Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения

Никифорова, Анастасия Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения"

На правах рукописи

НИКИФОРОВА

Анастасия Игоревна

ПРОГНОЗ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ КАЛИЙНОЙ ЗАЛЕЖИ НА ОСНОВЕ СЕЙСМОСТРАТИГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАЗРЕЗА ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 25.00.16 - Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

з о пай т

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-2013

005060067

Работа выполнена в отделе активной сейсмоакустики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Горный институт Уральского отделения Российской академии наук (ГИ УрО РАН)

Научный руководитель: Бачурин Борис Александрович

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Официальные оппоненты: Неганов Валентин Михайлович

доктор геолого-минералогических наук, ОАО « Пермнефтегеофизика», главный геолог - заместитель генерального директора

Глебов Сергей Валерьевич кандидат технических наук, ОАО "Уралкалий",

главный геолог - начальник управления геологии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Пермский национальный

исследовательский политехнический университет»

Защита состоится «14» июня 2013 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 004.026.01 при ФГБУН Горный институт Уральского отделения РАН по адресу 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а. Тел./факс +7 (342) 216-75-05. E-mail: bba@mi-perm.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИ УрО РАН.

Автореферат разослан «13» мая 2013 г.

Ученый секретарь __

диссертационного совета ^ Бачурин Б. А.

Актуальность темы диссертации.

Горно-геологические условия отработки месторождений минеральных солей определяются и контролируются целым рядом факторов. Аномальные особенности строения галогенных формаций создают серьезные проблемы на этапе эксплуатации и заслуживают особого внимания, т.к. их недоучет осложняет ведение горных работ и может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Наиболее извеспгые геологические осложнения эвапоритовых интервалов разреза, повлекшие катастрофические последствия (вплоть до затопления рудников), генетически связаны с неоднородностями строения вмещающих осадочных толщ. Проведенными ранее исследованиями (Барях и др., 1998; Горюнов, 1994; Ильин, 1988; Кудряшов; Голубев, 2006; Федосеев, 2011; ОепсЬ\уШ, 1992, 1996 и др.) установлено, что одной из причин формирования аномальных («нарушенных») зон в галогенных формациях является влияние нижележащих рифогенных массивов. Помимо того, что они в значительной степени определяют пликативный структурный план вышележащих горизонтов осадочного чехла, отмечается приуроченность к ним участков интенсивного вторичного преобразования калийной залежи и перекрывающих отложений.

Выявление негативных структурных и вещественных изменений соляной толщи, сформировавшихся под влиянием фациальных особенностей верхнеде-вонско-турнейских рифогенных массивов, которые занимают более двадцати процентов площади шахтных полей Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС), представляется чрезвычайно важным для обеспечения безопасных условий его разработки. Необходимую информацию для решения данных задач могут дать результаты сейсморазведочных исследований, ориентированных на изучение подсолевых горизонтов разреза. В связи с тем, что на территории Пермского края с рифами позднедевонско-турнейского возраста и структурами их облекания связаны многочисленные залежи углеводородов, на сегодняшний день накоплен значительный объем сейсморазведочных данных, характеризующих их строение, в том числе и на территории Верхнекамского месторождения калийных солей.

Выявление связи аномальных изменений внутренней структуры и состава соляной залежи с расположенными в нижележащей части разреза рифогенными образованиями имеет большое практическое значение не только для калийной, но и для нефтяной промышленности. В ближайшей перспективе уже прорабатываются проектные решения по совместной отработке на ряде участков ВКМКС одновременно запасов калийных руд и нефти.

Целью работы является разработка методики сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения калийных солей в пределах распространения позднедевонско-турнейских рифогенных образований для прогноза возможных негативных осложнений строения калийной залежи.

Задачи исследований: 1. Обобщение и анализ геолого-геофизической информации об особенностях строения тсрриториально-совмещенных верхнедевонско-турнейских рифогенных и нижнепермских эвапоритовых отложений.

2. Комплексная региональная сейсмогеологическая оценка строения участков шахтных полей ВКМКС, территориально совмещенных с верхнедевонско-турнсйскими рифогенными массивами.

3. Сравнение информативности методов сейсморазведочных исследований, ориентированных на разные горизонты разреза: подсолевые отложения и верхние комплексы пород - соленосный и надсолевой.

4. Разработка методики прогноза зон возможного аномального строения соляной толщи над рифами Березниковского палеоплато на основе результатов сейсмофациального анализа верхнедевонско-турнейской толщи.

5. Практическое опробование методики сейсмостратиграфического анализа строения разреза ВКМКС в условиях различной обеспеченности данными сейсморазведки.

Научная новизна работы:

1. Обоснована возможность прогнозирования негативных структурных и вещественных изменений соляной толщи, осложняющих ведение горных работ, по фациальным особенностям строения верхнедевонско-турнейских карбонатных отложений, установленных по материалам сейсморазведки 2Б и ЗБ.

2. Доказано, что наибольшая вероятность формирования ослабленных зон галогенной формации характерна для склоновых частей верхнедевонско-турнейских рифогенных массивов и зон распространения гребневых и рифово-платформенных отложений.

3. Уточнено влияние конседиментационных и постседиментационных процессов на характер негативных изменений строения и состава соляной толщи на участках развития верхнедевонско-турнейских рифогенных образований.

4. В рамках сейсмостратиграфического анализа предложена методика пообъектной интерпретации динамических и кинематических характеристик сейсмических волн, позволяющая оценить вклад литологического и структурного факторов в формирование аномальных особенностей строения иренских галогенных отложений.

Практическая значимость результатов исследований.

1. Выполнен региональный прогноз сейсмогеологического строения шахтных полей ВКМКС, территориально совмещенных с верхнедевонско-турней-скими рифогенными массивами.

2. На основе результатов применения методики сейсмостратиграфического анализа разновозрастных толщ разреза ВКМКС уточнена программа малоглубинных геофизических исследований, направленных на уточнение строения предполагаемых аномальных зон соленосной части разреза в пределах Полово-довского, Быгельско-Троицкого и Палашерского участков.

3. Результаты проведенных исследований переданы в ОАО «Уралкалий» и использованы при формировании планов геофизического доизучения участков шахтных полей с целью обоснования направлений их безопасной отработки.

скважин рассмотрены особенности изменения в пределах данных участков шахтных полей мощности калийных пластов, содержания полезных компонентов, физико-механических свойств солей, интенсивности проявления газодинамических явлений. Проанализированы данные малоглубинной высокоразрешающей сейсморазведки, позволившие уточнить особенности строения соляной и надсолевой части разреза. Сейсмофациальный анализ строения верхнеде-вонско-турнейской карбонатной толщи осуществлялся на основе материалов сейсморазведки 20 и ЗБ, выполненных ОАО «Пермнефтегеофизика» на территории Соликамской впадины.

Диссертация отражает результаты исследований, проводившихся при участии автора в 2003-2012 гг. по госбюджетной и договорной тематике. Личный вклад автора заключается:

1. в выполнении теоретических исследований, направленных на изучение строения территориально-совмещенных галогенных и рифовых формаций в разрезе ВКМКС;

2. в комплексном анализе результатов геологоразведочных работ калийной залежи и разноглубинных сейсморазведочных исследований, направленных на изучение калийной залежи и нефтеперспективных отложений;

3. в разработке методических решений для прогноза возможных негативных осложнетшй строения калийной залежи;

4. в разработке рекомендаций по доизучению иренской соляной толщи малоглубинными геофизическими исследованиями;

5. в теоретическом обобщении и обосновании защищаемых научных положений.

Основные защищаемые положения:

1. Приуроченность негативных изменений состояния калийной залежи, выраженных в: замещении каменной солью продуктивных пластов, уменьшении их мощности, снижении содержания полезных компонентов, прочностных и деформационных свойств, проявлении газодинамических явлений; к районам развития верхнедевонско-турнейских рифогенных массивов.

2. Зависимость распределения негативных изменений строения калийной залежи относительно палеорельефа рифовых массивов: масштабы данных процессов убывают от гребня к лагуне при промежуточном положении склона и рифовой платформы.

3. Методика сейсмостратиграфического анализа, основанная на взаимодополняющем изучении подсолевых и соленосного комплексов пород с привлечением углубленной кинематической интерпретации и атрибутного анализа для оценки степени негативных изменений состояния калийной залежи и разбраковки ослабленных участков по вкладу в их формирование литологического и структурного факторов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждается характером распределения выявленных зон аномального строения калийной залежи относительно палеорельефа позднедевонско-турнейских рифогенных образований. Обеспечивается представительным объемом бурения солеразведочных скважин и результатами малоглубинных сейсморазведочных

исследований. Возможность наличия рассматриваемых аномальных участков обоснована методами математического моделирования

Публикация и апробация работы.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 из списка рекомендованного ВАК РФ. Основные результаты докладывались на различного уровня конференциях и семинарах: научно-практических конференциях ОАО «ПНГ» по проблемам современной геофизики (Пермь, 20032006), региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2005, 2009), конференции молодых специалистов Геоперспектива-2008 (Москва, 2008), XII международной научно-практической конференции по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных при геологическом моделировании месторождений углеводородов «Геомодель-2010» (Геленджик, 2010), международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2010» (Москва, 2010), научных сессиях ГИ УрО РАН (Пермь, 2008-2013).

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения; изложена на 161 странице. Включает 75 рисунков, 9 таблиц и список использованной литературы из 115 наименований.

Успешной работе над диссертацией способствовала творческая, доброжелательная атмосфера в коллективе отдела активной сейсмоакустики и поддержка коллег. Автор признателен сотрудникам лабораторий механики горных пород, геотехнологических процессов и рудничной газодинамики, геоэкологии горнодобывающих регионов ГИ УрО РАН за внимание к проводимым исследованиям и помощь в процессе работы над диссертацией. Автор благодарит главного инженера - заместителя генерального директора по разведочной геофизике ОАО «Пермнефтегеофизика» к.г.-м.н. Лаптева АП. за оказанное содействие при сборе материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Структурные и литофизические характеристики территори-алъно-совмещенных галогенных и рифовых формаций

Рифогенные структуры

Рифовая формация обладает рядом своеобразных черт, в значительной мере определяющих характер и степень ее воздействия на перекрывающий комплекс осадочных отложений. Среди них:

• специфические условия осадконакопления;

• особенности залегания;

. типичные парагенезы пород, входящих в рифовый комплекс;

• отчетливая фациальная зональность.

Рифам присуще формирование специфической литолого-морфологической и фациальной зональности. Это обусловлено различной батиметрией и подводной топографией отдельных участков и зон рифа, что опре-

деляет существенные различия в освещенности, гидродинамике и находит свое выражение в наличии определенных геоморфологических зон. Для них характерны различные комплексы организмов и их остатков, скорости накопления осадочного материала, специфические минералогия и структура осадков и пород (Современные и ископаемые рифы, 1990; Багрипцева, 1999). Основные зоны рифового комплекса имеют постепенные границы и представлены: внешним склоном (предриф и фронт рифа с рифовым гребнем), рифовой платформой и тыловой частью рифа (Рединг, 1990). Эти зоны после литификации образуют в более обобщенном виде характерные фации.

Рифовые сооружения оптимальны для развития высокоемких коллекторов. Наличие перекрывающих эвапоритовых толщ, играющих роль надежных флюидоупоров, повышает перспективы рифовых массивов как ловушек углеводородов. Зачастую в качестве дополнительных признаков для прогнозирования, поисков и уточнения границ рифовых систем и отдельных рифовых массивов используются свойства вышележащих галогенных формаций.

Калийная залежь

Особенности размещения галогенных формаций обусловлены рядом закономерностей и факторов, к главнейшим из которых относятся:

• общее историко-геологическое развитие структурно-фациальных зон и региональных тектонических элементов;

• изменение во времени и пространстве расположения и конфигурации морских водоемов, проявления трансгрессий и регрессий;

• условия климатической зональности, особенности положения поясов и зон аридного климата и его модификаций во времени (Иванов, 1972).

Впервые связь между мощностью интервала калиеносности и рельефом подстилающих карбонатных отложений установлена В.Д. Ильиным, С.П. Максимовым и другими исследователями в 1973 г. в Узбекистане, а затем Э.А. Высоцким, В.З. Кисликом, Д.М. Крошиным в 1974 г. в Белоруссии. Геологической основой выявленных закономерностей является процесс дифференциации рельефа дна солеродного бассейна вследствие неодинаковой способности к постсе-диментационному уплотнению подстилающих пород различного генезиса и ли-тологического состава. Известно, что скорость роста рифа значительно превышает скорость седиментации в окружающем бассейне. Кроме того, уже на стадии формирования каркасные рифовые породы представляют собой жесткий литифицированный субстрат, способный противостоять динамическим нагрузкам: гравитация не оказывает решающего влияния, уступая диагенетической цементации. Осадконакопление вне рифовых построек - преимущественно глинисто-карбонатное, в виде неуплотненного осадка, который подвергается значительному уплотнению с резким уменьшением мощности (Ильин, Фортунатова, 1988). Таким образом, в ходе дальнейшей седиментации рельеф карбонатной формации становится еще более контрастным.

Кроме того, наличие жесткого и в то же время пористого и проницаемого рифового массива в большой степени предопределяет более активное, по сравнению с синхронными толщами, движение пластовых вод, а, следовательно, и более интенсивные кататенетические процессы. Благоприятный химический

состав и скорость их циркуляции являются причиной интенсивного расширения трещин и повышения трещинной водопроницаемости. Этот разнонаправленный стадийный процесс, включающий унаследованность развития трещин, селективное выщелачивание и вынос минеральных веществ, переотложение их на отдельных участках, приводит к созданию сложной сети трещин различных генераций, морфологии, протяженности и обусловливает неоднородность фильтрации в карбонатных массивах. (Багринцева, 1999). Все это играет существенную роль в распределении литотипов перекрывающих отложений.

Для Прикаспийской впадины характерно территориальное совмещение нефтеперспективных объектов и калийной залежи, расположенных на различных структурных этажах осадочного чехла. По данным сейсморазведки и бурения в пределах рифовых комплексов отмечаются следующие особенности строения эвапоритовой толщи (Горюнов, 1994; Ильин, 1988):

. пониженная (= в 1.5 раза) общая мощность эвапоритовых отложений над рифововым плато, относительно накопившихся в депрессионной части бассейна;

. различная степень дифференциации осадков, накапливающихся в депрессионной часто бассейна (слабодифференцированные) и сформировавшихся над рифовым плато и в тыловой части барьерной рифовой системы (слоистый, пластовый характер залегания);

• наличие в кровле относительно мелководного карбонатного разреза пачки черных сланцев и их отсутствие в относительно глубоководном.

Эвапоритовая формация месторождения Саскачеван (Канада) залегает над рифогенной формацией силурийского возраста. В продуктивной толще распространены аномальные зоны различной морфологии и генезиса (Chouteau, 1997; Halabura, 2007; Gendzwill, 1978; Keys, 1966 Mackintosh, 1983 Mcintosh, 1968 Danyluk, 1999). Выделяют три основных типа (рис. 1).

Кровля э и а по рито с о ii, 4><грм а ц и и Прери Кровля эвапормтовойфор^ацни ГГрёрй

"J {

1. Растворение соли ■< ш.омолня обрушеши (Collapse) 2. Аномалия выщелачивания ("Соляной купол"]

Кровля юаиорнто'вон формации Нрерн известняк

—------ -_----- I------— 2-ой пласт крааюцветиьщ аргиллитов

^ _ Каменная соль

-"?/\ '' глина

псрастиорпмыи oci iitnicli камеиили соль разрабатываемый горизонт

каменная соль

3. Аномалия размыва

Рис. 1. Аномалии геологического строения продуктивной толщи месторождения Саскачеван (Halabura, 2007)

Многочисленными геологическими и геофизическими исследованиями установлено, что участки структурной и литологической изменчивости продуктивных горизонтов формации Прери тяготеют к периферии силурийских доло-митизированных рифов формации Виннипегосис. Источником агрессивных вод, преобразующих минеральный состав пород, является процесс дегидратации гипсов, перекрывающих рифогенные постройки (Ое^отШ, 1992,1996).

Впервые предположение о связи негативных изменений внутренней структуры и состава соляной толщи ВКМКС с рифогенными образованиями в подсолевой части разреза высказано Баряхом А.А, Санфировым И.А. и др. в 1998 г. Проведенные в последующем геологоразведочные работы и геомеханические расчеты подтвердили реальность данного предположения - по периферии позднедевонско-турнейских рифогенных массивов в соленосной части разреза установлено наличие аномальных участков строения калийной залежи.

Глава 2. Анализ влияния рифогенных структур на калийную залежь Верхнекамского месторождения

На основании анализа данных об особенностях строения соленосного комплекса ВКМКМС, полученных в результате бурения и малоглубинных сейсморазведочных исследований, выполнена комплексная региональная оценка строения шахтных полей, территориально совмещенных с рифогенными массивами (табл. 1, рис. 2).

Таблица 1

Шахтное поле, участок (площадь, км2) Риф Площадь рифа в пределах шахтного поля, участка (км2)

1 2 3

СКРУ-2 (50.4) Юрчукский 1.3

Паппсовский 0.7

Итого: 2 км2

БКПРУ-1 (48.6) Стрелецкий 8.2

Березниковский 0.5

Зыряновский 1.3

Итого: 10 км'

Усть-Яйвинский (83.6) Шершневский 0.9

Березниковский 7.8

Зыряновский 7.4

Итого: 16.1 км'

Палашерский (90.1) Белопашнинский 12.6

Уньвинский 4.1

Итого: 16.7 км'

СКРУ-3 (114.5) Восточно-Пашковский 2.1

Пашковский 15.7

Логовской 0.1

Итого: 17.9 км'

БКПРУ-4 (185.4) Стрелецкий 8.7

Легчимский 26.7

Южно-Юрчукский 10.6

Итого: 46 км'

Продолжение таблицы 1

1 2 3

Половодовский (378.4) Ростовицкий 30.3

Новологовской 4.1

Логовской 9.2

Восточно-Папгковский 2.2

Клестовский 4.0

Жилинский 24.1

Северо-Чашкинский 3.8

Итого: 77 км2

(2) (10) (16.1) (16.7) (17.9) (46) (77)

□ количество ГЛЯ СКру (2) . тощадь р„фов в пределах шахтного поля, км 2

Я аномальные участки по данным маюглубннной сейсморазведки, %

Шскажнны, вскрывшие аномальные особенности разреза, %

Рис. 2. Характеристика особенностей разреза шахтных полей ВКМКС

Отмечается рост негативных изменений разреза иренских отложений с увеличением площади распространения рифов. Подобная тенденция позволяет прогнозировать повышенную сложность строения для Половодовского участка, где позднедевонско-турнейские рифогенные массивы занимают около 20% площади. В ходе его дальнейшего изучения и подготовки к отработке калийных пластов возможен рост всех рассмотренных параметров: литологических отклонений от нормального типа разреза, газодинамических явлений при бурении скважин.

Цитологические аспекты.

Характерной особенностью галогенной формации Половодовского участка является снижение ее мощности над сводом Ростовицкого рифа до 180-200 м и увеличение на склонах до 260-280 м. По данным бурения солеразведочных скважин отмечается повсеместное замещение пласта К каменной солью, а на восточном крыле - также пластов Ж, 3, И. В ряде скважин центральной и западной частей структуры зафиксировано ухудшение качества сильвинитов пласта

Kp-III из-за разубоживания. Запасы некондиционных руд пласта Кр-II развиты в пределах 51% площади Ростовицкой структуры по поверхности турнейско-фаменских отложений. Так же как и по пласту Кр-II, по пласту АБ в центре Рос-товицкого рифа зафиксированы минимальные содержания KCl. На большей части площади запасы отнесены к забалансовым из-за некондиционной мощности пласта (менее 2 м).

Восточная часть шахтного поля Быгельско-Троицкого участка совпадает с Легчимской рифогенной структурой. В ее пределах установлена аномальная зона водозащитной толщи (ВЗТ). Ее образование связано с процессами вторичного уплотнения разубоженных пород калийно-магниевых солей. Анализ изменения мощности ВЗТ показал, что на фоне общего ее уменьшения в восточном направлении от 85 м до 60 м отмечается локализация относительно пониженных значений внутри контура рифа. В пределах рассматриваемого объекта к забалансовым отнесены соли в пласте Кр-Ш. В связи с некондиционной мощностью пласта Кр-II в центральной части структуры этот участок также признан забалансовым. Кроме того, отмечается уменьшение содержания KCl до 25% в центральной части Легчимской структуры и на ее западном склоне. По пласту Кр-1 запасы отнесены к забалансовым ввиду низкой мощности пласта.

Среди установленных бурением литологических неоднородностей разреза на Палашерском участке в пределах Белопашнинского рифа необходимо отметить практически повсеместное распространение глинистых прослоев в сильви-нитовой и сильвинито-карналлитовой зонах, что осложняет ведение горных работ. Особенности распределения содержания KCl аналогичны рассмотренным ранее для Ростовицкой и Легчимской структур: в контуре рифа фиксируются относительно пониженные значения, особенно в его центральной части и на западном склоне. Для шахтных полей рудников, на которых рифы занимают существенную площадь, выполнен анализ цитологической изменчивости галогенной формации (рис. 3).

П тт 1

0l).(

92.9

8J.J

10П

Ц I

04 4

>7.6

БКПРУ1 БКРПУ 4 СКРУ 2 СКРУ 3 Палашерский Усть- Половодовсюш (4/21) (28 /60) (6/23) (8/60) (21/26) Яйвиискнй (41/88)

М?о отклонении о скс. о контуре рнфа Ш ':> откюненнн о ско. онс рнфа (18/37)

БКПРУ 1 (4/21) - количество ско., пробуренных в контуре рифа /количество ске., пробуренных еле контура рифа

Рис. 3. Распределение отклонений от «стандартного» разреза калийной залежи

Обобщение материалов 440 солеразведочных скважин показало, что за исключением шахтного поля БКПРУ-4, характеризующегося повсеместным распространением пестрых сильвинитов во всех пластах карналлитовой зоны (является у-никальным для ВКМКС), наибольшее число отклонений от «стандартного» (Кудряшов, 2001) разреза калийной залежи характерно для контуров рифовых массивов.

В контуре рифов фиксируются относительно пониженные значения содержания КС1 в пластах сильвинитов, особенно в центральных частях и на западных склонах структур (рис. 4).

1 о58* 2 о588

* Л»Ч«*а 24.К7 -«г>

,5>» 589

* 35 >"»» ■ ■ • 34 28

' /У -ч Ш и ' / 4

/ / , 592 ^ 1 | / ' )

.»у Гзо.41 5» ■•, - ■ т>

^ I I •ЫЗ „Й6 .,5« /

■т с; •. - щ, . »

¡¡Ш'" 1Ш а г,/ .....-... -

■л \ , ••- .- г Г ШШШт 6г

601 ..• Я-« ЩЩ '(,01 - »•<*

Ш 4 ^ -/4 К - >

ч Ш< V . ,»(

58' 32.07 •.. ' - 43.««

.1.4) 32.65 5« 156 150 546 «ЙЯ»

36.32 32.97 34.16 45 Л 42 41

3 « 588

31 07

27.55 >590 Я

147 4 Границы рифового массива:

/ ' 36.76' "1 --- " внутренняя

I 592

/ Ло ■ . - - - внешняя

I 37 о .

У / - 29.16 о \ Сейсмофашшльныс юны

59^ ' - г'ч 1*74 I я преимущественное распространения:

p6.il о 597 V, I 1 с—V. - массивных

=Г 28.69 ' ' Ч. . ' бногермных пород

о . 29.22 44 /

13 \ 39 ?2 <¡>4

4 \ ; ' ' - слоистых карбонатных

V о?' .. " -—породвиутририфовой

2(1.7^ „-601 . -.■¿¡¿ШШ-:': лагуны

« Л.;, ' " 2!ЦГ 5о 5?!

о587 - чг __

150 23.» .546 ЕЯНВН1 Содержание.'

35.15 37(11 38.8.3 Ж! а ё ё з г

Рис. 4. Содержание КС1 в пластах сильвинитов: 1 - АБ; 2 - Кр-1, 3 - Кр-П

Физико-механические свойства солей.

На участках шахтных полей, расположенных над позднедевонскими органогенными постройками, отмечается сокращение срока службы горных выработок, что вызвано понижением прочности пород (Барях и др., 1998). По результатам проведенных исследований установлены специфические особен но-

ста распределения физико-механических свойств соляных пород в пределах Юрчукского рифового массива.

Характер их изменения по разрезу геологических скважин позволяет отметить следующие особенности:

• северо-западный склон рифа - пониженные прочность и деформационные свойства соляных пород (за исключением пластов каменной соли сштьви-нитовой зоны);

• сводовая часть рифа - снижение прочностных свойств пород соляной толщи, рост интенсивности деформации в интервале сильвинитовой зоны и проявление пластичности для покровной каменной соли - карналлитовой зоны;

• восточный склон рифового массива, зона влияния глубинного разлома -падение прочности по всему разрезу (особенно в пределах сильвинитовой зоны), повышение деформационных свойств сильвинитов и пластичности каменной соли в интервале покровная каменная соль - карналлитовая зона (Асанов и др., 2005).

Газоносность соляных пород

Участки соляного породного массива, опасные по газодинамическим явлениям, обладают особенностями геологического строения, обуславливающими существенное отличие их физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния от пород участков, не представляющих опасности (Андрейко, 2012). Локализация очагов газодинамических явлений в условиях ВКМКС зависит от многих факторов, основным из которых является наличие геологических осложнений: микроскладок, раздувов и пережимов пластов, скоплений глинистого материала, отслоений, локальной раздробленности пласта, одиночных полых трещин и их серий.

При разведке Палашерского участка газопроявления отмечены в 20 разведочных скважинах, причем 11 из них (55%) расположены либо в контуре рифового массива, либо в непосредственной близости от него. На руднике БКПРУ-4 50% случаев свободно выделяющихся газов зафиксировано при бурении скважин над рифовыми массивами. В пределах шахтного поля БКПРУ-1 и Усть-Яйвинского участка количество газовыделений из скважин, приуроченных к погребенным рифовым массивам Березниковского палеоплато, меньше: 2 (из 6 - 33%) и 3 (из 8 - 37.5%) соответственно. В центральной части Верхнекамского месторождения позднедевонско-турнейские рифовые массивы в основном закартированы в пределах Половодовского участка. Из 7 газовыделений, зафиксированных при бурении скважин, 2 установлено над Ростовицким рифом и 1 - над Клестовским. Таким образом, повышенную вероятность газопроявлений можно ожидать при бурении солеразведочных скважин в контуре рифового массива.

Газогеохимические исследования

По результатам газогеохимических исследований Палашерского участка на территории месторождения нефти им. Архангельского наиболее контрастные газогеохимические аномалии выделяются по периферии Белопашнинской рифогенной структуры. Аналогичные исследования проведены для Ростовиц-кого рифового массива, закартированного в пределах Половодовского участка.

Полученные результаты свидетельствуют о наличии в районе рифового массива зон повышенной проницаемости осадочного чехла. Одна из таких зон, представляющих потенциальную опасность для ведения горных работ, пересекает свод Ростовицкой структуры

Геомеханическая оценка

Результаты математического моделирования показывают, что наличие позднедевонско-турнейского рифогенного образования вносит изменения в значения всех действующих напряжений. Влияние рифогенных построек на процесс образования трещин в осадочном чехле оценивалось с использованием энергетического критерия механики разрушения - 5 (Барях и др., 1994). Зона его максимума находится непосредственно над склоном рифа. С удалением вверх по разрезу зона влияния рифа увеличивается, а степень его воздействия уменьшается. Вторая зона повышенных значений критерия расположена в верхней части осадочного чехла, и именно она оказывает непосредственное влияние на возможность образования трещин в соляной толще (Федосеев, 2011).

Для модели Ростовицкого рифа выполнена оценка напряженно-деформированного состояния. Установлено, что формирование зон повышенной трещиноватости вероятнее всего будет связано с его более крутым северозападным склоном, чем с более пологой юго-восточной частью (Федосеев, 2011). Привлечете приемов палеотектонического анализа позволяет сделать вывод о значительной структурообразующей роли рифа в формировании рельефа соленосной толщи.

Сопоставление прогнозных зон трещиноватости в центральной части месторождения со структурным планом турнейско-фаменских отложений позволило выявить пространственную взаимосвязь рифовых массивов с участками возможного распространения трещин. Логовской и Клестовский рифы практически полиостью совпадают с зонами, выделенными по растягивающим напряжениям. Центральная часть Ростовицкой структуры соответствует зонам, выделенным по деформациям растяжения и критерию Х Северный склон Юрчук-ского массива коррелируется с зонами, выделенным по обоим критериям. Для южной части Половодовского участка исследования не выполнялись, однако выявленные закономерности дают основание предполагать наличие аналогичных участков развития трещин в пределах Жилинской и Северо-Чашкинской структур.

Геофизические наблюдения

Пространственное распределение осложнений волнового поля согласуется с характером изменения структурно-физических параметров. Подавляющее большинство выделенных участков приурочено к областям повышенных структурных градиентов поверхностей основных литологических комплексов соляной и надсоляной толщ и относительно пониженных значений интервальных скоростей. Отмечается повышенная концентрация аномальных зон на «рифовых» участках шахтных полей по сравнению с «безрифовыми» (рис. 5).

Следует отметить, что когда профили пересекают не только склоновую часть, но и сам риф, процент аномалий в контуре рифа по сравнению с осталь-

ной площадью шахтного поля значительно возрастает (до 2.7 раз на Усть-Яйвинском участке).

Рис. 5. Распределение аномальных участков, выделенных в соляной толще сейсморазведочными исследованиями

Глава 3. Методика сейсмостратиграфического анализа

Сейсморазведочные исследования, направленные на изучение подсоле-вых отложений, значительно опередили аналогичные исследования иренской галогенной формации. На основании результатов комплексной интерпретации горно-геологических и геофизических данных представляется возможным и обоснованным прогнозирование негативных структурных и вещественных изменений соляной толщи по фациальным особенностям верхнедевонско-турнейских карбонатных отложений, установленных по материалам сейсморазведки 2П и ЗВ. Результаты подобного прогноза необходимо учитывать при проектировании профилей малоглубинной сейсморазведки, нацеленной на изучение калийной залежи.

Основные положения сейсмостратиграфии рифогенных отложений Соликамской впадины.

Большая часть площади ВКМКМС покрыта съемкой 2В, тогда как доля трехмерной сейсморазведки пока незначительна. Опыт изучения внутреннего строения крупных рифогенных массивов, с которыми связаны одноименные месторождения УВ, показал, что литологическая неоднородность, свойственная карбонатным отложениям, проявляется в разнообразном характере сейсмической записи. Поэтому в основе изучения особенностей осадконакопления лежит

сейсмофациальный анализ (Гогоненков, 1984; Гаврин, 1983; Птецов, 1989, Не-ганов, 2010). В результате комплексной интерпретации сейсмических материалов, данных ГИС и кернового материала выделяются границы рифового массива, изучается его развитие, особенности строения, строятся сейсмофациальные схемы.

Аналогичный анализ с целью оценки влияния фациальных особенностей осадконакопления верхнедевонско-турнейских карбонатных отложений на перекрывающую соляную толщу, но в более упрощенном варианте, можно выполнить по материалам сейсмических исследований 2D [1, 2]. По аномальному увеличению значений ДТ0ш"Пл и уменьшению параметров Т0 основных опорных горизонтов в интервале от нижнекаменноугольных до нижнепермских отложений на временных разрезах намечаются границы рифа. Затем выполняется оценка особенностей волновой картины в исследуемом интервале разреза. На следующем этапе для зон распространения рифовых фаций позднедевонского возраста строится карта изменения мощностей между отражающими горизонтами (ОГ) III и Пп. Цитологическая неоднородность рифового массива обуславливает дифференциацию скоростей, вызывающую различия во временах прохождения сейсмических волн через эти отложения. Поэтому для выявления фациальных особенностей и изучения обстановок осадконакопления рассматриваемой толщи используется карта ДТ Ш-Пп. Анализ и сопоставление выполненных структурных построений по поверхности турнейско-фаменских отложений с картами АН Ш-Ип и ДТ Ш-Пп позволяет с определенной долей условности выделить зоны седиментации в пределах рифового массива, которые связаны с его формированием на различных этапах развития.

Сравнение полученного результата с данными сейсморазведки 3D показало, что вынужденное упрощение методики применимо для прогноза литоге-нетической зональности рифовых массивов с целью оценки их возможного влияния на галогенез иренской толщи и не приводит к значимым искажениям результата [13].

Особенности интерпретации сейсморазведочных исследований калийной залежи.

Оптимальный результат при изучении строения соленосного и надсолево-го комплексов дает малоглубинная сейсморазведка (Глебов, 2006). Параметры применяемых в ней интерференционных систем наблюдений обеспечивают вертикальную и горизонтальную разрешающие способности, достаточные для выделения геологических объектов с необходимой для соляной толщи размерностью [3].

По нарушениям структуры волновой картины, снижению интенсивности и значениям скоростной характеристики на профильных линиях намечаются участки, отличающихся по упругим свойствам от вмещающего массива пород. При их локализации учитывается согласованность негативных изменений анализируемых характеристик волнового поля - «комплексный параметр». Используются: частота, эффективная скорость, амплитуда, отношение сигнал\помеха. Функции, описывающие поведение указанных характеристик вдоль профиля, преобразуют в промежуточные, принимающие значения 0 или 1. Промежуточ-

ной функции присваивают нулевое значение, если на данном пикете исходная функция не выходит за доверительный интервал, и единицу - если выходит. Комплексный параметр представляет собой сумму промежуточных результатов, нормированную к заданному значению, обычно к 1.5 (Сапфиров и др., 1999). Прогнозная количественная оценка ухудшения прочностных свойств возможна по распределению интервальных скоростей в исследуемом интервале геологического разреза.

В пределах Быгелъско-Троицкого участка концентрация повышенных значений структурного градиента согласуется с известными особенностями геологического строения. По площади распространения среди них выделяются рифы Березниковского палеоплато. С краевыми частями Легчимской, Стрелецкой и Южно-Юрчукской рифогенных структур коррелируют участки повышенных структурных градиентов. Особенно четко эта тенденция проявляется в интервале продуктивной толщи, уменьшаясь вверх по разрезу.

Сквозные низкоскоростные зоны, закартированные на западе и востоке шахтного поля БКПРУ-4, связываются с влиянием на вышележащую соляную толщу Легчимского и Стрелецкого рифов. В центральной части рудника в интервалах соляно-мергельная толща - переходная пачка и переходная пачка - кар-наллитовый пласт Е трассируется градиентная скоростная область меридианаль-ного простирания, связанная с Троицким региональным надвигом. В интервалах соляно-мергельной толщи и карналлитовый пласт Е - маркирующая глина он фиксируется пониженными значениями скоростей.

Для оценки степени негативных изменений и пространственной корреляции осложнений волнового поля построена карга распределения комплексного параметра в интервале 50-200 мс, что соответствует соляной и надсоляной толщам. Различия времени проведения исследований, источников упругих колебаний, уровней приведения, применяемых процедур обработки приводят к разнородности исходного материала и затрудняют его интерпретацию. Поэтому для оценки изменений количественных характеристик волнового поля, включенных в комплексный параметр, целесообразно применить аналогичный алгоритм расчета.

Литологические особенности разреза определяют изменчивость скоростей (Галаган, 1979). Совместное влияние расчлененности и скоростной дифференциации среды отражается в распределении нормированных значений амплитуд (Авербух, 1982; Берзон, 1962). Особенности частотной составляющей связаны со структурой разреза и криволинейностыо границ (Санфиров, 1996). Снижение значений перечисленных параметров служит индикатором негативных изменений физико-механических свойств породного массива ВЗТ и продуктивной толщи.

Исходя из выполненных расчетов и известных особенностей строения шахтного поля, пониженные значения частот, приуроченные к склоновым частям Легчимского рифа, обусловлены преобладающим вкладом структурного фактора. В южной половине структуры зафиксировано уменьшение как амплитуд, так и частот, связанное с совместным влиянием структурной и литологиче-ской составляющих. Сквозная низкоскоростная зона в интервале соляной тол-

щи, установленная в северной половине рифа, отвечает изменению литологии. Троицкий надвиг в центральной части рудника, северная часть Соликамского надвига, серии высокоамплитудных складок и зоны локального сдвига в большей степени отображаются на схеме нормированных частот, хотя в распределении амплитуд также отмечается определенная приуроченность пониженных значений к перечисленным структурным элементам. Исходя из этого, можно сделать вывод о ведущей роли в формировании данных аномалий структурного фактора и подчиненной - литологического.

Таким образом, по совокупности структурно-физических параметров и результатов качественной интерпретации наиболее проблемными с позиций безопасного ведения горных работ представляются зоны влияния региональных надвигов и фациальных особенностей строения верхнедевонско-турнейских рифогенных массивов (склон, гребень и рифовая платформа).

Содержание комплексной интерпретации разноглубинных сейсмост-ратиграфических данных

Алгоритм оценки сложности строения и ухудшения физических свойств соляной толщи над рифами Березниковского палеоплато включает следующие последовательно выполняемые этапы:

1. Изучение подсолевых отложений - сейсмофациальный анализ верхне-девонско-турнейской толщи, выделение зон седиментации в пределах рифового массива: рифового гребня, платформы, лагуны, склона.

2. Проектирование сети профилей малоглубинной сейсморазведки повышенной плотности (не менее 2 км/км2) на склонах рифа и в зонах распространения гребневых и рифово-платформенных отложений.

3. Углубленная кинематическая интерпретация, заключающаяся в совместном анализе изменений эффективных и интервальных скоростей в максимально широком окне спектра.

4. Оценка степени негативных изменений и пространственная корреляция осложнений волнового поля на основе карты распределения комплексного параметра в интервале 50 мс - 200 мс.

5. Разбраковка аномалий комплексного параметра по вкладу литологического, структурного либо совместного (литологического и структурного) факторов для параметрического обеспечения геомеханических расчетов и экспертной оценки условий ведения горных работ.

6. Детализация выявленных особенностей соляной толщи, обусловленных влиянием литологического либо совместного (литологического и структурного) факторов:

6.1 сгущение сети сейсмических профилей;

6.2 проведение шахтных сейсмических исследований;

6.3 сгущение сети опробования в разведочных выработках для определения физико-механических свойств пород;

7. Геомеханическая интерпретация сейсмических данных.

Глава 4. Практическое опробование методики послойного сейсмост-ратиграфического анализа

Половоловский участок

Сложное геологическое строение подсолевых отложений обусловлено сочетанием ряда факторов: наличие позднедевонского рифового массива, ар-тинских рифов, «терригенного клина». Сейсморазведочные работы в пределах Ростовицкой структуры (1980 г.- 2П, 2010 г. - 31)) ориентировались на поиск ловушек УВ в подсолевых горизонтах разреза. Данные трехмерной сейсморазведки позволили детально изучить геологическое строение рифового массива. Относительно ранее выполненных построений уменьшились размеры и увеличились амплитуды по опорным ОГ. На сейсмофациальной схеме фаменско-турнейских карбонатных отложений в пределах рифового массива выделено две сейсмофациальные зоны: преимущественного распространения гребневых и рифово-платформешшх отложений и внутририфово-лагунных.

В пределах Ростовицкой структуры выполнены работы по методике невзрывной малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения (НМСВР). Основные негативные изменения упругих свойств соленосной толщи связаны с центральной частью структуры, ее западным и восточным склонами. В центре прослеживаются градиентные скоростные зоны, которые коррелируют с границами аномалий волнового поля, возможно обусловленными влиянием зоны ра-зубоживания на уровне пласта Кр-2. Анализ данных солеразведочного бурения и положения выявленной зоны относительно поверхности ОГ Нп позволил сделать вывод, что она приурочена к фациям рифовой платформы и гребня [12]. Низкоскоростные зоны, зафиксированные на периферии рифа, отождествляются с зонами интенсивной складчатости. Отмечается соответствие областей повышенных значений комплексного параметра периферийным частям рифа и зоне распространения гребневых и рифово-платформенных отложений (по материалам сейсморазведки 30), тогда как внутририфово-лагунные образования в южной и юго-восточной частях массива отображаются пониженными.

Характер распределения комплексного параметра, эффективных скоростей, амплитуд и частот в интервале иренских отложений Половодовского участка позволяет сделать вывод о том, что для районов, сопряженных с верхнедевонскими рифогенными массивами, в генезисе осложнений волнового поля преобладающую роль играет литологический фактор. Об этом свидетельствует падение значений эффективных скоростей в центральной части и по периферии рифов. Наиболее четко по участкам пониженных значений частот трассируются сдвиговые дислокации (в пределах Восточно-Пашковского и Ростовицкого рифов), Троицкий надвиг и зоны интенсивной складчатости. Последние «оконту-ривают» рифовые массивы с запада и востока. Таким образом, наиболее ослабленные и, возможно, некондиционные с точки зрения калийной промышленности зоны тяготеют к зоне влияния регионального надвига, периферии позднеде-вонских рифов и к области развития гребневых и рифово-платформенных отложений.

Эти выводы послужили основой для выполнения малоглубинной сейсморазведки в пределах Ростовицкого рифа в 2009-2011 гг. Максимальная плотность профильных линий предполагается в зоне преимущественного распространения гребневых и рифово-платформенных отложений. Дополнительные сейсморазведочные исследования необходимы по периферии рифа. Следует отметить, что 'запланированные на восточном склоне профили не только удовлетворяют этим условиям, но и совпадают с отработанными ранее по методике МОГТ 2D. С учетом проектных профилей достигается рекомендуемая (раздел 3.3) плотность сейсмических наблюдений - 2.5 км/км2.

Еыгельско-Троипкий участок

Проведенные исследования позволили, опираясь на особенности сейсмической записи в интервале ОГ Ш-Ик и характер изменения мощностей, скоростей и ДТ между кровлей терригенных отложений таманского горизонта и поверхностью турнейско-фаменских образований наметить фациальные особенности осадконакопления верхнедевонско-турнейских карбонатных отложений в пределах Легчимской структуры.

Работы по методике НМСВР, проведенные в разные годы в пределах Легчимского рифа, направлены на детализацию геологического строения соляной и надсоляной толщ, выявление локальных неоднородностей, осложняющих отработку калийной залежи. Для изучаемого объекта отмечается аналогичная Ростовицкому рифу зависимость: рост негативных изменений частоты, эффективной скорости, амплитуды и отношения сигнал\помеха, выражающиеся в повышенных значениях комплексного параметра, наблюдаются на склонах, в пределах субфаций гребня и рифовой платформы (рис. 6).

Условные обозначения:

Зоны замещения каменной Границ ы РФСД по кровле: солью по пласту:

-АБ -B3T

» • • • • - зона ОТР11Д

- - зона локального

сдвига

- позднсде во не Kiui риф

Сейсмофациальные зоны преимущественного распространения отложений:

I - гребневых

II - платформенных

III - виутрирнфово-лагунных

IV - склоновых Сейсмические профили:

• • • • - прошлых лет -2011 г. -2012 г.

- рекомендуемые

-изолинии комплексного параметра (усл.ед) I 02-- огрзжающие рост негативных изменений

анализируемых характерУ1стик волнового поля

Рис.

6. Схема рекомендуемых профилей малоглубинной сейсморазведки в пределах Легчимского рифа

Таким образом, нарушенные зоны, отличающиеся по упругим свойствам от вмещающего массива пород, сконцентрированы преимущественно на данных участках. Исходя из полученных результатов, разработаны рекомендации по размещению профилей малоглубинной сейсморазведки, направленных на доизучение иренской соляной толщи в 2011-2013 гг. (рис. 6). Соблюдение предлагаемой проектной схемы, реализованной на данный момент вплоть до профильных линий, запланированных на 2012 г., позволит достичь рекомендуемой (раздел 3.3) плотности сейсмических наблюдений - 2.3 км/км2, что в свою очередь обеспечит условия для локального прогноза безопасного ведения горных работ.

Лалащерский участок

В 2004 г. в пределах Белопашнинской структуры проведена сейсморазведка 313. В результате детального изучения верхнедевонско-турнейских отложений на обобщенной сейсмофациальной схеме выделено 5 зон (Колчанова Р.Н., 2004).

С целью оценки особенностей строения и свойств калийной залежи и перекрывающих ее отложений на Палашерском участке в 2008-2010 гг. проведены малоглубинные сейсмические исследования. Судить об особенностях распределения по площади негативных изменений упругих параметров сложно, в связи с тем, что рифовый массив пересечен единственным профилем широтного простирания. Максимальная плотность сейсмических профилей НМСВР достигнута на его юго-восточгюм склоне. Однако можно отметить, что наиболее значимые и обширные по разрезу участки осложнений волнового поля отмечаются по периферии рифа. Это выражается в локализации максимальных значений комплексного параметра вдоль восточного склона, между внутренней и внешней границами Белопашнинского рифа (рис. 7).

Условные пГичиачишя-Границы рифового массива: Ссисмофащшльныс зоны " внутренняя преимущественного распространения: } - массивных

биогермных пород ( - слоистых карбонат I юрол внуI рнрифово

— — - внешняя

Сейсмические профили:

........ - 21108 г.

....... -2010 г.

- -2012 г

— — - - рекомендуемые

ч -изолинии комплексного параметра (усл.ед) . 1 отражающие рост негативных изменений

анализируемых характеристик волнового ноля

Рис. 7. Схема рекомендуемых профилей малоглубинной сейсморазведки в пределах Белопашнинского рифа

Основываясь на характере распределения анализируемых сейсмических параметров можно сделать вывод о преобладающем влиянии на формирование данных участков литологического фактора и второстепенном - структурного. Об этом свидетельствует практически идентичная аномалии комплексного параметра низко скоростная кольцевая зона. Таким образом, наиболее проблемными с позиций безопасного ведения горных работ представляется периферия рифа. Однако, принимая во внимание опыт исследований, выполненных на По-ловодовском и Быгельско-Троицком участках, можно предполагать наличие негативных изменений соляной толщи и в зоне преимущественного развития массивных биогермных пород. Этим участкам уделено особое внимание при проектировании сейсморазведочных исследований на 2010-2013 гг. (рис. 7). Согласно предложенному варианту плотность профилей составит 2.8 км/км2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение научно-практической задачи регионального прогноза негативных структурных и вещественных изменений соляной толщи, обусловленных влиянием расположенных в нижележащей части разреза рифогенных образований.

Основные теоретические положения, научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. На основе анализа геолого-геофизической информации о строении тер-риториально-совмещенных галогенных и рифовых формаций в разрезе ВКМКС установлена возможность на основе материалов сейсморазведки производить оценку сложности строения и свойств калийной залежи.

2. Разработана методика сейсмостратиграфического анализа, основанная на совместной интерпретации разноглубинных сейсморазведочных исследований, характеризующих строение подсолевого и соленосного комплексов пород.

3. Установлена приуроченность интенсивных негативных изменений внутренней структуры и состава соляной толщи, осложняющих ведение горных работ, к следующим элементам палеорельефа рифогенных структур: склон, гребень и рифовая платформа.

4. Согласно результатам палеотектонического анализа и математического моделирования, рассматриваемые негативные изменения соляной толщи могут носить как конседиментационный, так и постседиментационный характер.

5. Применение атрибутного анализа сейсморазведочных материалов позволило выполнить разбраковку участков аномального строения соляной толщи по вкладу в их формирование литологического и структурного факторов.

6. На основании полученных результатов сформулированы рекомендации по конфигурации сети профилей дополнительных малоглубинных геофизических исследований, направленных на доизучение иренской соляной толщи в пределах рифовых массивов на Половодовском, Быгельско-Троицком и Пала-шерском участках.

Опубликованные работы по теме диссертации

а) издания, рекомендованные ВАК РФ:

1. Никифорова А.И. Особенности строения соляной залежи в пределах нефте-перспективного рифогенного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2010. -№ 12. - С. 119-123

2. Сапфиров И. А. Особенности цифровой обработки в инженерной сейсморазведке МОГТ / Санфиров И.А., Ярославцев А.Г., Жикин A.A., Никифорова А.И., БайбаковаТ.В. //Геофизика . -2012. -№ 5. - С. 35-41.

3. Никифорова А.И. Комплексная интерпретация разновозрастных сейсмост-ратиграфических данных для территориально-совмещенных галогенных и рифовых формаций // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2013. - № 1. - С. 385-390

б) другие издания:

4. Санфирова (Никифорова) А.И. Строение позднедевонско-турнейских отложений в южной части Висимской впадины и Пермского свода // Сборник докладов научно-практической конференции по проблемам современной геофизики / ОАО «ПНГ». - Пермь, 2004. - С. 19 - 21

5. Санфирова (Никифорова) А.И. Выделение различных типов разреза ККСП по данным сейсморазведки и бурения на примере Долгинской площади // Сборник докладов научно-практической конференции по проблемам современной геофизики / ОАО «ПНГ». - Пермь, 2005. - С.22 - 24

6. Санфирова (Никифорова) А.И. Информативность атрибутов волнового поля для изучения геологического разреза одного из участков ККСП // Материалы региональной научно-практической конференции: Геология и полезные ископаемые Урала. - Пермь, 2005. - С. 29 - 32

7. Санфирова (Никифорова) А.И. Выделение ловушек неантиклинального типа по данным сейсморазведки на примере региональных работ в зоне Передовых складок Урала в пределах Пермского края // Сборник докладов научно-практической конференции по проблемам современной геофизики / ОАО «ПНГ». - Пермь, 2006. - С. 9 -11

8. Никифорова А.И. Детализация геологической модели сложнопостроенного нефтеносного рифового массива // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы Всероссийской научной конференции. - Пермь , 2008. - С. 32-33.

9. Никифорова А.И. Достоверность прогноза геологического разреза по данным сейсморазведки 3D и ГИС // Тезисы докладов конференции молодых специалистов Геоперспектива-2008. - Москва, 2008. - С. 71 - 72.

10. Никифорова А. И. Источники погрешностей структурных построений по материалам пространственной сейсморазведки // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы Всероссийской научной конференции. - Пермь, 2009. - С. 36 - 38.

11. Никифорова А.И. Основные причины невязок данных бурения и прогнозных значений сейсморазведки 3D // Материалы региональной научно-

практической конференции: Геология и полезные ископаемые Урала. -Пермь, 2009. - С.29 - 32

12. Никифорова А.И. Литологическая изменчивость галогенной формации над рифом позднедевонского возраста И Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2009 г. - Пермь, 2010. - С. 54 - 56.

13. Никифорова А.И. О возможных горнотехнических приложениях сейсмофа-циального анализа разновозрастных толщ Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Тезисы XII международной научно-практической конференции «Геомодель-2010». - Геленджик, 2010 (диск).

14. Никифорова А.И. Оценка пространственных закономерностей распределения осложнений волнового поля для интервала соленосной толщи в пределах рифового массива // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Сборник научных трудов, вып. 9/ ГИ УрО РАН. - Пермь, 2011. - С. 173 -175

15. Никифорова А.И. Пространственные закономерности распределения струк-турно-литологических особенностей калийной залежи восточной части Бы-гельско-Троицкого участка // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Сборник научных трудов, вып. 10/ ГИ УрО РАН. - Пермь, 2012. - С.166 -168

16. Никифорова А. И. Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разновозрастных толщ // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Сборник научных трудов, вып. 11/ ГИ УрО РАН. - Пермь, 2013. - С. 167 - 169

17. Санфиров И.А. Сейсморазведочное обоснование инженерно-геологических исследований на территориях техногенных катастроф / Санфиров И.А., Яро-славцев А.Г., Байбакова Т.В., Никифорова А.И., Калашникова М.М., Шумахер А.И. // Материалы восьмой научно-практической конференции и выставки «Инженерная геофизика 2012». - Электронное издание. БАвЕ. - Геленджик, 2012.

http://\v^v^v.cartlн^oc.org/p^IЫication/pцЫicationdetails/?p^lЫication=580S6

Сдано в печать 13.05.2013 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано сектором НТИ ГИ УрО РАН 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Никифорова, Анастасия Игоревна, Пермь

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

НИКИФОРОВА Анастасия Игоревна

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.г.-м.н., доцент Бачурин Б.А.

Пермь-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. СТРУКТУРНЫЕ И ЛИТО-ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-СОВМЕЩЕННЫХ ГАЛОГЕННЫХ

И РИФОВЫХ ФОРМАЦИЙ................................................................................................................10

1.1. Рифогенные структуры................................................................................................11

1.2. Калийная залежь..................................................................................................................22

Выводы......................................................................................................................................33

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РИФОГЕННЫХ СТРУКТУР НА

КАЛИЙНУЮ ЗАЛЕЖЬ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.. 35

2.1. Литологические аспекты............................................................................................41

2.2. Физико-механические свойства солей............................................................57

2.3. Газоносность соляных пород..................................................................................62

2.4. Газогеохимические исследования......................................................................67

2.5. Геомеханическая оценка..............................................................................................71

2.6. Геофизические наблюдения......................................................................................82

Выводы......................................................................................................................................85

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПОСЛОЙНОГО СЕЙСМОСТРАТИГРА-

ФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА................................................................................................................86

3.1. Основные положения сейсмостратиграфии рифогенных отложений Соликамской впадины....................................................................................86

3.2. Особенности интерпретации сейсморазведочных исследований калийной залежи............................................................................................................97

3.3. Содержание комплексной интерпретации разновозрастных сейсмостратиграфических данных............................................................................119

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОПРОБОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПОСЛОЙНОГО СЕЙСМОСТРАТИГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА....................120

4.1. Половодовский участок..............................................................................................120

4.2. Быгельско-Троицкий участок..............................................................................133

4.3. Палашерский участок......................................................................................................141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................................................148

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ..........................................................149

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................................150

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации.

Наиболее известные геологические осложнения эвапоритовых интервалов разреза, повлекшие катастрофические последствия (вплоть до затопления рудников), генетически связаны с неоднородностями строения вмещающих осадочных толщ. Проведенными ранее исследованиями (Барях и др., 1998; Горюнов, 1994; Ильин, 1988; Кудряшов; Голубев, 2006; Федосеев, 2011; Оепс12ЛуШ, 1992, 1996 и др.) установлено, что одной из причин формирования аномальных («нарушенных») зон в галогенных формациях является влияние нижележащих рифогенных массивов. Помимо того, что они в значительной степени определяют пликативный структурный план вышележащих горизонтов осадочного чехла, отмечается приуроченность к ним участков интенсивного вторичного преобразования калийной залежи и перекрывающих отложений.

Выявление негативных структурных и вещественных изменений соляной толщи, сформировавшихся под влиянием фациальных особенностей верхнедевонско-турнейских рифогенных массивов, которые занимают более двадцати процентов площади шахтных полей Верхнекамского месторождения калийных солей, представляется чрезвычайно важным для обеспечения безопасных условий его разработки. Необходимую информацию для решения данных задач могут дать результаты сейсморазведочных исследований, ориентированных на изучение подсолевых горизонтов разреза. В связи с тем,

что на территории Пермского края с рифами позднедевонско-турнейского возраста и структурами их облекания связаны многочисленные залежи углеводородов, на сегодняшний день накоплен значительный объем сейсморазве-дочных данных, характеризующих их строение, в том числе и на территории Верхнекамского месторождения калийных солей.

Выявление связи аномальных изменений внутренней структуры и состава соляной залежи с расположенными в нижележащей части разреза ри-фогенными образованиями имеет большое практическое значение не только для калийной, но и для нефтяной промышленности. В ближайшей перспективе уже прорабатываются проектные решения по совместной отработке на ряде участков ВКМКС одновременно запасов калийных руд и нефти.

Целью работы является разработка методики сейсмостратиграфиче-ского анализа разреза Верхнекамского месторождения калийных солей в пределах распространения позднедевонско-турнейских рифогенных образований для прогноза возможных негативных осложнений строения калийной залежи.

Задачи исследований:

1. Обобщение и анализ геолого-геофизической информации об особенностях строения территориально-совмегценных верхнедевонско-турнейских рифогенных и нижнепермских эвапоритовых отложений.

2. Комплексная региональная сейсмогеологическая оценка строения участков шахтных полей ВКМКС, территориально совмещенных с верхнеде-вонско-турнейскими рифогенными массивами.

Научная новизна работы:

2. Доказано, что наибольшая вероятность формирования ослабленных зон галогенной формации характерна для склоновых частей верхнеде-вонско-турнейских рифогенных массивов и зон распространения гребневых и рифово-платформенных отложений.

3. Уточнено влияние конседиментационных и постседиментацион-ных процессов на характер негативных изменений строения и состава соляной толщи на участках развития верхнедевонско-турнейских рифогенных образований.

Практическая значимость результатов исследований.

уточнение строения предполагаемых аномальных зон соленосной части разреза в пределах Половодовского, Быгельско-Троицкого и Палашерского участков.

3. Результаты проведенных исследований переданы в ОАО «Урал-калий» и использованы при формировании планов геофизического доизуче-ния участков шахтных полей с целью обоснования направлений их безопасной отработки.

Методы исследований включали анализ особенностей строения соляной и надсолевой части разреза в пределах территории шахтных полей ВКМКС, территориально совмещенных с верхнедевонско-турнейскими ри-фогенными массивами. По результатам обобщения материалов более 440 со-леразведочных скважин рассмотрены особенности изменения в пределах данных участков шахтных полей мощности калийных пластов, содержания полезных компонентов, физико-механических свойств солей, интенсивности проявления газодинамических явлений. Проанализированы данные малоглубинной высокоразрешающей сейсморазведки, позволившие уточнить особенности строения соляной и надсолевой части разреза. Сейсмофациальный анализ строения верхнедевонско-турнейской карбонатной толщи осуществлялся на основе материалов сейсморазведки 2Б и ЗБ, выполненных ОАО «Пермнефтегеофизика».

Диссертация отражает результаты исследований, проводившихся при участии автора в 2003-2012 гг. по госбюджетной и договорной тематике.

Личный вклад автора заключается:

3. в разработке методических решений для прогноза возможных негативных осложнений строения калийной залежи;

5. в теоретическом обобщении и обосновании защищаемых научных положений.

Основные защищаемые положения:

3. Методика сейсмостратиграфического анализа, основанная на взаимодополняющем изучении подсолевых и соленосного комплексов пород с привлечением углубленной кинематической интерпретации и атрибутного анализа для оценки степени негативных изменений состояния калийной залежи и разбраковки ослабленных участков по вкладу в их формирование ли-тологического и структурного факторов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается характером распределения выявленных зон аномального строения калийной залежи относительно палеорельефа позднедевонско-турнейских рифогенных образований. Обеспечивается представительным объемом бурения солеразведочных скважин и результатами малоглубинных сейсморазведочных исследований. Возможность наличия рассматриваемых

аномальных участков обоснована методами математического моделирования

Публикация и апробация работы.

Объем и структура работы.

Успешной работе над диссертацией способствовала творческая, доброжелательная атмосфера в коллективе отдела активной сейсмоакустики и поддержка коллег. Автор признателен сотрудникам лабораторий механики горных пород, геотехнологических процессов и рудничной газодинамики, геоэкологии горнодобывающих регионов ГИ УрО РАН за внимание к проводимым исследованиям и помощь в процессе работы над диссертацией. Автор благодарит главного инженера - заместителя генерального директора по разведочной геофизике ОАО «Пермнефтегеофизика» к.г.-м.н. Лаптева А.П. за оказанное содействие при сборе материалов.

Глава 1. Структурные и лито-физические характеристики территориально-совмещенных галогенных и рифовых

формаций

Гидрогеологические и горногеологические условия отработки месторождений минеральных солей определяются и контролируются целым рядом факторов: стратиграфией, литологией и тектоникой вмещающих комплексов пород; степенью обводненности, структурой, глубиной и условиями залегания соляной толщи и наличием или отсутствием в контакте с ней водонепроницаемого (водозащитного) горизонта [30]. Их аномальные особенности создают серьезные проблемы на этапе эксплуатации и заслуживают особого внимания. Недоучет данных параметров привел к многочисленным авариям на месторождениях Старобинское (Республика Белоруссия), Артемовское (Республика Украина) или затоплениям рудников в США (Кейн-Крик, шт. Юта), на Балахонцевском (1986 г.) и Березниковском (2006 г.) участках Верхнекамского месторождения. Так, на месторождении Саскачеван (Канада) из семнадцати стволов калийных шахт, пущенных в эксплуатацию, пять имели большие притоки воды или были полностью затоплены при их прохождении. Шесть из девяти рудников в провинции столкнулись с большими притоками воды на различных участках шахтных полей. В районе калийной залежи Эстерхейзи (Т^егИагу), в середине декабря 2006 г. зафиксированы первые признаки притока рассолов. По результатам исследований к третьей декаде января 2007 г. приток составлял от 20 до 25 тыс. галлонов (около 7695 литров) в минуту [14].

Большей частью известные геологические осложнения эвапоритовых участков разреза, повлекшие катастрофические последствия, генетически связаны с аномальными неоднородностями строения вмещающих осадочных толщ. Одной из вероятных причин формирования нарушенных зон является влияние нижележащих рифовых массивов. Помимо того, что они в значи-

тельной степени определяют пликативный структурный план вышележащих горизонтов осадочного чехла, отмечается приуроченность участков интенсивного вторичного изменения продуктивных пластов калийной залежи к их периферии [10, 89]. Подобная ситуация не является уникальной. Эвапорито-вые формации надежно изолируют рифовые комплексы на разных структурных этажах осадочного чехла. Такая последовательность осадконакопления наблюдается в ряде осадочных бассейнов и отражает ход их естественной эволюции в определенных климатических и геодинамических обстановках. Анализ 143 нефтегазоносных бассейнов мира показал, что 62 % их тер-

ритории (40 млн. км ), а также 85 - 90 % запасов нефти и 75 - 80 % запасов газа, связанных в основном с рифовыми массивами, приходится на эвапори-товые и 38 % (15 млн. км ) на безэвапоритовые бассейны. [36]. Эвапорито-выми являются нефтегазоносные бассейны Припятского прогиба и Днепров-ско-Донецкой впадины, Прикаспийской впадины и Предурапьского прогиба, а также часть Волго-Уральской провинции на Восточно-Европейской платформе, Лено-Тунгусская и Хатангско-Вилюйская нефтегазоносные провинции на Сибирской платформе, бассейны Уиллистон, Мичиганский, Пермский на Северо-Американской платформе, Сахарской плиты, рифтов Суэцкого залива и Красного моря, западной и восточной пассивных окраин Африканской платформы (впадины Ааюн, Сенегальская, Габонская, Куанза и др.), восточной окраины Южно-Американской платформы. На молодых пл

Информация о работе

Никифорова, Анастасия Игоревна
кандидата технических наук
Пермь, 2013
ВАК 25.00.16

Диссертация

Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Прогноз строения и свойств калийной залежи на основе сейсмостратиграфического анализа разреза Верхнекамского месторождения - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы