Массовые пространственные сейсмозондирования в Карпатах
В. Д. ЗАВЬЯЛОВ
В пределах изученной части Советского Предкарпатья наибольший промышленный интерес представляют в настоящее время две зоны: внешняя зона Предкарпатского прогиба, где открыт ряд газовых месторождений (Дашава, Бильче-Волица и др.), и внутренняя зона, где расположены нефтяные месторождения Предкарпатья (Борислав, Долина и др.).
Особо сложное глубинное строение имеет внутренняя (нефтяная) зона Предкарпатского прогиба. Развитые в ее юго-западной части надвиги почти полностью исключают возможность использовать данные геологической съемки и неглубокого (до 200-500 м) бурения для расшифровки поднадвиговой тектоники. Из геологических методов разведки только глубокое бурение можно считать пригодным для изучения глубинного строения этой зоны. Однако стоимость глубокого бурения так высока, что широкого развития этот метод, конечно, получить не может. Таким образом, возникает необходимость применения и всестороннего усовершенствования геофизических методов разведки.
Гравиметрические исследования, выполненные в Предкарпатье, дали общие сведения о строении прогиба в целом. Электроразведка во внутренней зоне прогиба не дала положительных результатов.
Попытки применить в этой зоне сейсморазведку делались еще польскими геофизиками (1936 г.), но объем работ был тогда очень мал и они не дали ни разведочных, ни методических результатов. Систематическое изучение глубинного строения внутренней зоны сейсморазведкой началось с 1950 г. партиями Западно-Украинской геофизической конторы треста Укрнефтегеофизика.
До 1954 г. сейсморазведка проводилась в основном методом отраженных волн методикой непрерывного профилирования. Часть работ выполнялась также корреляционным методом преломленных волн (КМПВ). За указанный период накоплен большой фактический материал, на основании которого можно было сделать определенные выводы о разведочных возможностях метода в данных сейсмогеологических условиях. КМПВ не дал положительных результатов, а в отношении метода отраженных волн выяснилось, что даже при использовании всех известных и доступных средств повышения эффективности работ методикой непрерывного профилирования осуществить непрерывное прослеживание отраженных волн удается редко, а в ряде случаев отраженные волны вообще не регистрируются.
Для выяснения причин плохой корреляционной прослеживаемости отражений или полного отсутствия их автором настоящей статьи совместно с Ю.В. Тимошиным был выполнен ряд теоретических исследований и экспериментальных работ на моделях [1, 2]. Результаты этих исследований позволили сделать вывод, что в случае неплоских отражающих границ непрерывная фазовая корреляция принципиально не может существовать вследствие возникновения интерференции в области «петель» на годографах (К неплоским отражающим границам могут быть отнесены все границы, радиус кривизны которых соизмерим с глубиной их залегания).
В связи с тем, что во внутренней зоне Предкарпатского прогиба нельзя ожидать наличия плоских отражающих границ, так как по геологическим данным известно, что все пласты смяты в крутые складки, осложненные к тому же мелкой гофрировкой и разрывами, этот вывод оказал решающее влияние на методику дальнейших сейсмических исследований в этой зоне.
В 1954 г. для изучения глубинного строения внутренней зоны прогиба была применена предложенная автором настоящей статьи методика, получившая впоследствии название массовых пространственных сейсмозондирований (МПС). Первый же опыт применения новой методики показал ее принципиальные и технические преимущества в данных условиях перед методикой непрерывного профилирования.
В основу методики массовых пространственных сейсмозондирований [3, 4], как это видно из названия, положен принцип массовых определений пространственного положения элементарных отражающих площадок. Отказ от непрерывного профилирования и переход на новый принцип - массовость пространственных определений элементарных отражающих площадок - создают ряд существенных разведочных преимуществ.
Для определения пространственного положения элементарной отражающей площади достаточно произвести наблюдения на двух-трех коротких (300-500 м) пересекающихся профилях, занимающих на местности площадь не более 0,25 км2. Это обстоятельство создает определенное преимущество перед профилированием, так как даже в сложных условиях на такой ограниченной по размерам площади чаще всего возможно выделить и проследить отраженные волны.
В организационно-техническом отношении преимущество методики МПС заключается в том, что для пунктов взрывов и установки сейсмоприемников на местности могут быть свободно выбраны наиболее благоприятные места, что при профилировании осуществить затруднительно из-за связи точек взрывов с линией профиля. В горных условиях это преимущество имеет очень большое значение и обеспечивает возможность выполнения сейсморазведочных работ на местности, совершенно недоступной для исследований методикой профилирования.
Массовость определений пространственного положения отражающих площадок, предусматриваемая новой методикой, является необходимой для обеспечения возможности статистического осреднения результатов и, таким образом, для уменьшения погрешностей интерпретации, допускаемых в каждом частном случае. Кроме того, массовость необходима для детального освещения сложных форм изучаемой глубинной тектоники.
Результативными материалами сейсморазведочных работ методикой МПС являются карты векторов падения отражающих площадок, вертикальные сейсмические разрезы и тектонические или структурные схемы по условным горизонтам.
К числу основных недостатков методики МПС, прежде всего, относится невысокая точность определения азимутов и углов наклона отражающих элементов, причем погрешности определений существенно возрастают с уменьшением углов наклона. Другим недостатком является вероятность ошибочного принятия в некоторых случаях волн не отраженных (дифрагированных гранями сбросов, преломленных на круто падающих границах и пр.) за волны отраженные и соответственно ошибочного построения фиктивных отражающих площадок. Следует, однако, отметить, что в сложных тектонических условиях от этого недостатка не свободна любая методическая система наблюдений, в том числе и профилирование, так как годографы отраженных волн в этих условиях не имеют гиперболической формы, на основании которой при плоских отражающих границах отраженные волны отличают от прочих, не отраженных, волн.
Массовость определений, являющаяся обязательным условием при исследованиях методикой МПС, в какой-то мере уменьшает роль нерегулярных погрешностей, однако исключить их влияние полностью не может, что и следует учитывать как при проектировании работ методикой МПС, так и при геологической интерпретации полученных результатов. Имеющийся опыт применения методики МПС в условиях Карпат позволяет считать, что эта методика дает достаточно надежные разведочные результаты при углах наклона отражающих площадок не менее 10-15°.
За сравнительно короткий промежуток времени (с 1954 по 1956 г.) методикой МПС во внутренней (и частично скибовой) зоне Предкарпатья исследована значительная площадь от г. Хыров до р. Стрый в северо-западной части и от г. Долина до с. Дуба в юго-восточной части региона.
В 1956 г. автором статьи совместно с геологом В.И. Антиповым по материалам сейсмических исследований методикой МПС с частичным привлечением ранее полученных материалов методикой профилирования для всего изученного района была составлена сводная тектоническая схема (Тектоническая схема составлена по материалам сейсморазведочных работ, выполненных И.3. Гонтовым, И.И. Харазом, A.П. Самойлюком (начальники партий), Е.Н. Столяровой, А.И. Адамовичем, Л.В. Крыликовой, В.И. Кулинич (инженеры-интерпретаторы), М.Ю. Войцицким, Ю.Я. Эйхбергом и С.Л. Герцрикиным (инженеры-геологи). Руководители полевых и камеральных работ: по геологии В.И. Антипов - главный геолог ЗУГК, по геофизике B.Д. Завьялов - старший инженер ЗУГК.). На рис. 1 приводится северо-западная часть этой схемы, отображающая глубинное строение внутренней зоны Предкарпатского прогиба на площади от г. Хыров, расположенного вблизи государственной границы с Польшей, до р. Стрый. Обращает на себя внимание своеобразный, блоковый, характер тектоники. Многочисленными поперечными нарушениями выявленные структуры разбиты на более или менее узкие блоки, в различной степени сдвинутые относительно друг друга.
Здесь уместно отметить, что сейсморазведка не дает прямых сведений о нарушениях. О наличии их можно судить в ряде случаев лишь по косвенным признакам. При исследованиях методикой МПС зоны нарушений могут отчетливо выделяться на карте векторов либо в виде «белых» полос, т. е. полного отсутствия отражений, либо в виде бессистемного расположения векторов падения отражающих площадок, свидетельствующего о сильной перемятости пластов. Бесспорным примаком наличия нарушений являются четко наблюдаемые в ряде случаев смещения осей антиклинальных и синклинальных перегибов. Такие смещения хорошо видны на прилагаемой схеме (рис. 1) по обе стороны от нарушений А-А, В-В и др. В тех случаях, когда нарушения не сопровождаются перемятостью пород и смещением структурных элементов в смежных блоках, заметить их по материалам сейсморазведки невозможно. Наряду с этим «белые» пятна на карте векторов в ряде случаев могут быть следствием неблагоприятных поверхностных условий. Поэтому те зоны «нарушений», которые выявлены только по признаку отсутствия отражений, следует рассматривать как условные.
Наличие на изученной площади сложной системы поперечных нарушений, расчленяющих структуры пликативного характера на ряд отдельных сдвинутых относительно друг друга блоков, затрудняет выявление периклинальных частей структур и создает серьезные осложнения при попытке выделить на изученной площади самостоятельные складки и решить вопрос о характере их сочленения.
Другое существенное затруднение возникает при решении вопроса об относительном гипсометрическом положении блоков. Сейсморазведочные работы методом МПС не дают таких сведений.
Поэтому условные сейсмические горизонты в разных блоках или даже в одном блоке, но в разных его частях проводятся независимо и могут отображать поведение разных стратиграфических толщ.
Таким образом, структурные построения, выполненные по материалам сейсмозондирований, до тех пор, пока они не подтверждены и не дополнены достоверными сведениями о стратиграфических особенностях разреза, носят качественный характер. Устранить этот недостаток одними геофизическими средствами в настоящее время невозможно. В указанных геотектонических условиях для однозначной геологической интерпретации разведочных материалов необходимо применять комплекс сейсмических и буровых работ. Сейсморазведка в этом комплексе может решать задачи «геометрические», т. е. выделять крупные тектонические блоки и устанавливать общие черты глубинной тектоники Глубокое бурение, ориентируемое по данным сейсморазведки, должно решать задачи стратиграфические, т. е определять относительное гипсометрическое положение каждого блока, вы явленного сейсморазведкой, и оценивать перспективы нефтеносности этих блоков.
Рассмотрим несколько подробнее тектоническую схему, составленную по данным сейсмозондирований.
Наибольшая раздробленность структур на блоки наблюдается примерно в середине изученной площади, в широкой полосе между с. Монастырец и г. Борислав. При сопоставлении тектонической схемы с гравитационной и геологической картами отмечается совпадение области наиболее сильной раздробленности с резким изменением простирания изоаномал силы тяжести и линий надвигов. Это совпадение дает основание предполагать, что повышенная раздробленность в отмеченной полосе является следствием наличия здесь крупного, возможно, регионального разлома, обусловившего изменение простирания всего Карпатского сооружения. Неслучайно и то обстоятельство, что именно в этом районе расположено старейшее Бориславское нефтяное месторождение, ставшее известным более 100 лет назад по выходам нефти на дневную поверхность и чрезвычайно любопытное в том отношении, что объем добытой там нефти в несколько раз превышает объем коллекторов, из которых она добывалась [5]. Все эти прямые и косвенные данные приводят к выводу, что рассматриваемая площадь изобилует разломами, играющими большую роль в ее глубинном строении и являющимися проводниками для нефти, мигрирующей из каких-то еще не открытых крупных залежей.
Основными глубинными структурами пликативного характера на изученной площади являются антиклинальная гряда и обширный синклинальный прогиб общекарпатского простирания, прослеженные в пределах всего изученного района. Следует особо отметить, что рассматриваемая ниже гряда антиклинальных структур расположена в одной тектонической подзоне с известным Долинским месторождением и, безусловно, перспективна в нефтеносном отношении.
На основании совместного рассмотрения тектонической схемы, карты изоаномал силы тяжести и ряда вертикальных сейсмических разрезов нами выделяются две крупные глубинные антиклинальные складки: Урож-Блажовская и Трускавецкая.
Характерно, что в северо-западной части площади поведение изогипс условного сейсмического горизонта и поведение изоаномал силы тяжести локального гравитационного минимума удивительно совпадают. Изоаномалы как бы оконтуривают периклинальную часть Урож-Блажовской структуры, замыкая ее в районе г. Хыров, где сейсмические исследования еще не проводились. Едва ли это совпадение в поведении изоаномал и изогипс случайное. Тем более что аналогичное совпадение локальных гравитационных минимумов с антиклинальными структурами наблюдается и в других нефтяных районах, в частности на Апшеронском полуострове [6], а в пределах внутренней зоны Предкарпатского прогиба Долинская и Битковская антиклинальные структуры также в общих чертах совпадают с локальными минимумами силы тяжести. Таким образом, можно считать, что по локализации гравитационных минимумов допустимо (хотя бы в первом приближении) судить о положении периклинальных частей разбитых на блоки антиклинальных структур, а следовательно, и об общих размерах этих структур. На этом основании можно полагать, что область сочленения Урож-Блажовской и Трускавецкой складок расположена в зоне наибольшей раздробленности, в районе с. Нагуевичи, где наблюдается локализация двух гравитационных минимумов. При этом длина Урож-Блажовской структуры 30- 35 км, а ширина 10-15 км.
Глубинное строение Трускавецкой антиклинальной структуры, расположенной в юго-восточной части исследованной площади, изучено еще слабо. Достаточно отчетливо эта складка отображается вертикальными сейсмическими разрезами, секущими ее вкрест простирания. Наиболее характерным является разрез по линии III-III (рис. 3). Ось Трускавецкой складки в северо-западном направлении прослеживается перед Береговым надвигом Карпат между Бориславом и Модрычем Взаимоотношение Бориславской и Трускавецкой структур достаточно отчетливо отображено на вертикальном сейсмическом разрезе по линии III-III (см. рис. 3).
Бориславская структура надвинута на юго-западное крыло Трускавецкой складки.
Общие размеры Трускавецкой структуры пока еще не выяснены. Гравитационный минимум, возможно, оконтуривающий ее северо-западную периклиналь, развивается к юго-востоку и захватывает не только Трускавецкую, но и примыкающую к ней Долинскую складку. Таким образом, в данном случае область сочленения антиклинальных структур отображается, быть может, всего лишь «пережимом» изоаномал или локализацией минимумов третьего порядка. Судя по имеющимся сейсмическим материалам, длина Трускавецкой структуры не менее 15-20 км.
Приведенный в статье пример результатов сейсмических исследований методом отраженных волн методикой массовых пространственных зондирований дает наглядное представление о разведочных возможностях новой методики. В исключительно сложных геотектонических и сейсмогеологических условиях внутренней зоны Предкарпатского прогиба и Скибовой зоны Карпат, где многие пробуренные ранее глубокие разведочные скважины, заданные по материалам геологической съемки, оказались неудачными (районы Монастырца, Воли-Блажевской, Трускавца и др.) и где выполнявшиеся до 1954 г. сейсморазведочные работы методикой профилирования были малоэффективными, результаты сейсморазведки методикой МПС можно оценить как весьма положительные. На основании имеющейся тектонической схемы и вертикальных сейсмических разрезов на изученной территории достаточно отчетливо выделяется полоса глубинных антиклинальных структур, перспективность которых в нефтеносном отношении очень высокая.
Успех сейсморазведки во внутренней зоне Предкарпатья заслуживает внимания еще и потому, что до сих пор из-за недоступности для исследований остается почти совершенно не изученным глубинное строение горной части Карпат от Скибовой зоны до зоны Утесов (ширина полосы 60- 70 км). Геологическая съемка, выполненная в этой области Карпат, отображает тектонику лишь верхнего надвинутого «скибового плаща», не имеющую ничего общего с тектоникой поднадвига. Между тем уже первые сейсмические исследования в Скибовой зоне Карпат дают основание предполагать наличие в поднадвиге второй полосы глубинных антиклинальных складок. Это предположение возникает на основании подъема отражающих площадок на юго-запад. Такой подъем глубинных горизонтов отчетливо виден в юго-западной части приведенного разреза I-I (рис. 1). Аналогичный подъем отмечен на тектонической схеме в районе с. Синевудско-Верхнего и в ряде других мест Скибовой зоны Карпат. Перспективы нефтеносности структур, погребенных под надвигами в горной части Карпат, могут оказаться не меньшими, чем во внутренней зоне Предкарпатского прогиба.
Исследования глубинного строения Карпат, кроме прямого промышленного значения, имеют и большой научный интерес. Несмотря на то, что изучение строения Карпатского региона ведется уже много десятилетий и в нем заинтересованы геологические организации всех Прикарпатских государств, глубинное строение этого региона остается еще очень неясным. Такое положение объясняется тем, что до сих пор имеется еще очень мало фактических данные о глубинной, поднадвиговой, тектонике Карпат.
Методика массовых пространственных сейсмозондирований отраженными волнами при соответствующем оснащении сейсмических партий позволит осуществить сейсмические пересечения Карпат и составить разрезы, освещающие строение поднадвигового комплекса пород до глубин порядка 3-4 км.
Эти исследования при поддержке заинтересованными организациями могут быть выполнены в ближайшее время.
ЛИТЕРАТУРА
1. Завьялов В.Д., Тимошин Ю.В. Годографы отраженных волн для криволинейных границ раздела и их интерпретация. Изв. АН СССР, сер. геофиз , № 2, 1955.
2. Завьялов В.Д, Тимошин Ю.В. Решение прямой и обратной задачи сейсморазведки в случае криволинейных преломляющих границ. Научные записки Львовского политехн, ин-та, вып. XXXV, сер. нефтяная. № 6
3. Завьялов В.Д., Столярова Е.Н. Методика массовых пространственных сейсмозондирований. Прикладная геофизика, № 17, 1957.
4. Завьялов В.Д. Новая методика сейсморазведки в горных условиях. Брошюра. Укр. НТО НП, Киев, 1957.
5. Ладыжинский Н.Р. Нефтяные месторождения Предкарпатья Изд. АНУССР, 1956.
6. Цимельзон И.О. О природе локальных аномалий силы тяжести Апшеронского полуострова. Прикладная геофизика, № 14, 1957.
Зап. Укр. геофизическая контора
Рис. 1. Схема глубинной тектоники северо-западной части внутренней зоны Предкарпатского прогиба по данным сейсмозондирований.
1- изогипсы условного сейсмического горизонта, проведенные через 500 м в интервале глубин 1500-4000 м; 2 -изоаномалы силы тяжести; 3 - нарушения по данным сейсморазведки; 4 - надвиги по геологическим данным; 5-ось глубинной антиклинали; 6 - ось глубинной синклинали; 7 - направление падения отражающих площадок на участках, недостаточно изученных сейсморазведкой; 8 - глубокие скважины; 9 - линии вертикальных сейсмических разрезов (рис. 2, 3, 4).
Рис. 2. Вертикальный сейсмический разрез по линии I-I.
1- нарушения; 2 - отражающие площадки; 3 - условный сейсмический горизонт; 4 - стратиграфические границы
Рис 3. Вертикальный сейсмический разрез по линии II -II
1 - нарушения; 2- отражающие площадки, 3 - условный сейсмический горизонт, 4 - стратиграфические границы
Рис. 4. Вертикальный сейсмический разрез по линии III-III.
1- нарушения; 2 - отражающие площадки; 3 - условный сейсмический горизонт; 4 - стратиграфические границы