Структурные карты и разрезы

Глубинная тектоническая структура может быть закартирована по любой границе между формациями, поверхности несогласия или продуктивному горизонту, которые удается выделить и скоррелировать по данным бурения. Структуру можно показать на карте в изолиниях абсолютной высоты залегания опорного горизонта или на профильном разрезе. Поскольку большинство формаций в нефтеносных регионах залегает ниже уровня моря, цифры на изолиниях высоты обычно имеют знак минус; сама же цифра показывает глубину относительно этого уровня. Подобные глубинные структурные карты иногда называются «subsea maps». Хотя структурные соотношения, как правило, показывают в глубинах относительно уровня моря, во многих случаях для этой цели с таким же успехом подходит любой произвольно выбранный уровень. Важно лишь показать залегание пластов, разрывные нарушения, складки и т.д. в их современном положении. Таким образом, структурные профильные разрезы представляют собой вертикальные разрезы, показывающие современное положение слоев горных пород по отношению к уровню моря. Выше было уже приведено много структурных разрезов, например на фиг. 7-12, 7-16 и 8-12. Стратиграфический профильный разрез отличается от структурного тем, что за горизонтальный уровень, к которому приводятся все остальные поверхности, в нем принимается какая-либо стратиграфическая граница или поверхность несогласия (см. фиг. 7-3 и 7-45). При этом подразумевается, что во время формирования горизонта, принятого за нулевую поверхность, его кровля в существенной мере представляла собой ровную, вероятно горизонтальную, плоскость и что показанное на разрезе положение всех слоев ниже этой поверхности отражает их положение во время образования последней. Стратиграфические профильные разрезы являются, следовательно, палеоструктурными разрезами того времени, когда нулевая поверхность действительно представляла собой горизонтальную плоскость (см. фиг. 12-1). И структурный, и стратиграфический разрезы могут быть построены в изометрической проекции; в таком виде они известны под названием панельных профилей или блок-диаграмм. Пример блок-диаграммы приведен на фиг. 13-1.

Изолинии равных глубин (изогипсы) должны проводиться через интервалы, выбранные в соответствии с точностью и детальностью имеющихся данных по буровым скважинам. Интервалы между изогипсами меньше 10 футов обычно находятся в границах допустимых ошибок. Поэтому карты, построенные со столь малым интервалом, могут помочь обнаружить аномалии, которые обусловлены не самой структурой, а неточностями при измерениях глубин или при отбивке границ формаций, допущенными в процессе отбора образцов или обработки кривых электрокаротажа. Практически минимальные интервалы между изогипсами, принимаемые даже в регионах с преобладающим пологим падением слоев, составляют 20-25 футов¹.

¹При выборе сечения изогипс необходимо также учитывать глубину залегания опорного горизонта. Так, например, для горизонтов, залегающих на глубине свыше 3000 м, нельзя выбирать сечения в 5 м, поскольку при этом возможна ошибка. Однако для горизонтов, залегающих на глубин 300 м, такое сечение изогипс вполне подходит. - Прим. ред.

Большинство локальных складок характеризуется развитием разрывных нарушений, с которыми часто связаны ловушки для нефти и газа. При глубинном картировании часто возникает вопрос, являются ли отсутствие какой-либо формации и перерыв в нормальной последовательности палеонтологических комплексов, наблюдаемые в разрезе скважины, следствием разрывного нарушения или они связаны с несогласием. Обычно на этот вопрос невозможно ответить, основываясь лишь на материалах одной скважины. Доказательства существования несогласия скорее всего могут предоставить данные изучения геологической истории рассматриваемого района, в то время как на разрывные нарушения указывают следы дробления в образцах, взятых из буровых скважин. Несогласия и разрывные нарушения, как правило, устанавливаются по материалам бурения нескольких скважин [3].

Фиг. 13-2. Примеры стратиграфических аномалий в разрезах скважин, пересекающих плоскость разрывного нарушения.

А и Б - скважина пересекает нормальный сброс; В и Г - скважина пересекает взброс, Д и Е - искривленный ствол скважины пересекает вертикальную плоскость нарушения. Следует обратить внимание на подобие разрезов, вскрытых скважинами в случае В и Д, а также в случае Г и Е. Знаком W обозначен ствол скважины.

Особенно это касается несогласия, в наличии которого в разрезах можно быть уверенным только тогда, когда оно подтверждается самыми разнообразными данными - седиментологическими, стратиграфическими, палеонтологическими и структурными. Примеры наиболее обычных стратиграфических аномалий, отмечаемых в скважинах, которые пересекли плоскость разрывного нарушения, показаны на фиг. 13-2. В случае А и Б видно пересечение скважиной нормального сброса, в В и Г - взброса. В случае Д и Е стволы скважин искривлены и отклоняются от вертикали. Если не знать об этом отклонении, интерпретация структуры может быть здесь такой же, как и в случае действительно существующего взброса. На заре развития вращательного бурения многие скважины имели значительную кривизну и отклонялись от вертикали, иногда на 40-50°. В одних случаях об этом отклонении ничего не было известно, в других - кривизна скважин была замерена. Стволы всех скважин, не преднамеренно отклоненные от вертикали, называются искривленными. Позже многие скважины бурились с умышленно искривленными стволами, по мере бурения в них проводились специальные исследования для контроля отклонения их ствола, так чтобы на любом уровне они имели строго определенное, заранее заданное положение. Прекрасным примером направленного бурения, показывающим технические достижения в этой области, служит скважина в Калифорнии, которая бурилась под дно Тихого океана. При общей длине ствола скважины 11 440 футов (3432 м) она достигла абсолютной глубины всего 4240 футов. Забой скважины располагался от ее устья на расстоянии 10 244 фута по горизонтали,

Фиг. 13-3. Разрез залежи Тайдленд аа месторождении Хантингтон-Бич в округе Орандж, бассейн Лос-Анджелес, Калифорния (Weaver, Wilhelm, Bull. 118, Calif. Div. Mines, p. 330, Fig. 138, 1943).

Видна разбитая разрывным нарушением куполовидная структура. Залежь нефти в своде складки вскрыта скважинами, заложенными [на суше и искривленными в сторону океана. Продуктивна формация Репетто плиоценового возраста.

Фиг. 13-4. Карта участка нефтяного месторождения Уилмингтон, Калифорния (Stогmant, О. and G. Journ., p. 42, 1954).

Показаны проекции на поверхность земли скважин, пробуренных под дно океана с мола.

а максимальный угол отклонения ствола от вертикали достигал 75° [4]. Одним из месторождений, на котором широко применялось бурение скважин со специально искривленными стволами, является месторождение Хантингтон-Бич в бассейне Лос-Анджелес, Калифорния¹. Здесь скважины, устья которых расположены на суше, задавались с таким искривлением, чтобы они вскрыли залежь Тайдленд, приуроченную к куполовидной складке, находящейся под дном океана. Разрез залежи Тайдленд показан на фиг. 13-3, а на фиг. 13-4 приведена карта участка месторождения Уилмингтон в Калифорнии. Наклонные скважины с искривленным стволом бурят также с надводных платформ, расположенных в открытом море, как, например, на месторождении Креол в Мексиканском заливе у побережья Луизианы (фиг. 6-33).

Если ничего не знать об искривлении ствола скважины и не учитывать его при интерпретации данных бурения, мощности пройденных скважиной формаций окажутся завышенными, а в структурном плане будут наблюдаться отсутствующие в действительности аномалии. Например, на месте сброса можно определить наличие надвига (фиг. 13-2, Д и Е). Если скважина должна быть пробурена вертикально, допустимый угол ее отклонения обычно составляет 2-3°. Такой угол, как правило, не может вызвать значительные искажения при геологической интерпретации материалов, и любая аномалия, отмечаемая в данных какой-либо скважины, сразу возбуждает подозрение, что ствол скважины искривлен.

Карты изопахит ( карты равных мощностей)

На картах изопахит при помощи изолиний показываются изменения мощности интервала разреза, заключенного между двумя определенными поверхностями, обычно между граничными поверхностями слоев горных пород или между поверхностями несогласия. Карты изопахит представляют собой простое средство демонстрации распространения подразделений геологического разреза в трех измерениях. Таким способом могут быть закартированы мощности отдельных формаций, природных резервуаров, коллекторов, групп формаций, а также толщ, ограниченных двумя поверхностями несогласия или поверхностью несогласия с одной стороны и нормальным стратиграфическим контактом - с другой. Чем отчетливее выделяются в разрезе выбранные для построения карты изопахит поверхности и надежнее измеряется глубина их залегания, тем более точной и полноценной будет сама карта². Постепенные и неопределенные контакты в большинстве случаев нельзя использовать для составления таких карт. Карты изопахит можно составлять для небольших участков, например для отдельной залежи или месторождения, и в этом случае на них удается отразить мельчайшие детали строения (фиг. 13-5). Их строят также в целях региональных исследований для территории в тысячи квадратных миль [5]. Количество граничных поверхностей, пригодных для построения карт изопахит, обычно уменьшается по мере увеличения размеров картируемой площади. Это связано с тем, что на обширных территориях корреляция разрезов становится менее определенной и может быть прослежено меньшее количество формаций. Поверхности для составления карт изопахит крупных регионов должны быть выбраны еще до начала построения карт.

¹Скважина № 1531, пробуренная на месторождении Нефтяные камни в Каспийском море, при общей длине 3100 м имеет отклонение по горизонтали 2310 м. - Прим. ред.

²Точность и детальность карт, кроме того, зависит от количества скважин и расстояний между ними. - Прим. ред.

Карты изопахит особенно полезны для установления времени формирования разрывных нарушений и складкообразования (фиг. 13-6). При этом так же как и при анализе стратиграфических разрезов, предполагается, что кровля выбранного для построения карты стратиграфического интервала во время формирования представляла собой приблизительно горизонтальную плоскость. Например, в пермских и пенсильванских отложениях в пределах штатов Небраска, Канзас и Оклахома заключены тонкие пласты известняков мощностью от 2 до 10 футов, прослеживающиеся на сотни миль и не претерпевающие при этом сколько-нибудь заметных изменений. Каждый из таких пластов на всем своем протяжении должен был отлагаться в однообразных условиях и соответственно при одинаковых глубинах моря. Следовательно, во время отложения любой из этих известняковых пластов образовывал приблизительно горизонтальную поверхность. Когда кровля такого пласта принимается в качестве репера для построения карты мощности, изопахиты на карте отражают структурное положение подошвы выбранного интервала к моменту завершения отложения пласта известняков. Поверхности несогласий также могут служить хорошими опорными горизонтами для построения карт изопахит. Правда, при детальном рассмотрении выясняется, что поверхность несогласия может иметь отдельные неровности. Однако, когда картируется обширный регион, эти неровности не имеют большого значения и вся поверхность в общем представляется ровной. Если же перекрывающая формация имеет приблизительно постоянную мощность, можно полагать, что расположенная в ее подошве поверхность несогласия была по

Фиг. 13-5. Карта изопахит песчаников Буч (пенсильваний) на месторождении Хокинс в округе Юз, Оклахома (D.A. Busch).

Изопахиты через 10 футов. Пунктиром показаны осевые линии русел, заполненных песчаниками. Сравните эту карту с картой равных потенциалов по той же площади на фиг. 3-5.

Фиг. 13-6. [Схематические 5 рисунки, иллюстрирующие различную интерпретацию уменьшения мощности на карте изопахит как древнюю складку (А) или как древний сброс (Б).

Если карты изопахит используются для того, чтобы выявить древнюю тектоническую структуру, верхний опорный горизонт АА' на обоих стратиграфических разрезах (внизу) принимается в качестве горизонтальной или близкой к горизонтальной поверхности. Он также может рассматриваться как изохронная поверхность. Изопахиты в случае А отражают существование складки в пласте ВВ' во время формирования горизонта АА'. Совершенно аналогично в случае Б изопахиты свидетельствуют о наличии сброса в пласте ВВ' во время формирования горизонта АА'.

существу ровной горизонтальной плоскостью. В качестве примера можно привести поверхность несогласия в подошве глинистых сланцев Чаттануга (миссисипий) и их стратиграфических эквивалентов, мощность которых на огромной территории Северной Америки, измеряемой миллионами квадратных миль, колеблется всего от 50 до 150 футов. Когда интервал разреза, взятый для построения карты изопахит, ограничен сверху поверхностью несогласия, значит, при реконструкции палеоструктуры устраняются все последующие деформации. Такая карта может отражать структурное положение подошвы выбранного интервала во время формирования поверхности несогласия в его кровле. Если поверхность несогласия ограничивает подобный интервал разреза снизу, карта изопахит может рассматриваться, по крайней мере частично, как документ, показывающий рельеф этой поверхности во время, когда сформировались несогласно перекрывающие ее отложения.

Карты изопахит находят широкое применение при региональных исследованиях, направленных на изучение геологической истории территории. При этом важно установить время формирования ловушек, поскольку более длительный период существования ранее сформировавшихся ловушек определяет более благоприятные возможности для аккумуляции в них нефти и газа. Кроме того, в различных провинциях образование скоплений углеводородов связано с определенными этапами тектонических деформаций. По конфигурации изопахит на картах таких регионов можно выявить наиболее перспективные для разведки площади. Наличие участков, характеризующихся уменьшением мощности отложений в рассматриваемом стратиграфическом интервале, позволяет полагать, что во время накопления этих отложений происходило складкообразование. Часто такое локальное уменьшение мощности - первое доказательство существования складки, являвшейся ловушкой для нефти и газа. Например, изучение региональной карты изопахит известняков миссисипия для территории восточного Канзаса показало, что структурно повышенные площади обычно совпадают с участками уменьшенных мощностей этих отложений [6]. Особенно ценны карты изопахит для выявления зон, в которых осадконакопление происходило в условиях шельфа [7]. Шельфовые зоны перспективны для поисков отдельных песчаных тел, органогенных рифов и песчаных русел, формирующих ловушки в прибрежных условиях, благоприятных и для образования нефти и газа.

Карты изопахит используются также при эксплуатационном бурении, особенно для того, чтобы показать мощность продуктивного горизонта (см. фиг. 13-5). После того как скважиной вскрыта кровля опорного горизонта, глубина залегания продуктивного пласта п. следовательно, его структурное положение могут быть определены более точно, чем в случае отсутствия такой карты. Часто такие седиментационные образования, как зоны выклинивания песчаников, рифы, песчаные бары п линзы, отражаются на карте изопахит специфической конфигурацией изолиний мощности. Например, постоянная мощность отложений в интервале между ближайшими к кровле и подошве песчаного пласта стратиграфическими поверхностями может считаться критерием однообразия условий осадконакопления на всей исследованной площади; такого же постоянства условий можно ожидать и на новых площадях. Карты изопахит песчаных пластов, а также горизонтов пористых известняков или доломитов иногда называются «картами песков». Там, где вверх по восстанию выклиниваются пористые и проницаемые отложения, можно встретить участки, перспективные для поисков ловушек и поэтому представляющие особый интерес. Подобное выклинивание иногда обусловлено региональными причинами, такими, как региональное срезание пластов, осадконакопление вблизи береговой линии древнего бассейна или региональное литофациальное замещение. В этом случае условия, отраженные на карте изопахит, могут экстраполироваться на еще не разбуренные и не изученные площади и использоваться для прогнозирования положения на них зон выклинивания проницаемых пород.

Карты изопахит, формаций или групп формаций, которые более или менее постоянно утоняются в одном направлении иногда вплоть до полного выклинивания, часто называются картами схождения (convergence maps) [8]. Утонение может быть обусловлено любой из нескольких причин, таких, как несогласное трансгрессивное или регрессивное прилегание [9], эрозия и срезание отложений, облекание [10], отложение суспензионными потоками и уменьшение количества поставляемых в осадок материалов в направлении сокращения мощности. Различные типы схождения графически показаны на схематических разрезах фиг. 13-7. Схождение может быть постепенным и измеряться всего несколькими футами на милю и менее, но может быть быстрым и достигать сотен футов на милю. На разрезе А здесь показано утонение, обусловленное облеканием или уменьшением количества отложившихся осадков в направлении сокращения мощности пластов. На разрезе В видно трансгрессивное несогласное прилегание

Фиг. 13-7. Схематические разрезы, показывающие обычные типы схождения и выклинивания седиментационных пластов.

Если поверхность АА' на каждом из разрезов считать приблизительно изохронной, ее можно принять также за горизонтальную плоскость. Тогда линия ВВ' показывает положение соответствующей поверхности во время АА'. Поверхность ВВ' в случаях А и В - структурная, а в случаях Б и Г отражает либо тектоническую структуру, либо древний эрозионный рельеф, либо и то и другое вместе. Разрезы, подобные приведенным, называются стратиграфическими; они могут рассматриваться также в качестве палеоструктурных разрезов, показывающих положение и структуру поверхности ВВ' во время АА'.

слоев в направлении уменьшения мощности, а на разрезе В - результаты образования складки или общего наклона и последовавшего затем трансгрессивного перекрытия. Разрез Г является сочетанием разрезов Б и В. Некоторые геологические явления, к которым приводит схождение слоев, такие, как смещение в плане свода антиклинали, а также уменьшение или увеличение амплитуды складки по мере увеличения глубины, были рассмотрены ранее (см. стр. 233).

На карте изопахит приобретают значение даже самые малые изменения мощности формации. Однако иногда эти изменения мощности обусловлены погрешностями при измерении снаряда в ударном бурении. Зачастую такие ошибки накапливаются в процессе бурения и выявляются только тогда, когда забой скважины оказывается непосредственно над продуктивным пластом, являющимся объектом разведки. Причина этого заключается в том, что измерение глубины с помощью стального троса производится только при достижении скважиной кровли продуктивного горизонта. Поправка глубины (разность между глубиной, замеренной стальным тросом и показанной в буровом журнале) может быть произвольно распределена на границы различных вышележащих стратиграфических горизонтов по всему стволу скважины. Любые единичные аномальные точки, особенно если глубины в них определены по данным замеров бурового инструмента, должны браться иод сомнение. Если же аномалия отмечается в двух или трех скважинах, то, вероятно, она действительно существует, а не является результатом ошибки. Сравнение замеров мощности какой-либо формации, сделанных на поверхности земли, с замерами, произведенными в скважине, вряд ли может принести сколько-нибудь существенную пользу, поскольку ошибки при измерениях на поверхности часто весьма значительны и зависят от местности и характера обнажения. В этом случае также необходимо тщательно проверить единственную точку с аномальными мощностями, прежде чем проводить интерпретацию. Единичные аномальные результаты измерения в скважинах, которые не отражают истинной мощности формации, могут быть обусловлены также непредвиденно крутыми углами падения, развитыми на ограниченном участке, небольшими осложняющими складками, локальными фациальными замещениями или разрывными нарушениями, пересеченными скважиной.