Теория и технологии дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике

Легейдо, Петр Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Теория и технологии дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике
ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Теория и технологии дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике"

На правах рукописи

ЛЕГЕЙДО ПЕТР ЮРЬЕВИЧ

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-

НОРМИРОВАННОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗУЮЩИХСЯ РАЗРЕЗОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОФИЗИКЕ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

ИРКУТСК 1998

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете.

Официальные оппоненты: д. т.н. Ю.Н. Антонов (Институт геофизики, г. Новосибирск);

д. г.-м. н., профессор А.С. Барышев (ВостСибНИИГТИМС, г. Иркутск);

д. г.-м. н. В.Н. Воробьев ВостСибНИИГТИМС, г. Иркутск).

Ведущая организация:

СНИИГГИМС, г. Новосибирск.

Защита состоится 15 октября 1998 г. в 10— часов на заседании специализированного совета Д 063.71.02 при Иркутском государственном техническом университете по адресу 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус Е-301.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан 20 августа 1998 г.

Ученый секретарь совет )оф. А. А. Шиманский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прямое, т.е. осуществляемое до глубокого бурения обнаружение скоплений углеводородов было и остается важнейшей задачей геолого-геофизичеких исследований в нефтегазовой геологии. Актуальность проблемы возрастает в связи с тем, что выявление новых месторождений нефти и газа становится все более сложным из-за необходимости поиска залежей неантиклинального типа.

В группе прямых поисковых методов видное место занимает электроразведка, различные модификации которой неоднократно применялись во многих нефтегазоносных районах России и за рубежом. В последние годы резко возросла роль поляризационных методов. Это объясняется существенными ограничениями методов сопротивлений, связанными как с многообразием подчас неконтролируемых причин, вызывающих изменения проводимости опорного горизонта, так и, зачастую, с прямой невозможностью выделения глубоко залегающих нефтегазовых залежей неструктурного типа. Последнее обусловлено тем, что литоло-гическое замещение либо выклинивание коллектора часто не сопровождается заметным изменением проводимости изучаемого горизонта по латерали. В этих условиях для решения задачи прямых поисков залежей углеводородов среди несейсмических методов на первый план выходит исследование процессов ВП, прямо или косвенно связанных с залежью.

Информативность методов исследований проводящих поляризующихся сред пока еще недостаточна. Существующие способы их изучения не обеспечивают возможность получения набора поляризационных параметров по всему разрезу осадочного чехла.

С целью повышения информативности исследований требовался новый, нетрадиционный подход к изучению проводящих разрезов с частотно-зависимым сопротивлением. Результатом работ по реализации такого подхода явилось создание нового направления в геоэлектрике, получившего название дифференциально-нормированной электроразведки (ДНМЭ).

Опыт полевых работ показал, что применение комплекса ДНМЭ с сейсморазведкой в нефтегазопоисковой геологии позволяет резко повысить достоверность прогноза. Предлагаемый подход дает возможность выявлять и оконтуривать залежи углеводородов, используя значительно

меньшее число глубоких скважин, бурение которых обходится очень дорого. Нет необходимости доказывать, насколько это важно и актуально, особенно в наши дни, в период перехода геологической службы на новые экономические отношения.

Актуальность проведенных исследований определяется также внутренними тенденциями развития геоэлектрики, важнейшей из которых является последовательное усложнение рассматриваемых моделей. Это относится и к частотной дисперсии удельного электрического сопротивления, необходимость учета которой признается практически всеми исследователями, изучающими переменные электромагнитные поля. В то же время возникающая при этом стержневая проблема - разделение эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации - решена не полностью.

Цель и задачи работы. Перед автором стояла цель разработать теоретические основы, программное обеспечение, полевые методики и способы интерпретации для дифференциально-нормированной электроразведки при изучении поляризуемости горных пород применительно к задачам нефтегазовой геологии.

Основные задачи:

- разработать новый метод изучения вызванной поляризации по вертикали геологического разреза на основе анализа кривых зондирования нескольких дифференциально-нормированных параметров;

- оценить информативность и разрешающую способность предложенного подхода при изучении параметров поляризации разреза;

- разработать методику полевых измерений ДНМЭ;

- разработать программное обеспечение, включающее решение прямой и обратной задачи электроразведки для горизонтально-слоистых поляризующихся сред применительно к ДНМЭ, которое служило бы основой для обработки и геологической интерпретации полевых материалов;

- провести геологическую интерпретацию полевых наблюдений, выполненных в разных геологических условиях.

Фактический материал и методы исследования. Закономерности пространственного и временного распределения неустановившихся электрических полей над поляризующимися средами изучались с позиций основных положений электродинамики и электрохимии. Теорети-

ческие построения базировались на результатах математического и имитационного моделирования. Расчеты полей над горизонтально-слоистыми поляризующимися разрезами выполнены по созданной автором программе "Байкал"'. Двух - и трехмерное моделирование без учета ВП проведено по программе Maxwell В.Л. Друскина. Геологическая интерпретация ДНМЭ выполнена более чем для 7000 физических точек, записанных на различных исследованных площадях в странах СНГ и за рубежом. Для интерпретации использовался программный комплекс "Байкал", разработанный автором. При анализе полученных материалов использовались различные способы статистической обработки.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработан новый способ непосредственного разделения сигналов электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Доказана возможность раздельного изучения ВП гальванического и индукционного происхождения.

2. Изучены и оценены разрешающая способность и чувствительность предлагаемого ДНМЭ к параметрам поляризации разреза, определены типы эквивалентности и пределы их действия при изучении поляризующихся сред.

3. Показано, что локальные экстремумы целевых функций для электрического поля и его нормированных производных пространственно разнесены, что позволяет оптимизировать процесс решения обратной задачи.

4.В результате интерпретации полевых материалов ДНМЭ на ряде площадей различных нефтегазоносных провинций выяснено, что картируемые аномалии ВП хорошо коррелируются в плане с залежами углеводородов. Критерием выделения этих аномалий является увеличение коэффициента поляризуемости т|, уменьшение времени релаксации х и, при определенных условиях, уменьшение показателя степени с. Показано, что аномалии ВП приурочены обычно ко второму (иногда к третьему) геоэлектрическому слою, находящемуся ниже первого регионального водоупора.

Практическая ценность исследований

материалов позволяет резко снизить влияние на измерения близповерх-ностных геоэлектрических неоднородностей без ослабления и искажения отклика от глубинных слоев разреза. Выданы рекомендации по выбору картируемого параметра, геометрии установки и временного диапазона исследований в зависимости от конкретных геолого-геофизических. условий.

2. Разработаны алгоритмы обработки и количественной интерпретации полевых материалов ДНМЭ на базе созданного автором программного комплекса "Байкал".

3. Показана высокая геологическая эффективность разработанного подхода. Результаты выверки материалов ДНМЭ с данными бурения доказывают существование несомненной связи между выделяемыми аномалиями и залежами У В.

Защищаемые положения.

1. Использование предложенного в ДНМЭ подхода дает возможность непосредственного разделения сигналов электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Начиная с некоторого момента времени спада, это разделение осуществляется автоматически, уже на этапе измерения, безотносительно к виду использованной для описания временной зависимости ВП функции и не требует априорных знаний о разрезе. Совместный анализ кривых зондирования дифференциально-нормированных параметров (ДНП), выполненный на разных разносах, позволяет раздельно изучать ВП гальванического и индукционного происхождения.

2. По сравнению с традиционной электроразведкой ДНМЭ обладает заметно более высокой информативностью исследований поляризующихся сред. Это связано с более узким диапазоном проявления принципа эквивалентности и более высокой чувствительностью к поляризационным параметрам разреза.

3. Разработанное программное обеспечение, включающее прямую и обратную задачи геоэлектрики применительно к ДНМЭ, позволяет осуществлять количественную интерпретацию наблюденных кривых и оценивать точность определения параметров геоэлектрического разреза. Решение обратной задачи основывается на совместной минимизации функционалов отклонений кривых зондирования поля и его нормированных пространственных и временных производных.

4. Результаты, полученные при применении ДНМЭ в ряде нефтегазоносных провинций России, стран СНГ и за рубежом, убедительно доказывают возможность успешного применения метода для выделения и оконтуривания залежей УВ в различных геоэлектрических условиях. Выделяемые аномалии с высокой вероятностью совпадают в плане с залежами углеводородов и в большинстве случаев подтверждаются глубоким бурением.

Реализация результатов работы. ДНМЭ с успехом использовался в производственных партиях ГГП "Иркутскгеофизика", "Сахалин-геофизразведка", "Ленанефтегазгеология", "Архангельскгеология", " Оренбурггеология", в ЦГЭ Миннефтепрома, в тресте "Татнефтегеофи-зика". Кроме того, проведены успешные полевые испытания на шельфе Черного моря ("Южморгео") и в Луковитской депрессии (Болгария). Разработанная технология закуплена геологической службой Китая (5 м геологическая контора Министерства геологии и природных ресурсов КНР). Успешно проведены работы по заказу ОАО "ЛУКойл" в Калининградской области. Результаты работ использовались для выделения аномалий типа залежь (АТЗ) и уточнения их границ. В настоящий момент подписаны договора о проведении полевых исследований ДНМЭ с предприятием "Ямбурггаздобыча" (дочернее предприятие РАО "Газпром") на территории Обской и Тазовской губы, Комитетом природных ресурсов по Еврейской автономной области и др.

Интерес нефтегазопоисковых (а в последнее время - и добывающих) организаций к ДНМЭ определяется его высокой геологической эффективностью. Для ряда площадей центральной части Непского свода Сибирской платформы соотношение "успех/неудача" составляет 63/ 2, а для случаев, когда работы проводились с опережением бурения - 43/ 2. Результаты работ ДНМЭ только на Верхнечонской, Вакунайской, Иг-нялинской и Куландинской площадях многократно окупили все затраты на разработку метода и на проведение полевых исследований. Кроме того, получены ценные геологические результаты в ряде других нефтегазоносных провинций.

тивы развития воздушных, наземных и наземно - скважинных методов электроразведки при поисках и оконтуривании залежей углеводородов" (Москва, 1990); на всесоюзной конференции "Состояние и перспективы развития нефтяной и глубинной электроразведки" (Москва, 1991); на всероссийской конференции "Перспективы применения электроразведки при поисках нефтегазовых месторождений" (Новосибирск, 1992); на международной геофизической конференции и выставке (С.-Петербург,

1995); на международной геофизической конференции "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" (С. Петербург,

1996); на ХХХ_0М международном геологическом конгрессе (Пекин, 1996); на конференции "Перспективы нефтегазоносности Приморья и прилегающих территорий" (Владивосток, 1997); на всероссийской конференции по применению несейсмических методов поисков и разведки залежей углеводородов на суше и шельфе России (Москва, 1997), на межвузовских научно-практических конференциях (Иркутск, 1996 и 1997), на научно-методическом семинаре "Геологическое строение юга Сибирской платформы и эффективность применения электроразведочных методов" (Красноярск, 1997)на III международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1997), на международной геофизической конференции и выставке (Москва, 1997).

Выполненные разработки защищены двумя авторскими свидетельствами. По теме исследований имеется 24 публикации, включая монографию.

Материалы диссертации включены в курс лекций, прочитанных автором в ИрГТУ студентам, обучающимся по специальности "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых".

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы 198 страниц машинописного текста, включая 14 таблиц и 69 иллюстраций. Список литературы имеет 219 наименований.

Личный вклад автора. Исследования, положенные в основу диссертации, были выполнены при непосредственном участии автора на всех этапах, начиная от постановки задачи и вплоть до практической реализации результата. Автор занимался разработкой теории метода, методики полевых наблюдений, адаптацией ее к конкретным геоэлект-

рическим условиям ряда площадей, непосредственно проводил ряд опытных работ, осуществлял геологическую интерпретацию результатов наблюдений и разрабатывал необходимое для этого программное обеспечение. Большой вклад в развитие метода внесли сотрудники ГГП "Иркутскгеофизика к.г.-м. наук Н. И. Рыхлинский, В.Н. Алаев, сотрудники ЦГЭ к. г.-м. наук В.П. Бубнов и В.Т. Зюзин. Совместная работа и общение с ними оказало значительное влияние на формирование изложенных в работе представлений.

Большая заслуга в развитии и становлении нового метода принадлежит главному геологу ГГП "Иркутскгеофизика", д.г.-м. наук, академику РАЕН, профессору М.М. Мандельбауму, на протяжении ряда лет неустанно оказывающему помощь и поддержку.

Особую признательность автор выражает заведующему кафедрой прикладной геофизики и геоинформатики ИрГТУ, академику РАЕН, профессору Г.С. Вахромееву за постоянную поддержку и помощь, ценные советы и консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Область исследований и проблематика дифференциально-нормированной электроразведки

Использование высших производных давно известно в геофизике вообще и в электроразведке в частности. В дивергентной электроразведке (Сапужак Я.С.) регистрируются вторые производные потенциала (А2Ц), предусмотрена возможность получения производных и более высокого порядка. Нормировка при этом осуществляется на силу тока источника; в некоторых случаях используется нормировка на среднее значение кажущегося сопротивления на профиле или площади. Несколько отличающийся способ дифференцирования электрического потенциала использован в методе ИЖ ("индикатор жил"), который применялся еще в 30-Ь1е - 40-ь,е годы. Регистрировалось отношение разностей потенциалов АЦ^/ЛИг на двух приемных линиях. Очевидно, что отсюда легко можно получить отношение второй разности потенциалов к первой. Основной задачей дифференциальных методов являлось изучение геологических неоднородностей, особенно на небольших глубинах.

Альпин Л.М., при разработке дивергентного каротажа скважин, применял нормировку второй разности потенциалов на потенциал удаленного электрода (A2U/U). Рыхлинский Н.И. предложил непосредственно регистрировать отношение A2U/AU применительно сначала к каротажу, а затем и для наземно-скважинных наблюдений. Наконец, им же была сделана попытка использования дифференциально-нормированного параметра (ДНП) A2U/AU при наземных наблюдениях в нефтегазоносном районе. Основная задача метода первоначально виделась как выделение "тонких" особенностей строения осадочного чехла (литоло-гические замещения пород, водонефтяной контакт, газонефтяной контакт, погребенные разломы и т.д.). Говоря другими словами, метод изначально предназначался для картирования границ геоэлектрических нео-днородностей, к которым интегральные методы электроразведки слабочувствительны.

Но при полевой апробации метода в режиме переходных процессов с использованием дипольно-осевой установки были получены результаты, заставившие полностью пересмотреть его идеологию. Было обнаружено, что предлагаемый подход прекрасно приспособлен для изучения поляризационных свойств разреза. Многие проблемы, трудноразрешимые или неразрешимые вовсе при традиционном подходе к изучению аномалий вызванной поляризации (ВП), в ДНМЭ находили естественное решение.

В отличие от рассматриваемой в методах сопротивлений сплошной однофазной у(хв-среды (обозначение С.М.Шейнмана), метод ВП изучает двухфазную твердо - жидкую среду. Принципиальное отличие заключается в том, что среда y|iS - модели сплошная, может быть вполне однородной и накапливает энергию на атомно-молекулярном уровне. В двухфазной среде накопление и возврат энергии происходит на макроскопическом уровне, на границах раздела фаз.

Большой вклад в развитие метода ВП внесли отечественные ученые В.А.Белаш, Ю.П.Булашевич, Б.И.Геннадинник, В.Н.Дахнов, А.П. Карасев, ВА.Комаров, С.Г.Комаров, В.В.Кормильцев, А.В.Куликов, А.С.Поляков, А.В.Постельников, Н.И.Рысс, Г.П.Саковцев, А.С.Семенов, С.М. Шейнман, М.И.Эпов и многие другие. Из крупных зарубежных ученых, труды которых сыграли большую роль в развитии метода ВП, отметим В.Бухгейма, О.Вейса, К.Зонге, Д.Маршалла, Т.Мэддена,

М.Мюллера, Г.Сигела, Д.Уэнта, Р.Шуми.

Феноменологический анализ многочисленных экспериментальных данных и полевых наблюдений, выполненных многими исследователями, позволил В.А.Комарову обобщить основные положения, касающиеся закономерностей процесса поляризации для электронных и ионных проводников. В.В.Кормильцев провел исследование процессов вызванной поляризации, используя теорию перенапряжения и электрокинетические свойства капиллярных систем. В отличие от рассмотренных теорий, базирующихся на решении задач электрохимии и химической кинетики, Б.И. Геннадиник предложил модель процесса ВП, основанную на законах термодинамики и действующих масс.

Наиболее полно явление вызванной поляризации горных пород исследовано С.М.Шейнманом. В 1969 году он показал, что причиной явлений, известных как вызванная поляризация, является многофазность пород и разработал теорию переменных полей в двухфазных (ДФ) твердо-жидких средах.

А.В.Куликов вводит понятие немгновенной связи между векторами плотности тока j и напряженности электрического поля Е, которая формально может быть представлена в виде интеграла временной свертки и учитывается введением комплексной частотно-зависимой удельной электропроводности среды.

Для описания частотной зависимости электропроводности предложено несколько моделей, наиболее распространенной из которых является модель Cole-Cole. Эта модель была первоначально предложена R.Cole и K.Cole в 1941 году для объяснения комплексной частотной зависимости диэлектрической проницаемости. Для описания удельной электропроводности модели используется следующая формула:

где с 0- удельная электропроводность на бесконечной частоте; г| - коэффициент поляризуемости; ю - круговая частота; т - постоянная времени; с - показатель степени, меняющийся от 0 до 1.

В последние годы в развитии электроразведки четко прослеживаются две основные тенденции. Первая основана на классическом подходе к изучению диспергирующих сред и опирается на разработки но-

вых программных алгоритмов, позволяющих проводить численное моделирование ранее недоступных моделей.

Примером является разработанная под руководством М.И.Эпо-ва программа "СироГ', позволяющая получать решение для трехмерно-неоднородных поляризующихся сред с пологими границами. Несмотря на существенные ограничения, налагаемые на параметры разреза (что связано в первую очередь со сложностью задачи), появление этой программы впервые позволило численно оценить отклик от поляризующихся горизонтально-неоднородных сред.

Второе направление связано прежде всего с развитием высокоразрешающей электроразведки (ВРЭ), использующей зондирования становлением поля. Термин "высокое разрешение" используется здесь в смысле выделения маломощных слоев геоэлектрического разреза, действие которых проявляется в форме слабых, но быстрых флюктуаций поля становления и не может быть объяснено в рамках классической теории квазистационарного электромагнитного поля. Для объяснения природы высокочастотных гармоник поля становления предлагается перейти от диффузионной модели электромагнитного поля к квазиволновой. Б.С.Световым показано, что некоторые из экспериментально наблюденных особенности кривых становления поля могут быть объяснены влиянием поляризуемости горных пород.

Хотя о наличии аномалий ВП над залежами УВ известно давно, общепризнанной теории, объясняющей их возникновение, пока не сложилось. О природе аномалий ВП над залежами У В высказывался целый ряд гипотез. Наиболее распространенная из них связывает наблюдаемые аномалии с развитием в зоне рассеивания углеводородов над залежью вторичной эпигенетической пиритизации.

Для оценки наличия и степени проявления этого фактора на Верхнечонской площади Непского свода Сибирской платформы были обобщены и проанализированы данные по содержанию пирита в керне ряда скважин. Выяснилось, что повышенная пиритизация пород над залежью действительно имеет место, но она не может рассматриваться ни как единственный, ни даже как основной фактор. Отметим три основных причины. Первая - известны случаи, когда на участках с повышенным в несколько раз относительно фоновых значений содержанием пирита аномальный поляризационный отклик не фиксируется. Вторая -

на ряде месторождений в керне скважин сульфиды не обнаружены, в то же время над залежью нефти уверенно отмечаются аномальные эффекты ВП. Третья причина связана с результатами интерпретации полевых материалов. Практически на всех месторождениях, где проводились наши исследования, отмечено уменьшение времени релаксации х в зоне аномалии ВП над нефтегазовыми залежами. Отметим, что такой же результат независимо получен и другими исследователями (Занадворов Н.П, Лисицин Е.Д., Петров A.A.)..

Более реальная гипотеза, с точки зрения автора, предложена американским геофизиком Пирсоном. По Пирсону, электрохимические особенности горных пород в области развития и распространения нефтегазовых залежей предопределяют появление специфических источников электрического поля (типа "топливных элементов"), которые создают электрсггеллурические токи. Непосредственно над источниками таких электрических полей наблюдается более восстановительная среда. Одно из основных положений концепции С.Д. Пирсона - наличие восстановительной обстановки в зоне непосредственного влияния углеводородов над залежью. Сейчас это можно считать установленным фактом. С физической точки зрения восстановительная среда означает превышение числа анионов над числом катионов. В электрохимии эта ситуация достаточно хорошо изучена. Одно из следствий - смещение ^-потенциала влево, вплоть до отрицательных значений. Зависимость поляризуемости от ¿^-потенциала описана И.И. Рокитянским. Показано, что в отрицательной области ¿^-потенциала наблюдается экспоненциальный рост поляризуемости, что может оказаться достаточным для объяснения наблюдаемых аномальных эффектов.

Общий обзор проблем, встающих перед геофизическими методами, применяемыми в нефтегазовой геофизике, дан О.К.Кондратьевым (1997). Основные трудности при поисках нефти и газа для наземной геофизики связаны с тремя факторами: малой мощностью продуктивного горизонта, большой глубиной его залегания и слабой контрастностью его физических параметров по сравнению с окружающими породами. Кроме того, в разрезе имеется множество других, непродуктивных горизонтов, обладающих подобными геофизическими характеристиками. Сопоставление разрешающей способности сейсмо- и электроразведки убедительно свидетельствуют о существенно более высоких возможнос-

тях сейсморазведки для решения структурных задач.

Понимая это, некоторые электроразведчики направляют усилия на создание такого комплекса с сейсморазведкой, при котором сейсморазведка решала бы структурные задачи, а электроразведка делала попытку "наполнения" этих структур, используя в качестве объекта поиска не саму углеводородную залежь, а намного более значительный по объему "столб" вторично измененных под ее воздействием пород.

Дифференциально-нормированная электроразведка - далеко не первая попытка в геоэлектрике решить проблему прямых поисков залежей углеводородов, основываясь на изучении аномалий ВП. Многочисленные примеры использования процессов вызванной поляризации для поисков и разведки месторождений нефти и газа широко известны. Противоречивая оценка их эффективности вытекает из нестабильности получаемых геологических результатов и связана не с отсутствием физико-геологических предпосылок использования эффектов ВП для непосредственного прогнозирования залежей, а с рядом внутренних проблем геоэлектрики, трудноразрешимых в рамках традиционного подхода.

Основная из них связана с неопределенностью в отношении природы регистрируемого сигнала. В большинстве нефтегазоносных районов осадочный чехол имеет достаточно большую проводимость, и временные диапазоны AUBn и Лишд перекрываются, существующие же способы их разделения несовершенны. Так, известный американский специалист по геоэлектрике Уэйт прямо характеризует эту одну из стержневых проблем как нерешенную. Основным приемом является искусственное ограничении временного или частотного диапазона исследований. При изучении ВП измерения проводятся на таких временах, где для данной установки процессами электромагнитной индукции можно пренебречь. Но при изучении поляризующихся разрезов количество картируемых параметров возрастает в 2.5 раза (к удельному сопротивлению и мощностям пластов добавляются их коэффициенты поляризуемости, времена релаксации и показатели степени, пользуясь терминами модели Cole-Cole), и сужение временного (или частотного) диапазона исследований приводит к недостаточной информативности. Так, в методе ЧЗ-ВП, безусловным достоинством которого является совместное рассмотрение индукционных и поляризационных процессов, в качестве интерпретируемого параметра поляризации выступает только один - фш,

рассчитываемый для всего осадочного чехла. Послойного его определения (не говоря уже о картировании всех параметров поляризации) не производится.

Основные проблемы исследования поляризующихся сред связаны с недостаточной информативностью существующих подходов к их изучению и во многом обусловлены нерешенностью основного вопроса - о разделении электродинамических и поляризационных эффектов в широком временном (или частотном) диапазоне.

Характерной чертой почти всех исследований, посвященных этой проблеме является акцент на изучении временных характеристик поля -скорости спада и ее изменения со временем, а для некоторых установок и смены знака переходного процесса.

Основная цель настоящих исследований заключалась в разработке способа изучения поляризующихся разрезов, свободного от указанных ограничений. Эта цель достигается последовательным развитием основной идеи ДНМЭ - рассмотрения пространственно временной структуры неустановившегося электрического поля над поляризующимися разрезами как единого целого.

2. Теоретические основы дифференциально-нормированной электроразведки

Для простейших случаев аналитически, а для более сложных -численным моделированием показано, что при увеличении времени спада вихревые токи стремятся к равномерному распределению в среде. Это вытекает из того факта, что их распространение описывается уравнением диффузии. Сформируем параметр, реагирующий на пространственную неоднородность поля, и будем рассматривать его изменения со временем:

1 Щ+ЫГг А и К)

Здесь Аи1 и Ди2 - разности потенциалов на приемных линиях ОМ и ОИ для дипольно-осевой установке, показанной на рисунке 1.

Рис. 1. Формирование параметров ДНМЭ

Для неполяризующихся сред Рг при увеличении времени спада будет асимптотически стремится к нулю. Численное моделирование показало, что это будет выполняться для любых сред, в том числе трехмерно-неоднородных.

Характер распределения в среде токов ВП и его изменения со временем будет принципиально иным. Будем рассматривать только линейные по отношению к поляризующему току процессы ВП. В большинстве случаев подавляющая часть ЭДС ВП создается прямым гальваническим током пропускания. Это следует из того факта, что его плотность много выше, чем у вихревых токов, которые к тому же быстро спадают со временем. Плотность постоянного тока падает при удалении от источника как 1/г3. Поскольку ЭДС ВП в любой момент времени пропорциональна плотности поляризующего тока, то о пространственной однородности поля ВП (на любых временах спада) говорить не приходится. В любой точке пространства поле ВП с течением времени монотонно спадает от первоначального значения до нуля, причем скорость спада зависит только от свойств среды (в терминах модели Cole-Cole -времени релаксации х), а не от взаимного расположения источника и приемника поля.

Для поляризующихся разрезов с течением времени Р, стремится к отличной от нуля горизонтальной асимптоте. Левая, нисходящая ветвь кривой связана с индукционным, а правая, восходящая - с поляризационным эффектами. Появление восходящей ветви кривой связано с пространственной неоднородностью полей ВП, существующей на любом времени спада.

Если поляризующийся пласт возбуждается индуктивно, то на-

блюдается иная картина. При появлении низкоомного слоя высокой поляризуемости под непроводящим экраном кривые Р5, начиная с некоторого, достаточно большого разноса, существенно меняются. Наблюдается их смещение в отрицательную область, а правая, восходящая ветвь становится пологой, почти горизонтальной. При дальнейшем увеличении разноса все сильнее проявляется роль гальванического возбуждения - кривые вновь смещаются в положительную область, но скорость возрастания правой ветви не увеличивается.

Такое поведение кривых легко объяснимо. Пространственное распределение токов ВП определяется распределением поляризующего тока. Плотность гальванического тока при удалении от источника убывает. Индукционная же компонента с течением времени стремится к равномерному распределению в среде; соответственно, наблюдается и близкое к равномерному распределение и у созданных ею токов ВП.

Одна из основных проблем любого метода электроразведки -определение пределов действия принципа эквивалентности; в том случае, когда они достаточно широки, применение метода зачастую становится нецелесообразным. Электрические свойства каждого слоя описываются в ДНМЭ 4 различными параметрами (используя термины, принятые в модели Cole-Cole) -р, Г|, т и с, в то время как традиционные методы изучения ВП используют обычно два параметра: р и г|. Очевидно, что увеличение числа вводимых в рассмотрение параметров приводит к заметному расширению пределов действия принципа эквивалентности. Для решения возникающих при этом проблем в методе применяются наряду с пространственными и временные производные (в их заданных сочетаниях); кроме того, использование временных производных позволяет значительно поднять чувствительность метода к изменениям геоэлектрических свойств разреза.

Основная идея примененного здесь подхода следующая. Связь параметра Р: с традиционно используемыми параметрами рк и г|к может быть описана следующим образом:

ДЕВП/ EBn«d In Лк +d In рк +d In 1/k, (3) где к - геометрический коэффициент установки. Если сформировать параметр AfAEg^^Egp (где At обозначает конечную разность по времени), то для него аналогичным образом можно написать:

At АЕВП/ At EBn~d Atln r|k +d In pk +d In 1/k, (4) Для разности (3) и (2) (обозначим ее D(p) получим:

D<p = din— (5)

Лк

Физический смысл Dcp станет ясным, если вспомнить, что переходная характеристика может быть поставлена в соответствие вещественной, а ее производная по времени - мнимой части частотной характеристики [В.А.Комаров]. Dcp можно рассматривать как дифференциально-нормированный аналог фазовой характеристики поляризующихся тел.

Применяемое в методе сочетание временных и пространственных производных поля становления позволяет резко поднять информативность метода при изучении поляризующихся сред. Это связано как с более узкими пределами действия принципа эквивалентности, так и с большей чувствительностью интерпретируемых параметров к геоэлектрическим характеристикам разреза, в первую очередь поляризационным.

При учете частотной дисперсии сопротивления пределы эквивалентности значительно возрастают. Так, для разрезов типа Н, где наблюдается эквивалентность по S2, при введении поляризуемости первого слоя (г|=2 %) для дипольно-осевой электрической установки они расширяются более чем в 2 раза. Причина этого заключается в том, что регистрируемое поле теперь содержит не только электродинамическую, но и поляризационную компоненту, и доля той части вихревых токов, которая отражает свойства второго слоя, в общем потоке информации будет меньше. Дифференциально-нормированные параметры сконструированы таким образом, что вклад индукционной и поляризационной компонент суммарного поля проявляется в них различным образом. В данном случае это приводит к тому, что пределы эквивалентности для поляризующегося и неполяризующегося разрезов в ДНМЭ практически не меняются.

Кроме того, для поляризующихся сред возникают 2 новых вида эквивалентности. Эквивалентность первого рода связана с параметрами поляризации тех или иных пластов (в терминах модели Cole - Cole -г|, т и с). При достаточно малом соотношении ВП/электродинамика она будет проявляться даже для однородного полупространства. Можно по-

добрать ряд моделей, практически не отличающихся по удельному сопротивлению, но с резко различными поляризационными параметрами, для которых отличие кривых спада А 11(1) не будет превышать первых процентов. В ДНМЭ эквивалентность такого рода также присутствует, но пределы ее действия в несколько раз меньше.

Другой тип эквивалентности возникает между поляризационными характеристиками (г|, х и с) и удельным сопротивлением р (либо проводимостью 8=Н/р) тех или иных слоев. Предельным случаем является близость кривых ДЩ) над разрезами, отличающимися наличием поляризующихся пластов. При использовании дифференциально-нормированных параметров в большинстве случаев проявления такого рода эквивалентности практически не заметно.

Важным преимуществом ДНМЭ является повышенная чувствительность к изменению геоэлектрических параметров разреза, в первую очередь поляризационных. Результаты моделирования над рядом многослойных разрезов показали, что точность их определения выше в 3 - 8 раз по сравнению с Д1Д1:) (при условии сопоставимой точности наблюдений).

Необходимо подчеркнуть, что любые теоретические построения, основанные на изучении временной зависимости ВП, нельзя рассматривать как абсолютно достоверные. Отсутствие (или наше незнание - на современном этапе) универсального временного закона ВП влечет за собой некоторую неадекватность полученных результатов, так как мы уже в самом начале пути обрекаем себя на неизбежное несоответствие наших построений истинному положению вещей. Тем не менее, другого пути к количественной оценке параметров поляризуемости разреза нет.

Формулируя критерии применимости в ДНМЭ той или иной модели ВП (и, соответственно, того или иного временного закона ВП), мы опирались на следующие основные положения системного подхода:

1. Соответствие экспериментально полученным материалам;

2. Соответствие основным законам электрохимии и электродинамики;

3. Широкий спектр эвристических возможностей, позволяющих экспериментальную проверку.

При выполнении этих требований вопрос о "правильности" или "неправильности" модели снимается как несущественный.

При построении теории ДНМЭ использовалась в основном модель Cole-Cole.

Использование этой модели позволило решить следующие задачи:

1. Получено объяснение наблюдаемой V-образной формы кривых зондирования Рр появление восходящей ветви на которых связывается с действием эффектов ВП.

2. В общем виде устанавливается зависимость типа кривых от геоэлектрических характеристик разреза.

3. Установлена зависимость типа кривых от геометрии установки.

4. Решается вопрос о глубинности исследований.

5. Полученные результаты моделирования ориентируют на обоснованный ( с точки зрения изучения именно поляризационных характеристик разреза) выбор геометрии установки и временного диапазона исследований.

6. Оценены пределы действия принципа эквивалентности для разных разрезов.

7. Оценена чувствительность метода к определению поляризационных характеристик среды.

Опыт работ показал, что в большинстве случаев использование модели Cole-Cole не противоречит полевому эксперименту. Следовательно, ее применение можно считать оправданным. Безусловным достоинством модели является сравнительная простота, что облегчает ее использование при численном моделировании.

Метод основан на дифференцировании полей. Известно, что любые операции, связанные с дифференцированием, приводят к резкому усилению создаваемых высокочастотных помех, создаваемых близ-поверхностными геоэлектрическими неоднородностями. Применяемая в ДНМЭ методика измерений и обработки позволяет практически полностью скомпенсировать влияние как локальных геоэлектрических нео-днородностей верхней части разреза (ВЧР), так и неровностей рельефа местности и погрешностей геометрии установки.

Идея, предложенная В.Т.Зюзиным по аналогии с используемой в методе дипольного зондирования (ДЗ), заключается во введении в качестве основного суммарного интерпретационного параметра, который

определяется как результат сложения измерений взаимно-встречными установками. Показано теоретически и подтверждено математическим моделированием и опытом полевых работ, что применение этого простого алгоритма позволяет практически полностью исключить искажения от локальных объектов, находящихся в некоторой е-окрестности измерительной установки. При этом нужный эффект достигается без ослабления и искажения отклика от глубинной части разреза.

В случае, если латеральные размеры трехмерных геоэлектрических неоднородностей сопоставимы с размерами установки, их влияние может приводить к искажению кривых зондирования дифференциально-нормированных параметров (ДНП). В этом случае рекомендуется проводить многокомпонентные наблюдения, используя тот факт, что ДНП можно представить в виде некоторого тензора 2 ранга[В.П.Буб-нов]:

АЁ г -,

~Ё = IР1 (6>

Определенный теоретический интерес представляет исследование чувствительности и разрешающей способности ДНП к латеральным геоэлектрическим неоднородностям разреза. Эти исследования могут иметь и некоторую практическую ценность в том случае, если сами эти неоднородности являются предметом поиска (например, кимберли-товые трубки). Очевидно, что наилучшим образом отклик от таких объектов будет проявляться при возбуждении среды таким источником, структура поля которого в горизонтально-слоистой среде одномерна (плоская волна, длинная линия), поскольку в этом случае значения ДНП для осе-симметричных сред будут равны нулю. Ненулевые значения появятся только вблизи границ неоднородности. Результаты математического моделирования показывают, что оптимальным параметром для картирования этих границ является следующая трансформанта параметра Р1:

РД=Р1<П_Р1(2) (7)

где Р^ и Р1<2) - значения Р на разных временах спада (или частотах возбуждения - при работе в частотной области), отвечающие различным глубинам проникновения поля.

Результаты моделирования доказали перспективность использования ДНМЭ для выделения краевых эффектов от субвертикальных

границ раздела. Моделирование проводилось В.П. Бубновым с использованием программы MAXWELL ( автор - Друскин В. JI.) для неполяри-зующихся двумерных разрезов.

Показано, что краевые участки неоднородностей (погруженных пластин) выделяются интенсивными аномалиями, амплитуда которых многократно превосходит погрешность наблюдений. При этом существует возможность осуществить глубинную привязку (скин - эффект) каждого из расположенных друг над другом аномалеобразующих объектов даже в том случае, если в разрезе присутствуют несколько неоднородностей при условии их достаточной контрастности по электропроводности с вмещающими породами. Это объясняется достаточно узким частотным диапазоном, в котором в параметре РА проявляется отклик от латеральных геоэлектрических неоднородностей.

На основании моделирования сделан вывод о том, что для решения определенных геологических задач представляется целесообразным использовать комплексирование методов электроразведки, основанные на традиционном подходе, с ДНМЭ. По кривым рт можно получать информацию о электропроводности разреза в общих чертах, а по кривым Рд - о наличии и местоположении краевых участков геоэлекгрических неоднородностей.

3. Создание программного обеспечения

Информативность метода определяется его способностью картировать геоэлектрические параметры разреза и зависит в первую очередь от диапазонов проявления эквивалентности и чувствительности к изучаемым параметрам. Заранее рассчитать пределы эквивалентности для различных поляризующихся разрезов (даже наиболее типичных, как это сделано А.М.Пылаевым в методе ВЭЗ) крайне сложно и вряд ли целесообразно вследствие как резкого увеличения количества параметров (в 2.5 раза), так и проблематичности однозначного сопоставления измерений с установками различной геометрии. Связано это в первую очередь с тем, параметр Pj не подчиняется принципу суперпозиции в силу нелинейности операции деления на AU.

Представляется более целесообразным создать инструмент, с помощью которого можно проводить количественную интерпретацию

материалов и оценивать доверительные интервалы определения геоэлектрических параметров для установок заданной геометрии на конкретных площадях. Эту роль играет программа решения обратной задачи ДНМЭ, описанная в главе 3.

Ранее рядом авторов уже отмечалось, что задача интерпретации электромагнитных зондирований над поляризующимися средами в их современной постановке принципиально неоднозначна [Б.С.Светов, В.В.Агеев, Н.А.Лебедева]. Делается вывод, что для достижения единственности решения необходимо получение дополнительной информации - комбинирование зондирования становлением поля с дистанционными зондированиями, использование различных способов возбуждения и приема поля и разных форм возбуждающих токовых импульсов.

Привлечение дополнительной информации возможно и путем совместного анализа кривых становления поля и его нормированных пространственных и временных производных, как это реализовано в ДНМЭ.

Для геологической интерпретации применяется программа решения обратной задачи, входящая в программный комплекс "Байкал". При разработке алгоритма обратной задачи автор опирался на существующие способы ее решения, достаточно широко описанные в литературе [Гольцман Ф.М., Куфуд О., Порохова Л.Н., Эпов М.И., Яновская Т.Б. и ДР-]-

В качестве способа решения выбран метод подбора. В рамках этого метода обратная задача формулируется не как поиск неизвестных параметров р, а как поиск поправок Ар к некоторому нулевому приближению р(0). Для нахождения решения р с заданной точностью используется метод последовательных приближений, т.е. задача решается итерационно. Такой подход позволяет линеаризировать обратную задачу.

Для введения обратной задачи в класс условно-корректных (по А.Н. Тихонову) пространство возможных решений Р ограничивается гаким подпространством рсР, при котором выполнялось бы условие устойчивости решения. Повышение устойчивости возможно как за счет уменьшения общего количества определяемых параметров (закрепление отдельных параметров или уменьшения числа слоев), так и за счет ограничений на возможные пределы изменений параметров. Основным при-гмом выделения такого подпространства является учет априорной гео-

лого-геофизической информации.

Оценка качества решения производится в рамках информационно-статистического подхода [Ф.М. Гольцман, Л.Н. Дорохова]. Строится ковариационная матрица И совместных оценок параметров, которая в точке решения будет совпадать с обратной к информационной матрице Фишера. Диагональные ее члены И., имеют смысл дисперсий соответствующих оценок параметров р., что в предположение о нормальном их распределении, справедливое при достаточно большой выборке, позволяет вычислить доверительные пределы значений параметров. Преобразовав ковариационная матрица Ы в корреляционную г, можно в явном виде оценить корреляционные связи между оценками параметров р; и р^.

Если гц близко к нулю (изменения параметров р; и pj по разному сказываются на поле у), то соответствующие параметры могут быть определены раздельно, поскольку их связь мала. Если же модуль гу близок к единице, то раздельное определение параметров р; и р^ затруднено: в этом случае мы сталкиваемся с проявлением того или иного вида эквивалентности.

При малой выборке исходных данных, а также при наличии сильных корреляционных связей между параметрами представлять доверительную область с помощью доверительных интервалов неправомерно. В этом случае для оконтуривания области допустимых решений и определения точных границ области эквивалентности рекомендуется использовать методы "ежа" или Монте-Карло. Применительно к ДНМЭ, однако, эти методы требуют столь больших затрат; машинного времени, что реализовывать их на современных персональных компьютерах нецелесообразно.

Решение обратной задачи можно представить как поиск экстремума в многомерном пространстве параметров. Рельеф целевой функции, достаточно сложный и для неполяризующихся разрезов, с введением частотно-зависимого сопротивления еще более усложняется - в дополнение к существующим оврагам и хребтам с котловинами появляются новые и, что более критично, возникают локальные минимумы. Учитывая, что нулевое приближение может находиться достаточно далеко от точки решения, возникает реальная опасность "застревания" в них.

На помощь приходит понимание физического смысла задачи. Показано, что у поля Ли и его нормированных производных различное

соотношение ВП/электродинамика. Отличие проявляется почти во всем временном интервале, но наиболее заметно на достаточно больших временах спада. Это приводит к тому, что весовой вклад различных параметров разреза в AU, с одной стороны, в Р}, с другой, и в /)ф , с третьей заметно отличен. Следствием этого является различный рельеф целевой функции и, в большинстве случаев, пространственная разнесенность их локальных минимумов. Таким образом, при попадании в локальный минимум можно переключиться с одной минимизируемой функции на другую и продолжить процесс итераций. Совпадение минимумов целевых функций AU, Р} и Dcp будет наблюдаться, как правило, только вблизи точки решения (по условию постановки задачи).

Таким образом, последовательная минимизация целевых функций для Р, , AU и Dcp позволяет получить решение задачи. Выход из цикла предусмотрен либо по достижению заданной невязки целевой функции, либо при ее стабилизации.

После завершения цикла минимизируется функционал, построенный одновременно для всех составляющих целевой функции (Р:, AU и D(p). Перед выходом из программы производится оценка точности решения (рассчитываются ковариационная матрица R и корреляционная матрица г).

Алгоритм минимизации функционала отклонений определяется сложным характером рельефа целевой функции. В программе реализован известный метод оврагов. При попадании на дно оврага сходимость процесса итераций настолько замедляется из-за необходимости использования малых приращений параметров, что продолжать его становится нецелесообразным. Метод оврагов позволяет пройти вдоль оврага к котловине. В качестве основного способа минимизации выбран метод тсевдообращения как наиболее общий и информативный [Порохова JI.H., Яновская Т.Б.] в линеаризированных задачах.

Программа написана на языке BORLAND PASCAL (версия 7.01) i занимает около 700 кбайт на жестком диске (исполняемый модуль вме-;те с подключаемыми библиотеками); кроме того, около 3-4 мбайт за-шмагот массивы коэффициентов. Для работы программы требуется не ленее 4 мбайт оперативной памяти. На взгляд автора, наиболее серьез-шй недостаток программы - низкое быстродействие.

Составной частью программного комплекса является программа решения прямой задачи для горизонтально-слоистых поляризующихся сред. Расчет поля в частотной области сводится к численному интегрированию известных формул по описанным алгоритмам [Ваньян Л.Л.]. При этом зависящие только от геометрии установки коэффициенты рассчитываются заранее и записываются на твердый диск. В этом случае вычисления интегралов могут быть сведены к весовому суммированию. Расчет поля для установок конечных размеров проводится интегрированием полей диполей по формуле Симпсона. Для перехода во временную область вычисляется интеграл Фурье.

Кроме программ для решения прямой и обратной задачи, программный комплекс "Байкал" предусматривают разного рода операции для работы с базой данных: поиск, сортировку, распечатки, визуализацию полевых материалов, а также расчет некоторых статистических функций.

4. Технологические разработки.

В главе рассматриваются методики полевых работ и камеральной обработки материалов и приводится описание аппаратурных разработок.

При работах использовалась специальная аппаратура ДНМЭ, разработанная и изготовленная в Сибирской опытно-методической партии № 631111 Иркутскгеофизика. В разработке аппаратуры участвовали Н.И. Рыхлинский, М.З. Хузин, В.ИАлаев, К.С. Карпов.

При подаче от генераторной установке тока в диполь АВ на приемных электродах Мх, Му, 1Чу, О возникают электричёские потенциалы, которые поступают на входной дифференциальный усилитель, в котором формируются необходимые для регистрации параметры (ДЦ., Д211х , Д211у). Эти сигналы попарно, в зависимости от регистрируемого относительного параметра ДНМЭ, поступают на делительное устройство, которое представляет собой балансную резисторную схему.

Последующие узлы приемной аппаратуры, после делительного устройства, представляют собой нуль-индикатор сигнала разбаланса регистрируемого относительного параметра в заданном временном интервале после выключения импульса тока в диполе АВ. Выборка сигнала становления осуществляется электронным ключом, который в задан-

ный промежуток времени открывается и пропускает сигнал разбаланса для его дальнейшей обработки. Она связана с глубокой фильтрацией сигнала, значительным его усилением, детектированием, интегрированием. Эти функции выполняются соответственно избирательным усилителем, синхронным детектором и регистратором. Отсчет по делителю берется в тот момент, когда сигнал разбаланса равен нулю. Синхронизация работы приемной и питающей части аппаратуры, необходимая для работы электронных ключей и синхронного детектора, осуществляется схемой синхронизации.

В аппаратуре предусмотрена возможность подключения бортового персонального компьютера для цифровой фильтрации сигналов, поступающих с запоминающего устройства, расчета значений измеряемых параметров и их доверительных интервалов, а также автоматической записи результатов в базу данных.

Подчеркнем, что дифференциально-нормированные параметры не вычисляются, а измеряются непосредственно. Численное дифференцирование полей, отягощенных ошибками измерений, есть некорректная операция. Прямая же регистрация ДНП позволяет уничтожить синфазную составляющую помехи, примерно равную на обоих измерительных линиях (такая помеха возникает, например, из-за влияния теллурических токов).

Методические установки для проведения полевых работ ДНМЭ соответствуют требованиям, предъявляемым "Инструкцией по электроразведке".

Работы проводились двусторонней дипольно-осевой или ортогональной установкой. На каждой площади, с учетом конкретных геолого-геоэлектрических условий, по результатам опытных работ определялись геометрия установки и требуемый временной диапазон исследований. Размеры установки выбирались из следующих соображений. Первое - поскольку от геометрии установки зависит соотношение ВП/элект-родинамика, то она выбирается такой, чтобы в регистрируемом интервале времен спада отмечалась информативная часть кривых зондирования ДНП. Во-вторых, необходимо учитывать уровень полезного сигнала (на чрезмерно больших разносах он настолько мал, что зарегистрировать его с нужной точностью невозможно). И третье - выбранный разнос установки должен обеспечить требуемую глубинность исследова-

ния.

Шаг по профилям варьируется в зависимости от геоэлектрического строения исследуемой площади и требуемой детальности от 100 до 800 м.

В ходе первичной обработки производится визуальный анализ временных разрезов Оф, кривых зондирования ДНП и их разбиение по типам. Основой разбиения является анализ характерных точек кривых (максимума, нуля, минимума, правой асимптоты).

Затем проводятся модельные расчеты, в результате которых определяются численные значения параметров поляризуемости разреза для каждого из слоев. Следующий этап заключается в их сравнении с данными, полученными для опорного профиля (или профилей), пересекающих установленный контур залежи, на котором устанавливаются граничные значения параметров. Естественно, что для каждой конкретной площади они различны. Если определенные в результате расчетов значения параметров разреза превосходят граничные, то принимается решение о наличии искомой аномалии ВП.

Для обработки и интерпретации полевых данных используется программный комплекс "Байкал".

5. Примеры применения ДНМЭ в нефтегазовой геологии.

К настоящему времени наибольший объем исследований ДНМЭ выполнен на Верхнечонском месторождение и его периферии (Непский свод Сибирской платформы). Здесь записано более 5000 физических точек, что позволило отработать свыше 4000 погонных километров профилей.

Верхнечонская площадь приурочена к крупному антиклинальному поднятию в центральной части Непского свода, в зоне регионального трансгрессивного выклинивания базальных терригенных отложений. Размеры поднятия - более 2000 км2, амплитуда - свыше 80 м.

В осадочном чехле, суммарная мощность которого составляет 1600 - 1800 м, выделяются три основных литологических комплекса : подсолевой (венд-нижнекембрийский), галогенно-карбонатный (ниж-не-среднекембрийский) и надсолевой, объединяющий отложения средне-верхнекембрийского, каменноугольного и юрского возрастов. На пло-

щади работ широко проявился трапповый магматизм. Тектоническими нарушениями месторождение разбито на ряд блоков.

Месторождение многопластовое, газоконденсатнонефтяное, со структурно-литологическим типом ловушки, осложненное элементами тектонического и литологического экранирования. Основными по запасам нефти и газа являются базальные терригенные отложения нижнего кембрия. Кроме того, в ряде скважин притоки нефти и газа получены из карбонатных коллекторов Преображенского, осинского и усть-кутского горизонтов, также приуроченных к породам подсолевого комплекса.

В осадочном чехле выделяются три основных геоэлектрических комплекса - надсолевой, относительно проводящий, галогенно-карбонат-ный, повышенного удельного сопротивления, и подсолевой, проводящий. Суммарная продольная проводимость осадочного чехла составляет около 20 См. Сведений о поляризационных свойствах пород разреза очень мало, и те в основном носят качественный характер. Из результатов измерения поляризуемости образцов керна следует, что наибольшей поляризуемостью обладают долериты и скарны.

При расчетах была принята семислойная горизонтально-слоистая модель разреза. Предварительная оценка конкретных значений параметров разреза проводился с учетом имеющихся данных ГИС, сейсморазведки и ЗСБ. Результаты моделирования наблюденных кривых показали, что при переходе от безаномальных зон к аномальным коэффициент поляризуемости г| возрастает от 1.5 - 4.5% до 12 - 15 % и выше, постоянная времени спада понижается от 1.4 - 2 секунд и более до 0.3 - 0.5 секунды; показатель же степени с либо не меняется, либо несколько уменьшается. В то же время погрешность определения Г) не превышает 1%, т - 0.1 секунды, а с - 0.1. Аномалеобразующий объект приурочен ко второму геоэлектрическому слою, находящемуся ниже первого регионального водоупора.

На западном фланге Верхнечонского месторождения отработан ряд профилей, пересекающих контур залежи, связанный в этом районе с литологическим замещением и выклиниванием песчаного пласта-кол-лекгора. В результате интерпретации материалов ДНМЭ здесь выделена и прослежена по площади граница аномальных по поляризационным свойствам пород, соответствующая предполагаемому контуру нефтегазовой залежи. К северу от Верхнечонского месторождения профиля

ДНМЭ пересекают контур залежи и выходят в область нормального поля. Предполагаемый контур залежи практически совпадает с линией ВНК, проведенной по данным бурения. На северо-западе площади граница аномальной зоны контролируется Могинско-Ленским разломом, что отвечает современным геологическим представлениям о его экранирующей роли.

Большой объем работ выполнен на прилегающей с северо-востока к Верхнечонскому месторождению Вакунайской площади На ней выделена обширная зона распространения пород с аномальными поляризационными характеристиками, характерными для залежей углеводородов. Как показали результаты бурения, выявленная аномалия связана, по-видимому, с углеводородонасыщенными карбонатными коллекторами. Выводы ДНМЭ подтверждены также бурением ряда продуктивных скважин.

К югу от Верхнечонской площади комплексом КМПП+ДНМЭ+ЗСБ выделена Игнялинская АТЗ, подтвержденная глубоким бурением, и закартирована Куландинская перспективная зона.

Если составить статистику ДНМЭ для этих площадей, то соотношение "успех/неудача" составляет 63/2, а если учитывать только те случаи, когда работы проводились до бурения, то 43/ 2. Нужно иметь в виду, что столь благоприятный результат получен для площадей, сравнительно хорошо изученных комплексом геофизических методов и глубоким бурением. Привлечение геолого-геофизической информации позволило заметно уменьшить неоднозначность определения геоэлектрических параметров разреза при интерпретации.

Имеется положительный опыт полевого применения ДНМЭ в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, на Оленьей и Сюрха-ратинской площадях. Геоэлектрический разрез исследуемый площади 6-ти слойный типа КНКН.

Нефтяные залежи на Оленьей площади приурочены к отложениям Б, (четвертый слой). Коллекторами являются карбонатно-поровые и рифовые образования в известняках. Тип ловушки структурно-стратиграфический. Амплитуда структуры, залегающей на глубине около 4000 м, оценивается в 75 - 100 м.

Отработаны 3 профиля, пересекающие нефтяную залежь. Плановое положение залежи углеводородов и аномальной зоны практичес-

совпадают на всех профилях.

Примером использования ДНМЭ в морских исследованиях мот служить работы на Западно-Голицинской площади.

Западно-Голицинское газоконденсатное месторождение располо-:но на шельфе Черного моря, примерно в 200 км к западу от мыса фханкут (западная оконечность Крыма). Залежь мощностью 50 м приючена к терригенным породам и находится в окружении майкопских ин, на глубине 500 м. Геоэлекгрический разрез площади четырехслой->1Й тина КН. Западно-Голицинская площадь к настоящему времени уже изведана, и контур месторождения по данным бурения определен. Пла-эвое положение залежи и выделенного ДНМЭ аномального участка тактически совпадает.

Работы ДНМЭ проводились в Китае, в Пиямской впадине и на тощади месторождения Даган.

Геоэлектрический разрез площади представлен сравнительно даородной толщей хорошо проводящих (р=2-3 Ом м) терригенных от-эжений мощностью до 3-4 км, подстилаемой сравнительно высокоом-ыми (р до 50 Омм) карбонатными образованиями. Нефтяные залежи з структурно-тектоническим и литологическим типом ловушки при-рочены к верхней части карбонатных отложений триасового возраста.

Основная цель работ заключалась в разбраковке выделенных по анным сейсморазведки приподнятых блоковых структур. В результате роведенных исследований ДНМЭ сделан вывод, что часть положитель-ых структур, оцениваемых ранее как потенциально нефтеносные, сле-ует рассматривать как бесперспективные. В то же время на юге площа-и, в считавшейся ранее бесперспективной районе выделена аномаль-ая зона. Северная граница ее, предположительно, структурная, западая, восточная и южная - тектонические. Эта зона приурочена к припод-;ятому участку рельефа продуктивного горизонта. В ее центре по нашей екомендации заложена скважина глубокого бурения как потенциально [родукгивная. При последующем бурении этой скважины получен про-1ышленный приток нефти.

Получен хороший геологический результат на Ъглен-Беглежском ■частке Луковитской депрессии (Болгария).

При использовании ДНМЭ в условиях высокопроводящих раз-юзов (Тенгизская и Королевская площади в Западном Казахстане, ряд

площадей Оренбургской области) обнаружена хорошая корреляция между плановым положением залежей углеводородов и закартированными аномалиями.

На Сахалине работы ДНМЭ проведены на Крапивненской и Астрахановской площадях. Геоолектрический разрез площади 5-ти слойный типа НКН. Газовые залежи приурочены к отложениям нутовской и окобыкайской свит (верхний миоцен), залегающих на глубинах от 2 до 2.5 км.

Работы на Крапивненской площади носили опытный характер и проводились с целью полевого опробования метода в условиях о. Сахалин. На пересекающих залежь профилях вьщелена аномалия, границы которой совпадают в плане с известным контуром залежи. На Астрахановской площади проведенными работами оконпурен ряд ранее вскрытых бурением газовых залежей и вьщелен новый перспективный часток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе рассмотрены теоретические, методические и, отчасти, технические вопросы, связанные с разработкой нового направления электроразведки - ДНМЭ. Электроразведочных технологий и способов существует достаточно много, и естественен вопрос - стоило ли разрабатывать новую? Очевидно, что немалые усилия, большие затраты, которые были вложены в исследовательские работы, должны быть чем-то оправданы. Какие задачи, трудноразрешимые или неразрешимые вовсе при традиционном подходе, способен решать предлагаемый комплекс методов?

На взгляд автора, в теоретическом плане преимущества ДНМЭ перед ранее используемыми методами, нацеленными на выявление аномалий ВП, определяются следующими обстоятельствами:

1). Возможностью непосредственного разделения сигналов электромагнитной индукции и вызванной поляризации, причем, начиная с некоторого времени, оно осуществляется автоматически, уже на этапе измерения, безотносительно к виду использованной для описания временной зависимости ВП функции и не требует априорных знаний о разрезе.

-32-

2). Возможностью многократного сужения пределов действия принципа эквивалентности при изучении поляризующихся разрезов. На Сибирской платформе это, в частности, дает возможность отделить действие сравнительно высокополяризуюшегося траппового силла от влияния "столба" видоизмененных под воздействием залежи горных пород.

3).Большей чувствительностью к изменению электрических (в первую очередь поляризационных) свойств разреза

4). Возможностью резко снизить влияние на измерения локальных близповерхностных геоэлектрических неоднородностей без ослабления и искажения отклика из глубинных слоев разреза.

Все эти утверждения основываются на теоретических выклад-<ах, результатах математического моделирования и подтверждаются зпытом полевых работ.

Разумеется, разработка нового подхода к изучению геоэлектри-геских параметров среды далеко не исчерпывается созданием теорети-геской базы. Для практической его реализации требуется соответствую-цее аппаратурное и программное обеспечение, определенные методи-[еские разработки.

Для дифференциально-нормированной электроразведки в ГГП 1ркутскгеофизика разработана новая аппаратура, позволяющая регист-¡ировать дифференциально-нормированные параметры с высокой точ-юстью. Она используется для измерения как временных, так и простран-твенных первых и вторых конечных разностей потенциалов электри-еского поля.

Разработана методика наземных наблюдений, позволяющая при-[енять ДНМЭ в различных условиях, в летнее и в зимнее время. Мето-ика обладает достаточной гибкостью, дающей возможность использо-ать для картирования тот или иной, наиболее информативный в даном регионе и в то же время достаточно технологичный параметр. Подловлены методические рекомендации для выбора геометрии установи и диапазона времен регистрации для конкретного геоэлектрического азреза.

Создан алгоритм количественной интерпретации материалов ДМЭ на базе разработанных программных средств, основанный на

решении прямой и обратной задач. Имеющееся программное обеспечение позволяет определять параметры поляризуемости разреза значительно точнее, чем при традиционном подходе, и на этой основе принимать решение о наличии или отсутствии искомой аномалии ВП, связанной с залежью УВ.

ДНМЭ разрабатывался для прямых поисков залежей углеводородов. Поисковым признаком выступают аномалии поляризационных характеристик разреза, численно определяемые при интерпретации кривых зондирования дифференциально-нормированных параметров.

О наличии аномалий ВП над залежами УВ известно давно; нами предложен новый способ выделения этих аномалий. В настоящее время выдвинуто немало гипотез, пытающихся объяснить причину их возникновения. На взгляд автора, наиболее вероятная гипотеза, объясняющая природу возникновения аномалий вызванной поляризации над нефтегазовыми залежами, основывается на концепции американского геофизика Пирсона.

Результаты, полученные при применении ДНМЭ в ряде нефтегазоносных провинций России, стран СНГ и за рубежом, убедительно доказывают возможность успешного применения метода для выделения и оконтуривания залежей УВ в различных геоэлектрических условиях.

Хорошие геологические результаты ДНМЭ получены в центральной части Непского свода Сибирской платформы, в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, на Западно-Голицинской площади (шельф Черного моря), на Тенгизской и Королевской площадях (Западный Казахстан), в северном Прикаспии (Оренбургская область), на отдельных площадях острова Сахалин, в Луковитской депрессии (Болгария), в Пи-ямской впадине и на площади месторождения Даган (Китай).

Исследования, проведенные по заказу ОАО "ЛУКойл" с целью выделения и оконтуривания аномалий, связанных с залежами углеводородов, на Южно-Чеховской и Западно-Чеховской площадях, убедительно доказали целесообразность включения ДНМЭ в нефтепоисковый процесс в геоэлекгрических условиях Калининградской области.

Характерные черты метода - мобильность, высокая геологическая и экономическая эффективность, невысокая стоимость. По этим па-

>аметрам ДНМЭ значительно превосходит традиционные методы, притеняющиеся при прямых поисках залежей углеводородов.

Стоит еще раз подчеркнуть, что разработанный новый метод изу-[ения ВП представляется весьма перспективным, и область его приме-гения не ограничивается нефтегазовой геофизикой. Предварительные »асчеты показывают, что он может быть с успехом применен для поиска |удных объектов, оконтуривания кимберлитовых трубок и решения дру-их геологических задач.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Монография

. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференици-льно-нормированные методы геоэлектроразведки. Иркутск, Изд-во Бук",1996.-145 с. Статьи

. Легейдо П.Ю. О возможности разделения поляризационных и индук-ионных эффектов. : Тезисы доклада.// Геология и полезные ископае-(ые юга Восточной Сибири. - ВостСибНИИГГиМС, г. Иркутск, 1989. . Легейдо П.Ю., Рыхлинский Н.И. и др. Способ геоэлектроразведки. // кВторское свидетельство № 1454101, 1989.

. Легейдо П.Ю., Рыхлинский Н.И. и др. Способ геоэлектроразведки. // дторское свидетельство № 1662254, бюлл. № 25, 1991. . Легейдо П.Ю. и др. Дифференициально-нормированные методы элек-роразведки (ДНМЭ) для поисков и оконтуривания залежей нефти и газа. Тезисы доклада.// Опыт применения и перспективы развития воздуш-ых, наземных и наземно - скважинных методов электроразведки при оисках и оконтуривании залежей углеводородов. - Москва, 1990, с. 5 -

Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Применение гфференциально- нормированной электроразведки на Непском своде. Геология и геофизика, № 4, 1990, с. 86-91.

Легейдо П.Ю., Рыхлинский Н.И. Опыт применения и результаты диф-гренициально-нормированные методы электроразведки при поисках и 1зведке залежей углеводородов. -Тез. докл.// Состояние и перспективы

развития нефтяной и глубинной электроразведки. - НПО "Нефтегеофи-зика", Москва, 1991.

8. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференици-ально-нормированные методы электроразведки при прямых поисках залежей углеводородов. - Геофизика, № 4, 1995.

9. Легейдо П.Ю. Изучение пространственно-временной структуры неустановившегося электрического поля в дифференициально-нормиро-ванном методе электроразведки. - Сборник статей // Геофизические исследования в Восточной Сибири на рубеже XXI века. Отв. ред. : акад. РАН Н.А.Логачев, д-р. г.-м. наук К.Г. Леви. Иркутск, 1996.

10. Легейдо П.Ю. Геологическая эффективность дифференциально-нормированных методов электроразведки. - Сборник статей // Геофизические исследования в Восточной Сибири на рубеже XXI века. Отв. ред. : акад. РАН Н.А.Логачев, д-р. г.-м. наук К.Г. Леви. Иркутск, 1996.

11. Легейдо П.Ю. Дифференициально-нормированный метод электроразведки - нетрадиционный метод поисков и разведки на нефть и газ. -Тез. докл.// Международная геофизическая конференция, С.-Петербург, 1995. т. 1.

12. Легейдо П.Ю. Применение дифференициально-нормированный метод электроразведки (ДНМЭ) в геоэлекгрике. -Тез. докл.// Международная геофизическая конференция "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками", С.-Петербург, 1996.

13. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Состояние и перспективы развития дифференициально-нормированных методов гео-элекгроразведки. -Тез. докл.// XXX Международный геологический конгресс, Пекин, 1996.

14. Легейдо П.Ю. Дифференициально-нормированный метод электроразведки (ДНМЭ) и его применение для оконтуривания залежей углеводородов ( на примере Верхнечонского газонефтяного месторождения). Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Иркутск, 1991.

15. Легейдо П.Ю. Алгоритм решения прямой задачи геоэлекгрики в диф-ференициально-нормированный метод электроразведки. Тез. докл.// Межвузовская научно-практическая конференция. Иркутск, 1996.

16. Легейдо П.Ю. Опыт полевого опробования ДНМЭ на нефтяных месторождениях Китая. Тез. докл.// Всероссийская научно-практическая конференция "Перспективы применения электроразведки при поисках нефтегазовых месторождений''. Новосибирск, 1992.

17. Вахромеев Г.С., Легейдо П.Ю. Опыт прямой индикации залежей углеводородов на острове Сахалин дифференциально-нормированным методом электроразведки (ДНМЭ) .- Конференция : Перспективы нефтегазоносное™ Приморья и прилегающих территорий. Владивосток, 1997.

18. Легейдо П.Ю., Бубнов В.П. Разделение действия эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации при дифференциально-нормированных измерениях в электроразведке. - Физика Земли, № 10, 1997.

19. Легейдо П.Ю. Решение обратной задачи геоэлектрики в дифферени-циально-нормированном методе электроразведки. Тез. докл.// Межвузовская научно-практическая конференция. Иркутск, 1997.

20. Легейдо П. Ю. Применение ДНМЭ в нефтегазовой геофизике -состояние и перспективы. Тез. докл.// Всероссийский научно-практический семинар по применению несейсмических методов поисков и разведки залежей углеводородов на суше и шельфе России. Москва, 1997.

21. Легейдо П.Ю. Опыт применения и эффективность ДНМЭ при поисках и оконтуривании скоплений УВ в карбонатных коллекторах венд-кембрийских отложений Сибирской платформы. Тез. докл. // Научно-практический семинар "Геологическое строение юга Сибирской платформы и эффективность электроразведочных методов". Красноярск, 1997.

22. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Результаты работ дифференциально - нормированным методом электроразведки (ДНМЭ) в центральной части Непского свода Сибирской платформы. -Геология и геофизика, № 10, 1997.

23. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Сравнение информативности ДНМЭ и традиционной электроразведки при исследовании поляризующихся сред. - Геофизика, № 3, 1997.

24. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Применение дифференциально-нормированного метода электроразведки для исследования поляризующихся сред. Тез. докл.// Международная геологическая конференция БЕС и выставка, Москва, 1997.

25. Легейдо П.Ю. О возможности применения дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для мониторинга геологической Среды с целью обнаружения предвестников землетрясений. - В кн. - Геологическая среда и сейсмический процесс. Материалы Всероссийской конференции. Иркутск, 1997.

26. Легейдо П.Ю. Использование нормированных производных в геоэлектрике. Тез. докл.// III Международная конференция "Новые идеи в науках о Земле". Москва, 1997.

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Легейдо, Петр Юрьевич, Иркутск

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ЛЕГЕЙДО ПЕТР ЮРЬЕВИЧ

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-НОРМИРОВАННОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗУЮЩИХСЯ РАЗРЕЗОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОФИЗИКЕ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени

ИРКУТСК 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................5

ГЛАВА 1. ОБЛАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОБЛЕМАТИКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-НОРМИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ...............13

1Л. Возникновение дифференциально-нормированной электроразведки (исторический обзор).......................................... 13

1.2 Геоэлектрическая модель залежи углеводородов и физико-геологические предпосылки применения дифференциально- нормированной

электроразведки в нефтегазопоисковом процессе................ 22

1.3. Проблематика исследований................................ 30

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО -НОРМИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ...........................36

2.1. Способ изучения ВП в дифференциально - нормированной электроразведке ...................................................36

2.1.1. Пространственно-временная структура индукционных полей и полей ВП.........................................36

2.1.2. Определение дифференциально-нормированных параметров и их использование для разделения

эффектов ВП/электродинамика..............................39

2.1.3. Основные зависимости дифференциально-нормированных параметров от геоэлектрических параметров разреза и геометрии установки......................................41

2.1.4. Особенности проявления эффектов ВП при индуктивном возбуждении поляризующегося пласта........................43

2.2. Информативность при изучении поляризующихся разрезов.......49

2.2.1. Использование временных производных в дифференциально -

нормированной электроразведке............................49

2.2.2. Эквивалентность по параметрам поляризации (г), х, с) и ее проявление..........................................53

2.2.3. Эквивалентность между параметрами поляризации и проводимостью пластов.....................................56

2.2.4. Эквивалентность по проводимости (Б) для поляризующегося

разреза............................................58

2.2.5.Чувствительность к геоэлектрическим параметрам разреза . 61

2.3. Проблема выбора модели ВП................................66

2.4. Дифференциально-нормированные параметры над трехмерными средами...................................................68

2.4.1. Подавление искажений от близповерхностных геоэлектрических неоднородностей...................................68

2.4.2. Тензорный характер дифференциально-нормированных параметров..............................................70

2.4.3. Чувствительность к границам латеральных геоэлектрических неоднородностей........................................ 71

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ...............78

3.1. Программа решения прямой задачи............................78

3.1.1. Алгоритм программы..................................78

3.1.2. Технические характеристики............................ 83

3.2. Программа решения обратной задачи.........................87

3.2.1. Постановка задачи и выбор способа решения.............87

3.2.2. Регуляризация решения................................88

3.2.3. Оценка качества решения..............................89

3.2.4. Алгоритм программы..................................91

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.........99

4.1. Методика полевых работ.....................................99

4.2. Принципы построения аппаратуры ДНМЭ..................... 104

4.3. Методика обработки и геологической интерпретации материалов. 106 ГЛАВА 5. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ОПЫТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................109

5.1. Верхнечонское месторождение и его периферия (Непский свод

Сибирской платформы)......................................109

5.2. Оленья площадь (Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция)... 139

5.3. Западно-Голщинская площадь (шельф Черного моря)............ 143

5.4. Площадь месторождения Даган (Китай)........................146

5.5. Тенгизская и Королевская площади (Западный Казахстан)..........152

5.6. Зайкшское нефтяное месторождение (Оренбургская область). . . . 154

5.7. Ъглен-Беглежскийучасток Луковитской депрессии (Болгария)..... 156

5.8. Крапивненская и Астрахановская площади (остров Сахалин).......157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................166

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................170

ВВЕДЕНИЕ

В группе прямых поисковых методов видное место занимает электроразведка, различные модификации которой неоднократно применялись во многих нефтегазоносных районах России и за рубежом. В последние годы резко возросла роль поляризационных методов. Это объясняется существенными ограничениями методов сопротивлений, связанными как с многообразием подчас неконтролируемых причин, вызывающих изменения проводимости опорного горизонта, так и, зачастую, с прямой невозможностью выделения глубоко залегающих нефтегазовых залежей неструктурного типа. Последнее обусловлено тем, что литологическое замещение либо выклинивание коллектора часто не сопровождается заметным изменением проводимости изучаемого горизонта по латерали. В этих условиях для решения задачи прямых поисков залежей углеводородов среди несейсмических методов на первый план выходит исследование процессов ВП, прямо или косвенно связанных с залежью.

углеводородов, используя значительно меньшее число глубоких скважин, бурение которых обходится очень дорого. Нет необходимости доказывать, насколько это важно и актуально, особенно в наши дни, в период перехода геологической службы на новые экономические отношения.

Основные задачи :

- разработать методику полевых измерений ДНМЭ;

- провести геологическую интерпретацию полевых наблюдений, выполненных в разных геологических условиях.

тах математического и имитационного моделирования. Расчеты полей над горизонтально-слоистыми поляризующимися разрезами выполнены по созданной автором программе "Байкал". Двух - и трехмерное моделирование без учета ВП проведено по программе Maxwell B.J1. Друскина. Геологическая интерпретация ДНМЭ выполнена для более чем 7000 физических точек, записанных на различных исследованных площадях в странах СНГ и за рубежом. Для интерпретации использовался программный комплекс "Байкал", разработанный автором. При анализе полученных материалов использовались различные способы статистической обработки.

Научная новизна исследования заключается в следующем :

4.В результате интерпретации полевых материалов ДНМЭ на ряде площадей различных нефтегазоносных провинций выяснено, что картируемые аномалии ВП хорошо коррелируются в плане с залежами углеводородов. Критерием выделения этих аномалий является увеличение коэффициента поляризуемости г|, уменьшение времени релаксации т и, при определенных условиях, уменьшение показателя степени с. Показано, что аномалии ВП приурочены обычно ко второму (иногда к третьему) геоэлектрическому слою, находящемуся ниже первого регионального водоупо-ра.

Практическая ценность исследований

1. Разработана достаточно технологичная методика, обеспечивающая возможность проведения полевых работ в различных геоэлектрических условиях. Принятый способ измерения и обработки полевых материалов позволяет резко снизить влияние на измерения близповерхностных геоэлектрических неоднородностей без ослабления и искажения отклика от глубинных слоев разреза. Выданы рекомендации

по выбору картируемого параметра, геометрии установки и временного диапазона исследований в зависимости от конкретных геолого-геофизических условий.

2. Разработаны алгоритмы обработки и количественной интерпретации полевых материалов ДНМЭ на базе созданного автором программного комплекса «Байкал».

Защищаемые положения.

Реализация результатов работы. ДНМЭ с успехом использовался в производственных партиях ГГП "Иркутскгеофизика", "Сахалингеофизразведка", "Ленанефтегазгеология", "Архангельскгеология", " Оренбурггеология", в ЦГЭ Мин-нефтепрома, в тресте "Татнефтегеофизика". Кроме того, проведены успешные полевые испытания на шельфе Черного моря ("Южморгео") и в Луковитской депрессии (Болгария). Разработанная технология закуплена геологической службой Китая (5-ая геологическая контора Министерства геологии и природных ресурсов КНР). Успешно проведены работы по заказу ОАО "ЛУКойл" в Калининградской области. Результаты работ использовались для выделения аномалий типа залежь (АТЗ) и уточнения их границ. В настоящий момент подписаны договора о проведении полевых исследований ДНМЭ с предприятием "Ямбурггаздобыча" (дочернее предприятие РАО "Газпром") на территории Обской и Тазовской губы, Комитетом природных ресурсов по Еврейской автономной области и др.

Интерес нефтегазопоисковых (а в последнее время - и добывающих) организаций к ДНМЭ определяется его высокой геологической эффективностью. Для ряда площадей центральной части Непского свода Сибирской платформы соотношение "успех/неудача" составляет 63/2, а для случаев, когда работы проводились с опережением бурения - 43/2. Результаты работ ДНМЭ только на Верхнечонской, Вакунай-ской, Игнялинской и Куландинской площадях многократно окупили все затраты на разработку метода и на проведение полевых исследований. Кроме того, получены ценные геологические результаты в ряде других нефтегазоносных провинций.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения проведенных исследований докладывались на региональной конференции "Геология и полезные ископаемые юга Восточной Сибири" (Иркутск, 1989); на всесоюзном совещании "Опыт применения и перспективы развития воздушных, наземных и назем-но - скважинных методов электроразведки при поисках и оконтуривании залежей углеводородов" (Москва, 1990); на всесоюзной конференции "Состояние и перспективы развития нефтяной и глубинной электроразведки" (Москва, 1991); на всероссийской конференции "Перспективы применения электроразведки при поисках нефтегазовых месторождений" (Новосибирск, 1992); на международной геофизической конференции и выставке (С.-Петербург, 1995); на международной геофизической конференции "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" (С. Петербург, 1996); на ХХХ"0М международном геологическом конгрессе (Пекин,

1996); на конференции "Перспективы нефтегазоносности Приморья и прилегающих территорий" (Владивосток, 1997); на всероссийской конференции по применению несейсмических методов поисков и разведки залежей углеводородов на суше и шельфе России (Москва, 1997), на межвузовских научно-практических конференциях (Иркутск, 1996 и 1997), на научно-методическом семинаре "Геологическое строение юга Сибирской платформы и эффективность применения электроразведочных методов" (Красноярск, 1997)на III международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1997), на международной геофизической конференции и выставке (Москва, 1997).

Личный вклад ав�

Информация о работе

Легейдо, Петр Юрьевич
доктора геолого-минералогических наук
Иркутск, 1998
ВАК 04.00.12

Диссертация

Теория и технологии дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике - тема диссертации по геологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы