CC BY
308
УДК 550.837 Г.М. Тригубович СНИИГГиМС, Новосибирск
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОИСКОВООЦЕНОЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В настоящее время особую актуальность приобрела проблема оптимизации геологоразведочных работ, что тесно связано с уменьшением запасов полезных ископаемых, осложненными условиями проведения поисково-оценочных работ, необходимости наращивания ресурсов в новых перспективных, слабо изученных и зачастую труднодоступных районах. В современных экономических условиях массовое применение традиционного сейсморазведочно-бурового комплекса исследований при поисках полезных ископаемых приводит к весьма высоким затратам и требует пересмотра стратегии геофизических исследований в плане расширения комплекса используемых методов, ускорения разработки и внедрения в отрасли ресурсосберегающих прогнозно-поисковых технологий.
Заметной тенденцией развития геофизических технологий в России и за рубежом является переход на площадные системы наблюдений и объемные интерпретационные модели. Реконструкция данных площадных исследований в объемное распределение физических параметров с установлением корреляционных связей между структурно-литологическими комплексами и физическими полями на основе многофакторного анализа полей позволяет существенно повышать разрешающую способность и достоверность геофизического прогноза. Для этого в настоящее время создается мощный несейсмический поисково-оценочный комплекс, включающий современные аэро-, наземные, наземно-скважинные и скважинные технологии, обеспеченные передовой аппаратурой и методикой проведения полевых исследований. С помощью этого комплекса может быть решен широкий спектр задач на нефть, газ, источники питьевой воды, твердые полезные ископаемые и обеспечено проведение инженерных и экологических исследований.
Весьма интенсивно развиваются электромагнитные технологии на основе изучения распространения нестационарных ЭМ-полей. Индуктивные методы электроразведки хорошо зарекомендовали себя как при решении нефтепоисковых задач с выделением аномалий типа «залежь» в условиях развития трапповых формаций Восточной Сибири, так и при поисках рудных объектов в традиционных рудных провинциях и в уникальном Норильском рудном районе, с учетом специфики которого была создана методика картирования рудоконтролирующего горизонта до глубин 4000 м.
Последними теоретическими и экспериментальными исследованиями показано, что в индуктивных методах электроразведки система наблюдений с закрепленным источником существенно превосходит традиционно применяемые системы глубинных зондирований с контролируемыми источниками. Проблемы, связанные с телеметрической синхронизацией
пространственно разнесенных источника и приемников и трудности интерпретации сложнопостроенных объемных ЭМ-полей в присутствии поисковых объектов, сегодня имеют техническое решение.
Разработан новый подход к трехмерной электроразведке в области методики сбора информации, который заключается в использовании контролируемого источника ЭМ-поля с произвольным количеством пространственно разнесенных, асинхронно работающих приемников, синхронизированных спутниковым временем. Система интерпретации зарегистрированных данных позволяет получать объемные изображения поисковых объектов.
Для исследования верхней части разреза до глубин 100 м разработана (Сибгеотех, СНИИГГиМС, СГУПС, 2001) сканирующая ЭМ-технология с цифровой телеметрической аппаратурой серии «Импульс», по эффективности и производительности в десятки раз превышающая известные аналоги.
Информация по исследуемой геологической среде, в зависимости от условий проведения электроразведочного эксперимента, может формироваться от закрепленного, либо перемещаемого вместе с измерителем источника. При этом, вне зависимости от системы наблюдений, приемник во время измерения перемещается по заданной траектории в режиме сканирования. Понятие сканирования введено для наземных приемно-генераторных систем в диффузионно-волновой области становления поля, в которых хотя бы один элемент во время измерения находится в движении. Наиболее простыми системами являются коаксиальная приемно-генераторная конструкция и конструкция с фиксированным разносом, когда генератор и измеритель при измерении перемещаются совместно. Такие системы обладают высокой разрешающей способностью за счет высокой пространственно-временной плотности наблюдений. Анализ пространственно-временного распределения поля дает надежную основу, в рамках существующих электрофизических предпосылок, для локализации поисковых объектов.
При поисках и оконтуривании залежей углеводородов в Западной Сибири широкое применение нашли методы электроразведки, базирующиеся на гальваническом возбуждении электрического поля. Физической предпосылкой использования метода вызванной поляризации (ВП) при решении нефтепоисковых задач в этом регионе явилось наличие над залежами углеводородов ореолов повышенной поляризуемости в плотных глинах березовской и кузнецовской свит (глубины 500-800 м) ниже уровня регионального водоупора. Методика проведения полевых работ и интерпретации базируется на результатах математического моделирования электрических полей в сложно-построенных средах с использованием методики раздельного вычисления осисимметричной части задачи и поля влияния трехмерных неоднородностей. Этот способ позволяет также учитывать различные характеристики спада процесса поляризации во времени.
Разработаны и прошли испытания в полевых условиях многоканальные станции для наземно-скважинной электроразведки и ВП, обеспечивающие надежное измерение сигнала в режиме пропускания тока и в паузе. Постоянный
контроль измеряемого сигнала позволяет проводить оперативную оценку помех и погрешности измерений во время накопления сигнала. Важным элементом нефтепоисковой технологии является одновременная регистрация переходных характеристик ВП и становления поля в площадном и профильном вариантах от общей питающей линии. Система площадных наблюдений от закрепленного источника с мобильными сканерами-приемниками «Импульс-Д» (ПЗС-ЗИ) разработана для исследования геологического разреза сложно-построенных сред до глубин 3-4 км.
В качестве иллюстрации эффективности комплексирования сейсморазведки с электроразведочными исследованиями можно привести результаты работ на Новоютымской площади Тюменской области, где скважины, пробуренные в сводовой части Новоютымской структуры оказались частично продуктивными (скв. 40 и 46), а частично непродуктивными (скв. 43 и 47). Для уточнения дальнейшего направления бурения были проведены электроразведочные работы по редкой сети сейсморазведочных профилей, позволившие выделить на западном фланге сейсмической структуры зону повышенной поляризуемости. Последующее бурение показало, что практически все продуктивные скважины размещаются внутри контура повышенной поляризуемости или вблизи него. На основании опытно-методических и производственных работ, проведенных методом ВП на
Л
площади около 3000 км было установлено, что вне зависимости от типа ловушек, стратиграфических условий залегания над всеми известными месторождениями углеводородов (около 20), расположенными на глубине (2.53.0) км наблюдались зоны повышенной поляризуемости и измененного сопротивления. Результативность метода при последующем бурении около 100 скважин составила более 0.7.
Эффективным средством оконтуривания залежей углеводородов является наземно-скважинная электроразведка. Методика измерений,
предусматривающая использование зарядов в обсадной колонне труб, является технологически удобным вариантом, поскольку практически не сдерживает бурение. Последовательное размещение источника тока в обсадных колоннах труб на устье скважины, над и под залежью обеспечивает получение информации, сопоставимой с результатами работ в открытом стволе скважины. При этом установлено, что ток стекает в исследуемую среду с ближайших 200 - 250-метровых отрезков трубы в каждую сторону от точечных зарядов, образуя распределенное заземление.
Для решения задачи прямых поисков подземных пресных вод в СНИИГГиМСе разработан комплекс методов ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и метода переходных процессов (МПП). В результате теоретических и экспериментальных исследований создана технология, включающая в себя аппаратуру для измерения эффектов становления поля и ядерно-магнитного резонанса, методику измерений и пакет интерпретационных программ. Технология позволяет определять не только суммарную водонасыщенность пласта-коллектора, но и проводимость флюида, и, следовательно, уровень минерализации воды. Основное отличие предложенных технических
решений заключается в возможности использования при измерении эффектов ЯМР независимой петли, позволяющей проводить измерения вне генераторного контура, что повышает разрешающую способность метода.
В последнее время в мировой геофизической практике четко прослеживается тенденция перехода к широкомасштабному использованию высокопроизводительных и относительно малозатратных аэрогеофизических методов, которые являются эффективным средством изучения верхней части геологического разреза. Экологичные и бесконфликтные по отношению к земельному законодательству аэрогеофизические методы становятся серьезной альтернативой наземных исследований до глубин 500 м. Наземные методы, очевидно, будут существовать на этапе детальной разведки и, в эксклюзивном варианте, на этапе поисков. Следует отметить, что более половины прироста разведанных запасов никеля, меди, свинца в Северной Америке получены за счет месторождений, прогнозируемых с помощью аэрогеофизики.
Разработка аэрогеофизических систем на мировом рынке является прерогативой специализированных контрагентов вследствие высокой стоимости и сложности аэродинамических решений и проблем измерения слабых вторично индуцируемых электромагнитных полей в исследуемой среде. Видимо поэтому, за последние 20 лет в России не было разработано ни одной новой аэроэлектромагнитной системы. Этот недостаток компенсировался закупкой дорогостоящей техники из Канады. В 1999 году СНИИГГиМС, Сибгеотех, НТГУ совместно разработали новый вертолетный вариант аэрогеофизической платформы «Импульс-аэро» (модель-А1), которая по своим техническим характеристикам превосходила отечественные и зарубежные аналоги. На рис. 1, 2 представлен внешний вид и основные технические и конструкторские решения платформы А1. Основной отличительной особенностью являлся переход на новый вид индуктора вихревого поля - типа «летающая тарелка» (Патент РФ на изобретение № 2201603, приоритет от 27.05.2002). Аэрогеофизическая платформа «Импульс-А1» была предназначена для проведения высокоразрешающих низкопрофильных аэрогеофизических исследований методами становления поля на этапах геокартирования и поиска минерально-сырьевых объектов на глубинах до 200-300 метров. Способ перемещения - под фюзеляжем вертолета типа Ми-8 на трос-кабеле длиной до 50 метров, на высоте 30-50 метров от поверхности исследования при скорости полета 100-140 км/час.
Рис 1. Платформа "Импульс-А1" на этапах сборки и подъёма
Рис. 1. Платформа «Импульс-А1» на этапах сборки и подъёма
Рис 2. Платформа "Импульс-А1"
Рис. 2. Платформа «Импульс-А1»
Отличительными особенностями системы являлись: работа в
высокоразрешающем широкополосном режиме становления поля; повышенная по сравнению с известными аналогами мощность
электромагнитного излучателя за счет использования оригинальной конструкции зонда с площадью проекции на исследуемую поверхность до 40
2 5 2
м2; максимальный магнитный момент 5 105А м2; оптимизированные токовые импульсы с возможностью широкополосного излучения поля и приема вторичных сигналов от поисковых объектов; возможность настройки системы на поиск слабоконтрастных объектов; возможность работы в двух системах наблюдений «воздух-воздух» и «земля-воздух».
Аэрогеофизический зонд мог быть эффективно использован для прогнозно-поисковых работ на дефицитные полезные ископаемые. Однако экспериментальный образец платформы по результатам проведённых испытаний нуждался в существенной реконструкции. Из-за отсутствия достаточных средств в СНИИГГиМСе эта работа была отложена на 3 года. За это время авторский коллектив по частной инициативе изготовил вторую версию системы. Аэрогеофизическая платформа «Импульс-А2» (СибГеотех, 2002 г.) отличалась двухпозиционной конструкцией с удаленными
приемными контурами (рис. 3), что обеспечивало большую чувствительность ЭМ-системы.
Рис 3. Платформа "Импульс-А2"
Рис. 3. Платформа «Импульс-А2»
Платформа «Импульс-А2» была опробована для локализации залежей углеводородов. Электрофизические предпосылки поиска УВ, как было упомянуто ранее, заключаются в изменении электрических свойств пород в зоне эпигенеза над залежью вследствие миграции легких фракций. Эти изменения охватывают значительные объемы перекрывающих пород и фиксируются с воздуха по комплексу параметров. Как правило, аномальные зоны тяготеют к проекции водонефтяного контакта на поверхность наблюдения. На рис. 4 представлен пример локализации залежи УВ по изменению электрического сопротивления в верхней части разреза до глубины 200 м для условий Западной Сибири.
Рис 4. Локализация залежи УГВ по эпигенезу в верхней части разреза (платформа "Импульс-А2")
Рис. 4. Локализация залежи УГВ по эпигенезу в верхней части разреза
(платформа «Импульс-А2»)
Аэрогеофизическая платформа «Импульс-АЗ» (СНИИГГиМС, Сибгеотех, НГТУ, Кулик, 2004 г.) была выполнена в виде пневматической
л
конструкции высокого давления с площадью проекции около 200 м (рис. 5). Проведенные испытания показали возможность развития этого направления. Однако технологические недостатки при изготовлении конструкции не позволили продолжить исследования эксплуатационных характеристик этого конструктива.
Неоднократные обращения в МПР РФ поставить НИОКР на комплексную аэрогеофизическую вертолетную систему на базе платформы серии «Импульс» не нашли поддержки и понимания важности этой проблемы. Тем не менее эта идея нашла широкое применение в Канаде, где в настоящее время быстрыми темпами осуществляется переход на вертолетные платформы типа «летающая тарелка». Мировые лидеры в области создания аэрогеофизических систем использовали это техническое решение, доведя глубинность исследований до 700 м (VTEM Geotech Ltd., Aeroquest Limited, McPhar Geoserveys Ltd., Sander Geophisics, Canada) (рис. 6, 7).
Рис 5. Испытания пневматической платформы "Импульс-АЗ"
Рис. 5. Испытания пневматической платформы «Импульс-АЗ»
Рис.6 Разведочная платформа "AEROQUEST", Canada
Рис. 6. Разведочная платформа «AEROQUEST», Canada
Рис. 7. Разведочная платформа VTEM«GEOTECH»
Уже сейчас в Северной Америке интенсивно работают более 10 аналогичных вертолетных платформ, продолжаются активные НИОКР по совершенствованию систем, поиску новых технических решений. В то же время в России существует лишь один экспериментальный образец, не доведенный до промышленного использования. А успех в этом направлении определяет технический уровень и эффективность геофизики уже сегодня.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Моделирование нестационарных электромагнитных полей в трехмерных средах методом конечных элементов / Ю.Г. Соловейчик, М.Э. Рояк, В.С. Моисеев, Г.М. Тригубович // Физика Земли. 1998. № 10. С. 78-84.
2. Технология импульсной индуктивной электроразведки на плотных сетях наблюдений / Г.М. Тригубович, А.Г. Наумов, С.А. Харитонов, Т.Н. Яруллин // Направление геологоразведочных работ на никель, медь и платиноиды в Таймырском автономном округе в 2000-2005 гг.: Тез. докл. регион. совещания. 18-23 окт. 1999 г. Норильск, 1999. С. 106-108.
3. Технология электромагнитного сканирования приповерхностного слоя для решения инженерно-геологических задач / Г.М. Тригубович, М.И. Эпов, В.В. Воевода и др. // Тез. докл. междунар. геофиз. конф. и выставки EAGE. 15-18 сентября 1997. М., 1997.
4. Тригубович Г.М. Возможность дифференциального зондирования МПП при решении структурных задач нефтяной электроразведки в районе Байкитской антеклизы // Повышение эффективности геофизических методов поисков и оценки месторождений полезных ископаемых на основе математического моделирования. Новосибирск: СНИИГГиМС, 1986. С. 32 - 41.
5. Тригубович Г.М., Захаркин А.К., Могилатов В.С. Технологический комплекс для метода переходных процессов // Электромагнитная индукция в верхней части земной коры. М.: Наука, 1990. С. 155 - 156.
6. Патент РФ № 2201603Устройство для аэрогеофизической разведки / Тригубович Г.М., Саленко С.Д., Обуховский А.Д., Шатилов К.А.
7. Захаркин А.К., Тарло Н.Н. Проблемы метрологического обеспечения структурной импульсной электроразведки // Геофизика, 1999, № 6, с. 34 - 39.
8. Могилатов В.С. Импульсная электроразведка. Новосибирск, изд-во НГУ, 2002.
9. Моисеев В.С. Метод вызванной поляризации при поисках нефтеперспективных площадей. Новосибирск, Наука, 2002.
10. Эпов М.И., Ельцов И.Н. Прямые и обратные задачи индуктивной геоэлектрики в одномерных средах. Новосибирск, изд-во ОГГиМС СО РАН, 1992.
© Г.М. Тригубович, 2005
