Применение подводной радиометрической съемки морского дна
Ю.В. ПЕЙСИКОВ, А.Н. ШАЦОВ
Возможность применения радиометрии при изучении морского дна определяется тем, что горные породы, развитые на подводном склоне, отличаются друг от друга вещественным составом, а, следовательно, и имеют разную интенсивность гамма-излучения.
Опытные работы в этом направлении были выполнены ИГиРГИ в 1960 г. на Каспийском море. Исследования были начаты с изучения образцов донных осадков. Образцы прибрежной полосы полуострова Челекен (102), а также образцы, отобранные в районе островов Вульф и Песчаный (118), были измерены на общую радиоактивность на лабораторной установке ЛС-1, разработанной в лаборатории ядерной геофизики ИГ и РГИ.
Максимальные значения гамма-активности наблюдались у глинистых илов, средние - у песков и песчанистых илов, минимальные - у органогенных и карбонатных илов.
Карбонаты характеризуются пониженной радиоактивностью, однако отчетливой связи между содержанием СаСО3 и радиоактивными элементами отметить не удалось. Это объясняется тем, что карбонатные частицы наряду с обломочными участвуют в сортировке материала.
Рассматривалась также связь между естественной гамма-активностью и содержанием фракции <0,001 мм в процентах по весу. Гамма-активность пород тем больше, чем больше в них содержится фракции <0,001 мм. При содержании фракции <0,001 мм более 80% величина гамма-активности глинистых илов становится почти постоянной.
Корреляционная связь естественной гамма-активности донных образцов с процентным содержанием фракции <0,001 мм определяется уравнением регрессии с коэффициентом корреляции 0,92:
g = А*Ргл+В;
где А и В - коэффициенты, определяемые экспериментально; g - естественная радиоактивность образцов в условных единицах (имп/сек); Ргл - содержание пелитовой фракции в процентах по весу.
Повышенная радиоактивность тонкоотмученных мелкодисперсионных и коллоидных фракций терригенных и органических соединений объясняется их способностью в наибольшей степени сорбировать радиоактивные элементы из окружающей среды.
Учитывая это обстоятельство, гамма-активность донных грунтов можно использовать для оценки литологии морского дна, а при анализе радиометрической карты - для составления грунтовых карт.
Интенсивность гамма-излучения донных осадков in situ определяется величинами 2,5-5 мкр/ч, и выявление на этом фоне незначительных изменений гамма-поля требует создания и применения достаточно точной и стабильной аппаратуры.
Прибор для изучения гамма-активности морского дна должен быть сделан в виде достаточно прочного, герметичного и вибростойкого контейнера, способного волочиться по дну при значительной скорости. При этом исключена возможность как самопроизвольного всплытия прибора, так и отрыва его от несущего кабеля.
Использование в приборе сцинтилляционного счетчика позволяет получать повышенную чувствительность при незначительных габаритах подводного контейнера. Радиометр выполнен по общепринятой схеме и состоит из подводного контейнера, пульта управления, блока питания и пульта автоматической регистрации.
Импульсы с фотоумножителя дискриминируются и усиливаются радиосхемой, помещенной в подводном контейнере, и по кабелю КТШ-2 передаются в пульт управления, находящийся на борту судна.
Исследования производились по ряду профилей, длина и положение которых определялись масштабом и задачами работ. Привязка маршрутов осуществлялась радиогеодезическим способом.
Методические исследования в пределах Каспийского акватория ставились для выяснения возможности проведения:
1. достоверных исследований радиоактивности морского дна при помощи сконструированных моделей подводных радиометров;
2. подводной радиометрической съемки с целью поисков месторождений нефти и газа;
3. геологического картирования морского дна методом радиометрической съемки.
При регистрируемых морским радиометром средних фоновых значениях донных грунтов порядка 40 имп/сек, ожидаемая аномалия гамма-активности над нефтяными залежами должна составлять 5-7 имп/сек. Для уверенной корреляции величина этих аномалий должна в 2-3 раза превышать ошибку наблюдения. Относительная ошибка наблюдения рассчитывается по формуле
где t - постоянная интегрирующей ячейки (t - RC).
Таким образом, при N = 40 имп/сек и t1 = 2 сек., t2 = 4 сек., t3 = 8 сек. и t4 = 16 сек. эта ошибка будет соответственно равна 7,7; 5,6; 4,0 и 2,8% или 3 имп/сек, 2,2 имп/сек, 1,6 имп/сек и 1,1 имп/сек. Поэтому при проведении съемки можно принять t1 = 8 сек. и t2 = 16 сек., а для производства рекогносцировочных маршрутов t3 = 4 сек. Так как скорость движения судна при маршрутной съемке не превышает 2,5-3,5 м/сек, то интегрируются значения на отрезках профиля длиной 30-50 м, т.е. того же порядка, что и погрешность радиогеодезических определений положения судна в море.
Ленты записи интенсивности излучения обрабатывались при помощи приведения зарегистрированного уровня гамма-активности в импульсах в секунду к интенсивности в стандартных единицах микрорентген в час. Построение радиометрических карт осуществлялось в виде карт-графиков (профилей) и в изолиниях гамма-активности. Карты графиков необходимы главным образом для изучения локальных изменений интенсивности излучения, тогда как карты изолиний показывают общие закономерности в поведении гамма-поля.
Большой интерес приобретает применение подводной радиометрической съемки для поисков нефтяных и газовых месторождений по аналогии с соответствующими наземными работами.
Регистрация аномалий гамма-излучения, приуроченных к нефтяным месторождениям, в «чистом виде» возможна лишь в случае постоянства морфологических и литологических факторов, что бывает крайне редко. Обычно же выявить аномалию, связанную лишь с влиянием глубинных факторов, весьма трудно. Для этого необходимы строгий учет влияния поверхностных изменений и детальная геологическая документация.
Подводная радиометрическая съемка с целью выяснения возможности поисковнефтяных и газовых месторождений была впервые проведена на подводном продолжении Карадагской структуры летом 1959 г. морским радиометрическим отрядом ИГиРГИ совместно с АзНИИ по добыче нефти.
Радиометрические исследования подводной части Карадагской структуры показали, что над погруженной частью южного крыла структуры фиксируется отчетливая аномалия пониженных значений гамма-активности, охватывающая наиболее перспективную в нефтегазоносном отношении часть Карадагского месторождения.
В пределах аномальной зоны отмечается наименьшее значение гамма-активности, снижающееся до величины 1,5 мкр/ч и менее.
Аномальная зона оконтуривается изолинией 1,5 мкр/ч, ограниченной с севера береговой полосой. К юго-востоку значения интенсивности гамма-излучения постепенно повышаются до 3-3,5 мкр/ч и являются среднефоновыми для района (рис. 1).
По данным геологического картирования основными литологическими типами донных осадков являются илистые известняки и ракушечник, распространенные в прибрежной части, и сероцветные илы с включением известнякового детритуса, слагающие южную часть района съемки. Подчиненную роль играют глинистые и песчанистые илы, встреченные на отдельных участках прибрежной зоны. В первом приближении общая тенденция к снижению гамма-поля у периферийной части аномалии может быть объяснена особенностями литологического состава осадков, характеризуемого увеличением карбонатности в прибрежной части. В этой связи отмечается отчетливое совпадение перепада гамма-активности от 3 до 2 мкр/ч с отмеченными замещениями сероцветных глин илистым известняком и ракушечником. Однако детальное рассмотрение особенностей распределения гамма-поля показывает, что в северной части района фиксируется новое отчетливое снижение интенсивности гамма-излучения, не связанное с литологией донных осадков. Таким образом, в распределении гамма- поля отмечаются два уровня в снижении зафиксированных значений интенсивности. Первый, в основном обусловленный литологическими особенностями грунтов, и второй (изолиния 1,5 мкр/ч), наблюдаемый в пределах развития однородных осадков и по своему пространственному положению подобный вероятному контуру нефтеносности подводной части месторождения Карадаг. В пределах полученной аномалии изучено распределение в грунтах стабильных элементов V, Ni, Со, Cr, Mo, Mn, Zn и зафиксированы наименьшие значения концентраций этих элементов, что указывает на общую геохимическую природу выявленной аномалии с аномалиями над нефтяными и газовыми месторождениями.
Значительный интерес представляют подводные радиометрические исследования над структурами о. Песчаного и б. Макарова.
Промышленная нефтеносность структуры о. Песчаного установлена по подкирмакинской свите и X горизонту. Есть основания предполагать наличие залежи и в структуре б. Макарова.
Глубинное строение района островов Вульф и Песчаный изучено по результатам глубокого бурения, а района б. Макарова по геолого-геофизическим данным. Зона пониженных значений гамма-активности (рис. 2) располагается южнее о. Песчаного и имеет то же направление, что и контуры нефтеносности, но занимает несколько большую площадь. Ширина ее 4,6 км, длина 7 км. Эта зона охватывает внутриконтурные зоны по ПК и X горизонту, однако имеет значительно большую ширину и не полностью совпадает с границей апшеронских и новокаспийских отложений.
При подводных радиометрических исследованиях в районе б. Макарова была получена более сложная картина изменения интенсивности гамма-излучения донных грунтов, по-видимому, в связи с тем, что съемка проводилась после извержения в 1959 г. подводного вулкана. Здесь в северо-запад-юго-восточном направлении выделяется полоса повышенных значений, связанных, вероятно, с грязевулканической брекчией. Исследования были проведены на ограниченном числе профилей, поэтому нет достаточной уверенности в выделении всей полосы, возможно, распадающейся на отдельные пятна: среднее, хорошо увязываемое с данными электроразведки (картировочное профилирование), северо-западное и юго-восточное. Зона аномально пониженных значений четко фиксируется на пяти профилях и повторяет в плане конфигурацию структуры, несколько смещаясь к северо-западу. Необходимо отметить, что интерпретация данных подводной радиометрической съемки по структурам о. Песчаного и б. Макарова предварительная, так как еще не закончены отбор проб донных грунтов и их исследование.
С точки зрения поисков подводных структур в пределах Бакинского и Апшеронского архипелагов большое значение имеет установление контакта продуктивной толщи, нередко обнажающейся в сводах антиклинальных структур, с вышезалегающими отложениями акчагыльского и апшеронского ярусов. Возможность такой отбивки была установлена при методических исследованиях в районе, расположенном к юго-востоку от камней Два Брата. Здесь геологические границы были установлены картировочным бурением с баркасов. На радиометрических профилях, проведенных вкрест простирания контакта, отмечается значительное снижение радиоактивности дна при переходе от апшеронских отложений к отложениям продуктивной толщи.
Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о возможности постановки радиометрических работ с целью геологического картирования морского дна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полак Л.С. Некоторые закономерности естественной радиоактивности мезозойских и третичных отложений Прикаспийской впадины. Сб. прикладной геофизики, № 17, Гостоптехиздат, 1957.
2. Ядерная геофизика. Сб. ст. по использ. радиоактивн. излучен, и изотопов в геол. нефти, Гостоптехиздат, 1959.
3. Ядерная геофизика при поисках полезных ископаемых. Сб. ст. по использ. радиоактивн. излучен, и изотопов в геол. нефти, Гостоптехиздат, 1960.
4. Кленова М.В. и др. Современные осадки Каспия. Изд. АН СССР, 1958.
ВНИИ ядерной геофизики и геохимии МГ и ОН СССР
1 - песчанистая глина; 2 - глинистый песок с ракушечником; 3-ракушечник, известняк и глины; 4 - серая глина с ракушечником.
1 - стратоизогипсы; контуры нефтеносности: 2 - по ПК и 3 - по X горизонту; 4 - зона пониженных значений гамма-активности; 5 - скважины глубокого бурения; 6 – граница апшеронских и новокаспийских отложений