Обґрунтування основних параметрів польових геофізичних спостережень (на прикладі граві- і магнітної розвідки антиклінальних структур)

 

4.1 Мета і завдання роботи

 

Метою роботи є оволодіння студентами методами обґрунтування ефективності застосування геофізичних методів для вирішення геологічних завдань та порядком визначення параметрів польових геофізичних спостережень.

Завданням є обґрунтування геофізичних методів на прикладі гравірозвідки і магніторозвідки, а також розрахунок масштабу і точності польових геофізичних спостережень, за параметрами очікуваних геофізичних аномалій, теоретично обчислених за допомогою комп’ютерних технологій.

 

4.2 Порядок виконання роботи

 

4.2.1 У проекті геофізичних робіт передбачено обґрунтування ефективності кожного з комплексу геофізичних методів, які пропонуються для рішення геологічних задач, та обґрунтування методики польових геофізичних спостережень. Обґрунтування виконується з огляду на поставлені геологічні завдання і геолого-геофізичну ситуацію по площі досліджень. Якість обґрунтування залежить від досвіду досліджень на площах з подібною геологічною будовою та від уміння виконувати комп’ютерний розрахунок геофізичних аномалій для ймовірних моделей пошукових об’єктів. Якщо інтенсивність теоретично розрахованих очікуваних аномалій геофізичного поля перевищує потрійну можливу точність спостережень (у даних топографічних умовах), то відповідний геофізичний метод можна застосувати для вирішення геологічних завдань. Наступним кроком є розрахунок проектної точності польових геофізичних спостережень за інтенсивністю теоретичних аномалій. Правила визначення основних параметрів польових спостережень описано в додатку 4.5.2.

4.2.2 На геологічному розрізі (попередня лабораторна робота) виділити об’єкт типу антиклінальної структури, що перспективний на поклади газу або нафти.

4.2.3 Визначити параметри антиклінальної структури (глибину залягання основи, амплітуду, кути, простягання та значення густини і намагніченості) – рис. 4.1, 4.2.

4.2.4 Вивчити теорію рішення прямих задач граві- магніторозвідки для антиклінальних структур (додаток 4.5.1). Створити комп’ютерні програми рішення прямих задач гравірозвідки і магніторозвідки для антиклінальних структур, наприклад, в середовищі редактора Mathcad.

4.2.5 Розрахувати теоретичні аномалії для перспективних структур (рішити прямі задачі граві- і магніторозвідки для антиклінальної структури, яка з задовільною точністю описує виділену у розрізі перспективну структуру).

4.2.6 Обґрунтувати геофізичні методи розвідки на основі порівняння параметрів теоретичних аномалій з можливою точністю спостережень відповідних фізичних полів.

4.2.7 Обґрунтувати основні параметри методики польових спостережень (масштаб і точність) за параметрами теоретичних аномалій за правилами, які надано у додатку 4.5.2.

4.2.8 За матеріалами посібника [10] або інструкціями з гравірозвідки і магніторозвідки уточнити (узгодити) розраховані параметри та доповнити їх табличними щодо вимог до проекту польових геофізичних робіт.

4.2.9 Оцінити максимально можливу глибину пошуку структур таких параметрів. Обґрунтування виконати за даними зворотного моделювання методом підбору: підібрати таку гіпотетичну глибину залягання структури, при якій амплітуда аномалії буде лише у три рази перевищувати можливу точність геофізичних спостережень.

4.2.10 Визначити мінімальні розміри площі досліджень за даними про можливі максимальні глибини залягання і максимальні розміри пошукових (розвідувальних) об’єктів. Площа робіт повинна перевищувати потрійну максимальну глибину досліджень та у десятеро (і більше) перевищувати можливі розміри пошукових локальних об’єктів.

 

4.3 Звітні матеріали

 

4.3.1 Модель геологічного розрізу.

4.3.2 Параметри обраних перспективних структур по розрізу.

4.3.3 Комп’ютерна програма рішення прямих задач гравірозвідки і магніторозвідки для антиклінальних структур.

4.3.4 Результати рішення прямих задач гравірозвідки і магніторозвідки: графіки теоретичних аномалій гравітаційного поля Dg та магнітного поля DT. Під графіками полів надати розріз структур з позначенням їх параметрів.

4.3.5 Усі модельні побудови та графіки аномалій повинні бути не менше формату А5.

4.3.6 Розраховані основні параметри польових магнітометричних і гравіметричних спостережень (масштаб та точність).

4.3.7 Уточнені та доповнені (за інструктивними матеріалами) параметри польових спостережень.

4.3.8 Максимальні глибини пошуку структур, заданих параметрів, за допомогою геофізичних методів.

4.3.9 Розміри площі геофізичних досліджень.

4.3.10 Висновки щодо можливості пошуку або розвідки геологічних структур за допомогою геофізичних методів.

 

4.4 Питання для самоперевірки

 

4.4.1 Методика обґрунтування геофізичних методів розвідки з використанням комп’ютерного моделювання геофізичних полів.

4.4.2 Методика обґрунтування масштабу і точності польових геофізичних спостережень за результатами моделювання геофізичних полів.

4.4.3 Одиниці виміру геофізичних полів та фізичних властивостей гірських порід, які є джерелами цих полів, у системах СІ та СГС.

4.4.4 Оцінка розмірів площі геофізичних досліджень.

 

4.5 Теоретичні додатки

4.5.1 Моделі і формули для рішення прямих задач.

Гравітаційна аномалія антиклінальної структури (рисунок 4.1) розраховується за формулою [10]:

 

Рисунок. 4.1 Модель антиклінальної структури

(4.1)

,

де f = 6,673·10^-11 м³/(кг×с²) – гравітаційна стала;

c=tg(a);

- довжина основи структури;

s_a = s^st – s⁰,

де s^st – густина порід структури, 10³ кг/м³;

s⁰ – густина порід над структурою.

У моделі антиклінальної структури значення кута виходу поверхні структури з її основи має бути у межах:

0.75×(H-a)/x < tga < 1.25×(H-a)/x,

де H – глибина залягання основи структури,

а – глибина залягання її склепіння.

Аномалії поля сили тяжіння розраховуються у м/с² .

У випадку структур зі складною формою, коли в моделі необхідно, наприклад, передбачити ВНК та ГНК, пряму задачу можна рішити для комбінації цих тіл. Так само, якщо форма структури ближче до усіченої антиклінальної структури (структура з обрізаною частиною склепіння), то поле такої структури можна описати різницею: поле повної структури мінус поле малої структури, яка є зрізаною верхньою частиною склепіння.

Аномалії магнітного поля антиклінальної структури наближено розраховуються за формулами для комбінації двох пластів, симетрично нахилених відносно початку координат (рисунок 4.2) [12]:

Рисунок 4.2 Модель антиклінальної структури

×10²;

×10²; (4.2)

×10²;

де Dh = H–a; h=a;

J_a = J_z^st – J_z⁰; J_z^st – намагніченість порід структури, в а/м;

J_z⁰ – намагніченість порід над структурою;

простягання крил складки по падінню дуже велике.

Більш точне представлення антиклінальної структури досягається доповненням формул (4.2), за яким буде враховано обмеженість крил по падінню, для чого потрібно скористатися формулами (23.19, 23.20; [12]), у яких передбачити зміщення відносно початку координат додаткових нахилених пластів (з намагніченістю –J_z^st) по осі Х на величину ±x (див. рис. 4.1), а по осі Z – на глибину залягання основи структури, тобто їх верхня кромка повинна бути на глибині h=H.

Для магнітної складної моделі антиклінальної структури, у якій є ВНК і ГНК, застосувати формули (4.2) проблематично. Тут можна скористатися формулами для нахилених уступів, комбінацією яких можна описати складну структуру. Зауважимо, що цей спосіб є універсальним, тобто підходить і для гравітаційного моделювання.

Візьмемо невелику кількість уступів; нехай їх буде шість (рисунок 4.3).

 

 

Рисунок 4.3 Модель складної антиклінальної структури

Формула для розрахунку магнітного поля для першого уступу:

;

де x1=x–xD+x1; n1=(2p–a)– j; a1=(z2–z1)/tan(2p–a); j=p/2;

. (4.3)

Для другого уступу:

;

де x2=x–xD–x1; n2=a– j; a2=(z2–z1)/tan(a).

. (4.4)

Формули для інших уступів (третього¸шостого) можна записати аналогічним чином.

Аномалія магнітного поля для антиклінальної структури, яку представлено комбінацією шести уступів (рисунок 4.3):

DHa=DH1–DH2+DH3–DH4+DH5–DH6;

DZa=DZ1–DZ2+DZ3–DZ4+DZ5–DZ6; (4.5)

За формулами (4.2) і (4.5) визначено магнітне поле за умов, що намагніченість вертикальна (J=J_z, тобто j=p/2) та без впливу напрямку вектору нормального магнітного поля. Магнітне поле розраховується у нТл.

4.5.2 Графічний спосіб оцінки параметрів польових спостережень на прикладі магніторозвідки.

Для пошуку геологічних утворень відстань між пікетами спостережень по профілю має бути такою, щоб у межах простягання аномалій L (інтервал, де їх інтенсивність більше за півмаксимум аномалій – рисунок 4.4), було б не менше 3¸5 пікетів; а точність спостережень: e £ Z_max´(1/3¸1/5). Для цих оцінок обирають теоретично розраховані аномалії від пошукових утворень, які залягають на ймовірно максимальних глибинах і які мінімальні за своїми параметрами. Для розвідки геологічних структур масштаб досліджень має бути більш крупним (кількість пікетів k ³ 10¸20), також і точність: e £ Z_max´(1/10¸1/30). При дослідженні нафтогазоперспективних структур масштаб і точність гравітаційної зйомки, як правило, не перевищують 1:10000 і 0.1×10^-5 м/с², магнітної - 1:5000, 2¸4 нТл відповідно.

При виконанні лабораторної обираємо проектну точність спостережень e та відстань між пікетами (проектний масштаб) Dx £ L/k обирають у залежності від конкретних геологічних завдань та уточнюються за таблицями стандартних параметрів польових спостережень [10]. Так, якщо за розрахунками Dx=110 м, то до проекту беруть Dx=100 м, а масштаб – 1:10000. Розміри площі (профілю) досліджень повинні перевищувати передбачувані розміри розвідувальних об’єктів у 10 і більше разів, глибини їх залягання – у 3÷5 разів і більше.

 

 

-x_mix -x₀ x₀ +x_mix х

 

-x_1/2 x_max +x_1/2

 

 

Рисунок 4.4 – Характерні точки на прикладі аномалії магнітного поля Z

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5