Иерархия и особенности физико-геологических моделей нефтяных объектов

Моделирование нефтяных объектов и вызванных ими геофизических полей в методологическом отношении близко к моделированию рудных объектов. Имеющиеся различия касаются иерархического ряда объектов и их элементного состава.

Платформа — обширная территория континента или морского дна, структура глубинного заложения со спокойным тектоническим режи­мом, сложенная двумя структурными этажами — нижним (фундамен­том) и верхним (платформенным чехлом). Площадь платформы—до нескольких миллионов квадратных километров, форма — изометрич­ная, полигональная. ФГМ платформы включает следующие элементы:

- верхнюю часть мантии, основные слои земной коры, соот­ношение их мощностей и обобщенные физические характеристики, положение основных границ раздела; отражение глубинного строения в геосейсмических и геоэлектрических разрезах, в региональных магнитных, гравитационных и электрических полях;

- состав и строение фундамента, сложенного метаморфизован­ными осадками и вулканогенными формациями геосинклинального типа, смятыми в складки и прорванными интрузиями; рельеф и глубину залегания поверхности фундамента, обобщенные физические свойства пород, региональные геофизические поля, отвечающие фун­даменту;

- наличие между фундаментом и платформенным чехлом, особен­но на молодых платформах, промежуточного структурного этажа, сложенного терригенными и вулканогенными породами и нередко сильно дислоцированного; положение геосейсмических и геоэлект­рических границ, обобщенные физические характеристики пород этажа;

- состав и строение платформенного чехла; соотношения и от­личия доплитного (нижнего) и плитного (верхнего) структурных комплексов чехла по составу слагающих их формаций и по структуре; преимущественные ассоциации формаций, представленных в разрезе чехла; обобщенные физические характеристики основных формаций и структурных комплексов в целом, геофизические границы;

- наиболее крупные структуры доплитного (авлакогены — узкие линейные прогибы, грабен-синклинали, грабенообразные прогибы, впадины, мульды) и плитного (щиты и плиты, синеклизы и антеклизы) структурных комплексов; основные геофизические границы и поля, фиксирующие их структурный план;

- проявление вулканизма, наличие трапповой формации, пред­ставленной сложным комплексом покровов пластовых интрузий и залежей основного состава; магнитные, плотностные и другие физические свойства трапповых образований; дифференцированные магнитные и гравитационные поля мозаичного строения.

Геофизической характеристике платформы свойственны некоторые специфичные черты. Так, континентальные (материковые) платформы имеют значительную мощность земной коры (30—40 км) с мощным «гранитным» слоем. Земная кора океанических платформ небольшой мощности (5—7 км) и в ее разрезе отсутствует «гранитный» слой. Океанический тип земной коры может быть проявлен в виде островных включений и в пределах континентальных платформ (районы Кара-Богаз-Гола, Прикаспийской впадины и др.).

Региональные гравитационные аномалии в пределах платформ невелики по амплитуде и градиенту и обусловлены главным образом неоднородностью верхней мантии, мощностью и строением земной коры, глубиной залегания и составом фундамента, мощностью и составом осадочного чехла. Региональные магнитные аномалии связаны главным образом с составом фундамента и имеют изомет­ричное строение над крупными интрузивными комплексами, мозаич­ное— над древними метаморфизованными ядрами, линейное — над краевыми структурными элементами. Геотермический градиент и соот­ветственно тепловой поток в 2—4 раза меньше, чем в геосинклиналях.

Синеклизы (структуры 1-го порядка) — крупнейшие отрицательные округлые, замкнутые структуры, локализующиеся в пределах осадоч­ного и частично «гранитного» (гранитно-метаморфического) слоя земной коры и потому относящиеся к коровым структурам. К объек­там этого уровня следует отнести также межгорные впадины в склад­чатых регионах, предгорные впадины, авлакогены на континентальных

платформах, котловины в пределах океанов и морей и некоторые другие. Площади их (6—10)-10⁵км², размеры (60—600) х (60— 100) км. Они имеют синклинальное строение с едва заметным падением слоев на крыльях. В случаях осложнения погружения слоев на крыльях ступенчатыми флексурами падение пород достигает местами 10°. Осадочные отложения в их пределах имеют мощность до 3—5 км, редко до 8—10 км и более. ФГМ этих объектов содержит следующие элементы:

- положение структуры в пределах платформы; особенности строения «гранитного» слоя, положение в разрезе поверхностей К, «гранитного» слоя, кристаллического фундамента; обобщенные фи­зические характеристики основных слоев земной коры выше повер­хности К, региональные физические поля, отвечающие глубинным структурам;

- положение фундамента, отвечающего щитам и плитам, их разделение между собой (пологими уступами и флексурами), соот­ношение мощностей осадочного чехла над щитами и плитами, наложенный или узловой тип структуры, состав и строение фун­дамента, обобщенные физические свойства пород, геофизические поля, отвечающие основным структурным элементам фундамента;

- структурные условия осадочного чехла — центриклинальное за­легание, наклон слоев на крыльях, ступенчатое или флексурное строение крыльев, осложненность сводами и впадинами, а последних — валами и депрессиями, проявление соляной тектоники; отражение указанных структурных элементов в геосейсмических разрезах и гео­физических полях (гравитационном и др.);

- фациальный состав осадочного чехла, его изменения и измене­ния мощности формаций в зависимости от их положения в пределах синеклизы, возрастание мощности осадков от крыльев к осевой части, мощное соленакопление в прогнутых частях и связанная с этим соляная тектоника; зависимость физических характеристик от фаци­ального состава пород;

- проявление глубинных разломов в фундаменте и платформен­ном чехле, ограничение ими основных платформенных структур, развитие в осадочном чехле над разломами региональных флек­сур, поясов платформенных складок, тектонических уступов и барьеров с четко выраженной в чехле сменой мощностей по­род, фаций и формаций; отражение глубинных разломов в гео­сейсмических и геоэлектрических разрезах, в гравитационном и маг­нитном полях.

Для синеклиз характерна сокращенная мощность «гранитного» слоя, нередко компенсируемая до некоторой степени осадочными отложениями. В отдельных синеклизах (например в Прикаспийской) имеет место частичное или полное уничтожение «гранитного» слоя в процессе «базальтификации» земной коры. Для гравитационного поля синеклиз характерны преимущественно отрицательные значения силы тяжести, наличие четко выраженных гравитационных ступеней в районе границ синеклиз, где имеет место ступенчатое погружение фундамента. Во внутренних частях синеклиз выделяются отрицательные и положительные аномалии регионального характера, отвечающие их основным внутрен­ним структурам. В случаях мощного соленакопления наблюдается сильная дифференцированность поля за счет чередования относительно локальных минимумов (над скрытыми солянокупольными структурами) и максимумов (над межкупольными зонами). Синеклизам отвечают об­ласти отрицательного магнитного поля малой интенсивности в централь­ной части, ограниченные зонами положительных аномалий по периферии.

Впадины и своды являются структурами 2-го порядка. К этому же уровню можно отнести мегавалы и крупные прогибы, выступы, структурные носы и заливы (В. Д. Наливкин). Впадины — это опущен­ные или прогнутые участки земной коры, выполненные осадочными и осадочно-вулканогенными породами. Они изометричны (округлой, овальной или неправильной формы), отношение их ширины к длине меньше 1:3. Мощность осадочных отложений 2—5км и более. Своды — крупные положительные платформенные структуры округлой или овальной формы. Площадь указанных структур (10—100)-10³ км², размеры (50—200) х (150—500) км. Углы падения крыльев около 1°. Рифтовые впадины, образующиеся в результате растяжения и раздвига земной коры и оседания полос, ограниченных разломами, имеют протяженность в сотни и тысячи километров при четко выраженной линейности. ФГМ структур должны отражать следующие их харак­теристики:

- положение в пределах синеклиз и котловин, характер и ам­плитуду прогибания или опускания, их замкнутость или незамкнутость, соотношение мощностей осадочного чехла и основных слоев земной коры, физические характеристики осадочной толщи и кристаллического фундамента;

- состав и строение кристаллического фундамента, геоморфоло­гические особенности его поверхности, проявление унаследованности в структурных планах осадочного чехла и поверхности фундамента; проявление магматизма в осевых трогах рифтовых структур; физичес­кие свойства пород фундамента, опорные геофизические горизонты кристаллического фундамента и осадочного чехла, региональные геофизические аномалии, обусловленные составом и строением фун­дамента;

- структурные особенности — условия залегания крыльев, наличие асимметрии крыльев окраинных впадин, наличие одной или нескольких вершин (у сводов); наличие крупных разломов, ограничивающих своды, разрывов и систем сбросов, обрамляющих рифты; осложненность впадин депрессиями, седловинами и валами; отражение основных структурных элементов в региональных геофизических полях;

- фациальный состав осадочного чехла, его изменения по ла­терали и вертикали, наличие региональных зон выклинивания и несог­ласного залегания, порядок изменения мощностей отложений по возрастным подразделам и в зависимости от их структурного положения; проявления и степень соленакопления, соотношения мощ­ностей надсолевых, солевых и подсолевых комплексов; физические характеристики основных литолого-фациальных комплексов.

В строении глубинных частей земной коры впадины и прогибы заметного выражения не находят, хотя уровень поверхности М в раз­ных впадинах различен (от 35—38 до 40—45 км). Поверхность К в их пределах залегает на значительных глубинах (20—30 км) и осложнена нередко поднятиями. Несколько иная обстановка в районе рифтогенных структур. Поверхность М под рифтами приподнята до 10—15 км, а верхняя мантия разуплотнена. Региональные гравитаци­онные и магнитные поля над впадинами отрицательные и плавные, над сводами и другими поднятиями — положительные. Линейные положительные магнитные аномалии в краевых частях или внутри структур связывают с крупными разломами, выполненными маг­матическими образованиями, а такого же типа отрицательные ано­малии или зоны минимумов — с глубинными разломами без прояв­ления магматизма. Рифтогенные структуры обусловливают преиму­щественно четко выраженные отрицательные аномалии силы тяжести.

Депрессии и валы являются структурами 3-го порядка. К этому же уровню можно отнести небольшие прогибы, мульды, котловины и другие структуры, имеющие площадь от 0,5 до 5000—6000 км² и размеры (10—40)х(50—300) км. Депрессии — небольшие по площади области прогибания земной коры, выполненные осадочными и вулканогенно-осадочными толщами. Валы — положительные структуры, объединя­ющие ряд локальных поднятий, приуроченные нередко к зонам разломов и флексурам. ФГМ таких структур имеют следующие особенности:

- положение структур в пределах более крупных впадин и сводов, связь их со строением и морфологией фундамента, отражение депрессий в геоморфологии земной поверхности, геосейсмические и геоэлектрические границы, отвечающие поверхности фундамента и подчеркивающие структурный план осадочной толщи; магнитные и гравитационные поля, оконтуривающие структуры фундамента;

- морфологические особенности структур; проявление мелких структурных заливов, носов, уступов и флексур; элементы залегания крыльев структур, амплитуды прогибания депрессий и воздымания валов; их осложненность локальными структурами, складками; на­сыщенность разреза геосейсмическими и геоэлектрическими границами, отражающими структурные условия всех этажей осадочной толщи; гравитационные и магнитные поля, освещающие строение осадочной толщи и картирующие ее структурные элементы;

- литолого-фациальный состав отложений, его изменения, наличие и положение несогласий в залегании пород разных фаций и линий выклинивания отдельных фаций; изменение мощности осадочной толщи в разных частях структур, физические свойства отложений разного фациального состава, геофизические поля, отражающие фаци­альный состав;

- приуроченность валов к зонам разломов, разграничивающим поднятия и прогибы фундамента или секущим эти структуры, флексур, ограничивающих валы, к глубинным разрывам; ограничение океаничес­ких котловин материковым склоном, хребтами и валами; изменения физических свойств образований в зонах разломов; проявление разломов и разрывов в геофизических разрезах и геофизических полях.

В глубинных структурах земной коры депрессии и валы, как правило, не отмечаются или слабо проявлены в виде прогибания земной коры, исключение составляют океанические валы, под кото­рыми наблюдается некоторое утолщение «базальтового» слоя. Маг­нитное и гравитационное поля над депрессиями пониженной интен­сивности и притом слабо выразительные, над валами—положитель­ные, достаточно контрастные, вытянутые.

Купола, брахиантиклинали можно отнести к структурам 4-го порядка, как и другие локальные поднятия. Они имеют куполооб­разную, округлую или овальную форму; площадь их от 20 до 200—500 км², длина 3—20 км, амплитуда от нескольких метров до первых сотен метров. Склоны структур пологие, углы падения на крыльях редко превышают 1—2°, исключение составляют участки структур, совпадающие с флексурами, в пределах которых углы падения могут достигать 10—35°. Различают структуры по тек­тоническим признакам (унаследованные, новообразованные, инверси­онные), по соотношению структурных планов различных горизонтов (сквозные, погребенные, навешенные), по их расположению в плане относительно блоковых структур фундамента (надблоковые, надраз­ломные). Купол — антиклиналь близкой к изометричной формы. Брахиантиклиналь — антиклинальная складка, шарнир которой быстро погружается в противоположных направлениях. ФГМ этих структур составляют следующие элементы:

- положение локальных поднятий в пределах прогибов, депрессий и валов; сопряжение их с флексурными перегибами, связь с фун­даментом, повторение (унаследованность) форм его поверхности; прослеживаемость структур по разрезу осадочного чехла, изменение амплитуд поднятий с глубиной; маркирующие горизонты геосейс­мического разреза, локальные гравитационные и магнитные аномалии, обусловленные составом и поднятиями фундамента;

- проявление новообразованных структур (позднего, молодого происхождения), структур по верхним горизонтам осадочного чехла (отсутствующих по нижним горизонтам — навешенных), структур, возникших в результате молодых блоковых подвижек (надблоковых); наличие соляных куполов, их различия по морфологии, глубине залегания, интенсивности прорыва; отражающие горизонты, подчер­кивающие структурный план поднятий, локальные гравитационные и магнитные аномалии, отвечающие поднятиям;

- приуроченность поднятий к разломам, осложненность сбросами; проявление надразломных структур, расположенных вдоль разломов фундамента на приподнятых крыльях флексур; наличие инверсионных структур, образовавшихся при изменении знака вертикальных движе­ний, соответствие положительных структур по верхним горизонтам отрицательным по нижним; выражение разломов в геосейсмических разрезах (потеря корреляции волн, точки дифракции, отраженные волны от плоскости разлома и др.), локальных гравитационных и магнитных аномалиях линейного характера;

- литолого-фациальный состав отложений, слагающих локальные поднятия; выделение нефтегазонасыщенных комплексов осадочной толщи, их проявление на разных ее уровнях; контуры соляных штоков. их морфологические особенности, осложненность боковых поверхно­стей козырьками, уступами, экранирующими нефтяные залежи; прояв­ления метасоматических и метаморфических изменений, сульфидизации пород надпродуктивной толщи; изменение физических свойств нефтега­зонасыщенных пород; отражающие горизонты, отвечающие уровням нефтегазонасыщения; локальные аномалии гравитационного и магнит­ного полей, связанные с изменением литолого-фациального состава.

В поведении глубинных границ земной коры локальные поднятия не отражаются, их связь с морфологией и строением поверхности фундамента предопределяет тщательность изучения всех локальных осложнений преломляющих и отражающих границ, отождествляемых с этой поверхностью. В гравитационных и магнитных полях поднятиям отвечают локальные аномалии положительного знака, изометричные или овальной формы, слабой интенсивности, в отдельных случаях с градиентными зонами, нередко кольцевой морфологии. В элект­рических полях им могут соответствовать аномалии повышенной поляризуемости.

Структуры неантиклинального типа можно отнести к тому же уровню в иерархической системе нефтяных объектов, что и локальные поднятия. Преимущественно это зоны выклинивания, несогласного залегания, нарушений, являющиеся своего рода ловушками для накопления и сохранения нефтегазовых залежей. ФГМ этих объектов сегодня наименее изучены, в числе их основных элементов можно предполагать:

- положение зон несогласия и выклинивания в пределах впадин, прогибов и депрессий; характер их сопряжения со структурными элементами; связь с региональными изменениями фациального состава отложений в пределах впадин; особенности размещения зон в реги­ональных геофизических полях, проявления аномальных осложнений при смене фациального состава отложений;

- уровни проявления зон локальных несогласий и выклинивания, их отнесение к определенным стратиграфическим комплексам, привер­женность к характерным геологическим контактам; связь ловушек типа нарушений с разрывными структурами (разломами, сдвигами и др.), зонами развития грязевых вулканов, боковыми поверхностями соляных куполов и другими структурными элементами; отражающие границы, отвечающие уровням проявления несогласий и выклиниваний или нефтеперспективным контактам; выражение нарушений в геосей­смических и геоэлектрических разрезах;

- фациальный состав продуктивных отложений, их физические свойства, соотношение мощностей продуктивного горизонта, над­продуктивного и подпродуктивного комплексов в пределах разных частей впадин; аномальные эффекты геофизических полей над зонами несогласий и выклинивания, выражающиеся в макро- и микроструктуре геофизических полей; локальные аномалии геофизических полей над зонами нарушений, изменение физических свойств пород в их пределах.

Нефтегазовая залежь —в отличие от вышеуказанных не структур­ный объект, а пласт-коллектор, содержащий нефть и газ в условиях характерных для него пластовых давлений и температур, в зависи­мости от которых это может быть либо однофазная жидкость, либо жидкая и газовая фазы. В пределах одного месторождения может наблюдаться серия залежей, распределенных по вертикали разреза и разделенных пустыми породами. Размеры залежей в плане колеб­лются от первых километров до 10—20 км. ФГМ нефтегазовой залежи могут содержать следующие элементы:

- состав коллектора — песчано-алевритовый (терригенный) или карбонатный (трещинный), тип цемента (глинистый, карбонатный и др.); значения пористости, проницаемости, ожидаемый коэффициент нефтегазонасыщенности; литолого-фациальную изменчивость отложе­ний в пределах структуры, изменение мощности отдельных фаций, присутствие водоносных коллекторов; физические свойства отложений разреза, их изменение в окологазонефтяном пространстве;

- факторы, сопутствующие залежам,— слои, запечатывающие за­лежь на контакте, геологические неоднородности в области ореола вторжения углеводородов, субвертикальные кольцеобразные зоны с разнонапряженным состоянием пород, неоднородности — сателлиты в верхней части разреза (по М. А. Киричек); аномальные эффекты, проявленные в наблюденных гравитационных, магнитных, электричес­ких и сейсмических полях, соответствующие этим факторам;

- отличие по физическим свойствам залежи от окружающих пород и от водоносных коллекторов — понижение плотности пород по сравнению с законтурной частью коллектора, повышение суммарного электрического сопротивления, повышение поляризуемости пород, уменьшение скорости продольных сейсмических волн, увеличение поглощения энергии сейсмических волн и др.; ожидаемые эффекты в геофизических полях, возникающие в результате этих различий, их уровень и достаточность для обнаружения на поверхности наблюдений;

- наличие отражений от водонефтяного, газонефтяного, газоводяно­го контактов; гладкость отражающих границ; амплитудные, спектраль­ные и другие характеристики сейсмических полей; изменение электричес­кого сопротивления отложений при изменении фациального состава, при насыщении коллекторов слабо минерализованными водами или нефтью и газом; соотношение мощностей залежей нефти и газа и гравитационных эффектов над ними на поверхности наблюдений; понижение интенсивно­сти магнитных аномалий в средних частях структурных аномалий;

- геохимические ореолы рассеяния элементов в районе залежи; перераспределение элементов, особенно легколетучих и радиоактивных, в связи с изменением геохимической обстановки вблизи залежей; наличие плавных минимумов γ- и β-активности (уран-радиевой природы) над отдельными залежами; воздействие углеводородов на абсорбционные свойства горных пород; проявление неотектонических движений и нарушений, активизирующих проникновение углеводоро­дов в верхние слои; наличие гидрогазобиохимических ореолов угле­водородов в околонефтяном пространстве.

Физико-геологические модели нефтяных объектов помимо позитивной нагрузки должны содержать информацию о всякого рода помехах: при сейсморазведке — наличие, мощность, состав и скоростная характеристика зоны малых скоростей, трапповых образований, рельеф земной поверхности, зоны повышенной трещиноватости пород и про­явление волн-помех; при гравиразведке и магниторазведке — рельеф земной поверхности и поверхности коренных пород, базальтовые и трапповые покровы, плотностные и магнитные приповерхностные неоднородности; при электроразведке — рельеф, состав и мощность низкоомных рыхлых отложений, наличие электрических экранов в раз­резе осадочной толщи; при радиометрии — неоднородность состава почв, их глинистость, расчлененный рельеф, заболоченность, грану­лометрический состав поверхностных образований.

Нефтяные объекты того или иного класса исследуются на определенных стадиях геологоразведочного процесса. Наиболее веро­ятны следующие их соотношения:

- синеклизы и другие структуры 1-го порядка — на стадии регионального геологического изучения, подстадия региональных геолого-геофизических работ масштаба 1:500 000 —1:1 000 000 (про­гноз нефтегазоносности);

- впадины, своды и другие структуры 2-го порядка — на стадии регионального геологического изучения, подстадия региональных гео­лого-геофизических работ масштаба 1:200 000 (оценка зон нефтегазонакопления);

- депрессии, валы и другие структуры 3-го порядка — на стадии поисковых работ, подстадия — выявление геологических объектов;

- купола, брахиантиклинали и другие структуры 4-го порядка — на стадии поисковых работ, подстадия — подготовка объектов к глу­бинному поисковому бурению;

- структуры неантиклинального типа — на всех подстадиях по­исковых работ;

- нефтегазовые залежи — на стадии разведки месторождения.

Список использованной литературы

1. Бродовой В.В. Комплексирование геофизических методов. М.: Недра, 1991.- 330 с.

2. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин А.А. Комплексирование геофизических методов. М.: Недра, 1982.- 295 с.