотермии ДагФАН СССР,вып. 7).

26. Приповерхностные геотермические эффекты инфильтрационно -эллизионных напорных систем в условиях шельфа // Тезисы цокл. науч. сессии Дагфилиала АН СССР. Естественна науки. Махачкала: 1988, с. 9-10.

27. К обосновании поисков природных геотермальных объектов «а шельфе методом термического зондирования // Геотермия. Комплексное изучение геотермических объектов. Махачкала: 1988, 3.89-100.

28. Латеральная изменчивость соединений биологического уг-иерода на мелководном сельфе в связи с обоснованием геотермических поисков неотектонических структур // Состояние и пути ювышения эффективности разведки и освоения месторождений неф-ги и газа в Дагестане. Цахачкала: 1988, с. 111- ИЗ / Тр. ИГ Даг DAH СССР, вып. 37 (соавторы А. И. Магомедов,P. It Чалабов, Л. It. Анохи-ia, Н. Я. Адамова, М. А. Коркмасова).

29. Геологическая информативность нестационарных эффектов жзогенного температурного поля // Тезисы докл. регион, кон-)ер. Свердловск: 1989, с. 33,

30. Теоретическое обоснование нестационарно?" терморазведки •еотермальных месторождений в условиях экзогенных поме* // Геошика, геохимия и проблемы геотермических аномалий. Махачка-[Ш1989,с. 85-90 (Сб. науч. тр. / ИПГ ДагФАН СССР. Геотермия, т. 3).

31. Аномальные эффекты геотермальных систем в геотермичес-ом поле у поверхности // Там жв,с. 90-104 (соавтор 3.3. Цаврае-а).

32. Модель нестационарного геотемпературного поля для усло-ий инфильтрационно-злизионных систем // Геотермия. Ц.: Нау-а,1991,с. 93-102.

33. Натурные исследования геотермальных систем // Термомеханика геотермальных систем. Махачкала-1991,с. 41-49 (Сб. науч. тр. / ИПГ ДагФАН СССР) (соавтор С. Г. Корниенко).

34. Термическая эволюция б осадочной толща в свяеи с вто-ричньши преобразованиями пород - новый тип объекта геотермальной энергетики //Геотермия: геологические и теплофиаическив задачи. Махачкала: 1092, с. 24-32 (Сб. науч. тр.),

36. Геотермическое поле субвертикальных ослабленных вон у поверхности в условиях аридного климата // Там та, с. 61-74 (соавтор 3. Э. Ыавраева).

36. Unstatlonary geothermal field of the lokal Uotonlo structure // Thermal evolution of lithosphera and processes in the Earth's interior. Moscow: 1983, p. 17-18 (International Symposium ).

Формат 60x90 I/I6. Заказ JE 293. Тираж 100

Типография Дагестанского научного центра Российской Академии наук 3G7015, Мгосачкаля, 5~г. жплгородок, корпус, iu