CC BY
67
ИНФОРМАЦИЯ
© В.П. Коболев1, П.А. Буртный1, С.Н. Довбыш2,
С.Ф. Михайлюк1, О.М. Русаков1, С.С. Чулков1, 2011
1Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины, Киев
2Институт геологических наук НАН Украины, Киев
ОПЫТНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В 66-м РЕЙСЕ НИС «ПРОФЕССОР ВОДЯНИЦКИЙ»
Приведены основные результаты опытно-методических геологогеофизических исследований, полученные в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в западной части Черного моря. Работы проводились врам-ках выполнения целевой комплексной программы научных исследований НАН Украины на 2010-2012 гг. «Комплексная оценка состояния и прогнозирования динамики морской среды и ресурсов Азово-Черноморского бассейна».
Введение. После более чем трехлетнего перерыва, связанного с капитальным ремонтом и переоборудованием, научно-исследовательское судно (НИС) «Профессор Водяницкий» 31 августа 2010 г. вышло в свой третий, а по общему счету - 66-й рейс. Первые после ремонта 64-й и 65-й рейсы были посвящены соответственно гидробиологическим (Институт биологии южных морей им. О.О. Ковалевского НАН Украины) и геолого-геохимическим (Отделение морской геологии и осадочного рудообразования НАН Украины) исследованиям Черного моря [1].
Опытно-методические комплексные геолого-геофизические исследования в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» проводились в рамках выполнения целевой комплексной программы научных исследований НАН Украины на 2010-2012 гг. «Комплексная оценка состояния и прогнозирования динамики морской среды и ресурсов Азово-Черноморского бассейна». Главной целью экспедиции согласно основной задаче «Комплексное геолого-геофизическое изучение эволюции, глубинного строения и состава земной коры; определение энергетического и минерального ресурсного потенциала Азово-Черноморского региона, разработка новых методов и технологий их исследований» была отработка оптимальных методических приемов проведения комплексных геолого-гео-физических наблюдений над нефтегазоперспективными структурами западной части Черного моря. В Черном море встречается наиболее широкий спектр нефтегазоносных объектов, которые имеют сложное геологическое строение и залегают в разных термобарических условиях. Такая оценка специфики этого региона дает основание рассматривать его как полигон для разработки, испытания и внедрения различных техникометодических и технологических приемов выделения, оценки параметров и освоения нефтегазоносных объектов в широком диапазоне стратиграфического разреза. Комплекс геолого-геофизических работ включал следующие методы и технологии:
1. Сейсмическое профилирование, как главный метод выявления амплитудных и скоростных аномалий, обусловленных структурными особенностями геологического разреза и нефтегазовмещающими породами.
2. Электромагнитное профилирование методом анализа спонтанной электромагнитного излучения (АСЭМИ) с целью изучения зон структурно-тектонически-напряженного состояния.
3. Геотермические исследования температурного режима верхней части донных осадков с целью расчета тепловых потоков и построения термобарических моделей формирования зон газогидратообразования.
4. Гравиметрические и магнитометрические наблюдения с целью картирования разломно-блокового строения земной коры.
5. Приповерхностные структурно-термо-атмогеохимические исследования (СТАГИ) с целью прогнозирования зон повышенной проницаемости и поисков углеводородов.
Организация экспедиции. Подготовка к проведению опытно-методических геолого-геофизических работ в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» проходила довольно сложно. Это было обусловлено рядом объективных и субъективных причин. К объективным причинам следует отнести значительное количество современных морских геолого-геофизических комплексов, которые впервые были установлены на НИС «Профессор Водяниц-кий» в качестве штатного оборудования. Это потребовало времени и больших усилий как со стороны научных сотрудников Института геофизики им. С.И. Субботина и Института геологических наук НАН Украины, так и экипажа судна. На протяжении двух недель перед выходом в море был выполнен значительный объем работ по их установке и стыковке с палубными механизмами.
В это время продолжались работы по техническому оснащению судна. Прежде всего, это касается установки и запуска системы кондиционирования судна, без которой, по опыту предыдущего рейса [1], работа претенциозной геофизической аппаратуры была бы невозможной. Технологические испытания установленного во время ремонта компрессора, предназначенного для обеспечения работы сейсмического комплекса, обнаружили ряд технических неисправностей, которые потребовали ремонта и замены некоторых его деталей. Были также приобретены и смонтированы на шлюпочной палубе кран-балка и откидной мостик для проведения забортных геотермических наблюдений и дополнительные спасательные средства в связи с увеличением численности научного состава экспедиции. Все эти и другие второстепенные вопросы оперативно решались благодаря самоотверженной работе команды НДС «Профессор Водяницкий» во главе с капитаном Тининикой Владимиром Григорьевичем, который профессионально обеспечил выход судна в море, с пониманием относился к нашим просьбам и предложениям относительно изменений и корректирования маршрута движения судна.
В рейсе принимали участие 17 сотрудников Института геофизики НАН Украины и 7 - Института геологических наук НАН Украины. В исследованиях были также задействованы ведущие специалисты Морской геологогеофизической экспедиции Причерноморского государственного региональ-
ного геологического предприятия (Одесса), концерна «Надра» и ООО «СИ Технолоджи Инструменте» (Геленджик). Всего научный состав экспедиции насчитывал 28 специалистов, среди которых - 3 доктора и 4 кандидата наук.
Аппаратурно-техническое обеспечение морских геолого-геофизичес-ких исследований 66-го рейса НИС «Профессор Водяницкий». Геофизическими исследованиями морей и океанов Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины занимается на протяжении нескольких десятков лет. В последние годы морские геофизические наблюдения выполнялись на аппаратурных комплексах и оборудовании, возраст которых превышал четверть века. Естественно, что такой длительный срок эксплуатации привел не только к их физическому, но и к моральному старению. Поэтому насущной проблемой стала необходимость расширения методов исследований и обновления аппаратурного парка для проведения полноценных комплексных морских экспедиционных исследований. Вторым существенным моментом является необходимость получения результатов экспериментальных геофизических наблюдений в соответствующих форматах для их последующей обработки и интерпретации на современном программно-алгоритмическом уровне.
Приобретение новых современных образцов морской геофизической аппаратуры и оборудования требует значительных финансовых затрат. Такая возможность появилась в начале 2007 г., когда была утверждена первая целевая программа научных исследований НАН Украины «Программа комплексных биоресурсных, гидрофизических и геолого-геофизических исследований морской среды, перспективных нефтегазоносных структур и картирования распределения газогидратов в акватории Черного и Азовского морей на 2007-009 гг.». В рамках выполнения этой Программы Институтом геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины был разработан аппаратурно-методический комплекс для обеспечения морских геофизических исследований на НИС «Профессор Водяницкий» и приобретены современные образцы морской сейсмической, магнитометрической и геотермической аппаратуры. А именно: телеметрическая сейсмическая система для морских работ XZone® Bottom Fish производства ООО «СИ Технолоджи Инструменте» (Геленджик, Россия), комплект пневмопушек фирмы BOLT (США), морской протонный магнитометр-градиентометр MPMG-3 (ООО „Импеданс”, Троицк, Россия), морской геотермический комплекс «ГЕОС-ТМ» (НПЦ «ПАЛС», Самара, Россия) и электромагнитный комплекс “ASTROGON-М” (производство ООО «Юг-нефтегазгеология», Украина). Также была выполнена модернизация имеющегося в Институте морского гравиметрического комплекса ГМН-К и разработано программно-алгоритмическое обеспечение обработки и интерпретации материалов гравимагни-тометрических и геотермических наблюдений.
Сотрудники Института геофизики НАН Украины принимали активное участие в техническом переоборудовании судна. Прежде всего, это касается приобретения и установки мощного стационарного компрессора ЭК-7.5, ресивера и монтажа необходимой сети трубопроводов для обеспечения сжатым воздухом системы возбуждения упругих колебаний для сейсмических исследований.
Институтом геологических наук НАН Украины была разработана и внедрена в практику комплексная методика СТАГИ для прогнозирования разломних зон повышенной проницаемости и поисков углеводородов [2]. С учетом специфики морских исследований технология СТАГИ была адаптирована к условиям поисково-разведочных работ в Азовском и Черном морях. В результате был определен комплекс методов приповерхностных исследований в морских акваториях, который включает геолого-структурный анализ объектов исследований, термометрическую съемку донных отложений, радонометрическую и газовую съемки придонного слоя воды (по Rn, He, H2, СО2 и свободным углеводородам). Параллельно с научно-методическими разработками были выполнены работы по созданию и усовершенствованию специального аппаратурного комплекса, а также проведены его испытания в морских условиях. Тем не менее, несмотря на большой объем выполненных работ, многие вопросы научно-методического характера нуждались в дополнительном изучении. Прежде всего, это касается усовершенствования комплексной методики структурных, термометрических и ат-могеохимических исследований в морских экспедиционных условиях для локального прогнозирования залежей углеводородов.
Специфика комплексных геолого-геофизических работ состоит в проведении наблюдений с помощью сенсорных приемников стационарно установленных (гравиметрические и электромагнитометрические) и удаленных за борт судна. Последние в свою очередь делятся на буксируемые во время движения судна (магнитометрические и сейсмометрические) и зондирующие водную толщу и донные осадки при дрейфе судна на станциях (геотермические и термо- атмогеохимические). Такой широкий спектр непрерывных и дискретных геолого-геофизических наблюдений потребовал отработки совместимости и согласования различных видов работ в оптимальном режиме использования судового времени.
Таким образом, в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» был апробирован аппаратурно-методический комплекс экспериментальных геологогеофизических методов исследований с целью изучения нефтегазоносности морского дна. Прежде всего, внимание было сконцентрировано на отработке оптимальных методических приемов комплексных геолого-геофизичес-ких работ. При этом отдельной задачей была оценка совместимости оборудованных геолого-геофизических комплексов с силовыми и спускоподъемными механизмами НИС «Профессор Водяницкий».
Для выполнения геолого-геофизических наблюдений в 66-м рейсе было задействовано как штатное оборудование НИС «Профессор Водяницкий» -траловая и спускоподъемные лебедки (Л№ 3, 4, 6) для проведения забортных работ, компрессор высокого давления (К), ресивер (R), так и следующее научно-техническое геолого-геофизическое оборудование (рис. 1).
Сейсморазведочный комплекс состоит из двух взаимосвязанных систем - регистрации и возбуждения упругих колебаний. В качестве системы регистрации использовалась цифровая телеметрическая система XZone® Bottom Fish, предназначенная для проведения 2D- и 3D-сейсмического профилирования на акваториях при глубинах моря свыше 20 м. Конструктивно система состоит из двух основных частей: центральной станции регист-
Лаборатории: 1 - геотермическая; 2 - электромагнитная; 3 - сейсмическая;
4 - геологическая, 5 - гравиметрическая.
Лебедки: Л№3 - геотермическая; Л№4 - геологическая, Л№6 - сейсмическая
а, б, в, г - выносные датчики регистрации электромагнитного поля
Рис. 1. Размещение лабораторий и палубного научно-технического оборудования на НИС «Профессор Водяницкий»
рации (ЦСР), палубного и забортного оборудования. ЦСР способна обрабатывать до 7200 каналов с поддержкой нескольких кос, что существенно увеличивает производительность сейсморазведочных работ. Для возбуждения упругих колебаний использовались высокочастотные пневмоисточники (пушки) объемом 10, 20 и 40 куб. дюймов. Работа сейсморазведочного комплекса осуществлялась по “классической” технологии морских работ с фланговой системой наблюдений.
Модернизированный гравиметрический комплекс ГМН-К (ИГФ) состоит из трех идентичных гравиметров ГМН-К, в основу работы которых положен компенсационный метод измерения. Модернизация гравиметрического комплекса заключалась в преобразовании аналоговых параметров работы гравиметров с помощью прецизионных потенциометров в цифровой сигнал. Вся информация о параметрах работы соответствующих датчиков поступает на АЦП и далее на компьютер где сохраняется на жестком диске в виде таблицы в TXT-формате.
Измерительно-вычислительный комплекс для дифференциальных гидромагнитных исследований - морской буксируемый протонный магнитометр-градиентометр MPMG-03 “IMPEDANCE” предназначен для автоматического измерения модуля вектора магнитной индукции Земли в двух разнесенных в пространстве точках и градиента между ними в условиях морской магнитной съемки. Комплекс включает в себя забортный и набортный блоки, соединенные между собой кабелем-буксиром. При проведении
Рис. 2. Забортная часть магнитометра-градиентометра MPMG-03 “IMPEDANCE”
наблюдений за бортом буксируются на расстоянии не менее трех длин корпуса судна от его кормы две погружные гондолы (рис. 2).
Программное обеспечение прибора реализует возможность измерения и записи длительности последовательно идущих периодов сигналов прецессии от двух разнесенных в пространстве датчиков протонных магнитометров. При этом в каждой из буксируемых гондол, на основе измеренных периодов частоты, формируются цифровые значения поля - единичные измерения, которые затем суммируются контроллером в ближней из буксируемых гондол, преобразуются в последовательный код и передаются в набортный блок управления комплексом.
Геотермический телеметрический аппаратурный комплекс «Геос-ТМ2» предназначен для дискретных определений глубинного теплового потока через морское дно и обеспечивает измерение in situ температур, термоградиентов, теплопроводности донных осадков, температуры придонной воды, гидростатического давления (глубины) и угла внедрения погружаемой части зонда в донные осадки. Измерительный комплекс состоит из погружного зонда и бортового блока, соединенных между собой трехжильным кабель-тросом (рис. 3).
Процесс измерения геотермических параметров и обработка результатов полностью автоматизированы и выполняются по заданной программе. Достоинством системы «ГЕОС-ТМ» является возможность оперативного контроля и управления процессом измерения. Она позволяет четко фиксировать момент и угол вхождения зонда в осадки и его извлечения, следить за процессом становления теплового равновесия между зондом и осадками. Оперативное получение такой информации дает возможность рационально использовать судовое время забортных работ путем своевременного изменения режима работы лебедки, а также выполнять повторные внедрения зонда в осадки на отдельных станциях.
Приборной основой метода анализа спонтанной электромагнитного излучения (МАСЕМИ) является комплекс “ASTROGON-М” (производство ООО «Юг-нефтегазгеология», Украина). В его состав входят: 4 надводных приемника, установленных попарно с двух бортов судна на выносных штангах, пульт управления, регистратор, приемник GPS, интерфейсный адаптер и компьютер. Анализатор активности электромагнитного поля представ-
а
ляет собой 12-ти канальный пороговый регистратор числа импульсов шумоподобной магнитной компоненты радио-волнового фона Земли с привязкой к координатам местоположения по системе GPS. Регистрация производится в непрерывном режиме. Результаты регистрации записываются в запоминающее устройство.
Рис. 3. Схема геотермческих наблюдений телеметрическим комплексом „Геос-ТМ2”
Приповерхностные структурно-термо-атмогеохимические исследования были обеспечены комплектом технических средств и приборов, который включал: персональный навигатор GPS-системы, термозонд с комплектом оборудования, пробоотборник-дегазатор, полевую радонометрическую лабораторию. Для измерения температуры донных осадков в рейсе был использован термозонд “ИТМГ-4КР” с автоматической записью результатов, который позволяет измерять температуру на поверхности дна и глубинах
0,5 и 1,0 м. Отбор и дегазация проб придонной воды с целью определения содержания радона, углекислого газа, водорода, гелия и углеводородов выполнялись с помощью пробоотборника-дегазатора ПДБК-2М и его модификации ПДБК-3Г, разработанных в Институте геологических наук НАН Украины. Содержание радона в пробах определялось с помощью компактной лаборатории в составе газовакуумного приспособления для впуска пробы, сцинтилляционной камеры и радиометра-спектрометра. Отбор донных осадков на фаунистический анализ и геоэкологические исследования проводился прямоточной грунтовой трубкой.
Особенности выполнения программы опытно-методических работ и результаты предварительной обработки полученных материалов наблюдений. Схема маршрута экспедиции. Опытно-методические экспериментальные геолого-геофизические работы в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяниц-кий» проводились в западной части Черного моря (рис. 4). Условно весь эк-
Рис. 4. Схема маршрута 66-го рейса НИС «Профессор Водяницкий»
спедиционный период можно разделить на два этапа - до захода в порт Варна и после. Первый этап включал дискретные станционные исследования на полигоне 1 и беспрерывные геофизические наблюдения во время переходов над отдельными нефтегазоперспективными структурами. На втором этапе была выполнена профильная съемка и отбор донных осадков на фаунис-тический анализ и геоэкологические исследования на полигоне 2.
Во время захода в порт Варна состоялись переговоры с директором Института океанологии Болгарской академии наук проф. Атанасом Палазовым о проведении совместных геолого-геофизических экспедиционных исследований в исключительно Болгарской и Украинской экономических зонах Черного моря.
Навигационные особенности рейса. Практически всю экспедицию 66го рейса НИС «Профессор Водяницкий» сопровождали сложные погодные условия. Сильные ветры северо-западного и северо-восточного направлений, которые достигали скорости до 20 м/с, вызывали волнение моря более 4-6 баллов. При движении судна лагом к волне бортовая качка начинает ощущаться при волнении моря после 4 баллов. Такие неблагоприятные погодные условия препятствовали плановому выполнению научной программы, судно трижды пряталось от шторма в укрытиях берега. Общая продолжительность отстоя судна во время штормовой погоды составила более 4 суток.
Результаты отработки методических приемов выполнения морских геофизических наблюдений. Запуск в работу новых морских комплексов и отработка методических приемов проведения разных видов геолого-геофизичес-ких работ проходили непосредственно во время выполнения запланированных наблюдений на двух полигонах и галсах (профилях) при переходах (табл. 1). Учитывая ограниченный объем журнальной статьи, остановимся на основных трудностях отработки методических приемов выполнения морских геолого-геофизических наблюдений и предыдущих результатах обработки и интерпретации полученного экспериментального материала.
На первом этапе во время перехода из порта Севастополь на полигон 1 была продолжена подготовка аппаратуры и оборудования к работе. В частности, было выполнено наполнение секций сейсмической косы специальной жидкостью для придания ей нейтральной плавучести.
В процессе технологических испытаний сейсмического комплекса был выявленный ряд помех, источником которых были силовые линии электропитания судовых лабораторий. С учетом технических сложностей, которые возникли во время проведения опытно-методических работ, была разработана методика и схема размещения забортного оборудования сейсмического телеметрического комплекса с целью оптимизации условий возбуждения и качественной регистрации сейсмических волн (рис. 5).
Непосредственные сейсмические наблюдения выполнялись 24-канальной косой, с первым приемником, размещенным на расстоянии 66,5 м от источника. Расстояние между соседними датчиками составляло 3 м, скорость движения судна - 4 узла, частота срабатывания пневмопушек - 12,5м с периодом квантования 0,5 мсек.
Сейсмометрия - один из самых сложных и трудоемких новых методов. Технические сложности, а именно выход из строя компрессора, не по-
Таблица 1
№ Дата Время Маршрут, работы Координаты Рассто- яние, миль Общая длительность
Широта Долгота час. сут.
1 31.08 23.00 Переход: Севастополь-полигон №1 45018,0 30о04,0 110 12 0.5
2 1.09 2.09 12.00 9.00 Наблюдения на станциях на полигоне №1 21 0.9
3 2.09 9.00 Переход на штормовую стоянку 45021.5 45027.0 31004.4 30°00.0 45 5 0.2
4 3.09 4.00 Переход на полигон №1 45027.0 45021.5 30°00.0 31002.4 43 5 0.2
5 3.09 4.09 9.50 6.00 Наблюдения на станциях на полигоне №1 20 0.8
6 4.09 6.20 16.10 Переход на профиль №1 45030.4 45058.5 30050.1 30056.0 30 10 0.4
7 4.09 5.09 18.15 12.20 Наблюдения на профиле №1 45058.5 45033.0 30056.0 32027.5 70 18 0.7
8 5.09 6.09 16.50 1.30 Наблюдения на профиле №2 45033.0 44026.2 32027.5 31013.6 85 9 0.4
9 6.09 1.30 11.30 Наблюдения на станциях 44026.2 44027.2 33 00 3 6 10 0.4
10 6.09 6.09 11.30 14.15 Технологические испытания сейсмического комплекса 44018.9 31027.5 13 3 0.1
11 6.09 7.09 14.15 7.00 Переход в порт Варну 170 17 0.7
12 7.09 8.09 7.00 14.00 Стоянка в порте Варна 31 1.3
13 8.09 9.09 14.00 9.00 Переход на полигон №2 44041.0 31044.0 180 19 0.8
14 9.09 9.09 9.00 16.30 Наблюдения на профиле №3 44041.0 44047.0 31044.0 32013.0 22 7 0.3
15 9.09 16.30 22.30 Переход на штормовую стоянку 45018.3 32033.6 40 6 0.3
16 9.09 12.09 22.30 12.00 Штормовая стоянка 45018.3 32033.6 61 2.5
17 12.09 12.09 12.00 17.00 Переход на полигон №2 44046.5 31039.5 30 5 0.2
18 12.09 17.00 22.00 Наблюдения на профиле №5 44046.5 44053.5 31039.5 32010.0 23 7 0.3
19 12.09 13.09 22.00 7.00 Переход на штормовую стоянку 45018.3 32033.6 30 9 0.4
20 13.09 7.00 11.30 Переход на полигон №2 45018.3 44021.5 32033.6 31025.5 40 4.5 0.2
21 13.09 11.30 17.30 Наблюдения на станциях 44021.5 44042.2 31025.5 32001.00 4 0.2
22 13.09 14.09 17.30 3.30 Переход: полигон №2 -Севастополь 44042.2 32001.00 100 10 0.4
зволили выполнить запланированный объем работ. Вместе с тем метод был запущен, сейсмические работы были выполнены на двух профилях. На рис.
Рис. 5. Методическая схема размещения забортного оборудования сейсмического комплекса
6 приведен пример качества одноканальной записи, полученного согласно вышеупомянутой методической схеме.
Во время первого спуска за борт гондол магнитометра-градиентометра МПМГ-03 с целью отладки рабочих параметров было выявлено несоответствие регистрируемого уровня магнитного поля нормальным значениям. Набортное тестирование комплекса показало нормальную работу прибора. После продолжительных технических испытаний были обнаружены в судовой сети заземления помехи, которые достигали 30 В. Таким образом, была установлена невозможность работы МПМГ-03 в полноценном режиме до устранения выявленного разбалансирования системы электропитания и заземления. Отделение лабораторного блока питания от общесудового в морских условиях выполнить было невозможно.
Перед началом рейса были выполнены работы по созданию опорных гравиметрических пунктов (ОГП) возле места постоянного базирования судна - пирс 59 (Инкерман) и причала 122. Создание ОГП состояло из трех пар измерений между ОГП «Таможня» и новыми ОГП для каждого пункта. Характеристики созданных ОГП приведены в табл. 2.
Рис. 6. Пример одноканальной сейсмической записи
Таблица 2
огп Дата создания Координаты Абсолютное значение силы тяжести, мГал Среднеквадратичная ошибка, мГал
Ф, N X, E
Таможня 1995 44° 36' 54,5" 033° 31' 35,5" 980642,2
Пирс 59 21.08.2010 44° 36' 42,8" 033° 34' 30,5” 980642,0 0,045
Причал 122 31.08.2010 44° 36' 12,5" 034° 31' 47,4” 980644,1 0,12
Запуск в эксплуатацию модернизированного гравиметрического комплекса включал в себя набортные опорные измерения тремя циклами у пирса № 59 и одним циклом - у причала № 122. После выхода из порта Севастополь гравиметрические наблюдения проводились беспрерывно.
После выполнения подготовительных сборочных работ комплекса «ГЕОС-ТМ» было испытано качество соединения зонда с блоком управления через трос-кабель и выполнена калибровка датчиков. Результативные геотермические исследования произведены на 3 станциях на континентальном склоне западной части Черного моря. Анализ результатов наблюдений позволяет сделать вывод, что канал измерения температуры зонда работает удовлетворительно. Расхождение в определенные температуры разными датчиками не превышает тысячных частиц градуса. На изменения температуры все датчики реагируют синхронно. Теплопроводность осадков составляет 0,88-0,82 Вт/м-К. Эти данные согласуются с результатами предыдущих определений в этом регионе in situ и в лабораторных условиях.
Электромагнитные наблюдения методом АСЭМИ_выполнялись практически по всему маршруту судна, за исключением штормовых галсов. На одном из них, при движении судна лагом при 4-х балльном волнении моря, бортовая качка привела к погружению одного из датчиков-приемников правого борта в воду и его выходу из строя. Ремонт и герметизация электронного модуля приемника были оперативно выполнены во время штормового отстоя судна.
Структурно-термо-атмогеохимические исследования (СТАГИ) с целью отработки комплекса методов картирования температурных и газово-геохимических аномалий в морских условиях и апробации аппаратурного оборудования были выполнены на 57 станциях полигона 1. Работы проводились вдоль профилей, расстояние между станциями на профилях составляло одну милю. Средняя продолжительность выполнения забортных работ на одной станции и переход между ними составляли приблизительно 2025 минут. Дополнительно на промежуточной штормовой стоянке судна были отобраны пробы донных отложений и проводились измерения температуры их верхнего слоя.
Предварительные результаты обработки и интерпретации полученного экспериментального материала. Геолого-геофизические исследования в 66-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» были направлены на изучения известных месторождений и перспективных структур на северо-западном шельфе Черного моря.
Рис. 7. Размещение полигона 1 и профиля 1 на схеме месторождений и перспективных структур северо-западного шельфа Черного моря
Полигон 1 расположен в границах Безымянной, Рифтовой и Осетровой газоперспективных структур (рис. 7).
На основе выполненных на этой площади термометрических и газогеохимических исследований составлены карты полей приповерхностной разгрузки флюидогазовых потоков (свободных углеводородов, гелия, водорода, радона) и температурных показателей. Выделены участки аномальных значений газо-геохимических индикаторов, которые характеризуют зоны повышенной проницаемости и неотектонической активности. А также очерчены поля их фоновых значений, которые отвечают блокам с современными условиями относительной геодинамической стабильности и потенциальной герметичности горных пород, благоприятными для формирования ловушек углеводородов.
В целом для площади работ выявлен сложный характер распределения газо-геохимических и температурных аномалий, типичный для площадей с мелкоблоковой структурой, что необходимо учитывать при постановке поисково-разведочных работ [3]. Анализ результатов исследований 66-го рейса НДС “Профессор Водяницкий” позволил выполнить районирование площади исследований и определить контуры участков, перспективных для дальнейших поисково-разведочных работ (рис. 8).
Полученные результаты СТАГИ свидетельствуют о необходимости их учета в комплексе морских поисково-разведочных работ на залежи углеводородов (в частности, в процессе интерпретации материалов детализацион-
Рис. 8. Пространственное размещение перспективных на поиски углеводородов площадей по результатам комплексной интерпретации полученных на полигоне 1 данных структурно-термо-атмогеохимических наблюдений
ных сейсморазведочных 3D исследований) как важную составную критериальных признаков при прогнозировании нефтегазоперспективных объектов.
Экспериментальный профиль №1 пересекает рядом с перспективными структурами (Биостромная, Северноголицынская и Восточношмидтов-ская) такие известные месторождения, как Голицынское газоконденсатное, Северно-Голицынськое и Шмидтовское газовые в северо-западной мелководной части шельфа Черного моря (см. рис. 7). В тектоническом отношении указанные структуры располагаются в границах северного пологого борта Каркинитско-Южнокрымского прогиба, выполненного в основном мел-палеогеновыми отложениями, наложенными непосредственно на южный край древней Восточноевропейской платформы. Практически все исследованные структуры находятся в границах широкой многоступенчатой субширотной разломной зоны глубинного заложения, которая явля-
ется границей между Скифской плитой и южным окончанием Восточноевропейской платформы [4].
Изучение возможностей метода АСЭМИ в исследовании глубинного строения литосферы и отработка методических приемов определения глубинных геологических границ и объектов стали логическим продолжением прежде проведенных в 27-м рейсе НИС «Владимир Паршин» детальных работ над хорошо изученными промышленными и перспективными газоносными структурами к западу от полуострова Тарханкут [5].
Объектом исследования метода АСЭМИ является поле спонтанной электромагнитной эмиссии, генерированное при изменении напряженно-де-формованного состояния литосферы. Обусловленность спонтанного электромагнитного излучения Земли разной способностью горных пород к накоплению напряжений вследствие дифференциации по упругим параметрам предполагает возможность выделения блоков и слоев пород различного состава и плотности в литосфере и верхней мантии. А наличие значительных неоднородностей поля на границах блоков (а для слоистой среды и на границах слоев) создает условия для изучения тектонического строения земной коры, то есть прослеживания разного ранга разрывных нарушений. Перераспределение напряжений в местах формирования диапиров, соляных штоков, сосредоточений углеводородов позволяет обнаруживать эти объекты по аномалиям на дневной поверхности [6].
В основу интерпретации были положены результаты первичной обработки материалов наблюдений в виде поэтапных построений разрезов преимущественно горизонтальных и вертикальных источников возбуждений электромагнитного поля на различных глубинах (рис. 9). При построении разреза структурно-формационные слои выделялись по напряжениям в точках изгибов, которые являются источниками повышенной интенсивности излучения. Совокупность этих точек предоставляет первичную информацию для построения структурно-тектонического плана локальных напряжений.
На профиле наблюдений (рис. 9) уверенно прослежены тектонические нарушения, которые хорошо сопоставимы с выявленными здесь ранее разлом-ными зонами по результатам других геолого-геофизических исследований [4].
Также обращают на себя внимание выделенные три майкопских продуктивных горизонта на соответствующих промышленному бурению глубинах. Менее уверенно залежи углеводородов прослеживаются в отложениях палеогена и мела на глубинах соответственно 2000 и 3750 м. Тесная связь выделенных залежей углеводородов в границах исследованных структур с тектоническими нарушениями может свидетельствовать о миграционной и экранирующей значимости последних. Особого внимания заслуживают выявленные признаки залежей углеводородов в меловых образованиях.
Полигон №2 расположен в зоне перехода от шельфа к континентальному склону западной части Черного моря в районе палеодельты Днепра (см. рис. 7). Предыдущими исследованиями здесь выявлено большое количество источников газа (сипов) разной интенсивности [7]. Численность выявленных на дне Черного моря газовых сипов возрастает в геометрической прогрессии с каждой последующей экспедицией. Так, только за период детальных геолого-геофизических исследований по одному из международных
—I-----------------------------------------------------1-1-1-1-1-1-1----1-------1--------1-------1-----------
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 М
—I-----------1-------1-------1--------1-------1--------1-------1--------1-------1--------1--------1--------1—
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 М
шежи углеводородов тектонические нарушении
Рис. 9. Результаты первичной обработки материалов наблюдений методом АСЭМИ: а - горизонтальные, б - вертикальные возмущения
проектов (CRIMEA project) в 2004-2005 гг. на площади 1540 км2 в районе палеодельты Днепра были зафиксированы 2778 метановых сипов [8].
Анализ имеющейся геолого-геофизической информации указывает, что распределение метановых сипов по площади не является случайным. Большинство выявленных газовых сипов сконцентрированы на глубинах моря, которые не превышают 725 м (рис. 10).
Такая глубина моря отвечает зоне стабильного существования метанового газогидрата при средней донной температуре (8,9°С) в этой части Черного моря.
Последнее обстоятельство может свидетельствовать, что в
Рис. 10. Обзорная батиметрическая модель полигона 2 с расположением газовых сипов и газогидратной зоны [8]
. ■
? Ц. If , , и. „ » „ „ ч. „
*svr :*ч ^ gpllpt — •’ .. ■ ' . ^ ^ ' ■ =' ■ ■ г-
Г ■ . ■ ■ ■ .. „ --
Рис. 11. Зарегистрированное волновое поле: вверху - часть волнового поля, которая вмещает первые 36 пунктов возбуждения (864 трас); внизу - увеличенный масштаб выделенного прямоугольника
стабильном состоянии газогидраты играют роль буфера для миграции свободного газа через дно в водную толщу.
Впервые сейсмические признаки наличия газогидратов в северо-западной части Черного моря, а точнее, граница BSR (bottom-simulating reflectors), которую связывают с подошвой зоны их стабильного существования [9], была задокументирована сейсмическими исследованиями МВХ, которые проводили немецкие ученые на НДС «Профессор Логачев» в 2001 году западнее Днепровского каньона [7, 8]. Выявленные многочисленные газовые выделения из дна моря (сипы), а также закартированная площадь возможного существования газогидратных залежей [10] обусловили постановку на полигоне 2 детальных сейсмических исследований.
Изображение отдельных элементов глубинного строения на сейсмическом разрезе ограничивается пропускной способностью сейсмического источника, а физические параметры, которые описывают отклик сейсмической среды, являются частотнозависимыми. Чтобы получить более полное представление о сейсмических параметрах исследуемой среды, необходимо проводить многократные наблюдения со сменными параметрами источника. Однако, как указано выше, вследствие технической сложности в работе силовых механизмов судна, сейсмические исследования удалось провести лишь на двух профилях в северной части полигона. Учитывая на это, остановимся лишь на методических результатах предварительной обработки материалов наблюдений, выполненных канд. физ.-мат. наук, с.н.с. отдела сейсмометрии и физических свойств вещества Земли Института геофизики
- 40
Ш
Рис. 12. Сумарный временной разрез ОГТ (вверху) и миграционный по сумме ОГТ (внизу)
им. С.И. Субботина НАН Украины Верпаховской А.О. под руководством доктора физ.-мат. наук Пилипенко В.Н.
На рис. 11 приведена часть исходной записи (36 пунктов возбуждения, 864 трасы) сейсмических наблюдений, где четко видно, что максимальное время целевой записи составляет приблизительно 0.7 с (увеличенный масштаб выделенного прямоугольником волнового поля на верхнем рисунке демонстрируется ниже).
Для получения суммарного разреза наблюденного волнового поля в качестве априорных были избранные скорости для толщи воды 1500 м/с и изменяющаяся по глубине до 2000 м/с в интервале времени 0-5 с. На рис. 12 приведен суммарный временной разрез ОГТ (вверху) и миграционный по сумме ОГТ (внизу), который свидетельствует о высокой информативности установленного на НИС «Профессор Водяницкий» сейсмического комплекса при изучении структуры верхней части донных отложений.
Выводы. 1. На НИС «Профессор Водяницкий» в качестве штатного установлен и апробирован в 66-ом рейсе современный морской геолого-гео-физический аппаратурно-алгоритмический комплекс, предназначенный для изучения геологического строения и поиска углеводородов на акваториях.
2. Разработаны и испытаны методические приемы проведения на НИС «Профессор Водяницкий» работ цифровой сейсморазведочной телеметрической системой XZone BOTTON FISH методом отраженных волн при различных параметрах возбуждения и регистрации сейсмических волн. Предыдущая обработка полученных материалов сейсмических наблюдений свидетельствует об их высокой информативности при изучении структуры верхней части донных отложений.
3. Смонтированы и протестированы гравиметрический комплекс ГМН-К(ИГФ), магнитометр-градиентометр MPMG-03 и геотермическая телеметрическая система «Геос-М». Определенные шаги по их дальнейшей модернизации и улучшение работы с учетом специфических особенностей судна.
4. Анализ полученных в 66-ом рейсе НИС «Профессор Водяницкий» результатов структурно-термо-атмогеохимических наблюдений позволил
выполнить районирование и определить контуры участков, перспективных для дальнейших поисково-разведочных работ в границах Безымянной, Риф-товой и Осетровой газоперспективных структур.
5. Наблюдения методом анализа спонтанной электромагнитной эмиссии Земли, выполненные вдоль перспективных структур и известных месторождений северо-западного шельфа, позволили проследить три майкопских продуктивных горизонта, которые отвечают результатам промышленного бурения.
4. Несмотря на опытно-методический характер 66-го рейса НИС «Профессор Водяницкий», получен значительный объем новой геолого-геофизи-ческой информации, дальнейшая интерпретация и осмысление которой позволит существенно уточнить строение ряда структур и месторождений на северо-западном шельфе Черного моря.
1. Шнюков Э.Ф., Емельянов ВА., Кузнецов А.С., Куковская Т.С., Щипцов АА. Гео-лого-геохимические исследования в 65-ом рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в Черном море // Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №4. - С. 94-98.
2. Багрий ИД. Комплексная методика структурно-термо-атмогеохимических исследований прогнозирования нефтегазоперспективных объектов // Геология и геохимия горючих ископаемых. - 2010. - № 1 (150). - С. 5-20.
3. Багрий ИД, Аксьом СД., Довбиш С.М., Дубосарский В.Р. Структурно-термоат-могеохимические исследования северо-западной части Черного моря в границах Безымянного месторождения, Рифтовой и Осетровой структур (66 рейс НИС „Профессор Водяницкий”, 31.08-14.09.2010) // Сборник материалов международной научной конференции «Современные проблемы литологии осадочных бассейнов Украины и сопредельных территорий», 9-11 ноября 2010, Киев, Украина. - Киев, 2010. - С. 13.
4. Старостенко В.И., Макаренко И.Б., Русаков О.М., Пашкевич И.К., Кутас Р.И., Легостаева О.В. Геофизические неоднородности литосферы мегавпадины Черного моря Черного моря // Геофиз. журн. . - 2010. - 32. -№ 5. - С. 3-20.
5. Коболев В.П., Русаков О.М., Богданов ЮА., Козленко Ю.В. Геофизические исследования в 27-м рейсе НИС «Владимир Паршин» в Черном море // Геофизический журнал. - 2007. - 29, № 2. С. 167-178.
6. Шуман В.Н., Богданов ЮА. Импульсное электромагнитное излучение литосферы: спорные вопросы теории и полевой эксперимент // Геофизический журнал. - 2008. - 30. -№ 2. - С. 32-41.
7. Ludman T, Wong H.K., Konerding P., Zilmer M, Petersen J, Fluh E. Heat flow and quantity of methane deduced from a gas hydrate field in the vicinity of the Dnieper Canyon, northwestern Black Sea // Geo-Mar. Lett. (2004), 24. P. 182-193.
8. Naudts L, Greinert J., Artemov Yu., Staelens P., Poort J., Van Rensbergen P., De Batist M. Geological and morphological setting of 2778 methane seeps in the Dnepr paleo-delta, northwestern Black Sea // Marine Geology 227 (2006). P. 177- 199.
9. Kvenvolden K.A. Gas hydrates as a potential energy resource - a review of their methane content. In: Howell, D.G. (Ed.), The Future of Energy Gases-U.S. Geological Survey Professional Paper 1570. United States Government Printing Office, Washington, 1993. P. 555- 561.
10. Zillmer M., Flueh E.R., Petersen J. Seismic investigation of a bottom simulating reflector and quantification of gas hydrate in the Black Sea / Geophys. J. Int. 161, 2005. P. 662-678.
Получено 25.11.2010 г.
