В последнее время значительно возросла эффективность геолого-геофизических исследований. Это явилось следствием успешного использования в геологии математических и кибернетических методов. Открылись новые возможности извлечения, обработки и осмысливания первичной геофизической информации.

В практике разведки нефтегазоперспективных районов наряду с сейсмическими все возрастающее значение приобретают гравиметрические работы. Их роль особенно заметна, когда район исследования отличается сложным строением. В этом случае высокая геологическая эффективность интерпретации геофизических данных обеспечивается разумным комплексированием геологических, сейсмо- и гравиразведочных работ.

Остановимся на некоторых методических вопросах и результатах интерпретации аномалии силы тяжести при решении структурных задач на нефтегазоперспективных территориях. В сложных физико-геологических условиях наиболее реальные результаты можно получить методом подбора. Специальная автоматизированная система [1] реализует этот метод на ЭВМ. Система прошла широкое опробование [2]. Используя все имеющиеся данные, исследователь строит геологическую модель. В ряде случаев для выявления особенностей этой модели и установления приближенных значений ее параметров может использоваться подсистема качественного анализа [3, 4]. Наблюденное поле обрабатывается таким образом, чтобы исследователь получил совокупность различных карт - трансформант поля. В одних случаях поля сглаживаются и проявляется действие глубинных структур, в других, наоборот, усиливается нелинейная часть, эффект глубинных масс сильно ослабляется и сказывается влияние неглубоких тел. Производятся ориентировочные расчеты параметров, которые характеризуют местоположение, размеры геологических объектов и значение избыточной плотности.

После того, как построена схематическая модель геологического строения, начинает работать вторая часть системы. Параметры геологической схемы - гипотезы и каталог аномального поля - являются исходными данными для ее работы. Имеется возможность рассчитать гравитационный эффект (решить прямую задачу) и сопоставить его с исходным полем. Если не замечено грубых ошибок в модели, то исследователь может отыскать фоновую составляющую поля и исключить ее, затем перейти к определению геометрических и плотностных параметров модели. Эти задачи решаются методами минимизации многопараметрических функционалов.

По мере накопления опыта выработалась определенная методика интерпретационных работ. Часто исследователь сталкивается с такими ситуациями, когда в геологическом разрезе имеются объекты, которые взаимно компенсируют гравитационный эффект. Нет видимого отображения известных геологических структур (или объектов) в наблюденном поле. Тогда практически нельзя получить геологические результаты методами качественного анализа. В этом случае в полной мере проявляются преимущества методов математического моделирования. Исследователь на основании всех геолого-геофизических данных строит эталонную геологическую схему. Для каждого геологического объекта или контактной границы вычисляется ее гравитационный эффект и оценивается вклад в структуру аномального поля. Эти методические приемы особенно успешно реализуются на ЭВМ “Мир-2”, для которой создано специальное математическое обеспечение. Оно позволяет проводить моделирование в диалоговом режиме.

Когда проясняется вопрос о роли отдельных структурных элементов, приступают к общему анализу поля. Следует решить вопрос о региональной составляющей поля. Если есть данные, которые позволяют судить об общих чертах глубинного строения, то создается такая геологическая модель. Ее параметры подбираются так, чтобы гравитационный эффект модели соответствовал остаточному полю силы тяжести. Здесь обычно участвуют в расчетах два блока системы: поиск геометрических параметров контактных поверхностей и определение плотностных параметров.

Таким образом, решаются нелинейная и линейная обратные задачи. Анализ методов решения таких задач приведен в работе [5].

Когда сведения о глубинном строении отсутствуют, исследователь, учитывая рассчитанные поля, использует аппроксимационный метод для вычисления фоновой составляющей. На отдельных участках региональное поле отождествляется с полиномом (линейным или второго порядка). Делается общий анализ выделенной аномалии и устанавливается геологическая природа регионального поля. Эта часть работы тесно увязывается с результатами интерпретации других геофизических полей. Целесообразно на этом этапе элементарными расчетами подкрепить данную гипотезу о природе регионального фона.

Исключив региональную составляющую, вновь возвращаемся к анализу модели. На основе физико-геологических данных и метода моделирования устанавливаются те пределы, внутри которых могут находиться значения параметров геологических объектов. Так устанавливается начальная схема-модель. Ее параметры уточняются методами минимизации. Для этой цели используются соответствующие блоки системы. Если после подбора остались аномальные участки, то производится поиск геологических объектов, которые могли бы их объяснить. Таким образом, составляется эталонная модель.

Далее переходят к детальным интерпретационным работам. Если эталонная модель отработана в профильном варианте, то для площадных исследований могут быть использованы все блоки системы. Если же отработка велась в площадном варианте, то детализация обычно проводится в более крупном масштабе.

Рассмотрим некоторые результаты интерпретации гравиразведочных данных, которые были получены на Тарасовско-Островской площади Волгоградского Поволжья ( рис. 1 ).

Геологическая модель строилась по большей площади, чтобы не было проявлений краевых эффектов в поле силы тяжести.

Геологические и сейсморазведочные методы характеризуют район как слоистую среду, представленную осадочными образованиями. На кристаллическом основании залегает мощный терригенный комплекс. Верхняя и нижняя его части разделены карбонатными породами повышенной плотности, мощность которых достигает 3 км и более.

Таким образом, геологическая схема представляет собой три границы раздела. Самая верхняя (кровля карбонатного комплекса) находится на глубинах 400-680 м. Избыточная плотность здесь не выдержана и может составлять 0,3-0,4 г/см³. Подошва этого комплекса расположена на глубинах 3,6-4,2 км. Избыточная плотность отрицательная и оценивается в 0,1 г/см³. Здесь карбонатные породы вновь сменяются терригенными. Наконец, третья граница - кровля кристаллического основания. Ее глубины 4-4,8 км, а плотность пород на 0,2 г/см³ более чем у вышезалегающих.

Поставлена следующая задача. По сейсморазведочным данным и данным глубокого бурения построена геологическая схема-гипотеза. В ряде мест контактные границы потеряны или выделены неуверенно. Необходимо уточнить эту схему и представить гравитационную модель участка. Отметим, что под гравитационной моделью мы понимаем такую плотностную схему, гравитационный эффект которой соответствует наблюденному полю силы тяжести. Как производственный выход требуется представить карты-схемы трех структурных горизонтов.

В процессе интерпретационных работ сделаны расчеты прямой задачи для каждой плотностной границы, вычислен и исключен из наблюденного поля региональный фон, решены обратные задачи: а) подбор плотностей, б) подбор конфигураций контактных поверхностей. В самом начале обработаны материалы по нескольким профилям, а затем все сведено в единую площадную схему. Для этой схемы и получены окончательные результаты.

На рис. 2 , а приведена карта остаточного поля силы тяжести после вычета регионального фона. Она сопоставляется с гравитационным эффектом по начальной схеме-гипотезе. В поле силы тяжести выбраны точки, где должны сопоставляться наблюденное и рассчитанное поля. В процессе подбора геометрических параметров и значений избыточных плотностей разница между этими полями уменьшалась и результативное теоретическое поле мало отличается от исходного. Среднее отклонение составляет 0,2 мгл.

Теперь остановимся на геологических результатах. Кровля карбонатной толщи полно и достоверно охарактеризована данными бурения и сейсморазведки. По этому комплексу проводился только подбор плотностей. Структурная карта этого горизонта показана на рис. 2 , в. Данные интерпретации позволили выделить в верхнем терригенном комплексе две зоны. Зона с пониженной избыточной плотностью располагается там, где в карбонатной толще отмечается избыток плотности 0,4-0,5 г/см³. Ее можно связывать с палеорусловыми отложениями. Вторую зону (избыточные плотности 0,39-0,14 г/см³) можно объяснить накоплением плотных пермо-триасовых осадков. Выделенные зоны ограничиваются системой субширотных нарушений, установленных по данным аэромагнитной и космической съемок.

На рис. 2 , б приведена структурно-морфологическая схема кровли терригенного девона. Уточнены контуры основных структурных элементов. Выделены два новых поднятия в западной части участка. Они оконтурены изолиниями - 3650 м.

Схема кровли кристаллического фундамента показана на рис. 2 , г. В результате подбора уточнено строение рельефа. Изменения в направлении изолиний, их вытянутость и значительная протяженность вдоль одной линии позволили наметить ряд разрывных нарушений. Их основное направление - субмеридиональное, но хорошо наблюдается и субширотная система нарушений. Она является, по-видимому, более поздней и хорошо коррелируется с данными магниторазведки. При пересмотре материалов ОГТ было подтверждено наличие субмеридионального нарушения (см. рис. 2 , б).

Следует отметить наличие двух субмеридиональных разломов в центральной части участка, ограничивающих поднятие. Эти нарушения могли играть значительную роль в формировании флексур осадочной толщи. Субширотный разлом, расположенный южнее Новокоробковской скв. 5, прослеживается по всем отложениям осадочной толщи. Он имеет северо-восточное падение и является осью палеорусла в верхней терригенной толще (см. рис. 2 ).

Результаты интерпретации гравиразведки сопоставлялись с данными других методов. Наиболее интересным представляется выделение зон рифогенных образований. На рис. 2 , б приведены данные ОГТ и космической съемки. Рифогенные тела, выделенные сейсморазведкой и бурением, уверенно связываются с зонами максимальной крутизны подстилающего рельефа (возможно, флексуры или разрывные нарушения). Именно в пределах этих зон целесообразно проводить детальные сейсмические работы с целью поиска рифовых тел.

Из серии структур осадочной толщи, установленных по данным космической съемки, отобраны те, которые приурочены к зонам максимальной крутизны. Это позволяет локализовать участки детальных исследований.

Можно привести и другие примеры использования гравиразведочных данных при решении задач нефтегазовой геологии. Тем самым устанавливается еще один резерв повышения эффективности геофизических методов разведки при поисках нефти и газа.

1. Булах Е.Г. Автоматизированная система интерпретации гравитационных аномалий. Киев, Наукова думка, 1973.
2. Булах Е.Г., Ржаницын В.А., Маркова М.Н. Применение метода минимизации для решения задач структурной геологии по данным гравиразведки. Киев, Наукова думка, 1976.
3. Булах Е.Г., Левашов С.П. К методике интерпретации гравитационных аномалий. - В кн.: Прикладные алгоритмы решения обратных задач геофизики. М.,1979, с. 34-38.
4. Скотаренко С.С., Гуреев В.И. Метод аналитического продолжения в нижнее полупространство и некоторые возможности интерпретации на его основе. - В кн.: Геофизические исследования земной коры и мантии Украины. Киев, 1975, с. 97-101.
5. Старостенко В.И. Устойчивые численные методы в задачах гравиметрии. Киев, Наукова думка, 1978.

Рис. 1. Обзорная тектоническая схема Волгоградской области (по материалам треста Волгограднефтегеофизика).

1 - район исследования; 2 - участки детализации; 3 - интерпретационные профили; 4 - границы основных тектонических элементов территории; 5 - бортовая зона Прикаспийской впадины

Рис. 2. Результаты геологической интерпретации гравиразведочных данных Тарасовско-Островской площади.

а - карта сопоставления полей: 1 - остаточное гравитационное поле после вычета регионального фона, 2 - рассчитанный гравитационный эффект по первоначальной схеме, 3 - скважины;

б - структурно-морфологическая карта кровли терригенного девона: 1 - зона резкого изменения мощности девонских отложений (предположительно тектонических нарушений), 2 - изогипсы кровли терригенного девона (подобранные по гравиразведочным данным ), км, 3 - рифогенные образования (по данным ОГТ), 4 - структуры осадочной толщи, по космическим данным (материалы ВолгоградНИПИнефть), 5 - аппроксимационные элементы первоначальной схемы, 6 - тектоническое нарушение, установленное по данным ОГТ;

в - карта развития плотностных неоднородностей по кровле каменноугольных отложений: 1 - аппроксимационные элементы первоначальной схемы, 2 - избыточные плотности подобранной схемы, 3 - изолинии избыточных плотностей палеорусловых отложений, 4 - зоны фациальных уплотнений, 5 - зоны разрывных нарушений, по данным космической съемки (материалы ВолгоградНИПИнефть), 6 - зоны повышенных градиентов поля DТ (по материалам ВолгоградНИПИнефть);

г - структурно-морфологическая карта кровли кристаллического фундамента: 1 - аппроксимационные элементы первоначальной схемы, 2- изогипсы кровли кристаллического фундамента (подобранные), км, 3 -зоны тектонических нарушений, по данным интерпретации гравитационных наблюдений, 4 – зоны тектонических нарушений, по данным интерпретации магниторазведки (по материалам ВолгоградНИПИнефть)