CC BY
17
© А.И. Никифорова, 2013
УДК 550.834 А.И. Никифорова
КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ СЕЙСМОСТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-СОВМЕЩЕННЫХ ГАЛОГЕННЫХ И РИФОВЫХ ФОРМАЦИЙ
Рассмотрена методика оценки сложности строения и ухудшения свойств соляной толщи ВКМКМС над рифами Березниковского палеоплато, основанная на взаимодополняющем изучении подсолевого и соленосного комплексов пород. Ключевые слова: Верхнекамское месторождение калийных и магниевых солей, сейсморазведка, риф, фация, негативные изменения
Решение вопросов безопасной разработки Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей (ВКМКМС) невозможно без наличия достоверной информации о строении подстилающих и перекрывающих калийную залежь отложений. Особенности геологического строения Верхней Камы диктуют необходимость применения методов изучения, ориентированных на разные горизонты разреза: подсолевые отложения и верхние комплексы пород — соленосный и надсолевой. Это в свою очередь требует развития различных подходов к разработке сейсморазве-дочных систем наблюдений, к цифровой обработке и интерпретации получаемых с их помощью данных.
В условиях Соликамской впадины повышенного внимания требуют рифовые массивы, занимающие 1/5 часть площади шахтных полей. Формирование ослабленных зон в соляной толще ВКМКМС над рифовыми массивами Березниковского палео-плато установлено прямыми (бурение скважин, опробование) и дистанционными (сейсморазведочные работы, газогеохимическое опробование) ис-
следованиями. Возможность наличия подобных ослабленных участков показана методами математического моделирования. Негативные изменения строения калийной залежи заключаются в замещении каменной солью продуктивных пластов, уменьшении их мощности и снижении содержания полезных компонентов; ухудшении физико-механических свойств; проявлении газодинамических явлений; трещинообразовании, интенсивной складчатости.
Рассматриваемые изменения носят как конседиментационный так и пост-седиментационный характер. Первый определяется главным образом рельефом дна солеродного бассейна и выражается в неодинаковых условиях эвапоритонакопления. Второй связан как с влиянием нижележащих толщ, так и с перекрывающими соляной комплекс отложениями. Результаты геомеханических расчетов показывают, что в процессе формирования надсолевых отложений создаются предпосылки к образованию в соляной толще зон тре-щиноватости, обусловленных существенным изменением напряженно-деформированного состояния.
Рис. 1. Сейсмофациальная схема фаменско-турнейских карбонатных отложений рифового массива: а — по данным сейсморазведки 20; б — по данным сейсморазведки 30
Для обеспечения безопасных условий разработки калийной залежи Верхней Камы возможно использование результатов сейсморазведочных исследований, ориентированных на изучение глубоких, подсолевых горизонтов разреза. В связи с тем, что на территории Пермского края со структурами облекания рифов и самими рифами позднедевонско-турнейского возраста связаны крупнейшие залежи углеводородов, на сегодняшний день накоплен значительный объем сейс-моразведочных данных, характеризующих их строение, в том числе и на территории ВКМКМС.
Большая часть площади месторождения покрыта съемкой 20, тогда как доля трехмерной сейсморазведки по ряду технологических и экономических причин пока мала. 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 осадконакопле-ния лежит сейсмофациальный анализ. В результате комплексной интерпретации сейсмических материалов, данных ГИС и кернового материала выделяются границы рифового массива, изучается его развитие, особенности строения, строятся сейсмофациаль-ные схемы (рис. 1, а).
Аналогичный анализ с целью оценки влияния фациальных особенностей осадконакопления верхнеде-вонско-турнейских карбонатных отложений на перекрывающую их соляную толщу, но в более упрощенном варианте, можно выполнить по материалам сейсмических исследований
2D [4]. По аномальному увеличению значений ДТо11Н1п и уменьшению параметров То 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 девонского возраста строится карта изменения мощностей между отражающими горизонтами (ОГ) III и II . Ёито-логическая неоднородность рифового массива обуславливает дифференциацию скоростей, вызывающую различия во временах прохождения сейсмических волн через эти отложения. Поэтому для выявления фаци-альных особенностей и изучения об-становок осадконакопления рассматриваемой толщи используется карта ДТ III-IIn. Поскольку скорость роста рифа и седиментации в окружающем бассейне различна, то по соотношению мощностей и значений ДТ можно определить контур рифа, судить о его амплитуде и форме. Анализ и сопоставление выполненных структурных построений по поверхности турней-ско-фаменских отложений с картами ДН III-IIn и ДТ III-IIn позволяет с определенной долей условности выделить зоны седиментации в пределах рифового массива, которые связаны с его формированием на различных этапах развития (рис. 1, б).
Сравнение полученного результата с данными сейсморазведки 3D показало, что вынужденное упрощение методики применимо для прогноза литогенетической зональности подсо-левых рифовых массивов с целью прогноза их влияния на галогенез верхнеиренской толщи и, в данном
случае, не приводит к значимым искажениям результата [3].
Опыт исследований показывает, что оптимальный результат при изучении строения во временном интервале Т0= 0.05- 0.2 с, что соответствует соленосному и надсолевому комплексам, дает НМСВР МОГТ. Параметры применяемых в ней интерференционных систем наблюдений обеспечивают вертикальную и горизонтальную разрешающие способности, достаточные для выделения геологических объектов с необходимой для соляной толщи размерностью. По нарушениям структуры волновой картины, снижению интенсивности и значениям скоростной характеристики на профильных линиях НМСВР 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. Промежуточной 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 [6].
Для оценки степени негативных изменений и пространственной корреляции осложнений волнового поля строится карта распределения комплексного параметра в интервале 50
Рис. 2. Схемы распределения комплексного параметра (а), нормированных эффективных скоростей (б), амплитуд (в) и частот (г)
мс — 200 мс. 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.
Ёитологические особенности разреза определяют изменчивость скоростей [2]. Совместное влияние расчлененности и скоростной дифференциации среды отражается в распре-388
делении нормированных значений амплитуд [1]. Особенности частотной составляющей связаны со структурой разреза и криволинейностью границ [5]. Снижение значений перечисленных параметров служит индикатором негативных изменений физико-механических свойств породного массива ВЗТ и продуктивной толщи.
Рис. 2 иллюстрирует характер изменения комплексного параметра и анализируемых характеристик волнового поля в пределах одного из рифовых массивов в контуре ВКМКМС. Судить об особенностях распределения по площади негативных изменений упругих параметров сложно, в
Рис. 3. Схема рекомендуемых профилей НМСВР
связи с тем, что рифовый массив пересечен единственным профилем широтного простирания. Максимальная плотность сейсмических профилей НМСВР достигнута на его юго-восточном 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 рифа (рис. 2, а). Основываясь на характере распределения эффективных скоростей, амплитуд и частот (рис. 2, б-г), можно сделать вывод о преобладающем влиянии на формирование данных участков литологиче-ского фактора и второстепенном — структурного. Об этом свидетельствует практически идентичная аномалии комплексного параметра низкоскоростная кольцевая зона.
Таким образом, наиболее проблемными с позиций безопасных условий разработки калийной залежи представляется периферия рифа. Однако, принимая во внимание опыт исследований, выполненных раннее [3, 4], можно предполагать наличие негативных изменений соляной толщи и в зоне преимущественного развития массивных биогермных пород. Этим участкам уделено особое внимание при проектировании сейсморазве-дочных исследований на 2010 — 2013 гг. (рис. 3). Соблюдение предлагаемой проектной схемы позволит достичь плотности сейсмических наблюдений — 2.8 км/км2, что в свою очередь обеспечит условия для локального прогноза безопасного ведения горных работ.
Таким образом, на базе результатов сейсмофациального анализа верхнедевонско-турнейской толщи разработана методика оценки сложности строения и ухудшения свойств
соляной толщи над рифами Березни-ковского палеоплато.
Послойный сейсмостратиграфический анализ выполняется в несколько этапов:
1. Изучение подсолевых отложений — сейсмофациальный анализ верхнедевонско-турнейской толщи, выделение зон седиментации в пределах рифового массива: рифового гребня, платформы, лагуны, склона.
2. Проектирование сети профилей невзрывной малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения (НМСВР) 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 корреля-
1. Авербух А. Г. Изучение состава и свойств горных пород при сейсморазведке. М.: Недра, 1982 — 232 с.
2. Галагян Е.А. Решение литологических задач сейсмическими методами разведки / Галагян Е.А., Епинатьева А.М., Патрикеев В.Н., Стариченко Н.Д. М.: Недра, 1979. — 224 с.
3. Никифорова А. И. Ёитологическая изменчивость галогенной формации над рифом позднедевонского возраста // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2009 г. — Пермь, 2010. — С. 54 — 56.
ция осложнений волнового поля на основе карты распределения комплексного параметра в интервале 50 мс — 200 мс.
5. Разбраковка аномалий комплексного параметра по вкладу лито-логического, структурного либо совместного (литологического и структурного) факторов.
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.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Никифорова А.И. Особенности строения соляной залежи в пределах неф-теперспективного рифогенного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010 — № 12 С. 119—123
5. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. Екатеринбург: УрО РАН, 1996 г. — 167 с.
6. Санфиров И.А. Использование динамических характеристик сейсмических записей для уточнения прочностных характеристик массивов горных пород // Санфиров И.А., Пригара А.М. // Горное эхо. — 2002. —№3(9) С. 26-30. ТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Никифорова Анастасия Игоревна — инженер отдела активной сейсмоакустики ГИ УрО РАН, [email protected]
_Д
