Нефтяных объектов

Моделирование нефтяных объектов и вызванных ими геофизических полей является основой для разработки типовых и рациональных комплексов геофизических методов. Под моделированием принято понимать метод исследований, проводимых на математических либо физических моделях, заменяющих натуральные объекты. Материальное проявление натуральных (природных)объектов выражается через их вещественный ,минеральный составы и всевозможные физико- химические параметры. Отсюда следует, что для наиболее полного и объективного заключения о строении недр необходимы совместный анализ геологической и геофизической информации.

Для полного анализа вводятся понятие физико-геологической модели(ФГМ). ФГМ-обобщенное и формализованное представление об основных геологических и физических характеристиках изучаемого геологического объекта и вмещающей среды, максимально приближенное к реальным условиям. Основными составляющими ее являются геологическая и петрофизическая модели и модели физических полей.

Геологическая модель-это система элементов геологического строения, обобщено и достаточно полно описывающая состав, структуру, размеры, форму исследуемого геологического объекта и его вмещающей среды. Контуры основных элементов даны в обобщенном и упрощенном виде.

Петрофизическая модель- характеризует распределение тех или иных физических свойств в пространстве(в плане и разрезе). В зависимости от изучаемых параметров выделяют магнитные, плотностные, эмпирические, сейсмические, радиоактивные и тепловые модели.

Модели физических полей- описывают те или иные физические поля в разрезе или на площади. В них отражаются интенсивность поля, его морфология, размеры аномалий и проявление различных осложнений поля. Для геологического объекта формируются модели тех полей, которые наиболее полно и однозначно описывают объект.

Ниже рассмотрим основные геологические объекты в нефтегазоносных регионах.

Платформа- это обширная территория континента и морского дна, структура глубинного заложения со спокойным тектоническим режимом, сложенная двумя структурными этажами- нижним(фундаментом) и верхним (осадочным чехлом). Площадь платформы достигает нескольких миллионов км²,форма примерна изометричная. Модель платформы включает следующие элементы:

· Верхнюю часть мантии, основные слои земной коры, соотношение их мощностей и обобщенные физические характеристики, положение основных границ разреза;

· Состав и строение фундамента, сложенного метаморфизованными осадками и вулканогенными формациями, смятыми в складке и прорванными интрузиями, рельеф поверхности фундамента, физические свойства пород;

· Наличие между фундаментом и чехлом промежуточного структурного этажа, сложенного терригенными и вулканогенными породами, положение сейсмических и электрических границ, физические характеристики пород;

· Состав и строение осадочного чехла, структура слоев, физические характеристики основных комплексов, геофизические границы;

· Наиболее крупные структуры (авлакогены- узкие линейные прогибы, грабен-синклинали, впадины, синеклизы и антеклизы, мульды), основные геофизические границы и поля;

· Проявление вулканизма, покрова пластовых интрузий, физические свойства интрузий, дифференцированные магнитные и гравитационные поля мозаичного строения.

Геофизической характеристикой платформы свойственны специфические черты. 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 её разрезе отсутствует гранитный слой.

Региональные гравитационные аномалии в пределах платформ невелики по амплитуде и обусловлены, в основном, 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, мощностью и составом осадочного чехла, имеют изометричное строение над крупными интрузивными комплексами, линейное – над краевыми структурными элементами. Геотермический градиент и тепловой поток в 2-4 раза меньше, чем в геосинклиналях.

Синеклизы (структуры первого порядка) – крупнейшие отрицательные округлые, замкнутые структуры, локализующиеся в пределах осадочного и частично «гранитного» слоя земной коры и потому относящиеся к коровым структурам. К объектам этого уровня относят также межгорные впадины в складчатых регионах, предгорные впадины, авлакогены (узкая линейно вытянутая впадина до нескольких сотен километров) на континентальных платформах, котловины в пределах океанов и морей.

Они имеют синклинальное строение с едва заметным падением слоёв на крыльях. Площади их (6-10) *10⁵ км. Осадочные отложения в их пределах имеют мощность до 3-5 км., редко до 8-10 км. Модели (ФГМ) этих объектов имеют следующие элементы:

- положение структуры, особенности строения «гранитного» слоя, положение поверхности фундамента, обобщенные физические характеристики основных слоёв земной коры, региональные физические поля, отвечающие глубинным структурам;

- структурные условия (наклон слоёв, ступенчатое или флексурное строение крыльев), осложненность сводами и впадинами, соотношение мощностей осадочного чехла, обобщенные свойства пород, физические поля;

- фациальный состав осадочного чехла и его изменение, зависимость физических характеристик от фациального состава;

- проявление разломов в фундаменте и осадочном чехле, отражение их в геофизических полях.

Для синеклиз характерна сокращенная мощность гранитного слоя, компенсируемая осадками. В гравитационном поле синеклиз отмечаются отрицательные аномалии силы тяжести. Синеклизам отвечают области отрицательного магнитного поля малой интенсивности, ограниченные зонами положительных значений по периферии.

Впадины и своды являются структуры второго порядка. К этому уровню относят мегавалы и крупные прогибы, выступы, структурные носы и заливы. Впадины – это опущенные и прогнутые участки земной коры, выполненные осадочными и осадочно-вулканогенными породами. Они изометричны, а мощности осадков составляют 2-5 км и более. Своды – крупные положительные платформенные структуры округлой или овальной формы. Площадь указанных структур (10-100)*10³ км² , а углы падения около 1°. Модели структур отражает следующие характеристики:

- положение в пределах синеклиз, амплитуда пригибания или опускания, физические характеристики осадков и фундамента;

- состав и строение фундамента, поведение поверхности и унаследовательность в структурных планах осадочного чехла, физические свойства пород, опорные геофизические горизонты;

- фациальный состав осадочного чехла и его изменения, разломы и зоны выклинивания, физические свойства основных литолого – фациальных комплексов.

В строении глубинных частей земной коры впадины и прогибы заметного выражения не находит. Региональные гравитационные и магнитные поля над впадинами отрицательные и плавные, над сводами и поднятиями – положительные. Линейные положительные магнитные аномалии в краевых частях и внутри структур связывают с крупными разломами, выполненными магматическими образованиями, а такого же типа отрицательные аномалии и зоны минимумов – с глубинными разломами без проявления магматизма.

Депрессии и валы являются структурами третьего порядка. К этому уровню относят небольшие прогибы, мульды и котловины с площадью от 0,5 до 5000-6000 км². Депрессии – небольшие по площади области пригибания земной коры, выполненные осадочными и вулканогенными породами. Валы – положительные структуры, объединяющие ряд локальных поднятий приуроченные к зонам разломов. Модели структур имеют следующие особенности:

- положение структур в пределах впадин и сводов, геосейсмические и геоэлектрические границы, отвечающие поверхности фундамента, магнитные и гравитационные поля, оконтуривающие структуры фундамента;

- особенности мелких структур (заливов, уступов, флексур), амплитуды прогибания депрессий и воздымания валов, сейсмические и электрические границы осадочной толщи, гравитационные и магнитные поля этой толщи;

- литолого - фациальный состав отложений и его изменения, мощности осадочной толщи в разных частях структур, физические свойства отложений разного фациального состава и геофизические поля разных фаций;

- приуроченность валов к зонам разломов, физические свойства в зонах разломов, проявление разломов в геофизических разрезах и полях.

В глубинных структурах депрессии и валы, как правило, не отмечаются. Исключениями являются океанические валы, под которыми наблюдается некоторые утолщения базальтового слоя. Магнитные и гравитационные поля над депрессиями пониженной интенсивности, над валами – положительные, достаточно контрастные и вытянутые.

Купола, брахиантиклинали относят к структурам четвертого порядка, как и другие локальные поднятия. Они имеют куполообразную, округлую и овальную форму. Площадь их от 20 до 200-500 км², длина 3-20 км, амплитудой от нескольких метров до первых сотен метров. Склоны структур – пологие, углы падения на крыльях редко превышают 1-2°, за исключением структур, совпадающих с флексурами (вид складок с коленооборазным изгибом слоев), где углы могут достигать 10-35°.

Различают структуры по тектоническим признакам (унаследованные, новообразованные, инверсионные), по соотношению структурных планов (сквозные, погребенные, навешенные), по их расположению в плане относительно блоковых структур фундамента (надблоковые, надразломные).

Купол- антиклиналь близкая к изометричной форме. Брахиантиклиналь- антиклинальная складка, шарнир которой быстро погружается в противоположных направлениях. Модель этих структур составляют следующие элементы:

- положение этих поднятий в пределах прогибов, депрессий и валов, связь с фундаментом, унаследованность форм его поверхности; изменение амплитуд поднятий с глубиной; маркирующие сейсмические и электрические границы, локальные гравитационные и магнитные аномалии, обусловленные составом и поднятиями фундамента;

- проявление новообразованных структур, наличие соляных купалов; отражающие и электрические границы поверхности слоёв в осадках, гравитационные и магнитные аномалии, отвечающие поднятиям;

- приуроченность поднятий к разломам, осложненность сбросами; наличие инверсионных структур; выражение разломов в геосейсмических разрезах, гравитационных и магнитных аномалиях линейного характера;

- литолого-фациальный состав отложений, слагающих поднятия; выделение нефтегазонасыщенных комплексов осадочной толщи; контуры соляных штоков и их морфологии, осложненность боковых поверхностей козырьками, уступами, экранирующими нефтяные залежи; изменение физических свойств нефтегазонасыщеных пород и эпигенетическое изменения на верхних уровнях; отражающие сейсмические границы, электрические горизонты и гравимагнитные аномалии, связанные с изменением литолого-фациального состава.

На глубине локальные поднятия не отражаются, но возможна связь с рельефом фундамента. В гравитационных и магнитных полях они отмечаются локальными аномалиями положительного знака. Над ними могут быть аномалии повышенной поляризуемости и аномалии удельного сопротивления различного знака по отношению к вмещающим породам.

Структуры неантиклинального типа можно отнести к тому же уровню, что и локальные поднятия. Это зоны выклинивания, несогласного залегания и нарушений, являющиеся ловушками для накопления и сохранения нефтегазовых залежей. Модели этих объектов наименее изучены и в числе основных объектов можно предполагать:

- положение зон несогласия и выклинивания в пределах впадин, прогибов и депрессий; связь этих элементов с изменениями фациального состава, особенности размещения зон в геофизических полях, проявление аномальных осложнений при смене фациального состава;

- связь ловушек типа нарушений с разрывными структурами (разломами, сдвигами), боковыми поверхностями соляных куполов; выражение нарушений в геосейсмических и геоэлектрических разрезах;

- фациальный состав продуктивных отложений, их физические свойства, соотношение мощностей продуктивного горизонта; аномальные эффекты геофизических полей над зонами несогласий и выклинивания, а также над зонами нарушений; изменение физических свойств пород в этих зонах.

Нефтяная залежь- это не структурный объект, а пласт-коллектор, содержащий нефть и газ в условиях характерных для него пластовых давлений и температур. В пределах одного месторождения может наблюдаться серия залежей, распределенных по вертикали и разделенных пустыми породами. Размеры залежей в плане колеблются от первых километров до 10-20 км. Модель залежи может содержать следующие элементы:

- состав коллектора – песчанно- алевритовый (терригенный) или карбонатный (трещенный), тип цемента (глинистый, карбонатный), значения пористости, проницаемости; литолого-фациальная изменчивость отложений в пределах структуры, изменение мощности отдельных фаций, присутствие водоносных коллекторов; физические свойства отложений разреза;

- факторы сопутствующие залежам (запечатывающие слои, неоднородности в ореоле вторжения, субвертикальной зоне, верхней части разреза); аномальные эффекты в геофизических полях, соответствующие этим факторам; отличие залежи от вмещающих пород по физическим свойствам;

- наличие отражений от водонефтяного, газонефтяного, газоводяного контактов, амплитуда и спектральная характеристики; закономерности электрических параметров при изменении фациального состава коллекторов; гравитационные и магнитные аномалии над залежами;

- геохимические ореолы рассеяния элементов в районе залежи, радиоактивные аномалии; воздействие углеводородов на адсорбционные свойства пород; проявление не тектонических движений и нарушений, активизирующих проникновение углеводородов в верхние слои.

Нефтяные объекты исследуются на определенных стадиях геологоразведочного процесса. Наиболее вероятны следующие соотношения:

- синеклизы и структуры 1-ого порядка на стадиях и подстадиях региональных работ масштаба 1:500000 – 1:1000000 (прогноз нефтегазоносности);

- впадины, своды и структуры 2-ого порядка также на стадии регионального изучения, но масштаб 1:200000 (оценка зон нефтегазонакопления);

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

- купала, брахиантиклинали и структуры 4-ого порядка на стадии поисковых работ, подстадия- подготовка объектов к глубокому бурению;

- структуры неантиклинального типа – на всех подстадиях поисковых работ;

- нефтегазовые залежи – на стадии разведки месторождения.