Использование воздушной радиометрической съемки для изучения нефтяных и газовых месторождений
А. И ЛАУБЕНБАХ, Л. Н. СКОСЫРЕВА
В последние годы во многих областях геологии получили широкое применение воздушные методы исследований для поисков месторождений различных полезных ископаемых. Значительные успехи, достигнутые в области развисая радиометрии и приборостроения, могут быть использованы для разработки новых более эффективных методов поисков нефтяных и газовых месторождений. К числу их следует отнести аэрорадиометрический метод, разработка которого проводится лабораторией № 1 Института нефти АН СССР под руководством проф. Ф. А. Алексеева и чл.-корр. АН СССР Г. Н. Флерова, где в 1956 г. впервые в нашей стране были поставлены опытно-производственные аэрорадиометрические исследования. Основанием для постановки этих работ послужили положительные результаты наземных радиометрических съемок, проводимых с 1953 г. на ряде нефтяных месторождений в Сталинградской области и Ставропольском крае.
В настоящей статье кратко излагаются некоторые результаты аэрорадиометрических исследований 1956 г.
Полевые работы проводились с целью выяснения возможностей применения аэрорадиометрического метода для поисков нефти и газа, разработки методики и техники работ и принципов интерпретации получаемых результатов. Они носили площадный характер и охватывали районы известных месторождений нефти и газа в Нижнем Поволжье (полоса Доно-Медведицких дислокаций), Ставропольском крае и Западной Туркмении (Прибалханская депрессия), характеризующиеся различными чертами геологического строения и условиями залегания нефти и газа.
Методика и техника проведения работ
Аэрорадиометрические исследования проводились с самолета типа АН-2, оборудованного аппаратурой, позволяющей одновременно с гамма-съемкой проводить аэромагнитные измерения. Приемником гамма-излучения служили кассеты, состоящие из 144 счетчиков ВС-9. Запись интенсивности излучения, магнитной съемки и регистрация высоты полета радиоальтиметром РВ-2 производились автоматически двумя самописцами.
В процессе работ было проведено испытание сцинтилляционной приставки с кристаллическими счетчиками и нового высокочувствительного сцинтилляционного жидкостного аэрорадиометра.
Ввиду того, что аэрогаммасъемка над нефтяными и газовыми залежами проводилась впервые, до начала работ на известных месторождениях были поставлены специальные методические исследования для решения ряда вопросов по выбору наиболее рациональной методики проведения воздушных работ. Такими вопросами являлись: выбор оптимальной высоты полета, определение постоянной времени интегрирующего контура, характеризующей запись гамма-интенсивности в процентах от полной ее величины и степень смещения записи, установление масштаба съемки, позволяющего уверенно фиксировать контуры нефтеносных структур, выбор оптимальной величины скорости полета и длины съемочных маршрутов, обеспечивающих надежную привязку и дифференциацию гамма-излучения над структурами и за пределами их.
Аэрорадиометрическим исследованиям предшествовали подготовительные работы, включающие эталонирование радиометра, градуировку магнитомера и высотомера, выбор контрольного маршрута и снятие высотной кривой. Эти данные использовались при последующей обработке результатов съемки.
В каждом новом районе воздушные работы начинались с проведения рекогносцировочной съемки отдельными выборочными маршрутами с таким расчетом, чтобы они проходили вкрест простирания или под некоторым углом к известным нефтеносным структурам и пересекали все геологические комплексы, встречающиеся в районе работ. Такая система построения маршрутной сети позволяла определять средние фоновые значения пород, учитывающиеся при интерпретации.
Площадная аэрогаммасъемка масштаба 1:100 000 с детализацией отдельных участков в 1:50000 масштабе проводилась сетью параллельных маршрутов. Направление их выбиралось таким же, как и при рекогносцировочной съемке. Длина маршрутов колебалась от 20 до 60 км в зависимости от наличия линейных ориентиров. Для большей точности привязки на маршрутах отмечались промежуточные ориентиры через 10-12 км. Рабочая высота полета колебалась в пределах 40-50 м при средней скорости 160 км/час.
В полете бортоператором проводились визуальные наблюдения с обязательной регистрацией на ленте встречающихся по маршруту выходов коренных пород, наносов, лесных массивов, водных пространств, солончаков, такыров и других данных, необходимых для последующей интерпретации.
Для удобства сопоставления и увязки воздушных данных запись интенсивности гамма-излучения на рабочей высоте полета приводилась к высоте 1 м над поверхностью земли.
Интерпретация результатов съемки
Обработанные материалы воздушной съемки в графиках и картах по отдельным структурам и площадям накладывались на геолого-литологические и структурные карты с последующей интерпретацией полученных данных со структурами месторождений, контурами нефтеносности, литологией пород (главным образом четвертичных) и предварительными данными наземных работ.
Аэрорадиометрическая съемка, проведенная на известных месторождениях, показала, что нефтяная и газовая части залежей, за исключением отдельных месторождений, где для исследования скважин применялись радиоактивные изотопы, на кривых гамма-активности отмечаются пониженными значениями по отношению к законтурной части.
Разница в перепадах интенсивности гамма-излучения над продуктивными площадями и законтурной частью обычно колеблется в пределах от 0,6 до 1-2 гамм и в редких случаях достигает 3 гамм. Аналогичные колебания интенсивности отмечаются не только в пределах площади месторождения, но и при смене возрастных и литологических разностей. Заболоченные участки, большинство солончаков, реки и озера, как правило, также характеризуются пониженными значениями активности по отношению к окружающим их участкам. При интерпретации результатов съемки обязательно учитываются все особенности геологического строения исследуемого района, главным образом литология коренных и четвертичных отложений, выходящих на дневную поверхность, морфология местности и данные аэровизуальных наблюдений бортоператора. Последние вместе с гамма-записью и фотосхемами помогают избежать ошибок при интерпретации, так как смена литологии или возрастных пачек пород и элементы морфологии могут вызвать значительные изменения в величинах гамма-излучения.
Положение средней линии на кривых гамма-активности определяется отдельно для каждого стратиграфо-литологического комплекса геологической карты исследуемого участка.
Результаты аэрорадиометрических работ над известными месторождениями нефти и газа и площадями с неустановленной нефтеносностью.
Значительный интерес представляют результаты аэрогаммасъемки Коробковского месторождения нефти и газа, расположенного в центральной части Доно-Медведицких поднятий и представляющего собой асимметричную брахиантиклинальную складку, морфологически выраженную в рельефе. Строение поверхности месторождения неоднородно. Нефтяные и газовые залежи приурочены к карболовым, пермским и юрским отложениям.
Аэросъемка месторождения, проведенная маршрутами северо-западного направления под некоторым углом к простиранию структуры, представлена на карте (рис. 1), показывающей характер распределения гамма-активности. Продуктивная площадь месторождения в целом отмечается зоной пониженной интенсивности гамма-излучения с незначительными колебаниями активности на отдельных маршрутах. Наибольшее падение интенсивности отмечается в центральной части свода.
Аналогичное понижение интенсивности прослеживается на северо-восток за пределы известного контура нефтеносности. Эта площадь, отмеченная падением активности на шести маршрутах, вместе с участками минимального гамма-излучения внутри контура может рассматриваться как единая аномальная зона северо-восточного направления. В этом случае площадь может представлять определенный интерес в отношении нефтеносности, так как отчетливое снижение интенсивности происходит в пределах однородных литологических разностей.
Характер распределения интенсивности гамма-излучения над газовыми залежами показан на примере Казанского месторождения, расположенного в пределах Ставропольской антиклинали (рис. 2).
Месторождение представляет собой брахиантиклинальную складку с пологими углами падения, сложенную третичными образованиями. На размытой поверхности среднесарматских отложений залегают четвертичные образования, представленные покровными суглинками мощностью до 10 м. Основным газоносным горизонтом является песчаная пачка верхней части хадумского горизонта.
Аэросъемка месторождения, проведенная серией параллельных маршрутов северо-восточного направления, отмечает понижение интенсивности, совпадающее с известным контуром газоносности и выходящее за его пределы в восточном направлении на 1,5-2 км. Однородность морфологии поверхности и литологического состава пород этого участка, аналогичная продуктивной части месторождения, заставляет предполагать возможность связи аномалии с глубинными факторами.
Более сложное распределение гамма-активности получено на полуострове Челекен. Как известно, тектонической основой полуострова является крупная брахиантиклинальная складка, нарушенная большим количеством сбросов различного простирания и амплитуды. Морфологически она выражена возвышенностью Чохрак, занимающей среднюю часть Челекена, полого спускающуюся на юго-запад в сторону моря. Северная часть полуострова покрыта четвертичными барханными песками; в южной части, характеризующейся отрицательными отметками, в основном развиты солончаки.
Разрез отложений, слагающих складку, представлен породами четвертичного и третичного комплексов. Промышленная нефтеносность установлена для песчаных горизонтов красноцветной толщи на участках Западный Челекен, Алигул и Дагаджик.
В отличие от многих известных месторождений Челекен является очень сложной, сильно нарушенной структурой, изобилующей поверхностными признаками нефти и разнообразными водными источниками, часто радиоактивными. В некоторых водах содержание радия достигает n*10-8 - 10-9 г/л. Последнее, по-видимому, сказалось на характере распределения зафиксированной гамма-активности при аэросъемке (рис. 3).
В общем виде зона пониженной интенсивности имеет северо-восточное направление, совпадающее с известными контурами продуктивных залежей. При этом на отдельных участках аномальная зона пониженной гамма-активности с характерными перепадам и интенсивности выходит за пределы установленных контуров нефтеносности. Повышенная гамма-активность, наблюдаемая на отдельных маршрутах в пределах продуктивной залежи, связана с выходами радиоактивных вод. Такое же объяснение можно дать повышенной радиоактивности солончаков, расположенных гипсометрически ниже и примыкающих с юга к нефтеносной площади.
За контуром продуктивной залежи месторождения на северо-западе, востоке и юго-западе выделяются три площади пониженной интенсивности, обрамляемые участками более высокой радиоактивности. Перепады интенсивности, наблюдаемые в однотипных геолого-литологических условиях, позволяют предполагать связь их с нефтеносностью.
Целесообразно также рассмотреть результаты съемки газового месторождения Кизыл-Кум, находящегося в неблагоприятных морфологических условиях.
Месторождение, расположенное в Прибалханской депрессии, представляет собой брахиантиклинальную складку, сложенную неогеновыми и четвертичными образованиями. Промышленная газоносность установлена в нижнем песчано-глинистом отделе акчагыла; в верхах красноцветной толщи отмечены признаки нефти. Несмотря на то, что на поверхности месторождения имеют развитие эоловые образования, продуктивная часть все же была отмечена пониженной интенсивностью гамма-излучения в виде узкой (до 1,0-1,5 км шириной) вытянутой полосы, совпадающей по направлению с простиранием структуры (рис. 4). Из прилагаемой карты аэрогаммасъемки видно, что снижение интенсивности в тех же отложениях прослеживается в юго-западном направлении на 6-7 км за пределы известного контура газоносности. Юго-западное продолжение вместе с площадью залежи может рассматриваться как единая аномальная зона, представляющая определенный интерес в выявлении новых залежей.
В качестве примера аэрогаммасъемки над площадями с неустановленной нефтеносностью можно рассмотреть структуру Котур-Тепе, находящуюся в разведке. По данным сейсмических исследований структура представляет собой пологую антиклинальную складку, рассеченную сбросами с небольшим вертикальным смещением. Площадь ее покрыта современными четвертичными образованиями, из которых основное развитие имеют позднехвалынские грядовые и барханные пески. Среди них в 4 км к северо-западу от бугра Котур-Тепе обнажаются песчано-глинистые отложения бакинского и хазарского ярусов.
Аэросъемка структуры (рис. 5), проведенная маршрутами меридионального направления, выявила отчетливую зону пониженной интенсивности с незначительными колебаниями по отдельным маршрутам. Наибольшие перепады (до 1,2-1,6 гамм) отмечаются в центральной части зоны, в районе проходимых скважин и несколько восточнее их.
Интересные результаты получены над структурой Гогрань-Даг, расположенной на границе Прибалханской депрессии и Бугдайлинской зоны. Площадь ее, за исключением самой горы Гогрань-Даг, состоящей из сопочной брекчии, покрыта позднехвалынскими, частично закрепленными барханными песками.
Аэрогаммасъемка отметила снижение гамма-активности в виде узкой полосы северо-восточного направления, в общих чертах совпадающей с простиранием структуры, выявленной сейсмической разведкой. Характерной особенностью является приуроченность пониженной интенсивности к зоне отсутствия отражения. Наибольшие перепады гамма-активности совпадают со сводовой частью структуры.
Заслуживают внимания результаты съемки структуры Кобек, представляющей собой брахиантиклинальную складку северо-западного простирания. Строение ее поверхности однородно; значительная часть плоской равнины выполнена такырами.
Аэрорадиометрическая съемка маршрутами меридионального направления отмечает зону пониженной интенсивности, совпадающую со сводом структуры и несколько (выходящую за его пределы к северо-западу.
Аналогичный характер изменения радиоактивности наблюдается на восточном продолжении известного месторождения нефти Кум-Даг, расположенного в 10 км к северо-западу от структуры Кобек.
Результаты аэрорадиометрических исследований, проведенных в 1956 г., показывают, что над известными нефтяными и газовыми месторождениями, как правило, наблюдается понижение радиоактивности, которое за пределами продуктивных площадей оконтуривается участками с более высокой радиоактивностью. Аналогичные по характеру изменения радиоактивности отмечаются на неисследованных ранее площадях. Некоторые из таких участков можно рассматривать как перспективные и рекомендовать для проведения детальных поисковых и разведочных работ. В ряде случаев представляется возможным объяснить наблюдаемые аномалии геолого-литологическими и морфологическими факторами и исключить их из рассмотрения. Отмечены аномалии, природа которых остается невыясненной. Для этого потребуется проведение дополнительных аэрорадиометрических работ е использованием высокочувствительной сцинтилляционной аппаратуры в комплексе с наземными геолого-геофизическими, радиогидрогеологическими и геохимическими исследованиями. Успешное разрешение основных вопросов теории метода, принципов интерпретации и природы аномалий даст возможность широко использовать аэрорадиометрический метод для поисков нефтяных и газовых месторождений.
Самолетная радиометрия является новым скоростным методом поисков, позволяющим в короткие сроки с минимальными затратами сил и средств обследовать огромные площади. Достаточно указать, что одним самолетом АН-2 в течение полевого сезона (5- 6 месяцев) можно покрыть аэрогаммасъемкой площадь в 50-60 тыс. км2.
Метод может быть использован прежде всего для выявления перспективных площадей в новых неисследованных районах. Весьма значительны его возможности в проведении геологического картирования, прослеживании разломов, сбросов, и контактных зон, при исследовании закрытых районов или площадей с плохой обнаженностью.
Особо важное значение аэрорадиометрический метод имеет при съемке труднодоступных и отдаленных районов, где применение в широком масштабе любых наземных исследований ограничено. Обширные пустынные и полупустынные территории Средней Азии и районы с лесными массивами и песками без особого труда могут быть покрыты аэрогаммасъемкой с выделением отдельных перспективных участков для проведения детальных наземных геолого-геофизических работ.
Институт нефти АН СССР
Рис. 1. Карта аэрогаммасъемки Коробковского месторождения.
1 - внешний контур нефтеносности по кровле сталиногорского горизонта; 2- изогипсы кровли сталиногорского горизонта; 3- повышенные значения гамма-активности; 4 - пониженные значения гамма-активности.
Рис. 2. Карта аэрогаммасъемки Казинского месторождения.
1-контур газоносности по хадумскому горизонту; 2 - изогипсы по кровле первой песчаной пачки хадумского горизонта; 3 - повышенные значения гамма-активности; 4- пониженные значения гамма-активности.
Рис. 3. Карта аэрогаммасъемки месторождения Челекен.
1 - контур нефтеносности по кровле красноцветной толщи; 2 - изогипсы кровли красноцветной толщи; 3- линии нарушений; 4-повышенные значения гамма-активности; 5 - пониженные значения гамма-активности.
Рис. 4. Карта аэрогаммасъемки месторождения Кизыл-Кум.
1- контур газоносности; 2 -изогипсы по кровле красноцветной толщи; 3- повышенные значения гамма-активности; 4- пониженные значения гамма-активности.
Рис. 5. Карта аэрогаммасъемки структуры Котур-Тепе.
1-линии нарушений; 2 - изогипсы кровли красноцветной толщи (по данным сейсмической разведки); 3-повышенные значения гамма-активности; 4-пониженные значения гамма-активности; 5- скважины глубокого бурения.