CC BY
87
УДК 551.2/3
В.А. Середович, А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким СГГА, Новосибирск М.Д. Козориз
ОАО «Независимая Ресурсная Компания», Москва
РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКО-ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ НА ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ СПОРЫШЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УВ
Излагаются результаты двух циклов натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений на примере Спорышевского геодинамического полигона. Даны предложения по совершенствованию технологии проведения работ.
V.A. Seredovich, A.I. Kalenitsky, E.L. Kim SSGA, Novosibirsk M.D. Kozoriz
«Independent Resource Company», Moscow
COMPLEX GEODETIC AND GRAVIMETRIC OBSERVATIONS ON THE GEODYNAMIC TESTING AREA OF SPORYSHEVSKOYE OIL FIELD
The results of the two cycle geodetic-and-gravimetric field observations on Sporyshevskoye geodynamic testing area are presented. The ways of the process technologies improvement are offered.
Одним из требований по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр на месторождениях нефти и газа является создание и функционирование геодинамических полигонов (ГДП).
Обобщенный опыт проведенных работ на различных ГДП в нашей стране и за рубежом позволил сформулировать общие требования по составу, точности работ и регламенту наблюдений при проведении геодинамического мониторинга [1]. При этом выявлено, что места проявления геодинамических движений, а, следовательно, и места проявления аварий и катастроф в большей мере тяготеют к активным тектоническим структурам и непосредственно прилегающим к ним объемам пород и участкам земной поверхности. В ряде разломов различного типа были обнаружены аномальные вертикальные и горизонтальные движения. Эти аномальные события, названные суперинтенсивными геодинамическими движениями, амплитудны (до 50-70 мм/год), короткопериодичны (0.1-1.0 год), пространственно локализованы (0.1-
1.0 км) и обладают пульсационной и знакопеременной направленностью[1]. Коллективом ученых ИГД УрО РАН выявлен новый класс геодинамических
движений в разломных зонах с амплитудами до 60-110 мм, периодами 30-60 сек.,40- 60 мин. и подтверждены движения с периодами до года и более. Всем этим движениям, наряду с трендовой составляющей, свойственны пульсационный характер и знакопеременная направленность [2,3].
Исходя из этого, изучение геодинамических процессов в первую очередь необходимо начинать с уточнения геолого-тектонической структуры ГДП.
Изучение геодинамических процессов на Спорышевском ГДП, выполняемых СГГА совместно с ОАО «Газпромнефть-ННГ» в период с 2005 года по настоящее время, проводится с учетом вышеизложенного.
Для уточнения геолого-тектонической структуры ГДП в первом цикле изучения геодинамических процессов была применена площадная высокоточная гравиметрическая съемка. Выбор методики обработки осуществлялся, исходя из поставленной задачи с привлечением данных сейсмометрии и морфометрии на территорию месторождений.
В гравиметрии, в отличие от геодезических натурных наблюдений, к процедурам собственно обработки и уравнивания их результатов дополнительно добавляется наиболее трудоемкая процедура определения аномалий силы тяжести и их разделения на составляющие - процедуры редуцирования гравитационного поля и редуцирования его аномалий. При изучении геодинамических процессов, как и при геологоразведочных работах определение аномалий силы тяжести требуется выполнять не только с нормативно принятыми значениями плотности промежуточного слоя, но и с плотностью горных пород, слагающих топографические массы, наиболее приближенной к её среднему значению на территории работ [4, 5].
Процедура определения аномалий силы тяжести (редуцирования исходного измеренного гравиметрического поля) на участке работ включала вычисление значений нормального поля Земли (уровень отсчета - условный), с учетом в них поправок за высоту, влияние промежуточного слоя топографических масс (редукция Буге) в двух вариантах:
-5
1) С нормативным значением плотности а0 = 2,67 г/см ,
-5
2) С принятой для территории работ плотностью а0= 2,0 г/см .
В свою очередь, поправки за влияние промежуточного слоя топографических масс определялись как сумма двух поправок:
1) За притяжение параллельного слоя,
2) За отклонение реальной поверхности от параллельного слоя (поправки за рельеф).
Было выполнено качественное редуцирование аномалий силы тяжести с целью использования их региональных и локальных значений для интерпретации сейсмо-тектонической обстановки на территории ГДП, так как количественное решение задачи было затруднено из-за дефицита сведений об особенностях объемного изменения физических свойств горных пород.
Для выполнения качественного редуцирования, исходя из теоремы Фишера о предельных глубинах залегания источников аномалий, был определен размер
контура палетки осреднения аномального поля так, чтобы в локальных аномалиях наиболее полно отразились плотностные неоднородности верхней части разреза в пределах глубин от 0 до 1,0 - 1,5 км. Размер стороны контура квадрата осреднения был принят равным 6 км. Цифровая модель аномального гравитационного поля при этом была задана с шагом 1 км.
В связи с тем, что рабочим полем для интерпретации являлись значения
'У
силы тяжести в редукции Буге с о0 = 2,0 г/см и общая средняя квадратическая погрешность составила величину =±0,045мГал ■> сечение изоаномал для
схемы локальных аномалий принято равным - 0,1 мГал. Схемы значений аномального регионального и локального полей силы тяжести представлены соответственно рис. 1 и 2. Для удобства представления сечение изоаномал регионального фона принято равным 0,2 мГал.
Рис. 1. Схема аномального регионального Рис. 2. Схема локальных аномалий фона в редукции Буге первого цикла силы тяжести первого цикла (уровень (уровень отсчета - условный) отсчета - условный)
На основе качественного анализа поля локальных аномалий, полученного в 1-ом цикле натурных измерений, были выявлены зоны повышенных значений горизонтального градиента их изменения, а также направления линейного простирания этих зон, свидетельствующих о возможности приуроченности к ним дизъюнктивных элементов в верхней части геологического разреза с возможным проникновением в нижние горизонты осадочного чехла.
С учетом таких зон, данных линеаментного анализа форм рельефа на территории ГДП (выполнен в ОАО «Сибнефть - ННГ») и результатов сейсморазведки (ОАО «Центральная геофизическая экспедиция», 2001г.) построена схема комплексной интерпретации перечисленных данных (рис. 3).
На схеме оконтурены зоны повышенного промышленного риска: одна выделяемая уверенно, две другие предполагаемые. Кроме того выявлена диффузионная картина локального сквозного нарушения согласия залегания горизонтов от фундамента до поверхности дневного рельефа, отражаемого на временных сейсмических разрезах и частично подтверждаемых гравиметрией. Не исключено, что это связано с проявлением вибрации промышленного характера.
Рис. 3. Схема результатов комплексной интерпретации гравиметрическо-геофизических данных первого цикла.
При планировании натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений второго цикла были учтены результаты комплексной интерпретации первого цикла. Была проведена дозакладка пунктов сети. Сведены по возможности к минимуму расстояния между пунктами на локализованных участках, уточнена программа наблюдений за смещениями земной поверхности.
Во втором цикле разделение (редуцирование) аномалий силы тяжести с целью использования их региональных и локальных значений для интерпретации сейсмо-тектонической обстановки на территории геодинамического полигона осуществлялось в варианте, когда плотность
-5
промежуточного слоя была принята равной ст0 =2,00 г/см . При этом необходимость учета поправок за рельеф отпала. Это обусловлено тем, что в отличие от гравиразведки разновременные (режимные) гравиметровые измерения относятся к одним и тем же пунктам на местности, для которых поправки за рельеф (если он не изменился кардинально в период между циклами) остаются одними и теми же по величине. Разность аномалий силы тяжести прямо отражает эффект перемещения или замещения масс в изучаемой толще осадочного чехла и палеозойского фундамента.
Региональный фон по результатам 2-го цикла измерений в целом соответствует фону 1-го цикла измерений, а картина изменения значений локальных аномалий силы тяжести, сохраняя общие черты особенностей их проявления в плане, отразила некоторые отличия в конфигурации изоаномал.
В связи с вышеизложенным было решено:
- Региональный фон по совокупности результатов 1-го и 2-го циклов считать неизменным, особенно для последующих циклов измерений;
- Не определять разницу локальных аномалий из 1-го и 2-го циклов, так как она в том числе в какой-то мере отражает неточности в трансформации поля и степень плотности пунктов измерений в каждом из них, а также погрешности измерений как гравиметровых (в 1-ом цикле она была грубее), так и в высотном обосновании, а считать более достоверной, частично исключающей вышеперечисленные неточности, разность Ас% аномального гравитационного поля, полученного в 1-ом и 2-ом циклах.
По физическому смыслу разница должна в основном отражать изменения в дифференциации плотности горных пород продуктивной толщи и лежащих выше её до ВЧР за период времени между гравиметровыми измерениями в 1-ом и 2-ом циклах.
Вышеупомянутый физический смысл составляющих аномального гравитационного поля имеет определенный элемент условности, так как горизонтальный размер локальных аномалий зависит не только от глубины залегания источников, создающих их, но и от размеров аномальных масс. Так, например, гравитационный эффект протяженных в плане плотностных неоднородностей ВЧР может найти отражение и в промежуточных аномалиях и, даже, - в региональных полях. Однако эта условность при качественной интерпретации аномалий не могла внести существенных искажений, так как задача выявления местоположения зон нестабильной сейсмо-тектонической обстановки не предполагала количественную оценку их параметров на месторождении.
Средняя квадратическая погрешность (ошибка) определения силы тяжести на ОГП по результатам измерений составила ± 0,002 мГал, в точках рядовой
сети -± 0,005 мГал. Таким образом, средняя величина средней квадратической ошибки гравиметровых измерений составила ±0,006 мГал. Средняя квадратическая ошибка определения аномальных значений силы тяжести из-за погрешности нивелирования в среднем равна ± 0,033 мГал. Общая средняя квадратическая погрешность составила величину. тл„ = ± 0,034 мГал. В связи с этим, сечение изоаномал на отчетных схемах (планах) аномалий силы тяжести с учетом сохранения наглядности представления было для аномалий Буге (сто =
'У
2,00 г/см ) и локальных аномалий выбрано равным - ОДОмГал, а для разницы полей из 1-го и 2-го циклов - 0,05мГал.
Значения локального поля силы тяжести, а также разницы из двух циклов
'У
значений аномалий Буге в редукции с g0 = 2,00 г/см представлены на рис. 4-5 соответственно.
2
Рис. 4. Схема локальных аномалий силы тяжести Sg70í. (сг0 = 2.00 г/см , ИЛ = 4.5 км) по результатам второго цикла измерений
Поле значений 8§лок 2-го цикла измерений выглядит более дифференцированным по сравнению с полем 8§кж, полученным в 1-ом цикле. Это объясняется большей детальностью (густотой сети) измерений в центральной части полигона во втором цикле. В целом они отражают неоднородность фундамента и осадочного чехла, включая продуктивную толщу, так же, как это было представлено в отчете по результатам работ 1-го цикла измерений.
В результате качественного анализа поля локальных аномалий силы тяжести и разницы аномалий Буге 1-го и 2-го циклов (рис. 5) выделены
градиентные зоны их изменения, а также направления линейного простирания этих зон, свидетельствующих о возможности приуроченности к ним дизъюнктивных элементов в верхней части геологического разреза с возможным проникновением в нижние горизонты осадочного чехла.
-5
Рис. 5. Схема изменения силы тяжести в редукции Буге (а0 = 2.00 г!см ) по результатам измерений во втором и первом циклах измерений
Относительные вертикальные смещения пунктов геодинамической сети характеризуются данными разности (АН) значений нормальных высот пунктов-реперов, полученных в первом и втором циклах нивелирования приведенными в табл. 1. По значениям разности АН построена схема изогипс вертикального смещения пунктов-реперов в период между циклами. С учетом полученных средних квадратических погрешностей нивелирования (на 1 км хода) сечение изогипс принято на схеме равным 2 мм (рис. 6).
Поле значений АН, как видно из рассмотрения указанной схемы, отражает тенденцию процесса поднятия южной части локализованной территории геополигона, соответствующей территории города Ноябрьска, и локальной зоны в её северной части (район ДНС1, ДНС2, УПСВ, скв.656, 665,675). Величина поднятия поверхности на указанных участках изменяется от нуля до +15 мм.
Средняя часть территории полигона характеризуется относительной стабильностью положения её поверхности. Опускание поверхности фиксируется на периферийной части северо-запада и северо-востока территории геополигона (скв.651, 673, 652, 693). Полученные данные о вертикальных смещениях поверхности на локализованной территории геополигона в целом подтверждают результаты комплексной интерпретации данных нивелирования и гравиметрии 1-го цикла наблюдений.
Рис. 6. Схема разницы нормальных высот ЛН=Н2 - реперов геодинамической сети по результатам нивелирования в первом и втором циклах
Отмечается определенная связь процесса деформации земной поверхности с техногенной нагрузкой, с одной стороны, а так же с глубинным фактором, отражаемым минимумом регионального гравитационного поля, с другой стороны.
Изменения в геолого-плотностном составе осадочной толщи, произошедшие в период между циклами, отражает поле разности А Буге (рис.
5). Из его рассмотрения видно, что наблюдаемое разуплотнение фиксируется на территории северо-запада лицензионного участка, а также на участке, включающем и г. Ноябрьск. Положительный знак разницы А Буге относится к
сугубо локальным участкам (скв.684, 656, 677, 655, 659). Это относительно хорошо согласуется с локальными данными нивелирования из 2-х циклов.
По результатам спутниковых измерений двух циклов горизонтальных смещений земной поверхности не выявлено. Величины разностей в плановых координатах пунктов ГДП не превысили погрешностей их определения.
Таблица 1 Значения разностей нормальных высот пунктов ГДП
Номер пункта Высота, полученная в 1-ом цикле наблюдений,м Высота, полученная во 2м цикле наблюдений, м Разность высот, мм
1 2 3 4
СВ10 115.1849 115.1735 -11.4
СВ12 121.5931 121.5797 -13.4
СВ13 100.44 100.4356 -4.4
СВ17 113.1811 113.1669 -14.2
СВ4 117.963 117.9447 -18.3
СВ9 122.5773 122.5608 -16.5
С10 108.2244 108.2164 -8
С5 112.5909 112.5639 -27
С8 99.7127 99.7023 -10.4
С9 118.0391 118.0248 -14.3
гр.рп.0028 112.3204 112.3135 -6.9
ст.рп.4972 113.8696 113.8697 0.1
ст.рп.6181 124.5367 124.5367 0
ф.рп.941 102.2976 102.2841 -13.5
На основании полученных результатов натурных наблюдений можно сделать следующие выводы.
1. За трехлетний период между первым и вторым циклами натурных наблюдений горизонтальные смещения земной поверхности не выявлены, вместе с тем изменения высоты составили величину порядка ±13-15 мм. Основные изменения высоты приходятся на территорию техногенного воздействия.
2. Участки локального изменения (поднятий, опусканий) земной поверхности второго цикла, в общем, соответствуют положению в плане зон повышенной промышленной опасности, выделенных по первому циклу геодезическо-гравиметрических натурных измерений.
3. Поля локальных изменений высот местности и локальных изменений силы тяжести свидетельствуют о сложном блоковом строении, как нижнепалеозойского фундамента, так и осадочного чехла; состояние устойчивости блоков в последнем определяется режимом извлечения углеводородного сырья, замещением его водой, изменением объема коллекторов и их уплотнением.
Анализ выполненных работ на Спорышевском и Западно-Суторминском геодинамических полигонах показал необходимость (при предварительном изучении имеющихся физико-геологических данных) упреждающего проведения гравиметрической съемки территории ГДП, результаты которой обеспечивают выявление особенностей ее геолого-тектонического строения, что позволяет произвести предварительную локализацию участков повышенного промышленного риска и конкретизировать выбор места
закрепления долговременных пунктов-реперов высокоточных геодезических натурных измерений (нивелирования, координирования).
Подобный порядок выполнения работ на ГДП может существенно сократить затраты на проведение натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений в последующих циклах, уточнить дальнейшую схему организации геодинамического мониторинга. При этом появляется возможность увеличения частоты проведения последующих циклов, с целью выявления короткопериодных знакопеременных деформационных смещений поверхности исследуемой территории, которые в большинстве случаев проявляют себя как локальные разрывы в осадочном чехле и могут служить предпосылкой большинства аварий на трубопроводах и технических системах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кузьмин, Ю.О. Геодинамические полигоны - эффективный инструмент обеспечения эколого-промышленной безопасности объектов нефтегазового комплекса / Ю.О. Кузьмин// Сб. материалов IV Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2008». Т.1, ч.2, Новосибирск. 22-24 апр. 2008 г. - Новосибирск: СГГА, 2008. - С. 22-26.
2. Сашурин, А.Д. Современная геодинамика и развитие катастроф на объектах недропользования катастрофы/ А.Д. Сашурин // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды междунар.конф. Новосибирск, 6-9 окт., 2003 г. - Новосибирск: ИГД СОРАН, 2003.
3. Кострюкова, Н.К. Локальные разломы земной коры - факторы риска / Н.К. Кострюкова, О.М. Кострюков. - М.: АГН, 2002.
4. Инструкция по гравиразведке. - М.: Недра, 1988.
5. Каленицкий, А.И. Методические рекомендации по учету влияния рельефа местности в гравиразведке / А.И. Каленицкий, В.П.Смирнов. -Новосибирск: СНИИГГиМС, 1980. - 138 с.
© В.А. Середович, А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, М.Д. Козориз, 2011
