ГЕОФИЗИКИ ВИДЯТ СКВОЗЬ ЗЕМЛЮ

Как бы тщательно ни производилась геологическая съемка, все же она дает возможность судить лишь о строении верхних комплексов горных пород. Далеко не всегда выявленная съемкой антиклиналь прослеживается и по более глубоко залегающим отложениям, и наоборот, глубинные структуры могут не находить четкого выражения на дневной поверхности. Чтобы ?прощупать? глубокие недра, используют геофизические методы поиска. Геофизики как бы видят сквозь землю на глубины в 5? 6 км и более. Лет десять ? пятнадцать назад в мире на геофизические исследования тратилось более 500 млн. дол. в год, причем рудная геофизика занимала в этой сумме 3?4 %, остальное шло на нефть и газ. У нас в стране доля рудной геофизики больше ? около 20 %. Существуют четыре основных геофизических метода: сейсморазведка, гравиразведка, магниторазведка и электроразведка.
Сейсмический метод геофизики основан на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной коре. Упругие колебания, или сейсмические волны, могут быть вызваны искусственным путем, например взрывом. Скорость их распространения в породах варьирует от 2 до 8 км/с и зависит от плотности среды: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее сейсмические волны. На границе раздела двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, частично, преломившись, продолжают свое движение в глубь недр до новой поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны можно уловить специальными приборами ? сейсмоприемниками.
Расшифровывая графики колебания поверхности земли, сейсморазведчики устанавливают глубину залегания пород, отразивших сейсмические волны, углы их падения, а иногда и литологический состав. По этим данным строятся профили через исследуемую территорию, составляются карты подземного рельефа (структурные карты), по которым судят о строении недр. Метод отраженных волн (MOB) был предложен советским геофизиком B.C. Высоцким в 1923 г. Потом он получил распространение во всем мире, успешно используется и в наши дни. Наряду с MOB широко применяется корреляционный метод преломленных волн (КМПВ), основанный на регистрации преломленных волн, образующихся при падении упругой волны на границу раздела сред под критическим углом.
В практике сейсморазведочных работ используются и другие методы: регулируемого направленного приема (РНП), общей глубинной точки (ОГТ). Последний метод особенно широко применяется при поиске не только антиклинальных ловушек, но и зон стратиграфического срезания и литологического выклинивания. Метод ОГТ осуществляется путем изменения взаимного расположения точек взрыва и приема. Получается два-три отражения упругих колебаний от одной и той же площадки (общей глубинной точки). На магнитной записи суммируются все сигналы, в результате увеличивается интенсивность полезных волн и улучшается прослеживание отражений ? повышается эффективность поиска. Применение взрывов как источника упругих колебаний постепенно отходит в прошлое. Двадцать лет назад в США для получения колебаний стали использовать невзрывные методы: падающий груз (?Джиограф?), вибраторы (?Вибросейс?) и преобразователи взрывной энергии в механическую (?Диносейс?). В 1963 г. 7 % сейсмических работ за рубежом выполнялись с применением невзрывных методов, себестоимость которых была на 50 % ниже себестоимости классических методов сейсморазведки. В наши дни практически вся сейсморазведка уже не использует взрывные источники. Упругие колебания системы ?Джиограф? возбуждаются падающим грузом. Например, груз массой 3?5 т, поднятый на высоту 2,5?3 м, ударяет по установленной на земле стальной плите.
Метод обладает рядом недостатков и широкого применения не получил. ?Вибросейс? предусматривает действие вибратора, излучающего в течение длительного времени (5 с и более) колебания синусоидальной формы с медленно меняющейся частотой. Диапазон частот весьма широк, от 20 до 100 Гц, что дает возможность регулировать частотный спектр сейсмических колебаний. Вибратор можно установить на грузовике, это повышает скорость исследования. При благоприятных условиях за один рабочий день отрабатывается до 10 км сейсмического профиля. Метод позволяет работать в густонаселенных районах, у шоссейных и железных дорог, у линий электропередач. Однако глубинность его сравнительно невелика ? до 2?3 км. ?Диносейс? ? наиболее перспективный метод. Обычно используется закрытая камера диаметром 1,5 м и высотой в несколько десятков сантиметров, в которой производится взрыв смеси пропана с кислородом. Взрывной импульс передается на грунт через стальную плиту весом около 150 км. Установка производит до 200 ударов, следующих один за другим.
В Советском Союзе невзрывные источники упругих колебаний в сейсморазведке также нашли широкое распространение. Сейчас почти треть источников у нас такого типа. Наиболее применяемы источники импульсного, вибрационного и электродинамического типов. В морской сейсморазведке в качестве излучателя упругих колебаний применяются преимущественно пневматические и электроискровые источники, а для приема сейсмосигнала ? пьезоэлектрические сейсмические косы. Все невзрывные методы требуют многократного повторения возбуждения упругих колебаний, запись их суммируется (накапливается) на магнитной ленте, что создает эффект мощного излучения сейсмических волн. Далее ленты с магнитной записью поступают в аналоговый преобразователь, который выдает на экран электронно-лучевой трубки изображение сейсмограммы в привычном виде. Оператор подбирает оптимальную фильтрацию перезаписи, чтобы отчетливее выделить изучаемое отражение. После такой трансформации сейсмограмма подготавливается для ввода в цифровые ЭВМ, где она обрабатывается по специальной программе.
Существуют довольно портативные цифровые сейсморазведочные станции на полупроводниках, позволяющие уже в полевых условиях фиксировать геологический результат на основе сейсмических исследований. Как видим, сейсморазведка сейчас немыслима без современнейшей и сложнейшей аппаратуры. Однако использование ее дает новые возможности сейсморазведке, как говорят специалисты, повышает ее разрешающую способность. Упругие колебания доносят до наблюдателя дополнительную информацию, с помощью которой удается проследить даже отдельные слои сравнительно небольшой мощности. Если раньше сейсморазведчики могли установить только кровлю и подошву крупных пластов, то теперь они прорисовывают и всю внутреннюю картину: поведение в пространстве тонких слоев, отдельных пропластков. Появилось новое и весьма перспективное направление в геологии ? сейсмостратиграфия. Сейсмический метод, взявший на вооружение современную компьютерную технику, дает возможность ?нащупать? в недрах залежь нефти или газа. Она выявляется по рассеиванию упругих колебаний. На сейсмоленте это выражается так называемым ?ярким пятном?. На 100 % такую аномалию нельзя отождествить с залежью, есть и другие факторы, влияющие на этот эффект, поэтому геофизики выделяют ?аномалию типа залежь? (АТЗ), а геологи учитывают это при планировании и проведении поисковых работ. Таким образом, геофизики и геологи в буквальном смысле слова стали ?видеть сквозь землю?.
Гравиметрический метод основан на изучении распределения силы тяжести на поверхности Земли. Ускорение свободного падения измеряется в галах (ускорение 1 см/с2). Названа эта единица в честь Г. Галилея. Ускорение свободного падения зависит от плотности горных пород. Если в недрах располагается каменная соль, имеющая сравнительно небольшую плотность, то возникает отрицательная аномалия силы тяжести. Если же в толщу осадочных пород внедряются более плотные осадочные породы или плотная магматическая порода, например, гранит, то образуется положительная аномалия. Сила тяжести измеряется специальным прибором ? гравиметром. В наиболее простом варианте ? это упругая пружина с грузом на конце. Изменение силы тяжести в различных точках земной поверхности приводит к нарушению равновесия пружины, что фиксируется на специальной шкале. Впервые гравиразведка в целях поисков нефти была применена в 1922 г. на побережье Мексиканского залива.
Данные гравиметрической съемки используются для составления соответствующих карт, по которым можно судить о плотностной неоднородности недр. Достижением последних лет является создание морских гравиметров и применение высокочастотных гравиметров для измерений в глубоких скважинах. Делаются попытки использовать высокочастотную гравиразведку непосредственно для выявления залежей нефти и газа на глубине. Оказывается, породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Разница в плотности достигает для нефти 0,06?0,08 г/см3, для газа 0,16?0,22 г/см3. Если мощность нефтяной залежи будет равна 100?150 м (или газовой 40?50 м), то относительно пониженная аномалия силы тяжести от указанного дефицита масс составит 0,05?0,20 мГал. Такие аномалии можно выявить при точности съемки ?0,05 мГал.
Однако гравиметрические относительные минимумы могут быть обусловлены смещением структурных планов, опущенными блоками, изменением плотностных свойств комплексов по напластовании, все это заставляет с осторожностью принимать данные высокочастотной гравиразведки. Обычно гравиразведка применяется в комплексе с магнито-разведкой. Наша планета ? это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. На его характеристику влияют и породы, слагающие земную кору. Магматические породы например, более магнитоактивны, чем осадочные. Над местом их залегания возникает магнитная аномалия. По отклонению магнитной стрелки еще рудознатцы судили о наличии железных руд. Часто магнитометры устанавливали на самолете, который на определенной высоте делает облеты исследуемой территории. Аэромагнитная съемка чрезвычайно удобна при изучении труднодоступных районов Сибири или Средней Азии. Современные магнитометры позволяют выявлять поднятия на глубине 6?7 км, даже если их амплитуда не более 200?300 м. Магнитометрические наблюдения берутся за основу при составлении карт магнитных аномалий, по которым судят о вещественном составе недр. Используя совокупно данные гравиразведки и магниторазведки, можно по полосовым аномалиям выделять региональные разломы.
Изометрические мелкие аномалии свидетельствуют о погребенных крупных сводовых поднятиях, на склонах которых можно ожидать наличие зон выклинивания и стратиграфического срезания. Обычно гравиразведка и магниторазведка предшествуют проведению сейсмических исследований. Последние стараются осуществить по профилям вкрест простирания выявленных гравиметрических и магнитных аномалий. ?Нащупав? антиклинальные перегибы пластов, зоны выклинивания или другие ловушки, в этих районах ставят детальные сейсмические работы, чтобы установить точные контуры ловушки и глубину залегания перспективных в нефтегазоносном отношении комплексов. После этого уже можно производить поисковое бурение. Существует еще один геофизический метод, разработанный в 1923 г. французом К. Шлюмберже, ? электроразведка. С его помощью изучают недра путем измерения на поверхности земли электромагнитных полей искусственного или естественного происхождения. Идея метода в том, что горные породы обладают различными электрическими свойствами. Например, нефть ? диэлектрик, отложения, обогащенные железными минералами, хорошо проводят электричество и т.д.
Создавая искусственное электрическое поле, геофизики зондируют недра, изучают сопротивление горных пород. Прослеживая высокоомные пласты, можно выявлять глубинный рельеф и антиклинальные складки. Этот метод электроразведки получил название метода сопротивления. Используя диэлектрические свойства нефти и газа, с помощью электроразведки устанавливают положительный аномальный эффект от залежи. Для месторождений Южного Мангышлака, например, эта аномалия в 3?10 раз превышает фоновое значение электрического поля. Однако аномалии могут вызываться изменением литологического состава пород или минерализацией подземных вод, что снижает достоверность полученных данных.
Есть и другие методы в электроразведке. Распространен, например, метод, основанный на измерении естественных (теллурических) токов. Он дает возможность получить геологическую информацию о глубинах до 10?15 км.