|
© С.В.Ивашко, 2006 |
МНОГОВАРИАНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРХНЕЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ КРЯЖА КАРПИНСКОГО В ПРЕДЕЛАХ АКВАТОРИИ СЕВЕРНОГО КАСПИЯ
С.В. Ивашко (ВНИГНИ)
Северная часть акватории Каспийского моря наименее изучена по сравнению с другими областями Северо-Кавказского нефтегазоносного бассейна. Это связано, в основном, с ее труднодоступностью, обусловленной обширными мелководьями, наличием рыбоохранных зон. Предпосылками к относительно невысокой оценке этой акватории являлись наблюдаемое на суше выполаживание структур в Восточном Предкавказье в направлении к берегу Каспия и небольшие запасы единственного открытого у берегов Дагестана месторождения Ичхе-море [3]. Проведенные впоследствии в северной части акватории Каспийского моря сейсморазведочные работы регионального, а затем поискового и детализационного характера позволили выявить целый ряд структур. Часть из них (Ракушечная, Хвалынская и др.) оказалась гораздо крупнее, чем это можно было предполагать по аналогии с восточной частью кряжа Карпинского и восточным погружением Прикумского поднятия на суше.
В последние годы в акватории Северного Каспия ОАО "ЛУКОЙЛ" в отложениях средней юры - палеогена выявлены месторождения нефти, газа и газоконденсата: Ракушечное, им. Ю. Корчагина, Сарматское, 170 км, Хвалынское (Крылов Н.А., 2004). Здесь кроме открытых месторождений выделен и ряд перспективных структур, а к северо-востоку выявлено Кашаганское месторождение нефти (Казахстан), поэтому в настоящее время в пределах северо-западной части Каспийского моря предполагается выполнить большой объем региональных и поисковых работ [3].
Северо-западная часть Каспийского моря приурочена к сложному тектоническому узлу, где сочленяются структуры Восточно-Европейской платформы, Скифской плиты и складчатых сооружений Большого Кавказа. На исследуемой площади главным нефтегазогеологическим элементом является Северо-Кавказский нефтегазоносный бассейн, с которым связываются основные перспективы нефтегазоносности акватории Северного Каспия. Для данной площади выполнено многовариантное картографическое моделирование поверхности верхнеюрских отложений, а также некоторые преобразования с помощью тренд-анализа и градиентного анализа.
Изложенное позволяет считать, что прогнозные оценки указанной территории могут быть существенно повышены, если учитывать увеличенную мощность нижнемеловых и юрских отложений в северо-западной части моря, а также вероятное развитие карбонатных массивов в подсолевых отложениях Северного Каспия [3]. Поскольку начиная с триас-юрского времени складчатый фундамент зоны кряжа Карпинского, где и выполнялось моделирование, полностью перекрывается платформенным чехлом (Гарагаш И.А., Хортов В.В., Шлезингер А.Е., 1999), оценку тектонического строения территории необходимо проводить с учетом регионального фона. Это часто позволяет подчеркнуть на исследуемой площади тектонические элементы разных порядков. При этом необходимо обратить внимание на то, что обрабатывая картографическую информацию, целесообразно использовать вероятностно-статистические подходы [1].
Применение компьютерного моделирования дает возможность поиска решений задач в ситуациях, не позволяющих получать их прямыми геологическими исследованиями. В таких случаях осуществляется следующая последовательность: сначала различными способами строятся модели геологических процессов или объектов на ЭВМ, а затем производятся их многократные трансформации с отбором приемлемых для интерпретации вариантов. Вся получаемая таким образом информация визуализируется в виде карт. Подобные методы моделирования весьма полезны при изучении тектонических особенностей структурных поверхностей (Ивашко С.В., 2004). В частности, с помощью тренд-анализа эмпирические данные можно разделить на локальную (остаточную) и региональную компоненты.
Суть методики тренд-анализа состоит в том, что если структурную поверхность аппроксимировать математическими моделями различной сложности, то они будут отображать различные детали гипсометрии поверхности. При этом чем проще заданные уравнения аппроксимации, тем более сглаженный вариант карты можно получить при одной и той же исходной информации.
Применяя описанные методические приемы, автором статьи выполнено компьютерное моделирование с использованием структурной карты верхнеюрской поверхности свода вала Карпинского (по Медведеву П.В., Одолееву Г.О., Цыганкову В.А., Поповичу С.В., Самойленко Ю.Н., 2003; [2]).
В основу построений положена цифровая модель рельефа исследуемой поверхности, представляющая массив (матрицу) исходных данных [x|y|z] порядка nx3. Числа в указанном массиве характеризуют положение (координаты) и значения параметра в неравномерно расположенных по площади точках наблюдений. Процедура подготовки исходного массива (матрицы) реализована в соответствии с требованиями программного пакета Surfer, поскольку обработка данных и моделирование структурных поверхностей осуществлялись средствами этого пакета.
В процессе автоматического построения карт проводилось преобразование неравномерной сети точек наблюдений в равномерную сеть с заданными подобранными расстояниями, исходя из сложности исследуемой поверхности. Затем выполнялась интерполяция точек равномерной сети одним из предлагаемых математических методов. Для данного случая был выбран метод степени обратного расстояния (Inverse Distance to a Power).
Таким образом, структурная карта верхнеюрской поверхности свода вала Карпинского до применения методик тренд-анализа и градиентного анализа была преобразована в "гладкую" пликативную модель, т.е. в карту, лишенную тектонических нарушений. Последние, без сомнения, осложняют закартированную поверхность, но для моделирования и исследования структурной поверхности математическими приемами необходима именно пликативная (формализованная) модель.
Сравнение исходной авторской карты с формализованным аналогом в виде пликативной модели показало, что если исходная карта аппроксимируется полиномом четвертой степени, то на ней выделяются все тектонические элементы, присутствующие на исходной карте, за исключением элементов, оконтуренных дополнительными изолиниями. На выходной пликативной модели теряются мелкие структурные формы, но все крупные элементы в виде локальных поднятий подтверждаются. Если построенная (аппроксимированная) математическая модель не адекватна исходной модели, то обычно сгущают сетку контрольных точек. В данном случае этого не потребовалось, так как густота точек была достаточной.
На пликативной модели отображаются следующие тектонические элементы: в центральной части площади с северо-запада на юго-восток прослеживается вал Карпинского, осложненный на южном крыле интенсивной флексурой, с коротким северным крылом, переходящим в довольно обширный прогиб. Далее к северу наблюдается воздымание поверхности до отметки -950 м. В пределах вала выделяются локальные поднятия, на одном из них (юго-восточном) расположено Ракушечное месторождение. Месторождение им. Ю. Корчагина находится в пределах террасы, которая ограничена тектоническим нарушением.
Сложность структурной поверхности, крутизна расположенных на территории исследования флексур, а также ундуляция оси кряжа Карпинского обусловили то, что задача выбора уравнений для построения моделей с отображением структурных форм разных порядков, характеризующих региональную (фоновую) и локальную (остаточную) составляющие, оказалась нетривиальной. Для ее решения потребовалось построение ряда моделей при различных параметрах сети и использование уравнений разных порядков (первого, второго, третьего и четвертого). Затем из одной более сложной, наиболее точно совпадающей с исходной картой, аппроксимированной полиномом четвертой степени, вычиталась другая модель более низких порядков (аппроксимированная полиномом более низкой второй степени). В результате этих математических процедур получены карты остатков и тренда (регионального фона).
Фоновая и остаточная поверхности не могут рассматриваться изолированно друг от друга, а только совместно - одна относительно другой. Математические критерии не решают вопросов истинности фоновой поверхности, ее достоверности. Здесь необходимо руководствоваться содержательными представлениями, для которых оптимальна та или иная фоновая поверхность. Карты остаточных аномалий послужили в дальнейшем основой для анализа палеоструктурных особенностей исследуемой площади.
Карта остаточных аномалий кровли верхнеюрской поверхности в пределах акватории Северного Каспия получена в результате вычитания из модели, аппроксимированной уравнением четвертого порядка, модели, аппроксимированной уравнением второго порядка. На ней фиксируются протяженные положительные остаточные аномалии структурного поля, связанные с приподнятыми структурными элементами тектонического рельефа. Приподнятые области тектонического рельефа располагаются не только в пределах кряжа Карпинского, но и в зонах развития обширных моноклиналей.
Кроме построения карт остаточных аномалий структурного поля, используемых для изучения палеотектонических элементов, выполнен градиентный анализ для исследования тектонических дислокаций. Изучая по картам-моделям сложные тектонические структуры, редко ограничиваются однократным математическим преобразованием модели. Часто в процессе анализа производные модели подвергаются новым трансформациям, т.е. они становятся исходными для дальнейших преобразований. Так, для исследования тектонических элементов структурного поля была произведена математическая процедура матричного сглаживания карты остаточных аномалий (рис. 1). Проведена "фильтрация" остаточных аномалий структурного поля с целью выделение наиболее крупных структурных элементов в пределах исследуемой площади.
На рис. 2 отображены результаты сопоставления карты остаточных аномалий (с последующим матричным сглаживанием) структурного поля в пределах акватории Северного Каспия с конфигурацией плитотектонических структур. Сопоставление показало, что на исследуемой территории отображаются ранее выделенные крупные тектонические элементы. В северо-восточном углу площади - Прикаспийская впадина, в пределах которой фиксируется приподнятая зона северо-западного простирания. Она фиксируется и на пликативной структурной карте в виде поднятия, оконтуренного изогипсой -950 м. К юго-западу с таким же простиранием выделяется отрицательная аномалия структурного поля, которая соответствует опущенному участку тектонического рельефа и свидетельствует, что в юрское время здесь было северное погружение, а не обширный моноклинальный склон, зафиксированный на исходной карте и пликативной модели, которые отображают современное тектоническое состояние исследуемой территории.
В пределах моноклинального склона на карте остаточных аномалий и схеме прогнозных структур (см. рис. 2) выделяется приподнятая тектоническая зона, соответствующая на пликативной модели прогибу, огибающему к северу кряж Карпинского.
Характерной особенностью тектонического рельефа в пределах кряжа Карпинского является то, что он в своей центральной части с северо-запада и юго-востока прорезается опущенной зоной (см. рис. 1, 2), причем, северная часть палеокряжа - узкая, а южная - несколько шире.
В юго-западной части исследуемой территории выделяется обширная зона отрицательных аномалий, сопоставляющаяся с Восточно-Манычским рифтом, которая осложнена небольшими положительными аномалиями, отвечающими, по-видимому, структурным элементам низшего порядка.
Если проанализировать имеющуюся информацию на исследуемой территории, то не трудно заметить, что здесь находятся известные месторождения: Каспийское, Промысловское, Ракушечное, им. Ю. Корчагина. Все они приурочены к приподнятым зонам тектонического рельефа и представляют собой возвышенные приподнятые участки различной амплитуды (см. рис. 2). В восточной части исследуемой площади акватории Каспийского моря сейсморазведочными исследованиями выявлены структуры, некоторые из которых также располагаются в пределах приподнятых зон тектонического рельефа [3]. По материалам тренд-анализа выделены прогнозные палеоструктуры, одна часть из которых находится в пределах кряжа Карпинского, другая - в приподнятых зонах тектонического рельефа к северу и югу от него.
Особое внимание привлекают дизъюнктивные дислокации различных участков кряжа Карпинского, поскольку они контролируют залежи нефти и газа как на западном, так и восточном побережье Каспийского моря [2, 4].
Для изучения дизъюнктивных деформаций была выполнена интерпретация карты остаточных аномалий кровли верхнеюрской поверхности, которая заключалась в выделении тектонических нарушений на исследуемой территории. Тектонические нарушения оконтуривались с учетом вытянутости остаточных аномалий, сгущения изогипс, смещения аномалий в плане и резкого изменения их направления. Нарушения, в основном, окаймляют положительные аномалии структурного поля и имеют северо-западное и северо-восточное направления.
Для изучения деструктивных зон в пределах
исследуемой территории был проведен градиентный анализ. Градиент функции (grad f) основывается
на геометрическом смысле производных функций многих переменных, построенных в
виде карт поверхностей топографического типа, интерпретация которых весьма
полезна при геолого-геофизических исследованиях. С помощью градиента функции f можно определить
направления максимальной крутизны (наклона) поверхности, а его модуля -
максимальный наклон поверхности. Исходными данными для выполнения градиентного
анализа могут служить значения параметров Dх и Dу. По ним производился расчет
модуля градиента и построение карты модуля градиента 
.
Таким образом, для тренд-анализа и
градиентного анализа используются одни и те же данные, а именно значения
и
в узлах
регулярной сети.
Далее по специально составленному
алгоритму (Ивашко Д.Г., 1999) построена карта модуля градиента
структурной
поверхности кровли верхнеюрских отложений кряжа Карпинского (рис.
3).
Карта модуля градиента
наиболее информативна с точки зрения получения
дополнительной информации о дизъюнктивной тектонике региона. Поскольку модуль
градиента фиксирует значение максимального наклона структурной поверхности
независимо от выбранной декартовой системы координат, то выделяемые направления
аномалий на этой карте имеют наиболее достоверный характер.
На карте аномалии вытянуты в обширные линейные зоны, которые прослеживаются, в основном, в северо-западном направлении: либо в виде самостоятельных аномалий, либо сочлененных друг с другом зон аномалий (см. рис. 3). Исходя из геометрического смысла модуля градиента, эти зоны можно рассматривать как тектонические границы между блоками земной коры, возникшие в результате линейной деструкции.
В работе [5] аналогичные зоны называются "зонами динамического влияния разломов", в нашем случае они выделяются обширными аномалиями наиболее интенсивных градиентов. Динамическое влияние разломов могло накладываться друг на друга, образуя общую динамическую зону с общей границей, но с различным характером и внутренним строением. Интенсивность аномалий в таких зонах подчеркивает различную степень деструкции земной коры. Тектонические нарушения значительной амплитуды (об амплитуде нарушений можно судить по увеличению модуля градиента) трассировались по экстремумам аномалии.
Все полученные результаты исследований позволили построить схему прогнозных структур и разрывных нарушений Северного Каспия (рис. 4) с вынесением результатов интерпретации карты модуля градиента и карт остаточных аномалий кровли верхнеюрской поверхности в пределах акватории Северного Каспия:
· области наиболее интенсивных градиентов, соответствующие зонам динамического влияния крупных тектонических разломов;
· палеоструктуры, выделенные по данным тренд-анализа и совпадающие с месторождениями;
· палеоструктуры, оконтуренные по данным тренд-анализа и совпадающие с прогнозными структурами;
· палеоструктуры, выделенные по данным только тренд-анализа;
· тектонические нарушения, оконтуренные по карте остаточных аномалий.
Следует отметить, что перспективы прогнозных структур в значительной степени будут зависеть от наличия флюидоупоров (экранов) на их северных крыльях. Поэтому выделенные по тренд-анализу и градиентному анализу тектонические нарушения очень важны, так как могут оказаться наиболее значительными экранами, поскольку на исследуемой территории северные крылья структур могут быть намного положе южных, а северные прогибы - неглубокими.
Приведенные данные могут способствовать целенаправленному поиску УВ в юрско-палеогеновых платформенных отложениях с относительно небольшими амплитудами (десятки метров) структур, а выделенные палеоструктуры послужат основой для постановки детализационных сейсморазведочных работ в этом новом с большими перспективами нефтегазодобывающем районе.
Литература
1. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. - М.: Мысль, 1986.
2. Делия С.В. Дислокации кряжа Карпинского в пределах акватории Северного Каспия / С.В. Делия, Л.А. Анисимов, И.Е. Романюк // Геология нефти и газа. - 2004. - № 6.
3. Гарипов В.З. Концепция изучения и освоения углеводородных ресурсов морской периферии России в новых экономических условиях / В.З. Гарипов, И.Ф. Глумов, И.С. Грамберг и др. - Геленжик: Изд-во ГУП ПО "Союзморгео", 2000.
4. Петров B.C. Карбонатный массив южного склона Воронежской антиклизы - кряжа Карпинского: прогноз нефтегазоносности / В.С. Петров, А.М. Нигматзянов, С.И. Филин // Разведка и охрана недр. - 2003. - № 5.
5. Фарбер М.П. Механизм формирования деструктивных зон Верхоянско-Колымской орогенной области / М.П. Фарбер, Л.А. Кулагина // Отечественная геология. - 2003. - № 12.
The northern part of the Caspian offshore is less studied as compared with other areas of North-Caspian oil and gas basin. This is mainly associated with its difficult accessibility due to extensive shallow water areas, the presence of prohibited fish- protection zones. The ground for relatively not high evaluation of this water area were the observed flattening of structures in East Fore-Caucasus toward the Caspian and small reserves of the single field Inchkhe-more discovered near shore of Dagestan. The seismic exploration works of regional and then prospecting and detailed character carried out in the northern part of the Caspian offshore allowed to reveal a whole number of structures. A part of them (Rakushechnaya, Khvalinskaya) appeared to be larger than that could be suggested by analogy with the eastern part of Karpinsky ridge and eastern submergence of Prikum uplift on the land.
The application of computer modeling provides a possibility for searching solutions of tasks in situations not allowing to obtain them by direct geological studies. In such cases the following succession takes place: in the beginning, the models of geological processes are constructed by different ways, then multiple transformations with selection of variants suitable for interpretation are performed. Information gained is visualised as maps. Such simulation methods are very useful for studying tectonical features of structural surfaces. Among other things, with the help of trend-analysis the empirical data can be divided on local (residual) and regional components. The essence of trend-analysis procedure lies in the fact that if to approximate structural surface by mathematical models of different complication, they will depict different details of the surface hypsometry. In this case, the simplier approximation equations, the more smoothed variant of map can be obtained when original information is the same.
The above data may contribute to hydrocarbon exploration in Jurassic-Paleogene platform formations with relatively low amplitudes of structures, and the distinguished paleostructures will serve as a basis for seismic exploration activity and drilling in this new promising oil and gas producing area.
