Применение сейсморазведки для поисков месторождений нефти и газа в Ферганской долине
Б. С. ВОЛЬВОВСКИИ, И. С. ВОЛЬВОВСКИЙ, Б. Б. ТАЛЬ-ВИРСКИЙ
В последние годы для поисков и подготовки к разведочному бурению новых нефтеносных площадей в Ферганской долине с успехом используются геофизические методы разведки, преимущественно сейсморазведка, позволившие в короткий срок открыть несколько новых нефтяных и газонефтяных месторождений.
Сейсмическая разведка проводится в Ферганской долине в условиях большого разнообразия фациального состава отложений, невыдержанности мощностей отдельных стратиграфических единиц и весьма сложного геологического строения краевых предгорных участков депрессии.
По характеру поверхностных сейсмогеологических условий здесь можно выделить две зоны.
1. Зона кольцевых адыров, сложенных на поверхности конгломератами и галечниками бактрийского и сохского возрастов.
2. Равнинные участки центральной Ферганы, а также заадырные депрессии, сложенные новейшими песчано-глинистыми отложениями.
Разрез поверхностных отложений в равнинных участках депрессии достаточно благоприятен для возбуждения сейсмических колебаний. Рельеф этих участков значительно снивелирован, грунтовые воды залегают почти у дневной поверхности. Зона малых скоростей невелика и достаточно постоянна (10-12 м).
Большие трудности при проведении сейсмических исследований в адырной зоне обусловливаются сложностью бурения взрывных скважин в галечниково-конгломератовых отложениях, большой дискретностью этих отложений, значительной (до 60-80 м) глубиной залегания первых грунтовых вод. Глубокое залегание грунтовых вод, как правило, сопровождается большой неоднородностью поверхностного скоростного разреза, что приводит к образованию при взрывах большого числа волн-помех, обладающих различными кажущимися скоростями.
Глубинное геологическое строение Ферганской депрессии характеризуется довольно резким погружением осадков мезокайнозоя к ее центру (рис. 1). В пределах адырной зоны это погружение осложняется различного вида тектоническими нарушениями.
Здесь развиты сложные складки, для которых характерно смещение сводов, перекрещивание осей, выраженных в разновозрастных осадках, большая крутизна крыльев, асимметричность.
В приадырной зоне резкое изменение глубины залегания отложений палеогена и мела сопровождается сокращением мощностей и выклиниванием ряда горизонтов в молассах, а также быстрым изменением литологического и фациального состава отложений всех неоген-антропогеновых стратиграфических комплексов.
Центрально-Ферганская зона характеризуется глубоким погружением палеозойских и мезокайнозойских пород, присутствием полных разрезов палеогеновых и меловых отложений, обладающих повышенными значениями пластовых скоростей, а также значительной (свыше 5000 м) мощностью молассовых образований. Тектонические формы по мезозою и вышележащим отложениям здесь характеризуются крупными размерами и сравнительной простотой строения.
Эффективность исследований по методу отраженных волн во всех указанных зонах обусловливается наличием четкого опорного отражающего горизонта и его почти повсеместной резкой динамической выраженностью. По целому ряду признаков опорный сейсмический горизонт стратифицируется как кровля верхнего мела (горизонт гипсов гознау). Однако буровые работы последних лет на целом ряде площадей, подготовленных сейсморазведкой, указывают на некоторое несовпадение глубин залегания опорного сейсмического горизонта с геологическим разрезом, вскрывшим гипсы гознау. Величина несовпадения лежит в пределах 150-200 м (мощность нижнепалеогеновой пачки) и на отдельных площадях имеет различный знак. Таким образом, на различных участках депрессии в зависимости от физических свойств отдельных горизонтов нижнепалеогеновых отложений первые волны опорного отражения связаны с различными стратиграфическими уровнями - от нижней границы палеогена (кровля гипсов гознау) на Сохе и Аувале до верхней границы согдийского подотдела (известняки туркестанского яруса па Западном Палванташе).
Качество сейсмического материала и характер следящихся волн при исследованиях корреляционным методом преломленных волн также находятся в прямой зависимости от участка работ и выбранной методики наблюдений. Наиболее полно сейсмический разрез представлен в центре Ферганы. Здесь на годографах отмечается ряд ветвей с кажущимися скоростями от 1800 до 6000 м/сек. В некоторых случаях в последующих вступлениях прослеживаются волны с кажущимися скоростями в 9000-10 000 м/сек. Почти все волны хорошо динамически охарактеризованы и выдерживаются на большей части площади депрессии. Интервалы прослеживания волн резко различаются в зависимости от их скорости, степени затухания и глубины залегания соответствующих преломляющих горизонтов.
В приадырной и адырной зонах в общем фиксируются те же волны, что и в центре депрессии, однако граничные скорости, характеризующие горизонты, связанные с молассами, увеличиваются, а с отложениями палеогена и мела несколько уменьшаются. В заадырной депрессии выделяются волны от палеозоя.
Резко различные геолого-геофизические условия в пределах сравнительно небольшой территории долины обусловили необходимость применения различных методических приемов и выбора наиболее эффективной модификации сейсмических исследований в зависимости от конкретных особенностей участка работ и поставленной геологической задачи.
С 1952 г. в практику геологоразведочных работ начал широко внедряться комплекс сейсмических исследований методом отраженных волн (MOB) и корреляционным методом преломленных волн (КМПВ). К 1956 г. для всей Ферганской долины было в общих чертах получено представление о глубинном строении отдельных крупных зон долины, определены глубины до продуктивных отложений палеогена-мела, а также выявлены участки, наиболее интересные для подготовки их методом отраженных волн к разведке глубоким бурением.
Наибольшая густота сейсмических профилей приходится на адырную и приадырную области долины, где продуктивные отложения лежат на доступных для бурения глубинах и где сосредоточены почти все известные месторождения нефти. Расположение и ориентация сейсмических профилей зависели от результатов предшествовавших геологических и геофизических (гравиразведка, электроразведка) исследований, простирания поверхностных структур адырного типа, орографических особенностей местности, возможности выбора эффективных пунктов взрыва и др.
Наблюдения как по MOB, так и по КМПВ производились по системе полных встречных и нагоняющих годографов. На участках спокойного глубинного рельефа, где опорный отражающий горизонт четко прослеживается на всей площади, применялась упрощенная система наблюдений MOB, предусматривающая однократное прослеживание отражающих горизонтов, что резко увеличивало производительность и уменьшало стоимость работ.
Ниже рассматриваются задачи, разрешаемые сейсморазведкой в Ферганской долине,
1. Изучение региональной структуры Ферганской депрессии, определение мощности мезокайнозойских образований, покрывающих палеозойское основание, оценка глубин залегания продуктивных палеогеновых отложений с точки зрения целесообразности проведения детальных геофизических работ и глубокого бурения
Перечисленный комплекс геологических задач с успехом разрешается комбинированным применением сейсморазведки MOB и КМПВ.
Применение только MOB снижает полноту получаемых результатов, так как на некоторых участках из-за особенно неблагоприятных поверхностных сейсмогеологических условий отраженные волны не фиксируются, что приводит к существенным пробелам в освещении сейсмических разрезов. Кроме того, мощная толща нижненеогеновых отложений (массогетский ярус-миоцен) в центральной части Ферганской долины характеризуется почти полным отсутствием отражающих горизонтов, что исключает возможность ее изучения MOB. Наконец, с денудированной поверхностью палеозойского фундамента не связаны четкие отражающие горизонты. Поэтому в центральной части долины MOB не позволяет определить мощность мезокайнозоя. Метод преломленных волн менее чувствителен к изменениям поверхностных сейсмогеологических условий; преломленные волны фиксировались при взрывах достаточно больших зарядов практически на всех участках Ферганской долины, где эти работы проводились. Преломляющие горизонты распределены по разрезу таким образом, что достаточно полно характеризуют все наиболее существенные стратиграфические комплексы. Тем не менее применение только КМПВ также не обеспечивает полного решения поставленных задач.
В условиях чрезвычайно интенсивной тектоники прибортовых частей Ферганской долины КМПВ не дает достоверных количественных результатов. Кроме того, сложный характер преломленных волн, связанных с палеогеновыми отложениями, обусловливает неоднозначность интерпретации материалов КМПВ по этой границе и необходимость контроля отдельными зондированиями MOB.
На рис. 2 приведен разрез по региональному маршруту, пересекающему Ферганскую долину в ее западной части. Не задаваясь целью полностью проанализировать полученные результаты, отметим, что сейсмические пересечения Ферганской долины позволили дать однозначный ответ на некоторые дискуссионные вопросы о глубинном геологическом строении депрессии, а также оценить обширную закрытую территорию с точки зрения перспектив и конкретных технических возможностей бурения на нефть и газ.
Прежде всего результаты сейсморазведки вносят ясность в вопрос о характере и условиях накопления молассовых формаций в межгорных впадинах, который дискуссируется уже несколько десятков лет.
В.Н. Вебер и Н.П. Васильковский допускали погружение Ферганской котловины в третичное и четвертичное время. Амплитуду погружения, исходя из мощности моласс, Н.П. Васильковский оценивал в 3-3,5 км.
Д.В. Наливкин развивал противоположную точку зрения, основываясь на предположении о том, что центральная часть Ферганской долины в неогеновом и четвертичном периодах существенно не погружалась. Накопление моласс произошло за счет роста и разрушения окружающих долину горных сооружений.
Из сейсмических разрезов (см. рис. 2) следует, что мелководные отложения морского палеогена (преломляющий горизонт с Vг=5500 м/сек) залегают в центре Ферганской депрессии на глубине 7,5-8,5 км. Следовательно, центральная часть Ферганской долины действительно погружалась в неоген-четвертичное время. Размах погружения, амплитуда которого определяется мощностью моласс (7-8 км), был, по-видимому, не меньшим, чем подъем соседних Туркестано-Алайского и Чаткальского горных сооружений.
Фактические материалы сейсморазведки позволяют окончательно оставить предположение о существовании в центре Ферганской долины валообразного поднятия с неглубоким залеганием продуктивных палеогеновых отложений.
Погребенные поднятия с доступными бурению с настоящее время глубинами залегания морского палеогена располагаются только в прибортовой части долины.
2. Поиски и подготовка к разведочному бурению новых перспективно-нефтеносных площадей
Отмеченное выше несовпадение структурных планов палеогена-миоцена и постмиоценовых образований явилось основанием для применения сейсморазведки в качестве основного метода поисков и подготовки к разведочному бурению новых площадей. Ферганские складки весьма сложно построены, обычно разбиты нарушениями, часто глубоко эродированы. Поэтому удовлетворительные по точности результаты могут быть получены только путем применения детальной сейсмической съемки MOB. Материалы КМПВ с трудом поддаются расшифровке и, как правило, позволяют выявить только наиболее крупные и особенно широкие поднятия.
Сейсморазведка MOB выполняется в два этапа. Первый из них - поисковый - включает в себя профильные пересечения аномальных объектов (складок, выраженных в молассах, поднятий опорного электрического горизонта, аномальных гравитационных зон). Второй этап, необходимость которого определяется результатами первого этапа, заключается в собственно детальной съемке с расстояниями между профилями 750-1200 м.
К настоящему времени детальными сейсмическими работами подготовлены к разведочному бурению 12 новых площадей - Аувальские (восточная и западная), Северо-Сохская, Западно-Палванташская, Хартумская, Ханкызская, Аимская, Восточно-Палванташская, Янги-Юльская, Нурсукская и др. На первых тести площадях разведочным бурением уже установлены промышленные залежи нефти и газа.
Сопоставление структурных карт по опорному отражающему горизонту с данными глубокого разведочного бурения позволяет оценить реальную точность сейсморазведки. Во всех случаях бурением подтверждено существование антиклинальных складок. В деталях строения отдельных складок имеются расхождения данных сейсморазведки с данными бурения, основными из которых являются следующие.
а) Смещение сводов складок вкрест их основного простирания. Незакономерные смещения осевых линий складок наблюдаются на всех площадях. Величина их, как правило, не превосходит 100-150 м (рис. 3), но в некоторых случаях, например на Ханкызской площади, смещение свода достигло 500 м.
б) Поведение шарнира складки по простиранию. Вследствие неточности интерпретации, особенно неучета неоднородностей верхней части разреза, на структурных картах по опорным отражающим горизонтам отмечаются ложные ундуляционные осложнения, не подтвердившиеся бурением. В восточной части Северо-Сохской структуры (см. рис. 3) отмечаются две таких ундуляции. Амплитуда ложных поднятий шарнира не превышает 100 м.
в) Неточное отображение периклиналей складок. В некоторых случаях (Западный Палванташ, Ханкыз) при изучении замыканий сложно построенных структур сейсморазведка дает сглаженные, как бы осредненные результаты. Вследствие этого конфигурация периклинальных частей складок на структурных картах изображается неточно, иногда одна из периклиналей вообще не фиксируется.
3. Выявление и трассирование тектонических нарушений
При наличии хорошо прослеживаемого опорного отражения разрывные нарушения достаточно отчетливо видны на сейсмограммах. Нарушения отмечаются смещением записи опорного отражения во времени на величину, зависящую от их амплитуды. Минимальная величина сброса, которую удалось выделить по сейсморазведочным данным, составляет 70 м.
В пределах южного и северного бортов Ферганской долины сейсморазведкой MOB и КМПВ удалось выделить и проследить серию крупных региональных разломов большой амплитуды. По положению опорного отражающего горизонта на сейсмических разрезах можно установить тип нарушения и амплитуду вертикального и горизонтального перемещений (рис. 4).
4. Расчленение кайнозойских моласс
Молассовый разрез с большим трудом поддается расчленению и корреляции даже при наличии глубоких скважин. Четкие опорные сейсмические горизонты в неоген-антропогеновой молассовой части разреза Ферганы отсутствуют. Принципиальная возможность стратиграфического расчленения сейсмических разрезов в молассах обусловлена широко распространенными угловыми несогласиями между образованиями массагетского, бактрийского и сохского ярусов.
Большинством исследователей область развития сокращенных разрезов ограничивалась только самой южной бортовой частью депрессии. Данные сейсморазведки свидетельствуют о значительно более широком распространении угловых несогласий в молассах. На сейсмическом разрезе (рис. 5) выделены четыре несогласно залегающих сейсмостратиграфических комплекса, которые прослежены на большей части южного борта Ферганской депрессии.
Первоочередными методическими задачами сейсморазведки в Фергане являются: повышение точности структурных построений в пределах антиклинальных поднятий; разработка методики поисков структур, благоприятных для локализации стратиграфически и тектонически ограниченных залежей; разработка методики, позволяющей получить четкие отражения в Северной Фергане.
Узбекнефтегеафизика
Рис. 1. Схема разделения Ферганской депрессии по характеру глубинных сейсмогеологических условий.
1 - зона периферических хребтов; 2- Адырная зона; 3 - Приадырная зона; 4 - Центрально-Ферганская зона.
Рис. 2. Сводный сейсмогеологический разрез.
Рис. 3. Сопоставление данных сейсморазведки и глубокого разведочного бурения по площади Северный Сох.
I - изогипсы по опорному отражающему горизонту; 2 - стратоизогипсы по данным бурения Сохской антиклинали по кровле VIII пласта на 1 января 1958 г.; 3 - буровые скважины; 4 - разрывы по сейсморазведке.
Рис. 4. Геолого-сейсмический разрез через Чонгарскую и Северо-Сохскую антиклинали.
Рис. 5. Сейсмический разрез.
1 - границы между сейсмостратиграфическими комплексами в молассах.