Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Изучение закономерностей формирования струйных ореолов рассеяния и их применение для поисков нефтегазовых месторождений геоэлектрохимическими методами

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

Автореферат диссертации по теме "Изучение закономерностей формирования струйных ореолов рассеяния и их применение для поисков нефтегазовых месторождений геоэлектрохимическими методами"

На правах рукописи

v

\

ВЭНЬ Байхун

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУЙНЫХ ОРЕОЛОВ РАССЕЯНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОИСКОВ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГЕОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

04.00.12 - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых 04.00.13 - Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Специальности:

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Путиков Олег Федорович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Свешников Глеб Борисович

доктор физико-математических наук, с.н.с. Петров Александр Аркадьевич

Всероссийский институт разведочной геофизики им. A.A. Логачева "ВИРГ-Рудгеофизика"

Защита состоится мая 1998г. в 15 часов 15 мин на заседании диссертационного совета Д.063.15,02 в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) по адресу: 199026, г. Санкт-Петербург, 21я линия, д.2, ауд.7320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета)

Автореферат разослан V 1998г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета, ¿^^г^Уу&гЛ-Мл^_

к.г.-м.н., доцент А.Г.Марченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с быстрым развитием мировой экономики потребление энергетического и минерального сырья в последнее двадцатилетие резко возросло. Одновременно увеличились трудности геолого-поисковых работ, поскольку резервы месторождений полезных ископаемых на малых глубинах уменьшаются, а с увеличением глубинности поисков условия становятся сложными и неблагоприятными. Это вызывает необходимость постоянного совершенствования средств и методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Одной из важных проблем такого совершенство-вания является создание дистанционных методов прямой характеристики состава нефтегазовых залежей и рудных тел, их размеров, а также запасов в них полезных компонентов.

Существенным шагом вперед является установление явления дальней струйной миграции химических элементов от их источников к дневной поверхности (Ю.С.Рысс и др., 1987). Использование этого явления позволило объединить преимущества геофизических и геохимических методов и создать ряд новых методов: ЧИМ - метод частичного извлечения металлов, МДИ -метод диффузионного извлечения элементов, МПФ - метод поисков по металлоорганическим формам нахождения элементов, и ТМГМ -термомагнитный геохимический метод, которые получили название "геоэлектро-химические" методы (Ю.С.Рысс, 1983, О.Ф.Путиков, 1987).

Эти методы позволяют непосредственно определять вещественный состав геологических объектов полезных ископаемых и в перекрытых районах с высокой контрастностью регистрировать с дневной поверхности струйные ореолы различных глубинных объектов в практически любых ландшафтах от тундровых и таежных до пустынных.

В начале развития геоэлектрохимические методы были разработаны для поисков и разведки рудных месторождений в 6070-х годах и в настоящее время широко применяются в России и за рубежом. В последние годы было проведено опробование геоэлектрохимических методов для прогноза и поисков нефтяных и нефтегазовых месторождений в различных структурных и петро-стратиграфических условиях в России и в Китае (Ю.С.Рысс и др., 1990, В.И.Васильева и Н.А.Ворошилов, 1995, УогобЬПоу Ы.А. а1., 1997, Лю Жимин, 1992). Полученные результаты подтвердили возможность использо-вания геоэлектрохимических методов для оконтуривания нефтегазовых залежей, включая залежи литолого-стратиграфического типа.

Несмотря на широкое применение геоэлектрохимических методов и их высокую геологическую эффективность, природа и основные закономерности формирования струйных ореолов рассеяния до сих пор недостаточно изучены, особенно для нефтегазовых месторождений. Это Затрудняет как обоснованное использование струйных ореолов в различных геологических условиях, так и определение перспектив развития новых направлений геоэлектрохимических методов.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы являлась разработка физико-химической и физико-математической моделей формирования струйных ореолов рассеяния металлов и обоснование способов их использования для поисков нефтегазовых месторождений. В соответствии с поставленной целью следовало решить следующие задачи:

- рассмотреть все имеющиеся материалы по характеристике струйных ореолов рассеяния элементов с целью выбора наиболее обоснованного и реального варианта механизма их формирования, который можно положить в основу изучения природы и структуры струйных ореолов;

- провести физико-химическое моделирование "струйного" переноса металлов в пористой среде в лабораторных условиях;

- выполнить физико-математическое обоснование формирования струйных ореолов рассеяния элементов и определить характеристики распределения концентрации элементов в пространстве и во времени;

- обобщить физико-химико-геологическую информацию о распределении концентрации элементов в струйных ореолах с целью построения физико-химико-геологической модели для нефтегазовых месторождений;

разработать способы обработки и интерпретации геоэлектрохимических данных по концентрации металлов в струйных ореолах над нефтегазовыми месторождениями в соответствии с полученной обобщенной физико-химико-геологической моделью.

Методы исследования. При решении упомянутых . задач применены экспериментальные и аналитические методы исследования. В работе использовано физико-химическое моделирование формирования струйных ореолов рассеяния металлов в водонасыщенных пористых системах в научно-исследовательской лаборатории геоэлектрохимических методов разведки МПИ С-Петербургского государственного горного института (технического университета), численное решение на компьютере 0X486-100 нелинейного интегро-дифференциаль-ного уравнения для концентрации подвижных форм элементов в нестационарных одномерных струйных ореолах рассеяния и статистический анализ полевых данных геоэлектрохимических методов МПФ и ТМГМ, полученных в институте ВИРГ.

Научная новизна исследований состоит в следующем.

1. Впервые выполнено физико-химическое моделирование формирования струйных ореолов рассеяния металлов в водонасыщенных пористых системах, подтверждающее возможность

переноса металлов газовыми пузырьками в процессе "естественной" ионной флотации в пористых горных породах.

2. Определены закономерности прохождения газовых пузырьков и переноса ими металлов в водонасыщенных пористых системах (моделях пористых горных пород).

3. Численно решено нестационарное нелинейное интегро-дифференциальное квазиконвективное уравнение для концентрации подвижных форм элементов путем сочетания алгоритмов конечных разностей и итерации.

4. Установлено явление стабилизации фронта продвижения концентрации подвижных форм элементов при формировании струйных ореолов рассеяния.

5. Разработана методика качественной и количественной интерпретации полевых данных геоэлектрохимических методов МПФ и ТМГМ для нефтегазовых месторождений.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием современных высокочувствительных аналитических средств и достаточным объемом экспериментов при физико-химическом моделировании струйных ореолов, а также достаточной корректностью использования математического аппарата численного анализа при теоретическом исследовании.

Практическая значимость работы. Результаты, полученные при физико-химическом и физико-математическом моделировании могут быть использованы в качестве основных критериев характеристики особенностей и структуры струйных ореолов рассеяния и обоснования применимости различных вариантов исследования струйных ореолов для глубинных поисков полезных ископаемых. Практическую ценность для количественной интерпретации геоэлектрохимических полевых данных методов ЧИМ, МДИ, МПФ и ТМГМ представляют полученные соотношения между шириной аномалии струйного ореола и глубиной залегания нефтегазовых месторождений. Перечисленные результаты переданы

в институт ВИРГ-Рудгеофизика для включения в научный отчет за 1998г.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Международной геофизической конференции и выставке "Санкт-Петербург' 95" (С-Петербург, 1995), на Ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (С-Петербург, 1997), на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Геофизика' 97" (С-Петербург, 1997), на Международной геофизической конференции и выставке "Москва' 97" (Москва, 1997), на Ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезных ископаемых России и их освоение" (С-Петербург, 1998).

Результаты работы используются при чтении профессором О.Ф.Путиковым курсов "Теоретические и физико-математические основы теории струйных ореолов рассеяния" и "Геоэлектрохимические методы поисков и разведки" на кафедре геофизических и геохимических методов разведки СПбГГИ, а также будут включены в монографию на английском языке "Geochemical Remote Sensing of the Subsurface" под редакцией проф. М.Хейла Международного института аэрокосмических съемок и наук о Земле (ITC, Дельфт, Нидерланды).

Работа над диссертацией включена в научный проект по теме "Теоретико-экспериментальное обоснование использо-вания струйных ореолов рассеяния для прогноза и поисков нефтегазовых месторождений геоэлектрохимическйми методами" в рамках программы "Университеты России" (1997-2000г.г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Основная часть работы содержит 149 страниц текста, 75 рисунков и

20 таблиц. Список использованной литературы включает 101 наименования.

Работа по диссертации выполнена на кафедре геофизических и геохимических методов поисков и разведки СПбГГИ под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора О.Ф.Путикова, которому автор выражает свою искреннюю благодарность. Большую помощь при проведении работы, сборе материалов и обсуждении вопросов оказали проф. А.А.Молчанов, В.Х.Захаров, А.Н.Телегин, доц. Ю.О.Козында, М.М.Омельченко, ст. н.с. В.Г.Терентьев, н.с. К.В.Блинов, и научные сотрудники института ВИРГ-Рудгеофизика, в особенности, С.А.Вешев, Н.А.Ворошилов, С.Г.Алексеев, К.И.Степанов, В.К.Титов и другие. Всем им автор признателен.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований струйных ореолов рассеяния элементов (СОР) геоэлектрохимическими методами, выяснены геолого-геохимические условия для формирования СОР и выбран наиболее реальный вариант - модель газово-пузырьковой квази-конвекции (О.Ф.Путиков и А.С.Духанин, 1994) в качестве объекта исследования данной работы.

Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований прохождения газовых пузырьков в водонасы-щенной пористой системе (модели горных пород) и переноса ими металлов в процессе "естественной" ионной флотации.

Физико-химические основы формирования подвижных форм элементов с помощью газовых пузырьков в горных породах рассматриваются в разделе 2.1.

В разделах 2.2 и 2.3 изложены основные результаты физического моделирования прохождения газовых пузырьков через

водонасыщенную пористую систему и физико-химического моделирования переноса металлов газовыми пузырьками в ней. По критериям удобства анализа и распространенности в природе сначала исследованы растворы солей двух металлов - Си и и, потом только и.

Пять серий опытов проведено для выяснения влияния различных факторов на перенос урана в пористых системах. Полученные результаты показывают, что на этот процесс влияют растворенные органические вещества и интенсивность газового потока, незначительно влияет диффузия.

Третья глава посвящена изучению физико-матема-тической модели формирования СОР.

В разделе 3.1 описаны диффузионная, конвективная и конвективно-диффузионная модели.

Численные решения нелинейной конвективно-диффузион-ной модели рассмотрены в разделе 3.2.

В разделе 3.3 и 3.4 изложен материал, показывающий как сочетанием метода конечных разностей и метода итерации установлено явление стабилизации продвижения фронта концентрации элементов в модели газово-пузырьковой квазиконвекции и сопоставлены результаты физико-математического моделирования с данными физико-химического моделирования.

В разделе 3.5 обсуждена двухмерная стационарная физико-математическая модель при формировании СОР над нефте-газовыми месторождениями.

В четвертой главе представлены результаты разработки способов обработки и интерпретации данных геоэлектрохимических методов, полученных при поисках нефтегазовых месторождений в Западно-Сибирской и Волго-Уральской провинциях.

В разделе 4.1 и 4.2 изложены некоторые преимущества геоэлектрохимических методов ЧИМ, МДИ, МПФ, ТМГМ по сравнению с геофизическими и традиционными геохими-ческими методами и построена физико-химико-геологическая модель нефтегазовых месторождений для обоснования применимости геоэлектрохимических методов.

В разделе 4.3 рассмотрены проблемы обработки геоэлектрохимических данных. Предложены новые способы обработки полевых данных геоэлектрохимических методов, определены ширина Ь и контрастность Сан/Сф0Н аномалий МПФ и ТМГМ на 17 нефтегазовых месторождениях в Западно-Сибирской и Волго-Уральской нефтегазоносных провинциях.

Раздел 4.4 посвящен разработке качественных и количественных способов интерпретации геоэлектрохимических данных.

В соответствии с параллелизмом концентрационного ряда микроэлементов в нефти и в геоэлектрохимических аномалиях и связями отношения микроэлементов Су/С^ и (Су+С\ч)/Сс0 с составом и свойствами нефти и физико-химическими условиями образования нефтегазовых залежей предложено два способа типизации нефтегазовых месторождений по отношениям микроэлементов Су/С>л и (Су+С>п)/Ссо.

На основании полученных величин параметров аномалий Са„ , Сф0„ иЬс помощью статистического анализа изучены соотношения между С„/Сф0„ и Яо/Н и между Ь/Яо от Н/Ио и впервые получены эмпирические закономерные зависимости параметров Слн/Сф0н от Яо/Н и Ь/Яо от Н/Я0 (Яо, Н - радиус нефтегазовой залежи и ее глубина соответственно).

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Скорость фронта V потока газовых пузырьков-носнтелеи подвижных форм металлов в пористых водонасыщенных

породах, на основании лабораторных исследований, определяется эмпирической формулой: У=Уо(1-6.4го/г) при г/г0>6.4 (V,) - скорость подъема пузырьков в свободной жидкости, г0 - средний радиус пузырьков, г - средний радиус твердых частиц). При этом масса переносимого металла возрастает при наличии в среде растворенных органических веществ.

Прежде всего, в лабораторных условиях экспериментально изучено прохождение пузырьков воздуха через модель пористой водонасыщенной системы, имитирующей пористые горные породы. В экспериментах пористой системой является капиллярно-пористая модель широкой вертикальной трубки, заполненной частицами силикагеля или гравия и водой с растворенными и коллоидными гуминовыми кислотами (ГК). В качестве каркаса капиллярной модели использованы фракции частиц силикагеля или фракции частиц гравия. В качестве жидкой фазы в пористой системе служат дистиллированная вода, природная вода(с ГК концентрацией около 0.01 г/л) и воды с ГК концентрацией 0.8 и 2.5г/л. В трубку снизу вверх пропускают поток (импульсо-образную группу) пузырьков воздуха с помощью системы насос-генератор.

Опыты проведены с фракциями частиц силикагеля (диаметр 2г=1-2, 2-3, 3-5мм) или фракциями частиц гравия (диаметр 2г=5-7, 7-10мм) при следующих условиях: 1) концентрация ГК в воде (с=0.0, 0.01, 0.8, 2.5г/л); 2) время взаимодействия ГК с поверхностью частиц до начала пропускания пузырьков воздуха (1=0.5, 24часа); 3) пределы изменения среднего радиуса пузырьков Го , как полученного из выражения при измерении скорости пузырьков в воде, так и прямо измеренного на поверхности воды в пористой среде с помощью увеличительного стекла составляют 0.05мм~0.12мм.

Погрешность измерения скорости пузырьков при принятых условиях не больше ±3x1 О^м/с.

Полученная эмпирическая зависимость скорости фронта газового потока подчиняется выражению:

% =1-6.41(г/г), г/г >6.4, (1)

... /у о /'о /'о

где V - скорость пузырьков в водонасыщенной пористой системе, V« -скорость пузырьков в свободных водах, г - радиус твердых частиц в пористой системе, г0 - радиус пузырьков.

Полученные данные подтверждают возможность перемещения свободных газовых пузырьков в пористых системах, в частности, в горных породах.

Далее впервые автором выполнено физико-химическое моделирование переноса пузырьками воздуха металла урана в виде комплексного иона уранила в водонасыщенной пористой системе. При этом лабораторная установка имеет следующие параметры: 1) диаметр (с!) и высота (И) трубки: с!=:30мм> Ь=250мм; 2) диаметр (2г) фракции кварцевых частиц: 2гг=1-5мм (в среднем 2мм); 3) расстояния пяти отверстий от дна трубки: 0, 50, 100, 150, 180мм; 4) окно расположено по трубке на высоте от 50 до 200мм; 5) уровень воды в пористой системе: 200мм и 6) высота слоя силикагеля для выделения пузырьков в нижней части трубки: 30±3мм. Чтобы получить более стабильные газовые потоки пузырьков трубка находится в состоянии вибрации с амплитудой А=0.1 -0.5мм и частотой £=50Гц.

Всего проведено пять серий опытов. Первая серия опытов (2 опыта) проведена для определения неоднородности потоков пузырьков и ее влияния на результаты измерений концентрации урана установкой АНГАРА. Полученные результаты показывают, что концентрация урана на поверхности воды у стенок на стыке фаз сначала меньше, затем больше, чем в центре. Следовательно, в следующих экспериментах было необходимо отбирать пробы в нескольких точках на поверхности воды.

Вторая серия опытов (1 опыт) проведена для определения влияния органических веществ в поровой жидкости пористой системы. В опыте использована полностью насыщающая модель поровая жидкость (вода) с фульво-кислотами (ФК) с концентрацией Сфк=100мг/л при отсутствии вибрации. Результаты измерения концентрации урана на поверхности воды и по высоте трубки показывают, что в этом случае имеет место высокая фоновая концентрация, приводящая к систематическим отклонениям при измерениях. С учетом этого последующие серии опытов проводились при введении раствора урана с ФК или ГК только в нижнюю часть трубки, а поровая жидкость в верхней части пористой системы являлась дистиллированной водой.

Третья серия опытов (2 опыта) проводилась для определения влияния диффузии (без потока газовых пузырьков) на перемещение урана концентрации Си=50мг/л. Полученные результаты показывают, что в течении двух с половиной часов диффузия влияет на распределение концентрации урана по высоте трубки только в интервале 50 - 100 мм.

Четвертая серия опытов (3 опыта) проведена для определения влияния органических веществ на перенос урана при выделении пузырьков. В первом опыте в нижней части трубки находились ГК с концентрацией Сгк=300мг/л, во втором - ФК с СфК=200мг/л, а в третьем опыте жидкость не содержала органических веществ. Полученные результаты показывают, что концентрация урана у поверхности жидкости в каждом опыте увеличивается с течением времени (рис.1). Сначала концентрация возрастает резко, затем все медленнее. При наличии органических веществ в слое раствора азотнокислого уранила концентрация урана при 1=150мин в 4-6 раз больше, чём без них.

Пятая серия опытов (5 опытов) проведена для изучения распределения концентрации урана по высоте трубки и на поверх-

С, мкг/л

30 25

¡5. и

I

* 1А 9

>

Бр*мя пропускание пцоириись ^ МИН

Г-7—с <К с ГК - без оё |

Рис.1. Влияние гуминовых кислот (СГк=300мг/л) и фульвокислот (Сфк=20()Мг/л) на перенос урана из нижней части трубки до поверхности воды. С - концентрация урана в воде у ее поверхности.

ности пористой системы с течением времени с учетом влияния ФК в слое раствора и амплитуды вибрации (т.е. интенсивность газового потока), действующей на трубку.

Полученные результаты показывают, что все кривые пятой серии имеют общие особенности: возрастание концентрация урана у поверхности с течением времени, как показано в четвертой серии, и существование минимума в распределении концентрации по высоте трубки (рис.2) перед границей между водой и воздухом, что объясняется тем, что переносимый уран накапливается на поверхности воды. Повышение амплитуды вибрации в определенной степени увеличивает количество накопленного урана у поверхности воды.

с ПК —■ ...................„:.....................^^.г-.Т-Г."...-.............

! ! ! ................ .........1___________________1....... .. : *

/> \ : / • ; ■ / * ! 'Чч*-. !

/ ! ..--'"Г" 1 ' 1 5 \

* 1 : : 1 • ■ • г без органических веществ „ „„ - - -

7.'-":...........;.....................Г"'.....

о зЕ ЕЕ 5Е 12 Зо

С, и кг¡п

100003

10000

1000

100

10 •-

начальная модель

Л

\|=3

О

50

100

150

200

Рис. 2. Распределение концентрации урана по высоте трубки в опыте 5 пятой серии. В растворе с СФк=200мг/л, вибрация: А=0.5мм и Г=50Гц.

Всего установкой АНГАРА было проанализировано 132 пробы в пяти сериях опытов. Анализ повторных наблюдений 17 проб в последних трех опытах дает среднюю относительную погрешность измерения концентрации урана 32.7%, 8.5% и 10.6% соответственно. Таким образом, проведенные опыты подтверждают, что перенос металлов в пористой системе путем "естественной" ионной флотации реально возможен. На этот процесс влияют, в основном,растворенные органические вещества и интенсив-ность газового потока (за счет изменения амплитуды вибрации), незначительно влияет диффузия.

2. Фронт концентрации струйного ореола стабилизируется во времени и пространстве. Время стабилизации Т8 и скорость его стабильного продвижения , на основании данных

математического моделирования, определяются эмпирическими

формулами: Т=(11/р)(1^,тч+1/С0), У,=С0Уеи/(Сп+чт,х) (Уеи -

эффективная скорость квазиконвекции, С0 - концентрация подвижных форм элементов в источнике, - максимально возможная концентрация поглощения в твердой фазе, Р -коэффициент скорости кинетики сорбции).

Общее одномерное нестационарное нелинейное интегро-дифференциальное уравнение для концентрации подвижных форм элементов С физико-математической модели струйного ореола с химической реакцией второго порядка имеет вид (О.Ф.Путиков и др., 1994):

_ д7С ,, дС - р$С(г,ц)(Иц оС

¿г=0- (2)

где, Ус(г - эффективная скорость квазиконвекции, Э - коэффициент динамической диффузии, г - вертикальная координата, I - время.

Аналитического решения уравнения (2) пока не получено. Но при начальном и граничных условиях: СЦ=0,(За)

С'Ц=СО,(30) (3)

С|г.>да=0,(3в)

его можно переписать в виде нелинейного интегрального уравнения (О.Ф. Путиков, 1995). Решение этого уравнения с использованием численного интегрирования и метода последовательного приближения показывает, что процесс последовательных приближений сходится очень медленно. Например, время вычисления для случая Д1=104с и Дг=0.001м на компьютере ОХ486-100 составляет 2 часа, а фронт концентрации при этом продвигается только до 65мм.

Автор предлагает для решения уравнения (2) при условиях (3) использовать численный алгоритм на основе сочетания метода конечных разностей и метода итерации. Его конечно-разностная формула может быть представлена в виде:

~/НСГт-,> ¿С- )А(

-(0.25с + 0.55)С?:1т + (1.0 + 5 + /¡ч^Мв "" + (0.25с - О^С,";^

= (0.25с + 0.55)0", + (1.0- э)С " + (-0.25с + 0.55)0

(4)

где с^Уен^/Дг, Б^ОА^Аг2, С "т = С (г, Л „) ,„ - итерируемое значение концентрации при г| и 1:,, на >??-ей итерации, С" =С(-окончательное значение при Zj и 1:„, = (/' -1)Дг,?„ = П х 1 -номер дискретной точки по оси 2(1<1<1)ип - номер дискретной точки по времени I (0< п I - максимальный номер точки сетки по оси г (2шах), в которой величина концентрации подвижных форм элементов принимается равной нулю (приближенное выполнение условия (Зв): _ = о), N - максимальный номер точки сетки по

времени 1 Если изменение значении концентрации последующей итерации (ш) по сравнению с предыдущей итерации (т-1) достаточно мало (¿с) при настоящем временном интервале (п+1), то процесс последовательного приближения можно прекратить и можно начать вычисление следующего временного интервала (рис.

3).

Сопоставление численного решения, полученного по формуле (4) с аналитическим решением для частных случаев при ятах==1/м\ Р=0, 0~ 10"\г/с и У=10~7 м/с дает среднюю квадратичную ошибку 10"4 условных единиц и при значениях: ЧпМХ=1/м'', (}== 10"7мУс или Р=10'8м7с, Э=0 и У=10'7м/с дает среднюю квадратичную ошибку 10*? условных единиц. Очевидно, что численные решения, полученные по формуле (4), в достаточной степени удовлетворяют требованию задачи.

Расчеты концентрации по предлагаемому алгоритму при разных значениях параметров Уеа/Э, ч,шч/Со и р показывают, что через определенное время Т„ продвижение фронта концентрации стабилизируется, при котором форма фронта концентрации

Рис. 3. Блок-схема алгоритма по формуле (4). цикл 1 - вычисление С" по оси г,; цикл 2 - последовательное приближение С," на итерации иг. цикл 3 - вычисление С," по времени г„; 1 - максимальный номер точек сстки по оси г, N - максимальный номер точек сстки по времени 1.1 - максимальный номер ненулевых значений концентрации С" по оси /., . в - заданная величина средней относительной погрешности.

концентрации становится постоянной при некотором значении Уч(рис. 4). Эмпирические выражения указанных параметров имеют вид:

11 1 1

(5)

max ~ О

s C0+qm

(6)

Т

:t=1852

t=926\. - дне)я

/ т

=. t=3704

: дпя

: /

t=7407. диен

10 23 «О SO

РАССТОЯНИЕ ОТ ИСТОЧНИКА CZ,MJ

z, м

Х"231дня "А" 1'4ЬЗдия - »=92ЬднеЙ

-•-<=18В2дня "О" ^ЗЛИдня -Х- 1=7107дней

Рис. 4. Численное решение уравнения (2) для концентрации подвижных форм элемента при 1(1. ятач/Сп= 0.1. [3=10"г' мя/с по

формуле (4).

Результаты численного решения уравнения (2) и лабораторного физико-химического моделирования распреде-ления концентрации урана по высоте трубки в пористой водонасыщенной модели совпадают при параметрах У=4хЮ'('м/с, 0=Ю"7м2/с, Ят>.ч=0.5 1/мл 0=30мнн) и 15 1 /м а=120мин), (3=2хЮ'5м'7с и у=1 х 10'7м/с

(коэффициент пропускания урана поверхностью воды в пористой системе при учете граничного условия на границе разделе вода-воздух).

Из выше изложенного можно полагать, что при достаточно большом времени процесс формирования СОР в природных условиях находится в стационарном состоянии. Соответствую-щая физико-математическая модель формирования двухмерных струйных ореолов над нефтегазовыми месторождениями представлена стационарным дифференциальным уравнением с химической реакцией нулевого порядка и получена аналитическая формула его решения (О.Ф.Путиков, 1995). По этой формуле получена зависимость ширины Ь и интенсивности Са„ струйного ореола от глубины залегания Н и радиуса залежи Я0.

3. Контрастность аномалии Сан/Сф„„ и ее относительная ширина , на основании статистического анализа полевых данных МПФ и ТМГМ над нефтегазовыми месторождениями в ЗападноСибирской и Волго-Уральской провинциях, определяются эмпирическими формулами: Сан/Сф0„=<3[1+а(11/Н)га] при ю<1, иЯс^МН/Т^оГ при а<1 (где О, а, со, X и а - эмпирические параметры, Яо - радиус залежи, Н - глубина залегания нефтегазовых месторождения и Ь - ширина аномалии).

На основании обобщенной физико-химико-геологической модели нефтегазовых месторождений можно полагать, что форма и интенсивность аномалии геоэлектрохимических методов зависят от распределения концентрации металлов в нефтегазовой залежи, ее структуры и взаимодействия газовых потоков, подвижных форм металлов и горных пород.

По полученным величинам параметров Са,„ СфОН и Ь для каждой кольцевой аномалии методов МПФ и ТМГМ над 17 нефтегазовыми месторождениями в Западно-Сибирской и Волго-Уральской

провинциях построены графики соотношений Са,/Сф„„ и R,/H, L/R0 и H/Ro , L и H. Закономерные связи параметров имеются лишь для соотношения С„/Сф1Ш и R</H и соотношения L/Ro и H/R0 (рис.5).

UR0

BV(Cu,Pb,Zn)

i s ? гг

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ГЛЫБИНА ЗАЛЕЖИ

2S

H/R0

Ni Си

Со РЬ

■ U

X 2п

Рис. 5. Зависимость относительной ширины аномалии (L/Ro) от относительной глубины залежи (H/R,,) метода МПФ для Западно-Сибирской (ЗС) и Волго-Уральской (ВУ) нефтегазовых провинций.

Статистическим анализом имеющихся данных получены следующие эмпирические формулы:

С.

С

= 0

фон

1.0 +а,

, со<1

(7)

где параметр 0 зависит от мощности источника металлов, параметры а, со - от физико-химических свойств металлов и геологической структуры сред;

I. н

— а<\ (8)

"о

или

L=ЯR¿-aHв, а <1 (8)'

где параметры А. и а зависят от типа нефтегазоносной провинции, свойств изучаемых металлов и скорости вертикального переноса металлов газовыми пузырьками.

Подбор эмпирических кривых для соотношения Ь/Я0 и Н/Яо позволяет выделить две группы металлов, имеющих близкие значения коэффициента а. Первая группа металлов (№, Со, V) имеет следующие значения коэффициентов:

А,1С=0.307, <х«=0.793 (Ь=0.307ЯоО2°7Н')'те) Хву=0.237, а„,=0.821 (Ь=0.237Я,;1,79На821) Вторая группа металлов (Си, РЬ, Ъх\) имеет значения Я«=0.328, 0^=0.857 (L=O.328Ro0•,43H08,7) Яву-0.199, аву=0.864 (Ь=0.199Ко0-,звНм6') где ЗС, ВУ - Западно-Сибирская и Волго-Уральская нефтегазоносная провинция соответственно.

Приведенные данные показывают, что коэффициент X более или менее стабилен для одной и той же нефтегазоносной провинции. Это, возможно, связано с динамическим коэффи-циентом У^ц/О нефтегазоносной провинции. Волго-Уральская провинция имеет более высокую газопроницаемость и однородность пород, чем Западно-Сибирская, что подтверждается геологическими исследованиями. Кроме того, а в 5 раз больше, чем (1-а). Это значит, что "Ь" главном образом зависит от глубины залегания "Н", и слабо - от радиуса (размеров) залежи что также

подтверждено данными полевых наблюдений геоэлектрохимических съемок.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Комаров В.А., Ильин Ю.Т. и Вэнь Байхун. Нелинейная вызванная поляризация и перспективы ее практического использования. Тезисы докладов "Международная геофизическая конференция и выставка - Санкт-Петербург'95". С-Петербург, 1995, том II, 3.09.

2. Вэнь Байхун. Решение физико-математической модели формирования струйных ореолов рассеяния элементов и его сопоставление с результатами физико-химического моделирования. Тезисы докладов ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" С-Петербург, СПбГГИ, 1997, с.4.

3. Вэнь Байхун. Физико-химическое моделирование естественной флотации ионов металла газовыми пузырьками в пористых породах. Тезисы докладов "Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов -Геофизика 97". С-Петербург, СПбГУ, 1997, с.44-45.

4. Путиков О.Ф., Вэнь Байхун. Математическое и физико-химическое моделирование распределения концентрации тяжелых металлов в струйных ореолах рассеяния. Сб. тезисов "Международная геофизическая конференция и выставка - Москва 97". М., 1997, 02.8.

5. Вэнь Байхун и Путиков О.Ф. Физическое моделирование перемещения пузырьков газов в пористых системах и влияние органических веществ на этот процесс. Сб. научных трудов молодых ученых СПбГГИ, 1998, вып. 2. с.5-10.

6. Вэнь Байхун. Возможность типизации нефтегазовых месторождений по геоэлектрохимическим данным. Тезисы докладов ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" С-Петербург, СПбГГИ, 1998, с.62.