Роль детальной гравиразведки в комплексе геофизических методов

Вопросам комплексирования геофизических методов уделено много внимания в монографической и учебной литературе [3, 4, 12]. Проиллюстрируем общие положения оптимальности и рациональности комплексиро-вания конкретными примерами решения геологических задач. Напомним, что требование рациональности исследований включает не только полноту решения геологической задачи, но и минимальные временные и трудовые (денежные) затраты, а также наибольшую надёжность её решения.

Наши исследования 80-х гг. ХХ столетия показали, что очень часто структурные карты, построенные по результатам электро- и сейсморазведки обедняются из-за учета абсолютных значений источников погрешностей съёмок и построения карт с большим сечением - А стратоизогипс, как правило, с Δ = 100 м. Анализ съёмок по результатам ВЭЗ (вертикальных электрических зондирований) и МОВ (метода отраженных волн) показал, что карты следует строить с меньшим сечением, например Δ = 25 м и даже А = 15 м вместо 100 м, так как определение относительного изменения глубин обеспечивается практически с погрешностью в 4-7 раз меньшей, чем абсолютных глубин, что показано нами ещё в 1987 г. [9].

Для обоснования сечения стратоизогипс следует оценивать точность структурных карт способами интерполяции, предлагаемыми для этой цели А.К. Маловичко и другими исследователями [4, 9]. При профильных наблюдениях точность съёмки характеризует средняя квадратическая ошибка интерполяции те = ±0,82, \— , n

где n - число е -разностей интерполированных и наблюдённых значений.

При площадной съёмке следует оценивать её точность средней квадратической ошибкой, характеризующей разности двух интерполи- рованных значений v на центр прямоугольника или ромба. При n таких разностей среднюю квадратическую ошибку интерполяции полу- чают по формуле

Σ ν ² m v =±у ----, n

которая характеризует точность съёмки, а чаще всего соответствие плотности (сети) наблюдений характеру изучаемых неоднородностей.

Формулами (1) и (2) следует характеризовать относительную точность А m H определения глубин H до геофизического горизонта. Нами обосновано [11], что все полевые методы геофизики обеспечивают наибольшую точность определения не абсолютных, а относительных глубин до соответствующих горизонтов, т.е. отражают морфологию границ (электрических, скоростных, плотностных и магнитоактивных). Подробный анализ глубин по данным ВЭЗ, МОВ, тем более ОГТ (общей глубинной точки) свидетельствует об отсутствии резких, несогласующихся между собой глубин в пределах единой съёмки. Если имеют место резко несогласующиеся глубины, то они подтверждаются соответствующими аномалиями V zzz . Ошибки интерполяции при обоснованном шаге съёмки, как правило, находятся в пределах А m_H = ± 7%. Ошибки по уровню геофизических границ при отсутствии

хотя бы одной скважины могут быть гораздо больше.

Например, анализ глубин до I отражающего горизонта по формуле (1) дал ошибку интерполяции ± 6 м в условиях довольно спокойного поведения палеорифов и облекающих пород в Предуральском прогибе. На рис. 1 приведена выкопировка с отчётной сейсмической карты, где не было проведено ни одной стратоизогипсы, хотя сеть наблюдений довольно густая, а величина взрывного интервала равна 300 м. Нами взято сечение изолиний, как в гравиразведке и топографии, в 2.5 раза больше средней квадратической ошибки Δ m H = ± 6 м, т.е. Δ = 2.5х6 = 15 м (вместо 100 м – по отчёту); с учётом конкретных глубин по сейсмическим профилям построена структурная карта на этот «пустой» участок.

На эту же площадь приведена карта (рис. 2) второй вертикальной производной V zzz от аномалий силы тяжести, полученная путём численного дифференцирования результатов съёмки с вариометром по сети 500х500 м, в некоторых местах – 250х250 м. Максимумы аномалий V zzz заштрихованы, как перспективные на вершины палеорифов. Как видим, структурная карта по I отражающему горизонту, построенная с сечением 15 м и откорректированная с учётом приведенного поля V zzz , стала более информативной. Данные гравиразведки позволили не только интерполировать глубины между сейсмическими профилями, но и экстраполировать за их пределы, что сделано пунктиром в юговосточной части приведённой выкопировки (рис. 1), а также обозначить по трём точкам контур структуры (заштрихован) в средней части карты.

Подобный анализ глубин по данным ВЭЗ на площади Верхне-Чусовских Городков с последующим сопоставлением с гравитационным полем съёмки с гравиметром масштаба 1 : 50000 позволил нам выявить отмеченную выше закономерность, что результаты площадной геофизики обедняются из-за большого сечения стратоизогипс. Фрагмент анализа данных ВЭЗ и гравиразведки рассмотрен в книгах [9, 10].

Таким образом, благодаря анализу структурных карт с помощью ошибок интерполяции удаётся убедиться в соответствии съёмочной сети характеру изучаемых неоднородностей, тем самым обосновать меньшее сечение стратоизогипс, что значительно повышает информативность тяжёлых геофизи- ческих методов. С учётом гравитационного поля Vzzz можно не только интерполировать, но и экстраполировать результаты более трудоёмких методов за пределы площади съёмки.

Последнее особенно важно, если учесть стоимость сравниваемых съёмок. Съёмка с современными цифровыми гравиметрами обойдётся в сотни раз (в 400–600 раз) дешевле сейсморазведки, а срок выполнения съёмки с гравиметром (при одинаковых площадях) в 5–8 раз меньше срока сейсмических работ. Отсюда очевидна детализирующая, экстраполирующая, а также ресурсосберегающая роль детальной гравиразведки.

Рис. 1. Структурная карта по I отражающему горизонту: 1 – сейсмические профили, 2 – стратоизогипсы с сечением 15 м

Рис. 2. Карта аномалий V zzz , сечение 50∙10^-11 ед. СИ

Хочется упомянуть хорошо известные комплексные съёмки Южно-Кордонской площади 1964 г., когда сейсмическая партия вела съёмку 4 сезона, а гравиметрическая партия отнаблюдала 5 профилей за один сезон на той же самой площади, и обошлась в 400 раз дешевле сейсморазведки. Но геологическая задача не была решена из-за слишком большого упования лишь на сейсморазведку, из-за неумения интерпретировать данные гравиразведки, из-за плохого представления, как должны отражаться палеорифы в сейсмическом и гравитационном полях, из-за некомпетентного сопоставления данных сейсморазведки и гравиразведки в изолиниях.

Впоследствии, благодаря решению многих методических вопросов сопоставления и совместного анализа геолого-геофизических данных, выяснению разведочных возможностей гравиразведки и сейсморазведки в изучении рифогенных структур, применению численного дифференцирования гравитационных аномалий и отказу от поправки Буге при решении картировочных задач по изучению осадочной толщи, удалось найти чёткое соответствие между данными сейсморазведки и гравиразведки и создать физикогеологическую модель – ФГМ Южно-Кордонского рифогенного массива, которая как итог всех исследований приводится с разной целью в монографиях [4, 5, 9, 10, 11].

Покажем далее роль данных гравиразведки в создании акустической модели рифогенной структуры, что имеет большое практическое значение не только потому, что с ними связано большинство нефтеносных месторождений Пермского Прикамья, но главным образом потому, что следует находить новые месторождения без мулажа1, чему и должны способствовать логичные и обоснованные ФГМ.

Кратко изложим историю создания реальной акустической модели рифогенной структуры благодаря привлечению результатов детальной гравиразведки [8].

В 80-е гг. ХХ столетия предлагалось много ФГМ рифогенных структур, которые должны были способствовать прогнозированию нефтегазоносных месторождений, но которые были весьма противоречивыми, и использование их при интерпретации гео- физических полей было проблематичным, а точнее – не эффективным.

Рассмотрим официальную модель Геж-ской структуры на 1977 г. (рис. 3), взятую из статьи [6]. Для четырёх скважин приведены результаты лабораторных определений акустической жёсткости γ = σV ( σ – плотность, V – скорость). Авторы [6] описывают величины акустической жёсткости, изменяющейся в довольно узких пределах: от 10.64 до 12.08 для терригенной толщи и от 16.14 до 17.61 – для карбонатной толщи. Но при этом им так и не удалось выяснить связь величин γ со структурными элементами Гежского рифогенного поднятия.

Рис. 3. Геологический профильный разрез Гежского поднятия (по В.К. Серову, Е.С. Килейко [6])

Породы: 1 – карбонатные; 2 – карбонатноглинистые; 3 – песчано-глинистые; 4 – аргиллиты; 5 – рифовый массив; 6 – значения акустической жёсткости; 7 – значения коэффициента отражения; 8 – литологофизические границы, совпадающие со стратиграфическими; 9 – литолого-физические границы, установленные по изменению физических параметров

При анализе значений акустической жёсткости нами значение γ по скв. 131, находящейся точно в прогибе по кровле артин-ских и рифогенных известняков, было вы- чтено из значений γ по скважинам 130, 132 и 139, т.е. мы получили приращения Δγ, так как геофизические поля должны наиболее надёжно характеризовать не абсолютные, а относительные изменения геологических параметров по профилю.

Далее были рассчитаны аддитивные величины ΣΔ γ , соответствующие толщинам по вертикали в целом, поскольку геофизические поля представляют собой суперпозицию влияний от всех структурнолитологических границ. Кроме того, суммирование градиентных изменений параметров по вертикали в пределах интересующих толщ позволяет нивелировать влияние случайных ошибок отдельных (лабораторных либо скважинных) измерений и выявить статистически устойчивые изменения параметров. Но и это не позволило обнаружить связи параметров Δ γ и ΣΔ γ с элементами структуры, изображённой на рис. 3.

Одновременно нами выяснялась природа (наиболее вероятный знак) гравитационных аномалий над палерифами [8,9,10], о чём существовало множество разноречивых толкований; изучались разделительные и количественные возможности производных [5, 7] и была проведена количественная интерпретация гравитационных аномалий по одному из широтных прямолинейных профилей с использованием градиентов первого и второго порядков.

Шаг наблюдений по профилю составил 250 м; точность определения аномалий силы тяжести, равная ± 0.10 мГал, путём сглаживания повышена до ± 0.07 мГал. Изучив геологию рифогенных структур, мы приобрели убеждённость, что палеорифы должны отражаться в гравитационном поле максимумами силы тяжести, но сложная морфология их кровли, как оказалось, проявляется лишь в градиентах V zzz = – V zxx . Количественная интерпретация градиентов, методика которой впервые была изложена в статье [7], впоследствии теоретически и экспериментально обоснованная [9, 10, 11], обеспечила определение деталей строения кровли надрифовых и собственно рифовых известняков.

По гравиметрическим данным (рис.4) проявилась резкая несимметричность Гежской структуры (амплитуда контактной поверхности I по западному склону 160 м, по восточному – 110 м), тогда как по отражающему горизонту Ак она представлялась почти симмет- ричной (рис. 3). Амплитуда рифогенных известняков по гравиметрическим данным (контактная поверхность II) получилась равной 200 м (при σ = 0.20 г/см3), что ближе к данным бурения (250 м), чем амплитуда 120 м по II отражающему горизонту.

Полученное строение осадочных и рифогенных известняков было подтверждено результатами структурно-фациального анализа разреза по диаграммам ГК и НГК четырёх скважин. Согласно классификации [1, 2] фации подразделяются на гребне-рифовые, рифовые, склоновые и межрифовые (лагунные). Определённые нами по диаграммам ГК и НГК фации подписаны возле скважин и неплохо согласуются со структурными особенностями обеих контактных поверхностей (рис. 4). Скважина 131, вскрывшая лагунный или депрессионный разрез, находится по гравиметрическим данным в прогибе; вершина искомого рифа оказалась всего лишь на 50–100 м западнее. Скважина 132 вскрыла склоновый разрез, а судя по контактной поверхности II, она приходится почти на купол рифа. Небольшое несоответствие объясняется удалённостью скважины от гравиметрического профиля на 1.5 км; в скобках над номерами скважин указаны расстояния в километрах, на которые они отстоят по перпендикуляру от гравиметрического профиля. Кроме четырёх скважин (131, 130, 132 и 139), нами на линию гравиметрического профиля снесены ещё 3 скважины.

Некоторые предположения о необходимости корректировки отражающих горизонтов были сделаны нами на основании анализа величин Δ γ и ΣΔ γ . Так, судя по малым и одинаковым приращениям Δ γ , мы предположили, что скважины 130 и 132 расположены на склонах разных рифогенных структур, а не в куполе, как изображено на рис. 3. Далее получалось, что скважина 139 должна находиться на куполе мощного палеорифа, так как суммарная акустическая жёсткость терригенных пород до кровли верея составила +4.35; включив и толщу рифогенных известняков, получили ΣΔ γ = +4.35 +1.14 = +5.49, что явно свидетельствовало о вскрытии купола рифа. Правильность этих предположений подтвердилась результатами структурных построений по гравиметрическим данным после нанесения на гравиметрический профиль скважин. Скважины, давшие нефть, помечены чёрными пунсонами.

Рис. 4. Контактные поверхности I и II для Гежской структуры в сопоставлении с данными бурения

Между структурами 2^II и 3^II, полученными на основании количественной интерпретации градиентов V zx и V zxx , рассчитанных с шагом 500 м по остаточным аномалиям V z , наблюдается прогиб амплитудой 60 м, т.е. скважины 130 и 132 действительно находятся на склонах не одной, а двух вершин. Гребни вершин приходятся на пикеты 18–22 и 28–32 и составляют собственно Гежское поднятие шириной 3.5 км. Гравиметрические данные объяснили и отсутствие нефти в скважинах 135 и 147 – они попали в прогиб кровли артинских и органогенных известняков верхнего девона.

Таким образом, акустическая модель палеорифа стала чёткой и вполне логичной. Куполу его отвечают максимальные значения акустической жёсткости; на склонах рифов величины Δ γ и ΣΔ γ уменьшаются, и наименьшей величины они достигают в межрифовых и депрессионных фациях.

В итоге этих исследований нами были сформулированы принципы создания ФГМ при комплексном решении геологических задач [8]. А именно, при выявлении закономерностей и разработке интерпретационных мо- делей необходимо: 1) в качестве критерия принадлежности параметрических скважин одной структуре использовать результаты интерпретации гравитационных аномалий; 2) учитывать градиентные изменения изучаемых параметров по профилю; а также 3) рассчитывать их аддитивные величины, соответствующие толще (по вертикали) в целом.

Первое условие исключает вероятность включения в анализ скважин, принадлежащих различным обособленным структурно-фациальным элементам разреза. Второе и третье требования вытекают из того, что геофизические поля наиболее надёжно характеризуют относительные изменения геологических условий от точки к точке, и в то же время они представляют собой суперпозицию влияний по вертикали от всех структурно-фациальных толщ и границ. Преобладающее влияние толщи той или иной глубинности удаётся создать, как известно [11], благодаря выбору оптимальной системы наблюдений, либо системы обработки полей. Вычисления приращений параметров от скважины к скважине, а затем суммирование их по вертикали в пределах интересующих фациальных толщ позволяют нивелировать случайные ошибки отдельных измерений и выявить статистически устойчивые изменения параметров.

В заключение ещё раз подчеркнём, что геофизики, не различая абсолютные и относительные ошибки съёмок, сильно умаляют свои результаты и теряют их детальность при большом сечении стратоизогипс. Кроме того, следует отметить, что в сейсморазведке нет обоснования сечения стратоизогипс и карты строятся то с Δ = 2 m H , то 3 m H и даже 4 m H . Следует «узаконить» коэффициент 2.5, как в