Геохимические методы поисков

 

Геохимические методы позволяют выявить участки повышенной концентрации углеводородов в зем­ной коре. В ходе региональных исследований изуча­ют геохимическую обстановку перспек­тивных территорий или литолого-стратиграфических комплексов для оценки перспектив их нефтегазоносности. Детальные исследования проводят на конкретных площадях. К числу геохимических методов относят различные виды съёмок: гидрохимическую, газовую, бактериологическую, люминесцентно-битуминологическую. Все геохимические методы поисков основаны на предположении, что над нефтегазовыми залежами и вокруг них образуются ореолы рассеивания углеводородов (рис. 3.11).

 

 

Рис. 3.10. Построение структурной карты по кровле горизонта А

 

При гидрохимической съемке изучают минерализацию и состав подземных вод. Высокая минерализация вод, до 100–500 г солей на литр воды, малое количество ионов сульфатов (SO₄ ^2–), повышенные концентрации ионов аммония (NH₄⁺) и особенно присутствие хлористого аммония NH₄Cl, высокие концентрации иода, брома, бора и радиоактивных элементов, наличие в подземных водах углеводородных газов и особенно аренов – всё это благоприятные признаки для нахождения нефтегазовых залежей.

 

 

Рис. 3.11. Схема образования геохимической аномалии над антиклинальной складкой:

а – план; б – разрез; 1 – трещиноватый глинистый известняк; 2 – водоносные горизон­ты;

3 – нефтяная залежь; 4 –геохимическая аномалия; 5 – фоновые значения углеводородов;

6 – направление движения подземных вод

 

Газовая съёмка заключается в определении кон­центраций углеводородных газов, содержащихся в пробах горных пород, грунтовых вод и поч­венном воздухе. Любая нефтяная и газовая залежь выделяет поток углеводородов, проникающих (диффундирующих) через вышележащие породы. Современные газоанализаторы способны определять микроконцентрации газов с точностью до 10^–6 %. Результаты газовой съёмки определяют выбор участка для де­тальной разведки бурением.

В про­цессе бурения скважин для выявления продуктивных пластов проводят газовый каротаж.

В ходе бактериологической съёмки из поверхностных пород и почв отбирают пробы для выявления микроорганизмов, питающихся различными углеводородами. Газовая и бактериологическая съёмки взаимно дополняют друг друга, что обеспечивает реаль­ность планирования буровых работ на исследуемой площади.

С помощью люминесцентно-битуминологического анализа изучают ореолы рассеивания битумов в горных породах над нефтегазовыми залежами. Битумы светятся в ультрафиолетовом свете.

После осуществления комплекса геологических, геофизических и геохими­ческих исследований приступают к заключительному этапу поисковых работ – бурению глубоких поисковых скважин. Только притоки нефти и газа из скважин однозначно свидетельствуют о наличии залежи. Успешность бурения в значитель­ной степени зависит от качества предыдущих работ. В случае получения из поисковой скважины нефти и газа поисковые работы заканчиваются и начинаются раз­ведочные работы.

На площади последовательно бурят оконтуривающие и оценочные глубокие скважины для установления размера и контура залежи и контроля за ходом разведки месторождения. После бурения достаточного числа глубоких скважин период поисково-разведочных работ заканчивается. Составляют проект и начинают бурение эксплуатационных скважин внутри контура нефтегазоносности, через которые будут добывать нефть и газ из недр Земли.

 

7.4. Геологический разрез и стратиграфическая колонка

 

Геологическая карта дает наглядное представление о геологическом строении земной поверхности. Чтобы понять условия залегания пород на глубине, требуется тщательный анализ карты. Для облегчения чтения геологических карт они всегда в обязательном порядке снабжаются геологическими разрезами и стратиграфиче­скими колонками.

Геологический разрез представляет собой проекцию на вертикаль­ную плоскость граничных линий пород и разрывных нарушений, выполненную в определенном масштабе (рис. 7.10). Он дает наглядное представление об условиях залегания пород на глубине. При помощи разрезов можно изобразить форму залегания пород на глубине, углы падения пластов и их изменение с глубиной, истинные мощности пластов, типы тектонических нарушений, показать по­роды, которые в пределах изображенного участка не вы­ходят на поверхность и поэтому не получили отражения на карте. При построении разреза используют также данные по скважинам, пробуренным на участке.

Линия геологического разреза обозначается на карте. Затем вдоль намеченной линии разреза вычерчивают топографический профиль по высотным отметкам, определенным на карте. На концах разреза указывается графический вертикальный масштаб и буквенные обозначения положения разреза относительно сторон света. Разрез ориентируется таким образом, чтобы с левой стороны располагалась его юго-западная, западная или северо-западная части, а справа соответственно – северо-восточная, восточная, юго-восточная. Если разрез проходит точно по меридиану, то справа располагается северный конец разреза, а южный – слева.

Точки пересечения геологических границ пластов с линией разреза переносят на профиль и отмечают геологические границы. В пределах каждого слоя указывают соответствующие индексы. Геологический разрез обязательно подписывают с указанием численных масштабов – горизонтального и вертикального.

 

 

           Геологический разрез по линии I - I

             Масштабы: горизонтальный 1: 200000

                                     вертикальный 1: 50000

Рис. 7.10. Принцип построения геологического разреза по геологической карте:

Р₁ — нижний отдел пермской системы; С ₃ — верхний отдел   каменноугольной системы; С₂ — средний отдел каменноугольной системы; С₁ — нижний отдел каменноугольной системы

Если мощности пластов малы или углы падения пластов небольшие, всего несколько градусов, то геологическая структура на разрезе не будет выглядеть представительно. Поэтому вертикальный масштаб часто выбирают в несколько раз крупнее, чем горизонтальный (в 5 – 10 раз и более). Углы падения и мощности пластов на разрезах при этом увеличиваются, и структура становится нагляднее, но истинная картина залегания пород искажается. В нефтяной геологии всегда пользуются таким приемом при изображении нефте- и газонасыщенных пластов, так как их мощности могут быть всего лишь несколько метров, углы падения 1 – 2^о, а площадь распространения десятки и сотни квадратных километров.

Стратиграфическая колонка представляет собой графическое изображение последовательности залегания пород в нормальном, не нарушенном разрезе. В стратиграфической колонке условными знаками изображаются породы различного возраста и состава в той последовательности, в которой они залегают в пределах данного участка, независимо от того, имеют они сплошное распространение на данной территории или нет. Общая длина колонки не должна превышать 40 – 50 см. 

 

 

Рис. 3.4. Стратиграфическая колонка

 

Стратиграфическая колонка – основа геолого-технического наряда на бурение скважины.

 

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

 

Подземными водами называют все воды, заполняющие поры, трещины и пустоты в рыхлых и плотных горных породах. По происхождению подземные воды подразделяют на вадозные, (инфильтрационные), возникающие в результате просачивания с земной поверхности атмосферных осадков и конденсации паров атмосферного воз­духа в порах и трещинах горных пород в местах их выхода на поверхность; седиментогенные (возрожденные) – образовавшиеся при отжиме воды из осадка в процессе его превращения в уплот­ненную породу; ювенильные – за счет паров воды, выделив­шихся из подземных очагов расплавленной магмы. Главная роль в формировании подземных вод принадлежит вадозным водам.

В горных породах вода (кроме льда) может присутствовать в трех физических состояниях: в форме водяного пара, соб­ственно жидкой и поверхностно-связанной воды.

Пары воды всегда содержатся в воздухе, заполняющем не занятые водой поры или трещины горных пород. В зависимости от конкретных условий пары воды то конденсируются в жидкую воду, то вновь образуются при ее испарении. Иногда в пусты­нях конденсация водяных паров из воздуха приводит к форми­рованию приповерхностных подземных вод, в вулканических областях – к образованию подземных резервуаров перегретого воздуха.

Собственно жидкая вода заполняет сравнительно большие поры, пустоты и трещины в горных породах и играет основную роль в формировании подземных вод. В своем движении она подчиняется силе тяжести, поэтому ее еще называют свободная, или гравитационная вода. Поверхностно-связанная, или сорбированная, вода удерживается на поверхности горных пород си­лами молекулярного притяжения.

Водопроницаемость, т. е. способность горной породы пропускать воду по порам и трещинам, имеет большое значение в формировании подземных вод. Все горные породы подразде­ляются на водопроницаемые, или водоносные (рыхлые, пори­стые, трещиноватые), и водоупорные (массивные скальные по­роды, глины). Водопроницаемость определяется не суммарным объемом пор в породе, а их формой и размерами, которые должны обеспечить свободное передвижение воды. Например, пористость глин 50–60%, однако они не водопроницаемы, так как поры их чрезвычайно тонки и вода не может перемещаться в них под влиянием силы тяжести. Галечники и крупнозер­нистые пески с пористостью 20% обладают наибольшей водопрони­цаемостью. Для оценки последней, кроме характера пористости, имеет значение и напор, при котором фильтруется вода. Поэтому для сравнительной характеристики водопроницаемости горных пород введено понятие коэффициента водопроницае­мости, или коэффициента фильтрации (измеряется в метрах в сутки), который характеризует скорость фильтрации воды через данную породу при определенном напоре. Коэффициент фильтрации глин составляет 0,001 м/сут, песков мелкозернистых 1–5 м/сут, среднезернистых 5–15 м/сут, крупнозернистых 15–50 м/сут, галечников 100–200 м/сут.

Влагоемкость – это способность горных пород погло­щать и удерживать в себе то или иное количество воды. Боль­шинство глин имеют очень большую влагоемкость (1м³ погло­щает до 525 л) и ничтожную водоотдачу. При намокании водоупорные свойства глин усиливаются. Максимальной водоотдачей обладают крупнообломочные осадки, сильно пористые и сильно трещиноватые породы.

 

     8.1. ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО УСЛОВИЯМ ЗАЛЕГАНИЯ

 

Воды атмосферных осадков, попадая в горные породы, движутся сверху вниз, постепенно заполняя поры в водопроницаемых породах. Накапливаясь над водоупор­ными породами, они образуют постоянные скопления, изолиро­ванные друг от друга и называемые водоносными гори­зонтами.

По условиям залегания различают несколько типов подзем­ных вод: почвенные, верховодка, грунтовые, карстовые, трещинные, межпла­стовые (безнапорные и артезианские).

Почвенные воды приурочены к почвенному слою на поверхности земли. Вода заполняет волосяные или капиллярные поры, трещинки и удерживается от просачивания на глубину силами поверхностного натя­жения.

Верховодка – перио­дически существующие (во время обильных осадков или таяния снегов) подземные воды, залегающие вблизи поверхности в виде линз над от­носительно водоупорными про­слоями.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного го­ризонта, залегающего на пер­вом водонепроницаемом слое, называемом водоупором. Сверху грунтовые воды не перекрыты сплошь водо­упорными породами и пита­ются непосредственно атмо­сферными осадками. Их верх­ним ограничением служит соб­ственная поверхность, назы­ваемая зеркалом грунто­вых вод.

Грунтовые воды используют для питьевых целей и хозяйственных нужд. На рисунке 8.1 показана скважина, из которой производят откачку воды. При этом уровень понижается, и в прискважинной зоне развивается депрессионная воронка. Если откачка осуществляется водозабором из многих скважин, радиусы депрессионных воронок перекрывают друг друга, дебиты скважин уменьшаются, и водоносный пласт истощается. Для наблюдения за положением зеркала грунтовых вод бурят специальные наблюдательные скважины. Не допустить истощения горизонтов подземных вод – важная задача.

Карстовые воды приурочены к пустотам и тре­щинам известняковых массивов. Их часто назы­вают трещинно-карстовыми водами, и они могут вымывать в известняках громадные полости длиной сотни метров и высотой до 90 м (Мамонтова пещера в США). Известны карстовые поля, протяженность ходов в которых составляет десятки километров, а глубина пещер достигает 1,5 км.

Трещинные воды, циркулируя по сложной сети трещин в массивах магматических и метаморфических пород, как пра­вило, не образуют обособленных водоносных горизонтов. В зо­нах тектонического дробления они могут проникать на большую глубину.

 

 

 

Рис. 8.1. Схема депрессионной воронки в зеркале грунтовых вод

 

 

Подземные воды, поступающие в тре­щины горных пород с больших глубин, очень часто несут с со­бой в растворенном состоянии соли различных металлов. С уменьшением глубины и температуры вод происходит осажде­ние солей и возникновение гидротермальных месторождений се­ребра, золота, свинца, меди, цинка и др.

 Межпластовые (пластовые) воды залегают ниже горизонта грунтовых вод, между водоупорными пластами. Раз­личают безнапорные и напорные (артезианские) пластовые воды. Область распространения одного или нескольких напор­ных горизонтов называется артезианским бассейном (рис. 8.2). В зависимости от напора вод любая точка артезианского бас­сейна характеризуется гидростатическим давлением и пьезомет­рическим уровнем. Пьезометрическим уровнем называется уровень воды, который устанавливается в скважине после вскрытия водоносного горизонта. Гидростатическим

давлением называется давление столба жидкости между пьезометрическим уровнем и кровлей водонос­ного горизонта.

     В районах развития многолетней мерзлоты на глубине встречаются мощные непроницаемые прослои мерзлых пород, являющиеся водоупорами. Между ними располагаются переохлажденные межмерзлотные воды, которые могут приобретать местный напор, хотя по сути эти воды – грунтовые.

 

 

 

Рис. 8.2. Схема строения артезианского бассейна

1 – водонепроницаемые породы; 2 – водопроницаемые пласты с напорной водой; 3 –фонтанирующие скважины;

4 – направление стока подземных вод