Методика непрерывных морских электрических зондирований
О.В. НАЗАРЕНКО
Наиболее эффективными для изучения геологического строения перспективных в отношении нефтеносности морских площадей на Каспийском море являются комплексные геофизические исследования.
Разработка рационального комплекса морских геофизических исследований была начата ВНИИГеофизикой в 1951-1952 гг. и в дальнейшем осуществлялась Азербайджанским филиалом и АзНИИ по добыче нефти. В процессе опытных работ 1954- 1956 гг. была разработана методика непрерывных вертикальных электрических зондирований (НВЭЗ) и непрерывного электропрофилирования с большой глубиной исследования. Результаты применения НВЭЗ в конкретных (весьма сложных) геологических условиях Бакинского архипелага свидетельствуют о том, что новый метод морской электроразведки может быть успешно использован при геологической разведке морских нефтеносных площадей.
Краткий обзор электроразведочных работ на Каспийском море
Начало производственному применению электроразведки в морских условиях было положено работами С. Литвинова и К. Верпатова 1933-1937 гг. В течение этого периода была охвачена съемкой прибрежная полоса Каспийского моря, окаймляющая Апшеронский полуостров с юга и востока. Работы 1933-1937 гг. носили рекогносцировочный характер и осуществлялись методом профилирования симметричной установкой AMNB с разносом АВ=1200 м. В результате этих исследований была составлена карта сопротивлений, которая отображала основные закономерности строения верхних частей разреза (до гл. 250-300 м).
Электроразведочные работы на Каспии возобновились в 1951 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом геофизических методов разведки (ВНИИГеофизика). Опытные работы 1951-1953 гг. велись в направлении разработки методики крупномасштабного картирования сводовых частей антиклинальных структур по выходам круто падающих пластов высокого сопротивления. Наиболее успешными оказались исследования 1952 г., выполненные под руководством В.Ф. Печерникова на участке Избербаш - Каякент (Дагестан). При помощи картировочных установок с небольшой (порядка. 10-15 м) глубиной исследования здесь удалось оконтурить сводовую часть антиклинали Инчхе-море.
Опытные работы по разработке методики морской электроразведки с большой глубиной исследования были начаты Азербайджанским филиалом ВНИИГеофизики в 1954 г., когда автором настоящей статьи была предложена методика вертикальных зондирований и профилирования с большими разносами, разработана конструкция морской электроразведочной станции и решен ряд связанных с этим теоретических вопросов.
В настоящее время метод вертикальных морских зондирований успешно применяется АзНИИ ДН при изучении сводовых частей антиклинальных структур, к которым приурочены зоны отсутствия или ухудшения сейсмических отражений.
Несомненно, что новый метод может быть также использован при поисково-рекогносцировочной съемке перспективных морских площадей.
Установки и схемы для выполнения ВЭЗ в морских условиях
Использование в морских условиях «сухопутной» методики выполнения вертикальных электрических зондирований сопряжено с существенными затруднениями, обусловленными громоздкостью установки или сложностью топографического обеспечения зондирований.
Целесообразны две схемы проведения морских зондирований:
а) зондирование путем многократного профилирования установками с различным расстоянием между электродами;
б) зондирование путем непрерывного перемещения точки наблюдения относительно источника поля.
Для первой из этих схем можно было бы использовать симметричную установку AMNB, а также некоторые дипольные установки (например, экваториальную или параллельную).
Громоздкость установки AMNB, а также существенные затруднения при перемещении двух диполей вдоль их осевых линий на жестко фиксированном расстоянии друг от друга позволяют заключить, что подобная схема выполнения ВЭЗ не является наилучшей. Кроме того, в процессе регистрации разности потенциалов при многократном профилировании возникают помехи, связанные с движением установки (трибополяризация электродов, электромагнитные наводки в линии MN, влияние естественных полей и т.п.).
Была признана удовлетворительной вторая схема - схема непрерывных зондирований. Для выполнения непрерывных ВЭЗ использована осевая установка с неподвижными измерительными диполями и перемещаемыми диполями АВ. Эта установка свободна от помех, возникающих при регистрации разности потенциалов между электродами М и N вследствие их движения в процессе измерений. При выполнении опытных работ 1954-1957 гг. использовалась установка, у которой измерительные и питающие электроды располагались на дне моря (донная установка). Для интерпретации результатов зондирований применялись специальные палетки теоретических кривых кажущегося сопротивления, вычисленные и составленные ВНИИГеофизикой [3, 6].
Методика выполнения непрерывных вертикальных электрических зондирований (НВЭЗ). Аппаратура и оборудование
В процессе работ методом НВЭЗ максимальный разнос установки в зависимости от геоэлектрических условий в среднем колебался от 5 до 7 тыс. м. Для обеспечения зондирования использовались диполи размером 15, 100, 300, 500 и 750 м. Измерительные и питающие линии монтировались из специального шлангового кабеля в виде двух одинаковых кос (рис. 1). Ближайший к судну электрод каждой косы был общим для всех пяти диполей, остальные электроды в паре с ним образовывали диполь той или иной длины. Заземление питающих линий осуществлялось при помощи одиночных металлических пластин, штырьков и метелок размером 50-80 см. Переходное сопротивление такого заземления невелико и практически не изменяется с течением времени. Для измерительных линий использовались специальные неполяризующиеся электроды (уксуснокисло-свинцовые или меднокупоросные). При выполнении осевых НВЭЗ применялась схема двусторонних исследований (зондирований) с неподвижными измерительными диполями и перемещаемыми диполями АВ. В качестве центра двустороннего зондирования условно принималась точка в центре неподвижного измерительного диполя наименьшего размера (15 м). Центр зондирования таким образом располагался в непосредственной близости (50-80 м) от места стоянки судна, на котором проводились измерения (измерительного судна). Крыльям зондирований, расположенным в северных или восточных направлениях от центров НВЭЗ, условно присваивались наименования «положительных», а противоположным крыльям - «отрицательных». Разносы установки для соответствующих крыльев обозначались соответственно +R и -R.
Двустороннее зондирование выполнялось при непрерывном перемещении системы питающих диполей, буксируемых судном с генераторной установкой (питающим судном), от максимальных разносов одного из крыльев зондирования, например «отрицательного», через центр и далее к максимальным разносам второго крыла - «положительного» (рис. 2). Перемещение питающих диполей осуществлялось по прямолинейному профилю, предварительно разбитому при помощи вех, установленных по створу на расстоянии порядка 1000 м друг от друга. Местоположение вех тщательно определялось радиогеодезической установкой, расположенной на питающем судне. В процессе зондирования размеры питающих и измерительных диполей скачкообразно изменялись е таким расчетом, чтобы длина диполей всякий раз оставалась меньшей четверти разноса установки. Как показали результаты соответствующих расчетов [4], при этом можно было считать с приемлемой степенью приближения реальную установку предельной (Термином «предельная» принято определять установку с бесконечно малыми диполями.) или же при необходимости соответствующим образом редуцировать полученные кривые кажущегося сопротивления.
При выполнении зондирования диполи питались знакопеременным инверсируемым током, благодаря чему исключалось влияние вариаций ноля теллурических токов. Длительность токовых импульсов одного направления в зависимости от разносов установки и продолжительности процессов становления поля изменялась от 3-5 до 25-30 сек. Сила тока в цепи АВ непрерывно регистрировалась при помощи (осциллографа 30-2, снабженного специальной приставкой.
Одновременно на измерительном судне производилось непрерывное измерение при помощи осциллографа разности потенциалов между электродами М и N. Обе осциллограммы снабжались марками времени через каждые 10 сек. В моменты прохождения питающего судна мимо вех, установленных на профиле, производилось кратковременное 2-3-кратное инверсирование тока в питающем диполе. Соответствующие импульсы, которые при этом синхронно регистрировались на обеих осциллограммах, служили «марками вех» и в дальнейшем использовались при определении разноса установки.
Участок профиля длиной 60-100 и в обе стороны от центра зондирования проходился при неизменном направлении тока в питающем диполе. При этом на осциллограмме ΔU регистрировался характерный экстремум разности потенциалов (рис. 3), соответствовавший нулевому разносу установки (т.е. моменту совмещения центров питающего и измерительного диполей или точнее моменту их наименьшего удаления друг от друга). Центральный экстремум разделял осциллограмму ΔU на участки, соответствовавшие двум крыльям НВЭЗ, и определял ее нулевую отсчетную точку (R = 0). Обе осциллограммы, как правило, градуировались в начале и в конце зондирования.
Продолжительность двустороннего зондирования с максимальным разносом 6-7 тыс. м определялась скоростью перемещения питающего судна по профилю (порядка 10 км/час) и в среднем составляла полтора-два часа.
Как показала практика работ, в результате выполнения НВЭЗ могли быть получены с достаточной точностью значения кажущегося сопротивления для разносов, превышавших 100-150 м. Для меньших разносов кривая непрерывного зондирования дополнялась значениями кажущегося сопротивления, которые получались в результате измерений по обычной точечной схеме при помощи специальной косы (рис. 4). Последняя представляла собой совокупность питающих и измерительных диполей с фиксированными расстояниями между их центрами. Особенность ее конструкции заключается в том, что при переходе от одного разноса установки к другому было достаточно заменить в каждом из двух диполей лишь по одному электроду, оставив два другие по-прежнему подключенными к источнику тока и измерительному прибору. Такая коса использовалась при измерении кажущегося сопротивления для интервала малых разносов от 8 до 130 м (Указанная конструкция косы, по-видимому, представляет также интерес для полевых работ методом осевых зондирований).
Для обеспечения непрерывных зондирований была разработана и сконструирована специальная морская электроразведочная станция ЭРСМ-22,8. Эта станция состоит из генераторной и измерительной установок, размещенных на питающем и измерительном суднах.
Генераторная установка предназначена для питания диполей АВ постоянным током силой 40-50а при напряжении до 450 в. Схема установки обеспечивает возможность непрерывного автоматического инверсирования тока в питающей цепи; работой инверсирующей системы управляет электронный коммутатор, собранный по схеме симметричного релаксационного генератора. Имеется возможность скачкообразного изменения продолжительности токовых импульсов в пределах от 2-3 до 20-30 сек. Управление цепями высокого напряжения дистанционное при помощи контакторов. Сила тока в питающих диполях непрерывно измеряется при помощи осциллографа; для визуальных наблюдений используется стрелочный амперметр. Водоизмещение питающего судна около 90 т.
Измерительная установка предназначена для непрерывной регистрации разности потенциалов, изменяющейся в пределах от 0,2-0,3 до 100-150 мв. Измерения проводятся при помощи электроразведочного осциллографа ЭО-2 со специально отбалансированными гальванометрами. Помимо осциллографа и соответствующих распределительных устройств, на измерительном судне (рейдовый катер водоизмещением около 30 т) установлена также генераторная группа небольшой (порядка 6 квт) мощности, используемая для измерения КС при малых разносах зондирования. Оба судна снабжены радиогеодезическими установками, приемно-передающими радиостанциями, лебедками для подъема кабеля и рядом других вспомогательных устройств.
Обработка результатов наблюдений
Сила тока и разность потенциалов определялась по осциллограммам I и ΔU путем сопоставления зарегистрированных отклонений с градуировочными импульсами.
Разнос установки для любой точки осциллограммы ΔU вычислялся путем умножения скорости перемещения питающего судна по профилю на промежуток времени, начиная с момента совмещения центров диполей (как указывалось ранее, этому моменту соответствовал центральный экстремум ΔU). Скорость судна определялась как интервал между крайними вехами зондирования, отнесенный к соответствующему промежутку времени. При этом в качестве единицы времени принимался промежуток между двумя марками осциллограммы (10 сек.). В полученные таким образом значения R вводились поправки за изменение разноса установки при переходе от наименьших диполей к любым другим (Скачкообразное изменение разносов при переходе от одной пары диполей к другой было следствием асимметрии кос).
Коэффициенты установки определялись при помощи специальных номограмм и графиков [5]. Полученные значения кажущегося сопротивления при необходимости редуцировались за влияние конечных размеров диполей [4].
Наблюденные кривые НВЭЗ использовались для приближенной качественной интерпретации, а также служили для построения разреза и графиков кажущихся сопротивлений, профиля векторов Δρк и т. п.
Количественной интерпретации подвергались так называемые «приведенные» кривые зондирований, определяемые по разрезу сопротивлений. Поскольку при построении разреза наблюденные значения кажущегося сопротивления всякий раз относились к середине расстояния между центрами диполей, то любую его точку можно было считать точкой кривой КС, которая могла бы быть получена при выполнении зондирования путем симметричного разнесения диполей относительно фиксированной точки профиля, принимаемой в качестве центра ВЭЗ.
Проводя на разрезе сопротивлений ряд прямых, параллельных оси разносов, и снимая вдоль каждой из них значения КС, мы можем составить ряд кривых ρk, которые воспроизводят результаты зондирований по схеме двустороннего разнесения диполей. Полученные при количественной интерпретации подобных «приведенных» кривых значения глубин в силу этого естественно относить к точкам профиля, для которых составлены «приведенные» кривые. Использование приведенных кривых позволяет таким образом избавиться от неопределенности местоположения точек, к которым следует относить значения глубин, полученные в результате интерпретации кривых зондирований, выполненных по схеме одностороннего разнесения диполей (Описанный способ, очевидно, может быть использован при интерпретации дипольных зондирований, выполняемых в сухопутных условиях).
О результатах и перспективах применения метода НВЭЗ
Результаты опробования метода позволяют отметить -следующее.
1. На участках с известным геологическим строением повсеместно -наблюдается соответствие результатов метода НВЭЗ данным сейсморазведки и бурения. При этом имеется возможность дополнить структурные построения сведениями об основных фациально-литологических закономерностях разреза в пределах изучаемой площади.
2. На участках, где сейсмические отражения отсутствуют (сводовые части антиклинальных структур), применение метода НВЭЗ при достаточной дифференциации разреза по удельному сопротивлению позволяет получить надежные результаты, отображающие геологическое строение исследуемого района. Так, на рис. 5 и 6 приведены разрезы по данным непрерывных зондирований, выполненных в пределах зоны отсутствия отражений на юго-восточной периклинали Карачухур-Зыхской складки. На фоне общего погружения кровли проводящего опорного горизонта с северо-запада на юго-восток по профилям НВЭЗ отмечается поднятие, амплитуда которого составляет около 200 м по профилю № 6 и 350-400 м по профилю № 7.
Результаты опытных работ 1954-1956 гг. позволили рекомендовать метод непрерывных морских зондирований для производственного применения для поисков антиклинальных структур, а также для изучения сводовых частей складок.
При поисково-рекогносцировочной съемке, по-видимому, следует комплектировать метод НВЭЗ с методом непрерывного осевого профилирования с большой глубиной исследования. Рациональным комплексом для изучения сводовых частей антиклинальных складок представляется комплекс НВЭЗ и картировочного профилирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Альпин Л.М. Теория дипольных зондирований. Гостоптехиздат, 1950.
2. Альпин Л.М. Несимметричное (угловое) зондирование. Прикладная геофизика, вып. 14, 1956.
3. Ваньян Л.Л. О теоретических кривых морского электрического зондирования донной установкой. Прикладная геофизика, вып. 15, 1956.
4. Назаренко О.В. О влиянии размеров измерительной и питающей линий на результаты применения дипольной осевой установки. Тр. АзНИИ по добыче нефти, вып. IV. Азнефтеиздат, 1956.
5. Назаренко О.В. Упрощенные способы определения коэффициентов осевой и линейной установок. Информационные сообщения АзНИИ ДН, вып. 2. Азнефтеиздат, 1957.
6. Палетки теоретических кривых морского электрического зондирования донной установкой. ВНИИГеофизика, 1956.
АзНИИ по добыче нефти
Рис. 1. Схема измерительной (питающей) косы.
Рис. 2. Схема выполнения непрерывного двустороннего зондирования.
Рис. 3. Характер записи силы тока (а) и разности потенциалов (б) при малых разносах непрерывного зондирования.
1-4-моменты измерения чувствительности канала.
Рис. 4. Схема косы для измерения кажущихся сопротивлений при малых разносах зондирования.
Рис 5. Геоэлектрический разрез по данным непрерывных зондирований (Бакинский архипелаг, район банки Макарова, профиль № 6).
Рис. 6. Геоэлектрический разрез по данным непрерывных зондирований (Бакинский архипелаг, район банки Макарова, профиль № 7).
