Методика изучения глубинного строения и перспектив нефтегазоносности Северного Устюрта по комплексу геофизических полей

К настоящему времени накоплен значительный опыт по математической обработке комплексных геолого-геофизических исследований глубинного строения различных территорий России и Средней Азии. Одним из основных методов исследований в комплексном изучении недр до последнего времени, как правило, являлась сейсморазведка. С помощью различных методов сейсморазведки (МОВ, ОГТ, КМПВ, ГСЗ) было изучено по отдельным профилям региональное строение значительной части территории Средней Азии и акваторий ее внутренних морей Аральского и Каспийского. Полученные результаты региональных глубинных исследований Средней Азии позволили определить основные закономерности изменения вертикальной мощности пяти основных слоев земной коры этого региона (осадочного, осадочно-метаморфического и трех основных слоев кристаллического фундамента).

Однако, расчеты показывают, что необходимо постоянно искать новые, более быстрые и экономичные методы геолого-геофизических исследований, результаты математической интерпретации которых были бы сопоставимы по точности и информативности с результатами сейсморазведки. Поэтому в диссертационной работе значительное внимание было уделено совершенствованию способов математической обработки на основе более экономичных методов геологоразведки таких как гравиразведка и магниторазведка и сопоставление результатов геолого-геофизической интерпретации этих методов с результатами сейсморазведки и геотермии.

Актуальность работы. Проблема глубинного строения земной коры плато Устюрт интересна исследователям многих стран России, Узбекистана, Казахстана, Туркменистана, в первую очередь, в связи с прогнозированием и поисками новых месторождений нефти и газа, а также в связи с изучением сейсмотектонического строения региона. Однако, несмотря на значительный объем геолого-геофизических работ, проведенных на данной территории, множество вопросов глубинной тектоники и нефтегазоносности данного региона, имеющего очень сложное строение земной коры, до сих пор оставались неразрешенными. Поэтому очень важным является получение новой информации о глубинном геологическом строении земной коры этого перспективного региона Земли. В последние годы, во многих странах особое внимание уделяется изучению глубинного строения земной коры геофизическими методами. Это связано с тем, что обоснованный прогноз месторождений углеводородов (УВ) по геолого-геофизическим данным не должен основываться на изучении только поверхностных особенностей разреза земной коры, а в большей степени на изучении глубинных нефтегазогенерирующих факторов. Информацию об основных глубинных нефтегазогенерирующих особенностях разреза земной коры, как известно, можно получить по результатам физико-математической интерпретации данных геофизических съемок, комплексный анализ которых позволяет производить локализацию перспективных площадей и дать сравнительную оценку перспектив нефтегазоносности исследуемого региона. Поэтому задача изучения глубинного строения земной коры территории Восточного Устюрта является весьма актуальной. Наиболее качественно эту задачу можно решить только с помощью построения взаимоувязанных трехмерных моделей земной коры. Создание таких моделей является сложной физико-математической задачей, которая решается с помощью обратной задачи теории потенциала, в комплексе с данными других методов разведочной геофизики и особенно сейсморазведки. Это связано с тем, что данные гравиразведки, магниторазведки, сейсморазведки являются одним из немногих достоверных источников информации о глубинном строении земной коры. Усовершенствованием методов решения прямой и обратной задачи по данным гравитационного и магнитного поля занимались многие советские и российские ученые. В частности, в изучение и развитие методов решения обратных задач по данным потенциальных полей, большой вклад внесли российские и зарубежные ученые Ю. И. Блох, А. А. Булычев, К. Е. Веселов, А. Г. Гайнанов, В. Н. Глазнев, К. В. Гладкий, Ф. М. Гольцман, Т. Б. Калинина, А. И. Кобрунов, В. И. Костицын, А. М. Лобанов, Р. В. Мелихов,. А. К. Маловичко, А. А. Никитин, А. В. Петров, С. А. Серкеров, В. Н. Страхов, А. Г. Тархов, Г. П. Тафеев, Г. А. Трошков, А. Л. Харитонов, А. В. Цирульский, M. Bat, А. БресШг, Р.Б.Сгап^ З. ВЬаиасЬапа др.

В данной работе сделана попытка подойти к изучению глубинного строения земной коры Восточного Устюрта путем интерпретации гравиметрических и магнитометрических материалов с единых методических позиций и в комплексе с другими геофизическими данными и особенно сейсморазведки.

Цель и задачи работы. Целью исследований, проводимых в рамках данной диссертационной работы, является, разработка методики изучения глубинного строения земной коры и перспектив нефтегазоносности территории Узбекской части Восточного Устюрта на основе интерпретации гравитационных и магнитных аномалий, опираясь на имеющиеся сейсморазведочные данные. В соответствии с поставленной целью решалось несколько конкретных задач, основными из которых являлись: Проведение спектрального и автокорреляционного анализа гравитационного и магнитного полей по данным высокоточных (0.5 мГал, 10 нТл) и среднеточных (4 мГал, 100 нТл) карт.

Выявление особенностей распределения глубинных источников гравитационного и магнитного полей на территории Восточного Устюрта. Построение трехмерных моделей глубинных границ земной коры для Узбекской части территории Восточного Устюрта с последующим сопоставлением их с имеющимися структурно-геологическими данными. Уточнение геологического строения территории Восточного Устюрта и прилегающих акваторий в свете новых геолого-геофизических данных и методических разработок.

Изучение перспектив нефтегазоносности района исследований. Фактические материалы. Диссертационная работа базируется на результатах научных исследований кафедры Разведочной геофизики и компьютерных систем Российского Государственного Университета нефти и газа им. И. М. Губкина и на фондовых материалах Ташкентского геологического управления.

В основу диссертации положены теоретические, методические разработки и экспериментальные исследования автора. Обобщение и анализ материалов, положенных в основу диссертации, выполнены за время стажировки и учебы в аспирантуре на кафедре разведочной геофизики и компьютерных систем.

При выполнении диссертационной работы использовались различные карты гравитационного, магнитного полей и теплового потока и фондовые материалы сейсморазведки и буровых работ Министерства геологии Узбекистана, а также опубликованные в открытой печати данные научной и технической литературы по геологии и геофизике и размещению месторождений нефти и газа на территории Восточного Устюрта. Научная новизна работы. При решении обозначенной выше проблемы были проведены исследования и получены результаты, новизна которых заключается в следующем:

1. Предложена методика определения частотного состава гравитационного и магнитного полей и изучения глубинного строения изучаемой территории по спектрам аномалий.

2. Разработана методика оценки глубины залегания основных границ земной коры на территории Восточного Устюрта по значениям автокорреляционных функций аномалий гравитационного и магнитного полей, в том числе и в условиях нерегулярной сети исходных данных и наличия разломной тектоники.

3. С применением разработанных методик впервые построена трехмерная глубинная модель геологического строения территории Восточного Устюрта по значениям гравитационного и магнитного полей и других, имеющихся геолого-геофизических данных.

4. Предложена методика оценки перспектив нефтегазоносности территории Восточного Устюрта по комплексу геолого-геофизических данных.

5. Получены новые геологические результаты (поверхности разделов основных границ земной коры, мощности слоев, ряд выделенных локальных структур), уточняющие геологическое строение данного района, построена схема районирования территории по перспективам нефтегазоносности, определяющие первоочередные направления поисков залежей нефти и газа.

Практическая значимость и личный вклад автора. Разработанные методики определения глубины залегания основных плотностных границ разреза земной коры и некоторых параметров, связанных с физическими свойствами горных пород, позволяют построить трехмерные модели глубинного строения исследуемого региона и других, подобных ему, сложнопостроенных территорий, что позволяет повысить геологическую 8 эффективность проводимых исследований. При определении направлений детальных геологоразведочных работ большую практическую ценность представляют построенные автором карты вертикальной мощности основных слоев осадочного чехла (доюрского (ДК) и карбонатного (КК) комплексов), и поверхностей разделов «гранитного», «диоритового» и «базальтового» слоев земной коры исследуемой части Восточного Устюрта (поверхности Конрада-1, Конрада-2, Мохоровичича), и схема районирования территории по перспективам нефтегазоносности. Полученные результаты могут быть использованы различными геофизическими и геологическими организациями для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

При выполнении диссертационной работы в основу были положены результаты собственных расчетов и графических построений автора по данным гравитационного и магнитного полей на территории Восточного Устюрта.

Основные защищаемые положения.

1. Предложенная методика определения глубины залегания геологических границ по значениям автокорреляционных функций и спектров аномалий гравитационного и магнитного полей, отличающаяся помехоустойчивостью, позволяющая проводить массовые оценки глубины залегания границ земной коры в условиях сложнопостроенных территорий с разломной тектоникой.

2. Разработанная методика трехмерного моделирования, основанная на комплексной интерпретации геолого-геофизических данных, позволяющая послойно изучить глубинное строение земной коры.

3. Полученные новые геологические результаты, уточняющие основные черты строения исследуемого региона и предложенная схема районирования территории по перспективам нефтегазоносности, позволяющие определить нефтегазоносность отдельных районов Восточного Устюрта при поисках месторождений нефти и газа.

Реализация и апробация работы. Диссертационная работа выполнялась автором в процессе обучения в очной аспирантуре на кафедре разведочной геофизики и компьютерных систем РГУ нефти и газа.

Основные научные и практические результаты работы обсуждались и докладывались на кафедре «Разведочной геофизики и компьютерных систем» 9 и в НХК «Узбекнефтгаз», а также на конференциях «XVII Губкинские чтения» (2009г.), на Республиканской научной конференции Узбекистана «Геофизические исследования в Узбекистане» (г. Ташкент, 2010 г.). Полученные результаты исследований используются геолого-геофизическими организациями в Узбекистане при поисково-разведочных работах.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в пяти опубликованных работах, три из которых опубликованы в журналах рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст диссертации составляет 171 страницу, включая 8 таблиц, 58 рисунков и список литературы из 95 наименований.

Выводы.

В данной главе проведена комплексная интерпретация различных геофизических полей для поиска возможных критериев прогноза нефтегазоносности исследуемой Узбекской части восточного Устюрта.

В первом разделе главы проведен анализ комплекса геофизических методов, используемых для оценки нефтегазоносности исследуемой территории восточного Устюрта. В частности, проведено обоснование выбора определенного набора данных геофизических полей и некоторых геолого-тектонических данных, необходимых для выработки критериев прогноза нефтегазоносности исследуемого территории.

Во втором разделе проведен анализ морфоструктурных особенностей основных горизонтов земной коры восточного Устюрта, полученных в результате решения обратной задачи по данным гравитационного и магнитного полей. Второй раздел главы в основном посвящен анализу, рассчитанных по гравитационному и магнитному полю, морфоструктурных особенностей двух наиболее важных физических поверхностей в разрезе земной коры (К3 — кристаллический фундамент (Ф) земной коры и поверхность (М)-Мохоровичича), используемых в работе по дальнейшему усовершенствованию методики прогноза нефтегазоперспективности по комплексу геофизических полей.

В третьем разделе главы проведен анализ сопоставимости результатов решения обратной задачи по комплексу многоуровневых магнитных, гравитационных и сейсморазведочных данных на территории восточного Устюрта. Показано, что все основные плотностные (g0 — ge), магнитные (ц0 — Цб) и сейсмические (К0 — К5, М) границы земной коры на территории восточного Устюрта совпадают между собой достаточно хорошо.

В четвертом разделе данной главы описана методика прогноза нефтегазоносности и выявления очагов магматической деятельности на территории восточного Устюрта на основе корреляционных зависимостей гравитационного и магнитного полей с наличием залежей углеводородов. Перечислены возможные сочетания знаков гравитационного и аномального магнитного полей и их статистические связи с теми или иными проявлениями нефтегазоносности и магматической деятельности на территории восточного Устюрта. Кроме того, данная методика позволила проследить границы и контакты разнохарактерного гравитационного и магнитного поля, связанного с разными блоками земной коры и выделить ряд других особенностей, что в итоге обеспечило необходимую базу для последующей комплексной интерпретации на основе различных методик.

В пятом разделе получены оценки перспектив нефтегазоносности в первую очередь по результатам проведенного в предыдущих разделах диссертационной работы решения обратной задачи гравитационного и магнитного потенциала. В частности, в данной главе проведен анализ различных критериев нефтегазоперспективности исследуемой территории по результатам совместной геофизической интерпретации комплекса различных геолого-геофизических данных (глубины залегания основных физических границ земной коры, данных теплового потока и данных о распределении разломных тектонических структур, мощности перекрывающих ЛНС пород). В результате был сделан прогноз нефтегазоносности для территории восточного Устюрта на основе корреляционных зависимостей гравитационного и магнитного полей с наличием залежей углеводородов. По результатам исследований проведенных в данном разделе главы можно сформулировать следующие признаки очагов нефтегазообразования* или нефтегазогенерации, характерных для территории восточного Устюрта: а) наличие региональной, глубокой впадины (Самский и Косбулакский прогибы), испытывающей на протяжении длительного периода режим постепенного прогибания поверхности Мохоровичичаб) наличие локальных выступов (Актумсукский) на поверхности Мохоровичича внутри впадины, то есть локальный подъем мантии, который приводит к появлению разломов (№ 1-№ 5 и др.) — поверхности Мохоровичича и как следствие к повышению теплового потока из мантии на данной территориив) наличие повышенного теплового потока приводит к дополнительному прогреву пород осадочного чехла и вследствие этого к ускорению процессов нефтегазогенерации и миграции УВг) наличие глубинных сквозных разломов (№ 1, № 3), пересекающих всю земную кору и границу Мохоровичича, которые обеспечивают вертикальные теплопроводящие зоны для быстрой миграции газовых эманаций повышенной температуры из глубины мантии в вышележащие слои земной коры. А для зон нефтегазонакопления на территории восточного Устюрта можно считать необходимыми следующие признаки: а) необходимое сочетание вертикальных мощностей разных слоев осадочного чехла в соответствии со статистическими даннымиб) слабая (20 — 50%) изрезанность перекрывающих слоев осадочного чехла разломными тектоническими структурами, выходящими на поверхность, препятствующая быстрой миграции УВ в атмосферув) достаточно густая сеть разломных тектонических структур, пересекающих поверхность гетерогенного фундамента (Ф), поверхности Конрада, обеспечивающая условия для ускоренной миграции УВ, из очагов нефтегазогенерации в низах коры, в приповерхностные зоны нефтегазонакопления, в структурных ловушках-осадочного чехлаг) наличие самих локальных структурных ловушек (в основном антиклинального типа) в породах осадочного чехла. Таким образом, анализ всех факторовнефтегазогенерации. и нефтегазонакопления показал, что на исследуемой территории Узбекской части СевероУстюртской впадины наиболее перспективнымиструктурами^ третьегои более высоких порядков являются локальные поднятия Косбулакского, Самского прогибов (85%), Кассарминского, Байтерекского. валов Актумсукского выступа (82.5%), а также несколько менее перспективными являются, на юго-западе исследуемой территории зона Барсакельмесского прогиба (75%) и на юге территории впадина Хоскудук-Тасоюкской (Шахпахтитнская зона) ступени (50%).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В соответствии с целями • исследований, проводимых в рамках данной диссертационной! работы по изучению глубинного строения земной коры на территории Северного Устюрта на основе применения элементов корреляционной теории был решен ряд конкретных задач. Приведем ниже основные результаты проведенной’работы.

Для проведения массовых расчетов на основе имеющихся аналоговых карт были созданы цифровые карты гравитационного и магнитного полей для изучаемой территории Узбекской части Восточного Устюрта по данным высокоточных (0,5 мГал, 10 нТл) карт и за ее пределами по среднеточным картам (4 мГал, 10 нТл) с привязкой их к географическим координатам (широта и долгота точки).

С использованием построенных цифровых карт проведены спектральный и автокорреляционный анализы гравитационного и магнитного полей.

По данным спектров методом максимальной энтропии цифровых данных гравитационного поля вдоль двух сеток из 16-и профилей длиной 150−100 км и 6-и более длинных профилей 400−600 км оценены средние пространственные размеры аномалий гравитационного поля. Их можно разделить на 5−7 пространственных классов составляющих поля. Такое же разделение характерных пространственных размеров магнитных аномалий поля получено по данным 15 меридиональных и широтных профилей. Судя по рассчитанным спектрам ММЭ" аномальное магнитное поле можно разделить в среднем на 5±2 пространственных классов составляющих поля в зависимости от профиля.

Разработана методика оценки глубины залегания основных границ земной коры на территории Восточного' Устюрта по значениям автокорреляционных функций аномалий гравитационного и магнитного полей, в том числе и в условиях нерегулярной сети исходных данных, приспособленная к сложным условиям наличия разломной тектоники.

Применяемые способы определения глубины являются помехоустойчивыми, так как используются при интерпретации интегральные величины.

С применением предложенной методики были рассчитаны и построены трехмерные схемы основных глубинных физических границ земной коры (Ко — К5, М) на территории Восточного Устюрта с последующим сопоставлением со структурно-геологическими данными, включающими верхнюю часть разреза (юрский (ЮК), доюрский (ДК), карбонатный комплексы (КК)), фундамент (Ф), границ Конрада и Мохоровичича.

Разработана методика трехмерного моделирования исследуемой территории. Она основана на комплексной интерпретации имеющихся геолого-геофизических данных и поэтому позволяет получить более надежные данные.

С помощью этой методики впервые была построена трехмерная детальная глубинная модель распределения физических неоднородностей в.