Использование аэрокосмической и наземной информаци

Статья написана в 2000 г.
Тем не менее, ее актуальность сохраняется до настоящего времени

В настоящее время три четверти промышленных запасов нефти России вовлечены в разработку. Практически все крупные месторождения находятся в стадии снижающейся добычи. Остальные активные запасы нефти рассредоточены на мелких месторождениях и разведочных площадях. Средняя по стране обводненность продукции добывающих скважин достигла 80%. Добыча нефти уменьшилась с 518 в 1990 г. до 300 млн.т в 2000 г. Прирост запасов нефти компенсирует только две третьих добычи. За последние десять лет общий объем бурения снизился в семь с лишним раз, поисково-разведочные геолого-геофизические и геохимические работы практически полностью прекращены. Положение усугубляется большим износом основных фондов и всего оборудования. Многократно возросла частота техногенных катастроф.
В связи с этим резко возросла актуальность разработки современных методологий и технологий комплексного использования аэрокосмической и наземной информации при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений без существенных затрат на дорогостоящие полевые работы. Это позволит получить принципиально новые данные для эффективного прогнозирования нефтегазопоисковых объектов.
Использование аэрокосмической информации в комплексе с традиционными геолого-поисковыми работами началось в конце 60-х годов. В ходе исследований выделилось несколько задач, при решении которых используются аэрокосмические материалы. К ним относятся мелкомасштабное картирование, отображение систем тектонических нарушений, изучение глубинного строения территории и прямые методы поисков месторождений нефти и газа на региональной, прогнозно-рекогносцировочной, поисково-оценочной и детальной стадиях нефтегазопоисковых работ.
Разработка прямых методов поисков нефти и газа осуществлялась в рамках отраслевых программ МинГео СССР и Межотраслевого научно-технического комплекса (МНТК) “Геос”. Теоретические основы прямых методов поисков базируются на явлении парагенезиса субвертикальных геофизических, геохимических и биогеохимических полей в осадочном чехле земной коры и теории геохимического поля нефтяных и газовых месторождений [8, 9].
Как известно, в осадочном чехле над скоплением углеводородов в течении длительного времени существует специфическая геохимическая обстановка, характеризующаяся аномальным распределением компонентов твердой, жидкой и газообразной фаз, а также специфическими ассоциациями химических элементов, минеральных образований и популяций углеводородных (УВ) окисляющих организмов. Популяции бактерий образуют первый биологический барьер на пути УВ потока – бактериальный фильтр. Зона бактериального фильтра, окисляет часть транзитных УВ и добавляет к мигрирующему потоку двуокись углерода, который понижает ЕН среды и активно участвует в постседиментационном выщелачивании, метасоматическом замещении минералов, обогащении пород и вод биологически ак-тивными соединениями Fe, Al, Mn, P, Cu, Mg, Si и микроэлементами V, Cr, Ni, Co, Cd, Zn, Sr, Mo, Ba и др.
Бактерии аккумулируют Zr, Ti, Zn из среды, а их конечная концентрация в клетке может быть на несколько порядков выше, чем в окружающей среде.
В результате биохимической минерализации УВ и РОВ пород и пластовых вод над месторождением наблюдается избыток двуокиси углерода, превышающий фоновые концентрации в несколько раз.
Таким образом, в надпродуктивных отложениях происходит изменение литохимических (элементный состав пород, физико-химические свойства), гидрохимических (элементный, солевой, газовый состав вод), минералогических (минеральные новообразования) и микробиологических природных образований. В водах уменьшается содержание сульфатов, увеличиваются содержания гидрокарбонатного иона, аммония, металлов, органических кислот, ароматических УВ, общей газонасыщенности вод за счет возрастания доли УВГ и т.д. В породах увеличивается содержание металлов (Ti, V, Ni, Cu и др.), карбонатных, кремнистых, сульфатных, сульфидных и титансодержащих минералов, возрастает РН, уменьшается ЕН. Углеводородные компоненты миграционного потока вследствие явлений сорбции, растворения и окисления изменяются сами и трансформируют структуру сингенетического органического вещества пород.
С перераспределением вещества в надпродуктивных отложениях изменяются литофизические (электрические, магнитные, оптические и др.) свойства пород. Поливалентные химические элементы в восстановительных условиях среды переходят в низковалентное состояние, увеличивая свою геохимическую активность и подвижность. Хемосорбция углеводородов на минеральных частицах перекрывающих залежь пород вызывает электростатическое и индуцированное электрическое поля, что вызывает миграцию химических элементов в периферические зоны ореола геохимически измененных пород. Над месторождением нефти и газа повышается поляризо-ванность горных пород в пределах контура залежи, фиксируется зона избытка свободных электронов. При каротаже продуктивных скважин отмечено наличие направленного вертикально вниз электрического тока, измерения на поверхности показывают заниженный по отношению к фону электрический потенциал.
В приповерхностных условиях изменяются оптические свойства пород и их спектральная яркость. Под влиянием миграционного потока формируется химический состав подземных вод и почвенный покров, определяется элементный состав фитосферы. Высокоорганизованная растительность наследует сложившееся в ландшафте соотношение между водой, почвами и продуктами выветривания. Она концентрирует рассеянные элементы и соединения, представляя собой второй биологический барьер для миграционного потока углеводородных и неуглеводородных компонентов.
Вследствие процессов диффузии и фильтрации на поверхность земли и в приземную атмосферу поступают жидкие и газообразные углеводородные соединения, формирующие поля их аномальных концентраций. Скорость поступления углеводородных и не углеводородных газов в атмосферу зависит от уровня акустического фона, сейсмичности, температуры почвы, степени развития первого и второго биологических барьеров, скорости ветра, давления и т.д. Возникновение аномальных полей в приземных слоях атмосферы и дрейф их фоновых концентраций определяются пространственной неоднородностью в распределении глубинных (залежи нефти и газа и др.) и поверхностных (озера, болота) источников, изменчивостью во времени коэффициента вертикального массопереноса в атмосфере, инверсионными процессами в атмосфере и т.д. Время жизни метана и его гомологов в атмосфере – от нескольких недель до нескольких лет. Шлейфы УВ газов над месторождениями достигают высот нескольких сот метров и вытянуты от расположенных на поверхности эпицентров по направлению ветра.
По результатам многолетних исследований, проведенных во ВНИИяГГ и других организациях отрасли, определены критерии нефтегазоносности недр по комплексу дистанционных, геофизических и геохимических методов [2, 5 ].

Нефтегазоносноные бассейны, области, регионы.

1. Аномалии спутниковой лазерной локации метана и его гомологов, двуокиси углерода, сероводорода и др.;
2. Аномалии лидарной спектрометрической съемки микроэлементов в парах и аэрозолях: J, As, Be, Cu, Zn, Ft, Ni, Rb, Hg и др.;
3. Аномалии по ИК и СВЧ геотермической съемки;
4. Аномалии типов почв и растительного покрова по преобладающим микроэлементам на основе спектральной яркости и плотности спектрозональных снимков;
5. Аномалии геоиндикационного дешифрирования спектрозональных космоснимков масштабов 1:7 500 000 – 1:2 500 000 с целью выделения сочленения кольцевых структур (КС) диаметром 1-2 тыс. км., планетарных линеаментов, примыкающих к внутренним сторонам КС регионов шириной 50-100 км.;
6. Градиенты геофизических полей над краями выступов мантийного вещества глубиной 30-40 км.;

Зоны, узлы, районы.

1. Аномальные: спектральная яркость и архитектоника растений, распределение микроэлементов, зональное и узловое размещение вторично изменённых пород подпочвы по измерениям радиолокационных характеристик и спектрального коэффициента отражения грунтов;
2. Аномальные сочленения региональных линеаментов и КС диаметром 400-1000 км., узловые зоны сочленения и другие аномалии геоиндикационного дешифрирования космоснимков масштабов 1: 2 500 000 – 1:500 000 и геоморфологических исследований;
3. Градиенты геофизических полей над краями базальтовых выступов глубиной 5-7 км.;
4. Аномалии авиалазерной и автолазерной съемок по метану и другим газам;
5. Аномалии авиа-автомобильных спектральных съемок по аэрозолям;
6. Гидрогазобиохимические аномалии по региональным съемкам.
7. Ландшафтно-геоморфологические зоны аномальной неотектонической активности;
8. Аномальные зоны и узлы по аэромагнитным, гравиметрическим, тепловизорным и другим геофизическим методам;

Локальные структуры, неструктурные ловушки, залежи.

1. Однородные участки по фототону (монолиты) в пределах КС диаметром 50-100 км.;
2. Морфоструктуры по геоморфологии, космоаномалии типа ”локальная структура” или “неструктурная ловушка” по пятнам градиента фототона и аномалии типа “залежь” по контурам потемнения фототона на космоснимках масштабов 1:500 000 и крупнее;
3. Геофизические аномалии над склонами и выступами кристаллического фундамента глубиной 4-10 км.;
4. Локализация результатов авиа- автолазерной съемок по метану и другим газам, аэрозолям; гидрогазобиохимической, тепловизорной, геоботанической, фитохимической съемок; радиолокационных, спектрометрических и других исследований;
5. Детализация геоиндикационных и геофизических исследованй, спецобработка последних с целью выявления аномалий типа “залежь”;
6. Концентрические зональные геобиохимические аномалии по метану и другим газам, по эманациям, бактериальному фильтру у поверхности и термофильным геобактериальным системам на глубине.
7. Гидрогазобиохимические, битуминологические аномалии; фитохимические, литохимические, термоградиентные и другие эффекты над локальными структурами;
8. Неотектонические активные морфоструктуры и монолиты размером 15-30 км.
9. Геофизические аномалии по неоднородности затухания сейсмических волн и т.д.;

Некоторые спектральные диапазоны, которые используются при нефтегазопоисковых исследованиях:

- 420-550 – поглощение света биоокислителями;
- 560-700 – поглощение света фотовосстановителями;
- 500-2500 – минеральный состав и тип пород (многоспектральная съемка);
- 700-1100 – литолого-стратиграфические комплексы, трещины и увлажненные зоны;
- 670/750 - металлы в почвах (по сдвигу в отражательной способности хлорофила;
- 1650/2220 –алунит и каолин (мультипликативное сканирование);
- 1650/490 – минералы лимонитовой группы;
- 2974-2982 – метан и этан;
- 2200-2400 – нефть и битумоиды;
- ИК диапазон – очаги разгрузки глубинных термальных вод, разделение разломов на экранированные и проводящие;

Прямые поиски месторождений нефти и газа проводились практически в каждом нефтегазоносном бассейне. В качестве примера мы приводим некоторые результаты работ по трем регионам, в получении которых автор принимал непосредственное участие.

Западный Казахстан

В пределах Западного Казахстана (п-в Бузачи, Южно-Эмбенское поднятие, Восточный борт Прикаспийской впадины) геолого-поисковые геофизические и геохимические работы проводились с 1974 по 1992 г.г. Проведенные работы позволили определить положение зон развития возможных ловушек антиклинального и неантиклинального типов в отложениях осадочного чехла, оценить масштабы генерации и накопления УВ, выделить объекты для постановки поискового бурения и поисково-оценочных исследований, определить направления дальнейших поисково-разведочных работ в регионе [ 1, 2, 6, 7 ]. Результаты работ были использованы при планировании поисковых и поисково-оценочных работ на нефть и газ. В дальнейшем, в пределах ряда переданных производственным организациям нефтегазоперспективных объектов, были открыты месторождения нефти и газа (Долгинец, Придорожное, Жуман, Зап. Кожасай и др.).
Уточнение тектонического строения территории п-ва Бузачи проводились по материалам фото- и телевизионных съемок с орбитальных объектов “Landsat”, “Салют” и др. Выделены несколько систем линеаментов, отвечающих развитым в осадочном чехле тектоническим нарушениям. Наиболее характерные направления линеаментов – субширотные и субмеридиональные. Большинство из них были подтверждены данными гравиразведки и материалами сейсморазведки как разломные или ослабленные зоны. Большинство месторождений нефти и газа п-ва Бузачи приурочены , в основном, к субширотным разломам. В фототоне космоснимков Северо-Бузачинское поднятие дешифрируется единым блоком гладких светло-серых тонов. Современный ландшафт п-ва Бузачи проявляется как обращенный по отношению к глубинной структуре: поднятию соответствует понижение в рельефе и развитие в его пределах Большого Сора. При детальном дешифрировании аэрофотоматериалов масштаба 1:50 000 разработаны ландшафтные индикаторы развития в осадочном чехле локальных антиклинальных поднятий, которые отражаются также на космоснимках в виде обращенного рельефа или посветления фототона.
На эталонном объекте (месторождение нефти Каражанбас) ореол рассеяния углеводородов отмечается по наличию аномалий в распределении УВ газов, извлеченных из шлама пород альб-сеноманского возраста и воды первого от поверхности водоносного горизонта. Здесь же отмечаются и повышенные содержания радиоактивных элементов (U, Ra, Th), уменьшение окислительно-восстановительного потенциала (ЕН), повыше-ние щелочности (РН больше 7), уменьшение в солевом составе вод количества сульфат-иона и т.д. По результатам аэроатмохимической съемки над месторождением отмечен шлейф углеводородных газов, достигающий в высоту нескольких сот метров и периодически исчезающий при сезонных, месячных и суточных природных циклах.
По результатам многолетних исследований на территории п-ва Бузачи выделены 42 геохимических аномалии, большинство из которых приурочены к Аралды-Мурунсорской и Южно-Бузачинской зонам неантиклинальных ловушек. Часть их подтверждена аэроатмохимическими работами.

Баракаевское нефтяное месторождение
(Азово-Кубанский нефтегазоносный бассейн)

Баракаевское месторождение нефти было выбрано как эталонный объект для разработки технологии поисков залежей нефти в ловушках выклинивающегося типа [ 3 ].
Основная задача работ - разработка критериев нефтегазоносности в приповерхностной зоне осадочного чехла с целью выявления комплекса нефтегазопоисковых показателей для дистанционных съемок. На основе обработки и интерпретации материалов нами построена модель геохимического поля месторождения до глубины 120 м. Залежь нефти, расположенная на глубине 1400 м, хорошо отражается в приповерхностной зоне по ряду геохимических показателей. Геохимические аномалии фильтрационного типа узколокализованы и приурочены к тектоническим нарушениям. Их контрастность достигает десятки и сотни единиц. Диффузионные аномалии менее контрастны (2-20 ед.). Они располагаются как над залежью нефти, так и над контуром нефтегазоносности.
Установлено, что геохимическое поле над месторождением нестационарное, т.е. изменяется как в пространстве так и во времени.
Анализ распределения аномальных участков по профилю Б-6 и Б-10 показал, что они группируются в зоны, которые характеризуют участки земной коры, и легко фиксируются аэрокосмическими методами:
1. Зоны- проводники ( I ), через которые осуществляется вещественные и энерго-информационный обмен залежи с поверхностью земли и атмосферой, в электрическом потенциале отражаются аномально-повышенными значениями напряжения и тока и аномально-пониженными значениями сопротивления пород;
2. Зоны-изоляторы (П) характеризуются аномально-высокими величинами сопротивления и пониженными значениями напряжения и тока;
3. Активные в неотектоническом плане участки (блоки) пород выделяются аномалиями в ряде показателей радиоактивных полей (Ш);
4. Наложение активных и проводящих, а также активных и изолирующих участков формируют зоны активных проводников (IУ) и активных изоляторов (У);
5. Аномалии геомагнитного поля в параметре магнитной восприимчивости пород могут быть приурочены к любому типу выделенных зон, но в большей степени они связаны с активными проводниками и активными изоляторами;
6. К некоторым проводникам и активным проводникам приурочены газовые аномалии, контрастность которых изменяется в зависимости от градиента интенсивности естественных полей Земли;
7. Зональность в структуре ряда параметров геофизических и геохимических полей связана с геологическим строением участка исследования и залежью нефти на глубине. Проводники и активные проводники приурочены к тектоническим нарушениям различной степени активности, а также контуру нефтегазоносности;
8. Над залежью нефти отмечаются аномалии углеводородных газов, имеющие следы в приповерхностных слоях атмосферы;

Таким образом, связанные с залежью нефти аномальные участки поверхности земли относительно легко могут фиксироваться с летательного аппарата:
- атмохимической метановой лазерной и радоновой съемкой комплексами типа АСМ-1 и ИРА-2;
- магниторазведкой на основе серийной аппаратуры;
- электроразведкой различных модификаций;
- гаммаспектрометрией на аппаратурных комплексах типа СКАТ-87;
- спектрозональной фитогеохимической съемкой типа “Фитон” с замером степени голубого сдвига в спектре хлорофилла в области 0,67-0,75 микрон;

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение (ГКМ) располагается в пределах северной прибортовой зоны Прикаспийской впадины. Размеры месторождения намного превышают глубину залегания скоплений углеводородов, из-за чего выделенные геохимические аномалии имеют зонально-кольцевую форму (вторичной проработке подвергаются только породы, залегающие в ослабленных участках над краевыми участками месторождения). По результатам дешифрирования космоснимков потемнение фототона соответствует газоносным участкам, посветление – газоводяному контакту и нефтяной оторочке.Это связано с тем, что повышенные значения газонасыщенности подпочвенных грунтов соответствуют пятнам потемнения фона и совпадают с аномалиями содержания халькофильных элементов в почвах и растениях (Zn, Pb, Ni, Co и др.) и максимальной активностью УВ окисляющих и сульфатредуцирующих бактерий.
Для выявления закономерностей проявления в нижних слоях атмосферы аномалий газообразных УВ нами изучена динамика геофизических и геохимических полей, определяемая как природной цикличностью (суточной и месячной) так и искусственным (вибрационным) воздействием на верхнюю часть литосферы [ 4 }. По профилю длиной около 30 км., пересекающему Оренбургское ГКМ вкрест простирания c севера на юг, были оборудованы 10 наблюдательных пунктов. На каждом из них были сделаны площадки для изучения над- и подпочвенной атмосферы, радиометрических, каппаметрических, гравимагнитометрических и электрометрических ис-следований. На пунктах 2 (законтурный) и 7 (внутриконтурный) были оборудованы участки диаметром 280 м. для изучения влияния искусственных вибросейсмических полей на естественные (геофизическое и геохимическое) поля.
Режимные исследования в течении нескольких суток (18 – 22 августа 1994г.) проводились через 2 часа по стандартной методике и включали замеры параметров газового, магнитного, гравитационного и электрического полей почвы и человека, а также содержаний радиоактивных (K, U(RA), Th), общей гамма-активности и магнитной восприимчивости почвенных и под-почвенных отложений. Изучение вариаций полей в течение месяца (14 августа – 18 сентября 1994 г.) включали ежедневные замеры этих параметров в одно и то же время суток на 10 пунктах наблюдения по профилю. Для детализации профиля проведено сгущение точек наблюдения с шагом 250 м (5 – 10 сентября 1994 г.). Всего сделано более 25 тыс. измерений. Результаты обработки и интерпретации материалов сводятся к следующим моментам.
1. В период с 18 по 22 августа 1994г. отмечается суточная изменчивость параметров газовых, гравитационных и магнитных полей Земли. Кривые зависимости величин параметров полей от времени суток имеют форму гауссоид с максимальными значениями в 18-20 ч. и минимальными – в 6ч. Отмечается прямая корреляция полей с температурой приповерхностных отложений. Суточная цикличность связана с вращением Земли вокруг своей оси.
2. В период с 16 августа по 18 сентября 1994 г. зафиксирована месячная изменчивость электрических, гравитационных и газовых полей Земли. Максимальные значения их параметров отмечены 21 и 27-28 августа, 8 и 18 сентября. Наблюдается прямая корреляция с данными вариаций астрогеофизических полей (центр прогнозов Минэкономики РФ). 27- дневная цикличность полей определяется вращением Луны вокруг Земли, 7-ми дневные циклы – с фазами Луны относительно Земли. Эта природная цикличность нарушается в момент прохождения Луной точки наибольшего ее сближения с Землей.
3. Отмечается влияние искусственных вибрационных полей на электрические (до 50 м.), магнитные (до 150 м.) и газовые (до 140 м.) поля Земли. Точки их резонансного взаимодействия фиксируются, соответственно, на расстояниях 30 м., 15 м. и 50 м.
Таким образом, в результате экспериментальных работ, еще раз подтверждено циклическое воздействие космогеофизических полей на электрические, магнитные, гравитационные и газовые поля Земли. В результате газового дыхания Земли углеводородные аномалии над месторождениями нефти и газа в средних широтах максимально проявляются летом в 18-20 ч. дня 4 раза в месяц во время полнолуния, новолуния, 1 четверти Луны и максимального сближения Земли и Луны. В остальное время – газовые аномалии в верхних слоях атмосферы теряют “корни” и быстро рассеиваются.
Из этого следует, что при поисках месторождений нефти и газа следует учитывать влияние природных циклов на динамику электрического, магнитного, гравитационного и газового полей, а аэрокосмические съемки необходимо проводить во время максимального проявления поисковых индикаторов. При детальных работах можно использовать искусственное вибрационное поле с одним или несколькими источниками возбуждения, что значительно расширяет временной диапазон поисковых работ.

Литература:

1. Геолого-геохимические условия формирования зон генерации и нефтегазонакопления на восточном и южном склонах Бузачинского поднятия.  Автореферат  канд. дисс., М., 1984. Автор: В.Д. Бугарь.
2. Использование технологии геохимических исследований при нефтегазопоисковых работах. Сборник “Вопросы технологии геохимических и геофизических исследований при геолого-разведочных работах и охране окружающей среды”, ВНИИгеоинформсистем, 1990. Авторы: В.Д. Бугарь,Г.А. Ермилова и др.
3. Разработать геохимические методы поисков месторождений нефти и га-за в ловушках выклинивающегося типа. Отчет ВНИИЯГГ, 1993. Авторы: В.Д. Бугарь, Б.Л. Цытович и др.
4. Разработать технологию прямых методов поисков залежей нефти и газа на основе комплексных геофизических и геохимических исследований с использованием вибросейсмического воздействия. Отчет ВНИИЯГГ, 1994. Авторы: В.Д. Бугарь, Ермилова Г.А.,  Л.И. Каплина и др.
5. Разработка геолого-геохимических критериев поиска нефтегазовых месторождений комплексом дистанционных и прямых геофизических и геохимических методов. Отчет ВНИИЯГГ, 1984. Авторы: Е.В. Стадник, В.Е. Динисенко и др.
6. Способ поиска геохимических аномалий. Патент на изобретение № 1831700, 1992. Авторы: В.Д. Бугарь, П.Д. Жуков и др.
7. Способ геохимического контроля за эксплуатацией нефтяного месторождения. Авторское свидетельство на изобретение №1795093, 1992. Авто-ры: В.Д. Бугарь, П.Д. Жуков и др.
8. Физико-химические основы прямых поисков залежей нефти и газа/ Под редакцией Е.В. Каруса. М.,1985.
9. Явление парагенезиса субвертикальных зон кольцеобразных геофизических и биогеохимических полей в осадочном чехле земной коры. Сб. “ Открытия в СССР”. М., ВНИИПИ, 1980.