CC BY
111
УДК 528: 551.24
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГРАВИМЕТРИИ В КОМПЛЕКСЕ С ВЫСОКОТОЧНЫМ НИВЕЛИРОВАНИЕМ И КООРДИНИРОВАНИЕМ ПРИ СОЗДАНИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ С ЦЕЛЬЮ МОНИТОРИНГА ПРИРОДНОЙ И ТЕХНОГЕННОЙ ГЕОДИНАМИКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
Анатолий Иванович Каленицкий
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры астрономии и гравиметрии, тел. (383)361-00-00, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Эдуард Лидиянович Ким
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, соискатель, тел. (383)361-03-56, e-mail: 52tkrbv@rambler.ru
Приведены возможности гравиметрии в осуществлении контроля: определения высот пунктов и степени их устойчивости по вертикали; разбраковки и упорядочении результатов нивелирных и спутниковых измерений.
Ключевые слова: месторождения нефти и газа, геодинамический полигон, геодезическо-гравиметрический метод мониторинга геодинамики.
JOINT APPLICATION OF GRAVIMETRY, PRECISE LEVELING AND COORDINATION IN PROCESS OF GEODETIC BASE ESTABLISHMENT FOR MONITORING OF NATURAL AND ANTHROPOGENIC GEODYNAMICS OF OIL AND GAS FIELDS
Anatoly I. Kalenitsky
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof., Department of Astronomy and Gravimetry, tel. (383)361-00-00, e-mail:kaf.astronomy@ssga.ru
Eduard L. Kim
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Applicant for Doctor's degree, tel. (383)361-03-56, e-mail: 52tkrbv@rambler.ru
Capabilities of gravimetry are presented as regards control of vertical reference stations heights determination, degree of their stability, sorting and ordering of leveling and satellite measurements results.
Key words: oil and gas fields, geodynamic testing area, geodetic and geometric technique for geodynamics monitoring.
«Искусственное» разделение гравиметрии на «геодезическую» и «геофизическую» (гравиразведку), произошедшее в середине прошлого века было связано в основном с ведомственными амбициями. Оно привело к тому, что ее результаты стали интерпретироваться искаженно и, самое главное -односторонне, с существенной потерей возможностей как метода универсального, измерительное разрешение которого характеризуется в
п
настоящее время величиной порядка (1-3)40- , что по точности приближается к высокоточному нивелированию. Ведомственный подход не аккумулирует, а разобщает опыт использования гравиметрии как уникального высокоразрешающего метода. Научное сообщество все больше обеспокоено таким положением дел, настаивая на международном обсуждении возможности снятия «проблемы» [1].
Основной причиной разногласий в интерпретации результатов гравиметрии стали особенности истолкования понятия «редукция». До сих пор значительная часть геодезистов и ряда геофизиков воспринимает этот термин как «приведение» результатов к какой-то поверхности, хотя смысловое содержание этого термина в официальных справочных документах однозначно трактуется как поправка для сведения сложного к простому, упорядочение [2, 3].
В геодезии по аналогии с линейно-угловыми измерениями это некорректно воспринимается и истолковывается, как пересчет вниз, «приведение» к уровню отсчетного эллипсоида, то есть проецирование на него. По этому поводу выдающийся советский геодезист М.С. Молоденский указывал [4], что в гравиметрии процесс редуцирования должен восприниматься однозначно: это -пересчет и исключение из измеренного в точках реальной поверхности измерения поля теоретического (нормального). При этом обязательным является предположение, что поверхность измерений является изменяющейся линейно между ними [4]. Другими словами результаты гравиметрии, как и аномальные значения силы тяжести, полученные с учетом исключения нормального гравитационного поля земли с использованием нормального (теоретического) вертикального градиента никуда не «редуцируется» по высоте, а относятся к точкам поверхности измерений. «Приведение» их значений к одному уровню (выше поверхности измерений) возможно и теоретически, и практически, в том числе на основе подбора любой подсобной модели в нижнем полупространстве, обеспечивающей ее гравитационный эффект, совпадающим с аномальным в пределах точности измерений.
Результаты гравиметрии - как контроль определения высот пунктов и степени их устойчивости по вертикали.
Практика высокоточных геодезическо - гравиметрических натурных измерений с целью мониторинга степени устойчивости земной поверхности на ряде геодинамических полигонов (Спорышевском, Западно- Суторминском, Вынгапуровском, Ново-Портовском, Верх-Тарском) убедительно показала надежность этого комплекса, который создает определенную степень избыточности получаемых результатов, позволяющей, с одной стороны, независимо контролировать качество результатов каждого из применяемых методов (спутникового координирования, нивелирования II класса, гравиметрии), а с другой,- выполнять их качественную и количественную как по каждому методу в отдельности, так и (что особенно важно) комплексную интерпретацию [5,6,7,]. В частности, что касается нивелирования, то опыт показал, что гравиметрия сразу же позволяет, например, определить, где
нивелирные рейки устанавливались на разные марки центров, заложенных рядом. Более того, гравиметрия позволяет однозначно (еще на стадии предварительного контроля) определить, в каких секциях вынужденно пришлось (из-за трудностей прохождения на местности) высоты реперов определять по по результатам спутникового координирования,
«приведенному» к уровню отсчета нормальных высот.
О роли гравиметрии в разбраковке и упорядочении результатов нивелирных и спутниковых измерений на примере Новопортовского и Вынгапуровского геодинамических полигонов
Геодинамические исследования в пределах площади Вынгапуровского месторождения нефти и газа были начаты в 2010 и продолжены в 2011 году.
В первом цикле необходимо было решить задачу уточнения геолого-тектонического строения месторождения, выявления участков повышенного геодинамического риска для последующего выбора планового положения расчетных профилей, а также их количества.
В связи с невозможностью определения высот значительной части пунктов рядовой сети геометрическим нивелированием за один полевой сезон как из-за значительной площади геодинамического полигона, так и из-за сложных физико-географических условий, на Вынгапуровском ГДП высоты пунктов мобильной гравиметрической сети были впервые определены в процессе их координирования спутниковым методом. Была апробирована методика создания высотного обоснования гравиметрии комбинированным способом, которая заключалась в построении высокоточной опорной сети нивелирования 11-го класса с высокоточным определением на опорных пунктах геодезических высот спутниковым методом с последующим вычислением разности нормальных и геодезических высот на всех пунктах сети и построением схемы изменения их значений на территории ГДП;
Это давало в последующем возможность определения нормальных и геодезических высот в любой точке площади ГДП при проведении или только нивелирования, или только спутникового координирования.
Для этого по данным определения высот пунктов опорной сети из спутниковых наблюдений и нивелирования II класса строилась схема разности (£) нормальных и геодезических высот, пример которой после «сглаживания» изолиний представлен на рисунке 30. Отличие изолиний (£) до и после «сглаживания» составило в среднем квадратическом отношении ±26 мм.
При этом, сравнение нормальных высот пунктов мобильной сети, полученных из спутниковых наблюдений с использованием схемы значений (£) с их высотами, полученными из геометрического нивелирования показало, что различие характеризуется средней квадратической ошибкой, равной ±44 мм. Эта величина не превышала требования к предельно допустимым погрешностям определения высот для обеспечения гравиметрической съемки самого крупного масштаба
Допустимая (по проекту работ) средняя квадратическая погрешность определения высот пунктов мобильной сети характеризовалась величиной ±48 мм.
Однако следует заметить, что при этом у 16 пунктов (11,5%) из 139 пунктов, принятых в обработку, разность нормальных высот пунктов мобильной сети из спутниковых наблюдений, определенных с использованием схемы значений (£) и данных нивелирования, превысило предельную допустимую погрешность определения высот. При построении плана локальных аномалий силы тяжести часть пунктов была отбракована из-за резких «выбросов» локальных значений аномалий силы тяжести, свидетельствующих о грубых ошибках в определении их высот. Этот метод выбраковки позволил выполнить контроль качества геодезических работ на других геодинамических полигонах, в частности на Новопортовском.
Южная часть Новопортовского месторождения, на которой в 2013 году был создан геодинамический полигон, расположена за Полярным кругом в юго-восточной части полуострова Ямал. Структура месторождения характеризуется поднятием с весьма крутыми склонами в юго-западном и северо-восточном направлениях. Залегание пластов в целом соответствует конфигурации основания, часто они выклиниваются к верхней части свода. Дневная поверхность - тундра с резко врезанными руслами речек, затрудняющие переход через них.
Измерения (нивелирование, спутниковое координирование и гравиметрия) выполнялись частями по ходам, которые, как правило, имели замкнутый вид или соединялись перемычками между параллельными маршрутами.
По результатам вышеуказанных измерений была построена схема проложения ходов. По данным гравиметрии были получены и построены планы аномалий силы тяжести в редукции Буге. Выяснилось, что на них значения локальных аномалий силы тяжести в указанной редукции имеют ряд коротких по протяженности узконаправленных локальных значений, кусочно совпадающих с фрагментами съемочных линий (ходов). Сразу разобраться с исполнителями полевых работ не удавалось из-за нерегулярной связи. Возникло подозрение о браке в нивелировании.
Пришлось выполнить выбраковку точек указанных локальных аномалий посредством его осреднения с возможно минимальным радиусом. По «отскочившим» значениям аномалий были подсчитаны «ошибки» в высоте точек
Эти данные, когда связь восстановилась, были переданы исполнителям с тем, чтобы секции между узловыми пунктами, в которых получены «выбросы» высот ( были перемерены. Ответ пришел сразу. Оказалось, что на этих пунктах из-за отсутствия возможности прохождения нивелирным ходом высоты определялись точечно на основе данных спутникового координирования.
Исходя из вышеуказанного, для всех пунктов, где выполнялось нивелирование и спутниковое координирование, были определены разницы нормальных и геодезических высот и по ним построена схема поля аномалий высот, представленная на рис.
Горизонтали этого поля представляют плавную поверхность - без единого локального «выброса», что свидетельствует о высоком качестве измерений.
т-1-1-1-1 I *-1 I-1-г
Рис. Схема поля аномалий высот на территорию геодинамического полигона
Новопортового месторождения
Использование полученных значений аномалий высот позволило исправить значения силы тяжести и построить карты региональных и локальных аномалий силы тяжести в редукции Буге с различным радиусом осреднения с целью выполнения качественной и количественной
197
интерпретации для выявления участков, наиболее перспективных на обнаружение новых залежей углеводородов, уточнение конфигурации структурного плана, а также участков повышенного геодинамического риска.
В заключение следует отметить, что современные гравиметры обеспечивают возможность существенно снизить стоимость высокоточных измерений (сопоставимую по стоимостью нивелирования), исключив последовательное развитие опорной каркасной, опорной заполняющей и рядовой сетей. Это обеспечивается надежной компенсацией температурного воздействия на измерительную систему. Смещение нуль-пункта в них в течение рабочего дня такое незначительное, что может учитываться линейно на основе выполнения рейсов по петлевой замкнутой системе с узловыми пунктами, являющихся последовательно выходными в предыдущей петле и входными - в последующих [8]. Перестройка диапазона измерений в них не требуется. Высокая точность гравиметра обеспечивается практически в пределах ± 0,01 -0,03 мГал. Съем отсчетов, их запоминание и хранение в электронном виде осуществляется автоматически с возможностью записи на внешний электронный носитель.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Hackney R. I., Featherstone W. E. Геодезический взгляд на «гравитационную аномалию» по сравнению с геофизическим // Geophis. J. Int. (2003) 154, 35-43..
2. Толковый словарь русского языка, С. И. Ожегов, М. Ю. Шведова. - РАН РФ. - М. -2003. - 940 с.
3. БЭС. - М., С.-П. - 1434 с. - Приложения
4. Молоденский М. С. Основные вопросы геодезической гравиметрии // Труды ЦНИИГАиК (вып. 42). - Изд-во геодезической и картографической литературы ГУГК при СНК СССР. - М. - 1945. - 110 с.
5. Результаты применения гравиметрии и высокоточного нивелирования при локализации участков повышенного геодинамического риска на месторождениях углеводородов / А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким, М. Д. Козориз, В. А. Середович // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 1 (12). - С. 14-20.
6. А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким Результаты первого цикла натурных геодезическо-гравиметрических измерений на Вынгапуровском геодинамическом полигоне // Геодезия и картография. - 2011. - № 8. - С. 30-35.
7. Результаты комплексных геодезическо-гравиметрических наблюдений на геодинамическом полигоне Спорышевского месторождения УВ / А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким, В. А. Середович, М. Д. Козориз // ГЕ0-Сибирь-2011. Пленарное заседание : сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск : СГГА, 2011. - С. 62-71.
8 Каленицкий А. И., Розенфарб И. А. О структуре и оценке точности опорных гравиметрических сетей крупномасштабных съемок // Сб. Вопросы рудной геофизики Сибири. - Тр. СНИИГГИМСа. - Вып. 92, 1969 г.
© А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким, 2015
