Применение гравиметрии для прямых поисков нефти и газа
В порядке обсуждения.
И.О. ЦИМЕЛЬЗОН
В последнее время в Советском Союзе выдвинута важная проблема выяснения возможностей геофизических методов разведки для прямых поисков нефти и газа. Наряду с проводимыми научно-исследовательскими организациями специальными экспериментальными и полевыми исследованиями большой материал о применимости различных методов геофизики для прямых поисков нефти и газа дает анализ некоторых старых детальных съемок, хотя они и выполнялись с общей задачей поисков нефтегазоносных структур, а не со специальной задачей прямых поисков нефти и газа. К числу таких съемок относится вариометрическая и в особенности гравиметровая съемка некоторых газоносных площадей южного Дагестана.
В Южно-Дагестанской области выделяются Западная и Восточная антиклинальные зоны, разделенные широкой синклиналью. Антиклинальные зоны состоят из ряда четкообразно расположенных брахиантиклинальных поднятий.
В Западной антиклинальной зоне с северо-запада на юго-восток последовательно отмечаются Гашинское, Селлинское, Балхас-Хунукское и Аджиноурское поднятия. Балхас-Хунукская складка является наиболее приподнятой частью Западной антиклинальной зоны, она сложена в своде фораминиферовыми слоями.
Геофизические работы и бурение показали, что свод Аджиноурской складки по акчагыльским слоям смещен к востоку по отношению к своду по подстилающим отложениям (от карагана до верхнего мела).
В Восточной антиклинальной зоне отмечаются поднятия: Берекей, Дузлак, Дагогни, Джалган и Хошмензил. Хошмензилское газовое месторождение - широкая и пологая складка, сложенная чокраком и Майкопом, трансгрессивно перекрывающим на глубине 376 м породы верхнего мела (Маастрихт).
На некоторых участках Восточной антиклинальной зоны на изученных в геологическом отношении объектах в 1927-1931 гг. проводилась детальная вариометрическая съемка. В 1927-1928 гг. съемка велась на Берекейском участке. Здесь были отмечены два максимума, разделенные полосой относительного минимума силы тяжести. Эта полоса совпала с осью антиклинали верхних слоев, найденной бурением.
В 1929 г. вариометрические работы проводились в районе Дузлака и Дагогни. Анализируя результаты вариометрических работ, С.П. Полетаев пришел к выводу, что гравитационная карта этого участка (рис. 1) «...с несомненностью устанавливает, что на газоносных площадях мы неизменно имеем минимум силы тяжести. Новое явление в распределении силы тяжести можно трактовать различно и одно его толкование напрашивается само собою: возможно, что породы, насыщенные газами, обладают уменьшенной плотностью» [4]. К сожалению, эта отчасти правильная точка зрения С.П. Полетаева не получила в то время поддержки. Работы 1931 г. охватили также газовое месторождение Хошмензил; они дали весьма несогласную карту векторов.
В 1948 г. Азербайджанской геофизической конторой проводилась детальная высокоточная гравиметровая съемка на участках Аджиноурской и Хошмензилской структур. Средняя квадратическая ошибка определения силы тяжести оказалась равной 0,08 мгл. Аджиноурская складка отметилась очень четким максимумом силы тяжести, смещенным, как уже отмечалось, по отношению к своду по акчагыльским слоям. На Хошмензилской складке было установлено наличие весьма слабой аномалии в виде разрежения изолиний. Было высказано предположение, что причина отсутствия ярко выраженной аномалии на территории Хошмензилской структуры заключается в том, что складка прослеживается лишь в верхних слоях, а более плотные меловые породы в ней не участвуют. Восточнее была выявлена более значительная, но тоже очень слабая аномалия, о которой был сделан вывод, что она, возможно, соответствует складке, аналогичной Хошмензилской. Последняя аномалия была рекомендована к проверке сейсмическим методом.
В течение 1950-1951 гг. трестом Грознефтегеофизика на Хошмензилском участке проводились сейсморазведочные работы, в результате которых была составлена структурная схема по условному сейсмическому горизонту, отнесенному к верхам нижнего мела (рис. 2). По данным сейсморазведки Хошмензилское поднятие изображается в виде крупной складки. Сейсмический материал получен главным образом в области северо-восточного крыла и сводовой части поднятия; юго-западное крыло отметилось лишь двумя изолиниями.
Геологическая интерпретация результатов гравиметровой съемки 1948 г. на Хошмензилском участке противоречит фактическим данным бурения и сейсморазведки. отметившим здесь наличие по меловым отложениям единой крупной складки. Более тщательный анализ дает существенно иное толкование данных гравиметровой съемки 1948 г., причем этот анализ показывает, что неудача интерпретации результатов гравиметровой съемки на Хошмензиле определяется главным образом недоучетом установленного в последнее время факта разуплотнения пород в сводовых частях прерывистых и промежуточных (по терминологии В.В. Белоусова) складок.
Восточная прибрежная часть Дагестана, как и прибрежная часть Прикаспийского района Азербайджана, характеризуется региональным увеличением силы тяжести в северо-восточном направлении. Это возрастание силы тяжести обусловлено влиянием кристаллического фундамента, который приближается к дневной поверхности по направлению к юго-восточной части эпигерцинской платформы [8]. На Хошмензилском участке для выделения локальных аномалий был применен метод Саксова и Нигарда [9]. Остаточные аномалии R(g) вычислялись по формуле
Где 
- средние значения аномалий силы тяжести на окружностях с радиусами r1 и r2. Радиусы r1 и r2 были приняты равными соответственно 2500 и 500 м.
Согласно теории гравитационный эффект, вызываемый телом, выделяется на карте
остаточных аномалий лучше всего, если центр тяжести тела залегает на глубине z, равной
z = r1 + r2
Обычно остаточные аномалии R (g), являющиеся по размерности (Размерность остаточных аномалий мгл/см*10-6) аналогом первой производной силы тяжести, имеют знак, противоположный знаку локальных аномалий Δg. Для удобства сопоставления карт аномалий силы тяжести и карт остаточных аномалий R(g), чтобы максимумам Δg соответствовали максимумы, а не минимумы R(g) в формулу (1) введен знак минус.
Схема остаточных аномалий Хошмензилского участка в сопоставлении с данными бурения дана на рис. 3.
Единому Хошмензилскому поднятию соответствуют два локальных максимума R(g), разделенные локальным минимумом. Наличие двух локальных максимумов привело, как уже отмечалось, к необоснованному выводу о наличии двух самостоятельных поднятий. Следует, однако, иметь в виду, что при примененном способе выделения локальных аномалий со сравнительно малым радиусом осредняющей палетки (2500 м) мы выделяем мелкие детали. Если выделять остаточные аномалии с большим радиусом палетки или применить хотя бы графический способ выделения локальных аномалий, то можно убедиться, что на описываемом участке имеется не два, а один крупный максимум, осложненный в центральной части более мелким локальным минимумом. Так как Хошмензилский участок характеризуется региональным фоном, близким к линейному, со средним градиентом примерно 12 этвешей, то для выделения локальной аномалии вдоль профиля через Хошмензилское поднятие нами был применен графический способ выделения локальных аномалий как наиболее простой. Результаты выделения приведены на рис. 4. Проведя сглаженную кривую локальной аномалии силы тяжести (В дальнейшем будем ее называть восстановленной кривой локальной аномалии), можно оценить интенсивность Хошмензилского поднятия величиной порядка 6 мгл.
Нами выполнена количественная оценка гравитационного влияния Хошмензилского поднятия пород мезозоя. При гравиметрическом изучении Дагестана Азербайджанской геофизической конторой было также выполнено значительное количество определений плотностей пород. К сожалению, интересующий нас Хошмензилский участок не подвергался определениям плотностей. На соседнем участке Берекейской и Дагогнинской антиклиналей плотность глин мелового возраста равна соответственно 2,49 и 2,40 г/см3. Глины караганского и чокракского горизонтов имеют на участке Дагогни плотность 2,28 и 2,34 г/см3. Э.А. Прозорович оценивает избыточную плотность меловых отложений Дагестана по отношению к третичным породам в 0,15 г/см3. Эта величина избыточной плотности и принята нами при количественных расчетах.
Интенсивность и форма теоретически вычисленного максимума, соответствующего Хошмензилскому поднятию, оказались близкими к интенсивности и форме восстановленной кривой локальной аномалии (см. рис. 4). Некоторое отличие теоретической и наблюденной (восстановленной) кривых может быть вполне объяснимо схематичностью геологического разреза, использованного для расчетов, и ошибкой в принятом значении избыточной плотности отложений мезозоя. Кроме того, сама задача выделения локальных аномалий по своей сущности не имеет точного математического решения, вследствие чего интенсивность локальной аномалии находится в прямой зависимости от способа учета регионального фона.
Локальный минимум интенсивностью около 2 мгл, осложняющий Хошмензилский локальный максимум, естественно объяснить разуплотнением пород в сводовой части поднятия. Вопрос о разуплотнении пород в сводовых частях структур был нами рассмотрен на примере гравиметровой съемки Апшеронского полуострова и Кобыстана в 1956 г. [6, 7]. Вопрос о послойной зональности физических свойств осадочных пород и ее связи со структурами платформенных областей подробно разобран Б.А. Андреевым в 1957 г. [1]. Б.А. Андреев показал, что для платформенных поднятий, характеризующихся наличием мощных толщ карбонатных пород в разрезе, наблюдается дефицит плотности в сводовых и крутых крыльевых частях поднятий, обусловленный трещиноватостью.
В строении Хошмензилского поднятия принимают участие карбонатные породы верхнего мела. Локальный минимум, приуроченный к сводовой части Хошмензилского поднятия, находит свое единственное объяснение в трещиноватости карбонатных отложений верхнего мела данного участка. С другой стороны, приуроченность к Хошмензилской газоносной площади ощутимого локального минимума подтверждает вывод Б.А. Андреева, что «... зоны трещиноватости пород во всех случаях представляют зоны повышенной проницаемости для жидкостей и газов, т. е. что породы в этих зонах обладают повышенной пористостью, как полной, так и эффективной» [1].
Анализ результатов гравиметрической съемки Хошмензилского участка позволяет сделать вывод о применимости детальной гравиметрии для прямых поисков газа и нефти на участках поднятий, характеризующихся наличием карбонатных пород в разрезе. Зоны трещиноватости (увеличенной пористости) проявляются на гравиметрических картах локальными минимумами, фиксирующимися на фоне более обширных локальных максимумов, обусловленных поднятиями.
Так как при любом разрезе нефтегазоносные площади приурочены к участкам увеличенной пористости, возможности детальной гравиметрии для прямых поисков нефти и газа в случае разрезов, представленных терригенными отложениями, принципиально не должны отличаться от разобранных возможностей этого метода для карбонатных разрезов. В терригенных разрезах к участкам повышенной пористости, по-видимому, должны быть приурочены значительно более слабые локальные минимумы, для выявления которых, естественно, потребуется очень детальная и высокоточная съемка.
Исходя из соотношений между локальными аномалиями и геологическим строением нефтегазоносных областей, можно высказать предположение о возможном затруднении применения высокоточной гравиметрии для поисков участков повышенной пористости. До недавнего времени основной закономерностью соотношений между гравитационными аномалиями и тектоникой считалась приуроченность к поднятиям локальных максимумов. Исключения, т.е. случаи, когда поднятиям соответствуют локальные минимумы, были немногочисленны: области солянокупольной тектоники, некоторые поднятия в Ферганской области, характеризующиеся развитием на крыльях складок плотных конгломератов. Автором было показано, что большинство куполовидных поднятий Апшеронского полуострова и Кобыстана также отмечается на гравиметрических картах локальными минимумами [6, 7]. Такое соотношение обусловлено образованием складок одновременно с отложениями осадков, явлениями диапиризма, грязевого вулканизма и другими специфическими условиями складкообразования. В последнее время опубликован ряд аналогичных примеров приуроченности локальных минимумов к антиклиналям в осадочной толще; Крымский и Абинский районы Краснодарского края, внутренняя зона Предкарпатского прогиба [3]. Подобные соотношения приуроченности локальных минимумов к поднятиям имеют место также в Западно-Туркменской депрессии (Б.И. Киреев). А.А. Борисов считает даже, что «современные антиклинали в осадочной толще глубоких впадин геосинклинальных областей по большей части отображаются локальными минимумами» [2]. Хотя подобный вывод, насколько можно судить по гравиметровой съемке Азербайджана, по-видимому, несколько преувеличен, но то, что случаи отображения поднятий локальными минимумами действительно широко распространены, не вызывает сомнений. Можно полагать, что по мере увеличения точности и детальности гравиметровой съемки, когда с ее помощью будут выделяться все более мелкие детали тектонического строения, случаи приуроченности к антиклиналям локальных минимумов будут встречаться все чаще. По-видимому, в тех случаях, когда сами поднятия (антиклинали) отмечаются локальными минимумами, заметить на их фоне меньшие по площади локальные минимумы, обусловленные наличием участков повышенной пористости, будет труднее, чем в случае проявления локальных минимумов на фоне более крупных локальных максимумов, как, например, на Хошмензилском участке. Это предположение нуждается в проверке.
Семилетним планом развития народного хозяйства СССР предусмотрена задача резкого увеличения добычи нефти и особенно газа. Большую помощь в решении указанной задачи может оказать применение высокоточной детальной гравиметрии не только для поисков нефтегазоносных структур, но и для выявления участков увеличенной пористости, совпадающих в благоприятных случаях с нефтегазоносными площадями. Эти участки проявляются на гравиметрических картах небольшими по площади локальными минимумами, фиксирующимися на фоне более обширных локальных аномалий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев Б.А. Послойная зональность физических свойств осадочных пород и ее связь со структурами платформенных областей. Советская геология, сб. 61, 1957.
2. Борисов А.А. Аномалии силы тяжести горных областей. Прикладная геофизика, вып. 21, 1958.
3. 3авьялов В.Д. Массовые пространственные сейсмозондирования в Карпатах. Геология нефти, № 12, 1958.
4. Полетаев С.П. Обзор гравитационных работ НГРИ в Южном Дагестане с 1927 по 1931 г. Тр. Северо-Кавказских конференций геологов-нефтяников. Месторождения нефти Дагестана, 1934.
5. Сажина Н.Б. Интерпретация гравиметровой съемки в Крымском и Абинском районах Краснодарского края. Прикладная геофизика, вып. 17, 1957.
6. Цимельзон И.О. О природе локальных аномалий силы тяжести Апшеронского полуострова. Прикладная геофизика, вып. 14, 1956.
7. Цимельзон И.О. Геологическая интерпретация гравитационных аномалий Кобыстана. Прикладная геофизика, вып. 15, 1956.
8. Цимельзон И.О. Тектоника Прикаспийско-Кубинской нефтеносной области Азербайджана по данным геофизических исследований. Новости нефтяной техники. Геология, № 6, 1957.
9. Саксов С. и Нигард К. Residual. Anomalies and Depth Estimation. Geophysics, № 4, 1953.
Азерб. ин-т нефти и химии) им. Азизбекова^
Рис. 1. Карта гравитационной аномалии в районе Дузлак - Дагестанские Огни (сост. С. Полетаев).
Рис. 2. Структурная сейсмическая схема участка Хошмензил (по материалам Грознефтегеофизики).
1 - изолинии по условному сейсмическому горизонту, приуроченному к верхам нижнего мела.
Рис. 3. Схема остаточных аномалий R (g) (сост. И. О. Цимельзон).
1 и 2 - максимумы и минимумы R(g); 3 и 4 - горизонтали кровли верхнего мела и майкопской толщи по данным бурения треста Дагнефть, КСКНЭ и других организаций (по И.О. Броду, Д.И. Ибрагимову и др.).
Рис. 4. Геолого-гравиметрический профиль (сост. И.О. Цимельзон).
1- наблюденная кривая аномалии силы тяжести; 2-региональный фон; 3 - кривая локальной аномалии силы тяжести; 4 - восстановленная кривая локальной аномалии силы тяжести; 5 - теоретическая кривая Δg от приведенного поперечного геологического разреза; 6 - кривая остаточной аномалии R (g).