К оглавлению	УДК 550.836:551.35
	С.И. СЕРГИЕНКО (ИГиРГИ), В.Г. ОСАДЧИЙ, Г.А. КУКСОВ. И.И. ГРИЦИК, В.В. КОВАЛИК (ИГиГГИ АН УССР)

Придонное картирование шельфовых зон геотермическим методом

Опыт применения методик геотермического картирования на континентальных площадях показал перспективность изучения распределения тепловых полей как в глубоких горизонтах осадочных пород, так и в приповерхностных слоях. Установлено, что над залежами УВ по различным термическим параметрам четко фиксируются локальные положительные аномалии [1]. Например, в Предкарпатском передовом прогибе на глубине 1000 м температура над залежами газа выше ее фоновых значений на 3-15, нефти - на 2-4 °С. Величина превышения температур на глубине 1500 м над нефтяными скоплениями достигает 4-7 °С, 2000 м - 6-7 °С. Основной причиной возникновения положительных термоаномалий над залежами УВ является конвективно-диффузионный тепломассоперенос от кровли залежи к дневной поверхности [2], а также процессы связанные с формированием скоплений УВ [4]. Изучение температурного режима земной коры показало, что вышеуказанные аномалии фиксируются в приповерхностных слоях.

В нашей стране морские геотермические исследования в шельфовых зонах Каспийского, Черного и Азовского морей выполнялись с использованием опыта проведения полевых геотермосъемочных работ. Были выявлены положительные локальные тепловые аномалии в придонных осадках и на дне, приуроченные к разрывным нарушениям, геологическим структурам и залежам УВ. Решающее влияние на формирование теплового режима придонных осадков оказывают тепловой поток из недр, теплофизические свойства осадочной толщи и процессы теплопереноса в ней.

При оценке картировочных и поисково-разведочных данных морских геотермических исследований важное значение имеет выяснение искажающего влияния внешних факторов: солнечной радиации и температурных вариаций, течений и штормовых перемещений водных толщ, которые воздействуют на температурный режим донных отложений и придонных слоев воды. Установлено, что в условиях черноморского шельфа, начиная с глубин 25-30 м, их влияние на формирование температурного режима придонных осадков и дна практически не сказывается. Так, изменение температуры в придонных осадках на глубине 1 м при глубине моря 25-30 м за счет суточных колебаний не превышает 0,002 °С, хотя на поверхности моря за тот же период оно достигает 15-20 °С. Опытные работы на полигонах Черного и Азовского морей показали, что результаты замеров температур по дну моря и в придонных осадках на одноименных профилях за сутки практически идентичны, и величины температур определяются глубинным тепловым потоком. Если предположить, что конвективный обмен на границе «дно - придонные осадки» практически отсутствует, то распространение тепла от дна в придонный слой воды происходит кондуктивно и фронт температуры повторяет фронт придонных осадков.

Для выяснения характера термостратификации водной толщи выполнено около 150 серий вертикальных промеров температуры морской воды от поверхности до дна моря с интервалом 2 м в северо-западной части шельфа Черного моря. В результате исследований установлено, что глубина затухания сезонных колебаний температуры (термоклин) составляет 30 м, а изменение глубины термоклина в течение месяца не превышает 2-4 м при изменении температуры придонной воды не более чем на 0,1 °С. Таким образом, проведение термосъемочных работ на одной и той же площади в течение месяца позволяет получить данные, отражающие глубинный геотермический режим.

Штормовые явления на незначительных глубинах существенно нарушают температурный режим всей водной толщи. Экспериментальные данные показывают, что восстановление первоначального температурного режима в придонном слое происходит за 6-10 сут после шторма силой 3-4 балла. Предположение о том, что в придонном слое осадков существует температурная аномалия, величина которой определяется соотношением:

где - аномалия температуры на границе «дно - водный слой», °С; t - время, прошедшее после последнего конвективного перемешивания воды (шторма), с; а - температуропроводность слоя, см²/с, позволяет показать, что в слое до 0,1 м от дна после шторма в 3 балла температурная аномалия возобновится в течение первых 5 сут до величины 50 % ее первоначального значения. Такой расчет позволяет значительно упростить проведение морских геотермосъемочных работ и в ряде случаев заменить точечные исследования.

Выяснение возможного влияния придонной циркуляции на измеряемые величины геотермических параметров неоднократно обсуждалось в литературе. Были рассмотрены и сравнены с фактически наблюдаемыми модели распределения вероятностей измеряемых величин при допущении, что конвекция существенно искажает тепловое поле. Как показали исследования, распределение температур в придонных осадках стабильно по глубине. Это свидетельствует о малом влиянии придонных температур на тепловое поле осадков.

Придонная конвекция может привести к ошибкам в измерениях по величине весьма незначительным.

Подводные течения (постоянные, сезонные, региональные, локальные) представляют помеху для качественного проведения придонных морских геотермосъемочных работ и могут внести ошибки в результате измерений. Региональные и постоянно действующие течения и отчасти сезонные и локальные обозначены в лоциях, и об их наличии можно судить еще до проведения геотермических работ. Поскольку характер течений известен заранее, то помехи, вносимые ими, устраняются с помощью детального изучения температур в зоне течений, а также введения поправок и привязочных замеров, дублирующих друг друга во времени. Большие по масштабу и площади течения создают температурный фон в придонном слое воды, на котором выделяются аномалии, связанные с особенностями геологического строения, залежами полезных ископаемых и физико-химическими процессами, протекающими в придонных осадках и придонном слое воды.

В ИГиГГИ АН УССР создана морская геотермическая станция, позволяющая проводить исследования как в придонных слоях, так и по дну акваторий. Конструкции измерительных устройств станции ИГ/С-3М представлены на рис. 1. В качестве датчика температуры использован термочувствительный кварцевый резонатор (ТКР), зависимость «температура - частота» которого в интервале температур от -50 °С до +120 °С имеет линейный характер. Регистрация изменения производится на борту судна магнитофоном, цифропечатающим устройством или потенциометром. В термопьезометре в качестве датчика давления использован преобразователь давления вибростержневого частотного типа (см. рис. 1, б) [3].

В результате проведения опытно-методических работ обосновано применение различных видов морской геотермосъемки. В зависимости от этапов изучения и геологических задач этим методом можно выполнять рекогносцировочные исследования и детальную геотермическую съемку перспективных площадей.

Рекогносцировочные исследования проводятся по региональным профилям протяженностью до 300 км методом непрерывного термозондирования по поверхности дна, при этом изучается геотермический режим крупных площадей шельфа, что позволяет установить температурные особенности, характерные для конкретных геолого-тектонических зон. Характер распределения температур на дне моря приближенно отражает геотермический режим глубокопогруженных горизонтов, что дает возможность судить о распределении температур в осадочном комплексе. Так, r температуры дна с температурами горных пород на глубине 1000 м для месторождения Бахар составляет 0,72.

Методические особенности проведения работ непрерывным термозондированием заключаются в следующем: в начальных точках региональных геотермических профилей определяется положение термоклина, куда спускается измерительный прибор (термоволочок). Непрерывное измерение температуры производится при движении судна с постоянной скоростью 4-6 км/ч. Инерционность измерительного прибора приводит к запаздыванию регистрации температуры относительно точки замера и в среднем составляет 50- 70 м. Каждые 30 мин результаты измерений увязываются с местом нахождения судна на геотермическом профиле [2]. При проведении регионального профильного зондирования ведется постоянное эхолотирование рельефа морского дна. Одним из преимуществ такого зондирования является возможность одновременно использовать несколько геофизических методов (электроразведка, радиометрия, геотермия), что значительно снижает затраты на проведение поисково-разведочных работ.

В результате проведения регионального геотермического зондирования и обработки полученного материала выделяются участки с аномальным распределением придонных температур. Для их оконтуривания и выяснения природы проводятся детальные геотермические исследования по равномерной сетке продольных и поперечных профилей. Основная часть последних обрабатывается методом термопрофилирования по дну, а в реперных точках, расположенных на концах профилей и в центральной части исследуемой площади - методом точечных геотермических исследований придонных осадков на глубине 1,5 м, измеряется геотермический градиент в интервале «дно - 1,5 м осадков» и теплопроводность придонных осадков, а также рассчитывается значение теплового потока.

Результаты детальных морских геотермических исследований обрабатываются на ЭВМ по программам «Grid» и «Trend». Первая из них позволяет строить карты распределения параметров по площади, а вторая - моделировать региональные тепловые поля и выделять, на их фоне различные отклонения, обусловленные влиянием геологических объектов и гидродинамическими особенностями.

Геотермические исследования, проведенные ранее на нефтегазовых месторождениях Предкарпатского прогиба, Днепровско-Донецкой впадины, опытные работы на шельфе Черного и Каспийского морей позволили установить качественные критерии интерпретации результатов измерений над залежами УВ различного типа. Выявлены типичные формы и характер кривых распределения температур как в приповерхностных условиях, так и в разрезе осадочной толщи в интервале от поверхности до изучаемого объекта. Аномалии распределения температур над залежами УВ имеют четко выраженный характер и их протяженность предопределяется размерами залежи, а величина превышения - запасами УВ [1]. Зоны тектонических нарушений представляются узкими пиками на температурных кривых, разнозначными по отношению к фону. Положительные термоаномалии фиксируются над молодыми активными разломами, а отрицательные - над древними залеченными. Над зоной контакта «нефть - вода» или «газ - вода» фиксируются пониженные относительно фона значения температур. Примеры интерпретации геотермических данных по конкретным месторождениям УВ в различных регионах рассмотрены в работе [1],

Результаты опытно-промышленного опробования морской геотермической съемки в вариантах региональных рекогносцировочных и детальных исследований на различных полигонах Черного и одного из северных морей приведены на рис. 2. Пример рекогносцировочных геотермических исследований на шельфе Черного моря отражен на региональном профиле, пересекающем поднятие Голицына. Здесь геотермические исследования проводились дважды: летом и осенью, причем в первом случае над залежью газа получена температурная аномалия в 1,9 °С, а во втором- в 1,2 °С. Аномалия зафиксирована и по величине геотермического градиента в интервале «дно-1,5 м придонных осадков», значение которого в аномальной области на 0,03 °С/м превышает фоновое значение (рис. 2, а). Наличие отрицательной аномалии над тектоническим разломом, экранирующим газовые залежи позволяет судить о том, что он является непроводящим в период после формирования залежи. Возникновение аномалий такого рода объясняется наличием остаточных зон дробления в области развития разлома и инфильтрацией по ним холодных морских вод. На температурной кривой положительной аномалией характеризуется молодой разлом в центральной части профиля (точки 5-7).

На полигоне, расположенном в акватории одного из северных морей (рис. 2, б), геотермическая съемка выполнена в 1983-1984 гг. сотрудниками ГИ КФ АН СССР и ИГиГГИ АН УССР по двум региональным профилям, на одном из которых работы производились дважды в разные годы. На обоих профилях по данным непрерывного термопрофилирования зафиксированы участки с аномальным распределением температур. Величина положительной температурной аномалии достигает 0,5-0,7 °С и четко контролируется погребенным антиклинальным поднятием, выделенным ранее сейсмическими исследованиями. Повторное проведение съемки в разные годы на одноименном профиле обнаруживает удовлетворительное согласование результатов. На рис. 3а приведено распределение температур на глубине 1,5 м в придонных осадках, а на рис. 3б и 3в - по поверхности дна. Профиль а наиболее приближен к сводовой части структуры, а профили б и в удалены от него на 3,5 и 7,5 км соответственно. На всех профилях зоной повышенных температур характеризуется погружённое антиклинальное поднятие, а зоной повышенных - предполагаемая залежь УВ. Рельеф дна не оказывает существенного влияния на характер распределения придонных температур. Эти данные указывают на перспективность применения геотермосъемки в акватории северных морей.

Опытно-промышленное опробование методики и аппаратуры морской геотермосъемки на шельфе Черного, Каспийского, Азовского морей в комплексе с электроразведочными, радиометрическими и геохимическими исследованиями позволило повысить эффективность геолого-геофизических работ и расширить возможности использования информации о тепловом режиме верхних слоев земной коры для поисков залежей УВ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Осадчий В.Г., Лурье А.И., Ерофеев В.Ф. Геотермические критерии нефтегазоносности недр. Киев.: Наукова думка. - 1976.- С. 143.

2. Осадчий В.Г., Куксов Г.А., Ковалик В.В. Морская геотермосъемка. Киев.: Наукова думка. - 1979.- С. 102.

3. Приборы для научных исследований и системы автоматизации в АН УССР. Киев.: Наукова думка. - 1981.- С. 79-82.

4. Сергиенко С.И. Аномалии теплового потока в нефтегазоносных структурах. Изв. АН СССР. Сер. геол. № 2.- 1988.- С. 115-124.

Рис. 1. Схема измерительных устройств морской геотермосъемочной станции ИГ/С-3М

а - термоволочок: 1 - корпус, 2 - разъем, 3 - крепежный зажим, 4 - бронированный кабель, 5 - аппаратурный блок, 6 - стабилизатор, 7 - эбонитовый переходник, 8 - ТКР;

б - термодатчик для термостратификации водной толщи: 1 - защитный кожух, 2 - измеритель давления, 3 - корпус зонда, 4 - ТКР, 5 - аппаратурный блок, 6 - разъем, 7 - накидная муфта, 8 - кабель

Рис. 2. Результаты региональных геотермосъемочиых исследований на Черноморских полигонах (а) и детальных - на полигоне одного из северных морей (б).

(а) Поднятие Голицына: 1 - кривая распределения температур по дну, 2 - кривая распределения геотермическихградиентов в интервале «дно- 1,5 м осадков», 3 - тектоническое нарушение, 4 - залежь УВ;

(б) 1 - изогипсы опорного горизонта, м, 2 - граница распространения поднятия по данным морской геотермосъемки, 3 - геотермические профили. 4 - распределение температур по дну акватории, 5 - номера профилей.

Рис. 3. Региональное геотермическое зондирование по дну акватории одного из северных морей:

а - распределение температур на глубине 1,5 м в придонных осадках (профиль T 2/28), б - распределение температур по дну (профиль T 4/84), в - распределение температур по дну (профиль T 3/84), 1 - кривые распределения температур, 2 - кривая поверхности дна. Температурные зоны: 3 - повышенные, 4 - умеренные, 5 - низкие