Проведение магниторазведки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦIОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ IM. I.I. МЕЧНИКОВА

Реферат

Тема: Проведение магниторазведки

Составил: студент 2 курса

Кара Валентин

Принял: доц. Кадурин В.М.

Одесса-2015



Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДИКА МИКРОМАГНИТНЫХ СЪЁМОК

1.1 Масштабы микромагнитной съёмки для стадий геологоразведочных работ

1.2 Методика аэромагниторазведочных работ

1.3 Методика наземных микромагнитных работ

1.4 Вариации магнитного поля и промышленные помехи

2.МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ГАЗА И ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ

2.1 Магнитная восприимчивость нефти, газа и коллекторов

2.2 Влияние миграции углеводородов на магнитную восприимчивость вмещающих пород

3. НЕКОТОРЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ АНОМАЛИЙ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ

3.1 Способы разделения аномалий магнитных полей

3.2 Виды трансформаций магнитных полей

4.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ МИКРОМАГНИТОРАЗВЕДКИ

4.1 Интерпретация данных микромагнитных исследований при изучении аномального эффекта от кристаллического фундамента

4.2 Интерпретация данных микромагнитных исследований при изучении аномальных эффектов от осадочной толщи

4.3 Эффективность применения микромагнитных исследований при поисках залежей углеводородов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Геофизические исследования на нефть и газ являются частью общего комплекса геологоразведочных работ, которые ведутся от начала изучения геологического строения территории до картирования распространения зон нефте- и газоносности и подготовки выявленных структур к разведочному бурению. Выполняются они и на стадии эксплуатации месторождения.

В настоящее время при поисках месторождений углеводородов в основном используются сейсмические методы, однако практика показывает, что эффективность поисков нефтеперспективных структур ресурсами одной только сейсморазведки во многих районах оказывается весьма ограниченной, что требует привлечения других геофизических методов, в частности, магнитных. Во время ранних нефтегазопоисковых работ первым примененным геофизическим методом была наземная магниторазведка, которой к тому времени было найдено применение в геологии. Первый опыт её успешного использования для изучения структурных особенностей осадочного чехла был использован в районах, где уже велось промышленное освоение нефтяных и газовых месторождений в конце 20-х - начале 30-х гг. прошлого столетия - в районе Днепрово-Донецкой и Каспийской впадины, Тимано-Печорской провинции. Вай-Вожское месторождение в Тимано-Печорской провинции было подготовлено к глубокому бурению в 1934 г. по материалам магнитной съемки (А. Я. Кремс, 1964)[1]. В последующие годы наземные магнитные исследования проводились практически повсеместно. В республике Башкирия по материалам таких съёмок в наземном варианте в те же годы была поставлена в пределах Южно-Татарского свода, где было открыто крупное Ромашкинское месторождение нефти.

Тем не менее, возможности магниторазведки при поиске месторождений нефти и газа были ограничены, и решаемые задачи сводились к изучению региональных особенностей геологического строения территорий, исследованию структуры и вещественного состава кристаллического фундамента молодых и древних платформ и решению общих задач геокартирования. Осадочный чехол из-за очень слабых магнитных свойств пород, как правило, исключался из объектов исследования. Это было связано с тем, что технические возможности приборов не позволяли выделять слабоинтенсивные аномалии. С появлением квантовых магнитометров стало возможно проводить высокоточные (микромагнитные) исследования. Целью высокоточной магниторазведки является обнаружение и изучение слабомагнитных геологических сред, вызывающих аномалии интенсивностью 1 - 30 нТл. [2].

Важное преимущество микромагнитных съемок протонными и квантовыми магнитометрами заключается в возможности измерения значений магнитного поля в абсолютном уровне. Это облегчает увязку съёмок прошлых лет, упрощает обработку материалов и построение сводных карт магнитного поля. Большое быстродействие приборов, простота их подготовки к измерениям, высокий уровень автоматизации процесса и регистрации информации и высокая точность измерений увеличило производительность магниторазведочных работ в 2-3 раза.

Целью данного реферата являлось краткое изложение проблемы микромагнитных исследований при поиске месторождений углеводородов. В процессе работы были собраны данные книг, пособий, статей, которые впоследствии были проанализированы и обобщены. Были рассмотрены особенности методики микромагнитных исследований, магнитные свойства нефти, газа и пород-коллекторов, способы обработки данных, их интерпретации и представления результатов, примеры использования высокоточной магниторазведки на реальных месторождениях, и на основании этого сделаны выводы об особенностях магнитных аномалий, приуроченных к залежам углеводородов.

1. МЕТОДИКА МИКРОМАГНИТНЫХ СЪЁМОК

Накопленный опыт магниторазведки с использованием приборов различного класса позволяет разделить все магнитные съемки на четыре основные группы [2]:

1. пониженной точности сильно магнитных объектов (средняя квадратичная погрешность съёмки 15 нТл и более);

2. средней точности умеренно магнитных объектов (средняя квадратическая погрешность 5-15 нТл);

3. высокой точности слабомагнитных объектов (средняя квадратическая погрешность съемки 5 нТл и менее);

4. особо точные съемки слабомагнитных объектов (средняя квадратическая погрешность 0,2 - 1,0 нТл).

Появление высокоточных протонных и квантовых магнитометров не только увеличить точность измерений и достоверность геологических построений, но и увеличить разрешающую способность магниторазведки. Это позволило решать новые геологические задачи, в том числе и картирование нефте- и газоперспективных площадей. Однако необходимо учитывать, что при проведении микромагнитных исследований значительно возрастает влияние таких факторов, как рельеф местности, вариации магнитного поля и промышленные помехи, которое необходимо учитывать.

Основными видами высокоточной магниторазведки являются аэромагнитные и наземные съёмки.

1.1 Масштабы микромагнитной съёмки для стадий геологоразведочных работ

Высокоточные магнитные съёмки применяются на всех стадиях геологических работ, начиная со стадии региональных работ вплоть до стадии картирования структур эксплуатируемого месторождения.

Перед микромагнитными исследованиями в нефтеперспективных районах стоят следующие геологические задачи:

1. изучение состава и структуры складчатого основания (фундамента), сложенного магнитными и слабомагнитными образованиями; картирование слабопроявленных в магнитном поле разрывных и пликативных структур основания;

2. определение глубины залегания и рельефа поверхности слабомагнитного фундамента и на этой основе выделение унаследованных структур осадочного покрова;

3. картирование структур различных типов в слабомагнитной толще осадочного чехла;

4. выявление в осадочной толще слабопроявленных в магнитном поле тектонических нарушений, в том числе и нефтеперспективных тектонических ловушек.

На стадии региональных работ высокоточная магниторазведка включается в состав комплексов опережающих геофизических работ при среднемасштабном (1:200 000 - 1:100 000) и крупномасштабном картировании. Это преимущественно аэромагнитные съёмки.

На стадии поисковых работ высокоточная магниторазведка находит применение на всех её подстадиях - специализированных поисков, детальных поисков и поисково-оценочных работ. Масштаб аэромагнитных съёмок составляет 1:50 000 в закрытой и 1:25 000 в сравнительно открытой местности. На подстадии детальных поисков и поисково-оценочных работ применяется преимущественно наземная магнитная съёмка масштабом 1:10 000 - 1:5000.

Масштаб разведочных магнитных съёмок преимущественно 1:5000 - 1:2000 при предварительной разведке; 1:2000 - 1:1000 при детальной разведке.



1.2 Методика аэромагниторазведочных работ

магнитный геологоразведочный порода аномалия

Высокоточные аэромагнитные исследования в настоящее время являются самым распространенным методом магниторазведки при изучении нефтеперспективных территорий, так как они позволяют за малое время покрыть значительную территорию, а современная аппаратура позволяет проводить измерения с достаточной точностью. Часто аэромагнитные исследования комплексируются с аэрогамма-спектрометрией и аэроэлектроразведкой.

Аэромагнитные съёмки ведутся преимущественно с борта самолета при скорости полета 170 - 180 км/ч. Рабочие маршруты задаются вкрест предполагаемого простирания основных структур. Расстояния между рядовыми маршрутами для масштаба 1:200 000 выбираются 2 км, 1:50 000 - 500 м, 1:25 000 - 250 м и 1:10 000 - 100 м. Плановая привязка профилей осуществляется при помощи фотопривязки или радиогеодезической привязки. Высотная привязка осуществляется при помощи радио- и барометрических высотомеров.

Протяжённость маршрутов зависит от многих факторов: стадии и масштаба работ, размеров площади, дневного ресурса самолета или вертолета, дальности полёта, наличия ориентиров на местности. Примерная длина маршрутов при съёмках масштаба 1: 200 000 составляет 50 -75 км, масштаба 1:50 000 - 10 -50 км, масштаба 1:25 000 - 1:10 000 - 25 - 40 км.

Высота полётов аэромагнитной съёмки выбирается с учётом масштаба работ и маршрутного расстояния, рельефа местности, размеров и интенсивности аномалий. Высота полётов при съёмках масштаба 1:200 000 составляет 100 - 200 м, масштаба 1:50 000 - 50 - 70 м и масштаба 1:25 000 - 1:10 000 - 40 ? 60 м.

Для контроля за работой аэромагнитометров, увязки маршрутов и определения средней квадратической погрешности наблюдений при высокоточных магнитных съёмках выполняются секущие маршруты через 5 - 10 км. Погрешность съёмок с современными квантовыми аэромагнитометрами составляет (0,5 - 1) нТл, с протонными (2 - 3) нТл. При аэросъёмках необходим учёт суточного хода и короткопериодных вариаций магнитного поля.

Аэросъёмки дополняются наземными детализационными работами, в процессе которых уточняется положение и строение перспективных аномалий, выясняется их геологическая природа.

1.3 Методика наземных микромагнитных работ

Наземные высокоточные магниторазведочные работы проводятся тогда, когда проведение аэромагнитной съёмки затруднено или не оправдано экономически. Повышенная разрешающая способность наземной детальной магниторазведки основывается на [2]:

1. высокой точности измерений магнитного поля;

2. выделении локальной составляющей магнитного поля и проявленных флуктуаций, обусловленных геологическими причинами;

3. использовании специфических методических приёмов, позволяющих измерять вертикальные и горизонтальные градиенты поля, изменять рабочую высоту наблюдений и подавлять или ослаблять влияние поверхностных магнитных неоднородностей;

4. выполнении наблюдений по густой сети пунктов при максимально детальном шаге наблюдений без существенной потери производительности работ;

5. расширенном применении микромагнитных съёмок для исследования микроструктуры магнитного поля и изучения отражающихся в них элементов геологического строения;

6. реализации повышенных требований к плановой и высотной привязкам точек наблюдений.

Как и в случае магниторазведочных работ низкой и средней точности, для микромагнитных исследований необходимо создание опорной сети для контроля работы магнитометров и для увязки всей системы профилей. Однако в данном случае опорная сеть не может быть использована для учёта вариаций геомагнитного поля, т. к. помимо учёта суточного хода вариаций требуется введение поправок за короткопериодные колебания.

При создании опорной сети наблюдения выполняются по замкнутым полигонам при однократном обходе с обязательным измерением вариаций. Пункты опорной сети рекомендуется располагать в точках, где поле характеризуется минимальными градиентами (до 3 нТл/м). Для наблюдений на опорной сети выбирается прибор с наилучшими техническими характеристиками.

Требования к наблюдениям на точках опорной сети при высокоточных съёмках должны быть более высокими, чем при развитии опорной сети для съёмок средней и пониженной точности. Они включают строгую синхронизацию во времени полевого магнитометра и магнитно-вариационной станции (МВС), соблюдение постоянной высоты наблюдений на всех точках опорной сети, отсутствие всякого рода помех.

Проверка работы магнитометров осуществляется на эталонном профиле протяженностью 200 - 300 м, расположенном в спокойном поле и по простиранию совпадающем с рабочими профилями. На этом профиле определяются расхождения ?Т в уровнях определения магнитного поля Т разными магнитометрами.

Рядовая сеть наблюдений при микромагнитных съёмках выбирается с учётом размеров и интенсивности магнитных аномалий, а также небольших флуктуаций магнитного поля, отвечающих локальным элементам геологического строения. Интенсивность их может составлять от 2 до 30 нТл, а ширина от 1 до 100 м. При выборе сети также учитывается отношение ожидаемой аномалии к уровню помех, а также проявление некоторых элементов геологического строения в магнитном поле не в виде чётко выраженных аномалий, а по неоднородностям поля, оцениваемым с помощью статистических характеристик.

В зависимости от масштаба микромагнитных съёмок выбираются соответствующие шаг наблюдения и расстояние между профилями (табл. 1)

При детализации аномалий число профилей обычно удваивается, и шаг наблюдений увеличивается. В среднем погрешность микромагнитной съёмки составляет 2-5 нТл, при проведении особо точных съёмок добиваются погрешности 0,2 - 1 нТл.

Одной из особенностей методики наземных микромагнитных съёмок являются высокие требования к выбору оптимальной высоты наблюдений и их выполнение строго на данной высоте. Это связано с тем, что при микромагнитной съёмке значительно возрастает влияние приповерхностных источников аномалии, таких как почвенные образования и техногенные объекты (рис. 1).

Таблица 1

Соотношение между масштабом, шагом наблюдений и расстоянием между профилями при высокоточных магнитных съёмках.

Исследования, масштабсъёмки	Расстояние между профилями а, м	Расстояние между точками наблюдений l, м	Отношение а к l
Детальные поисковые и поисково-оценочные
1:10 000	100	10-20	(1:10)-(1:5)
1:5 000	50	5-20	(1:10)-(1:2,5)
Разведочные
1:2 000	20	5-10	(1:4)-(1:2)
1:1 000	10	2-5	(1:5)-(1:2)



Рис. 1. Примеры уменьшения амплитуд аномалий-помех ?Т_а, обусловленных влиянием неоднородностей почвенного слоя при увеличении высоты регистрации h₀ на 0,2 м (а), 1 м (б) и 2 м (в) (участок Гремихинского месторождения нефти, Удмуртия) [2]

На трёх фрагментах карты изодинам для различных высот расположения датчика видно, что при увеличении расстояния между датчиком и дневной поверхностью резко снижается интенсивность локальных аномалий, исключаются области высокого градиента, магнитное поле приобретает более спокойный характер. На третьем фрагменте (в) зафиксированные аномалии отвечают уже более глубинным структурам, не связанным с почвенными объектами. Ширина приповерхностных неоднородностей в большинстве случаев составляет 1 - 5 м. Аномальные эффекты от поверхностных неоднородностей почти полностью затухают на высоте 2 ? 3 м при вертикальном градиенте поля до 50 - 100 нТл. В таких условиях отклонение высоты на 5 - 10 см приводит к погрешностям измерений до 5 - 10 нТл, что при микромагнитных исследованиях недопустимо. При съёмке в условиях слабомагнитных поверхностных неоднородностей высота измерений должна находиться на уровне не менее 2 м.



1.4 Вариации магнитного поля и промышленные помехи

Вариации магнитного поля

Изучение слабомагнитных геологических сред, создающих аномалии интенсивностью 5 - 20 нТл высокоточными магнитными съёмками предусматривает обязательный учёт длиннопериодных и короткопериодных вариаций геомагнитного поля. Различаются следующие виды вариаций:

· вековые (периодичностью 500 - 800 лет);

· периодические возмущения: одиннадцатилетние, годовые, солнцесуточные, лунносуточные с суммарной амплитудой до 100 нТл и более;

· апериодические возмущения - магнитные бури продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток и амплитудой от сотен до (5-10)*10^-9 Тл;

· квазисинусоидальные и неправильной формы короткопериодные колебания с периодичностью от долей секунды до 2 - 10 мин и амплитудой до 2 - 5 нТл;

· нерегулярные короткопериодные колебания затухающей амплитудой до 1 нТл продолжительностью от нескольких минут до получаса;

· бухтообразные вариации продолжительностью от 10 - 15 мин до 1 ч и амплитудой от 30 до 200 нТл.

При проведении микромагнитных исследований большее значение имеют именно короткопериодические колебания. Также важным вопросом является выявление закономерностей пространственного проявления вариаций, от решения которого зависит определение дальности действия магнитовариационной станции [2]. Работами Ю. С. Глебовского, Г. С. Васюточкина, А. Н. Минина, В. П. Пака, В. П. Трипольского и др. установлено, что идентичность вариаций на расстояниях до 100 км отмечается в основном за счёт короткопериодных колебаний. Погрешность за длиннопериодный ход вариаций в средних широтах в большинстве случаев не превышает 1 нТл, а при расстояниях между станциями до 50 км эта погрешность не превышает 0,5 нТл. Пример таких синхронных записей при расстоянии между магнитовариационными станциями 100 км приведен на рис. 2.

Рис. 2. Синхронная запись вариаций геомагнитного поля при расстоянии между магнитовариационными станциями 100 км[2]

На рисунке представлено два графика записи вариаций для каждой магнитовариационной станции. По ним видно, что в течение двух часов разница в значениях составляет 1,5 - 2 нТл. Исходя их этого, можно заключить, что расположение магнитовариационной станции от участков съёмок не должно превышать 100 км при погрешности съёмки (2 - 5) нТл и 50 км при погрешности (1 - 2) нТл. Выполнение особо точных исследований требует расположения магнитовариационной станции в пределах участка работ. Погрешность самой станции при этом во всех случаях должна быть не ниже 0,1 нТл.

Промышеленные помехи

Повышение точности магнитных съёмок не только позволило расширить спектр задач, решаемых магниторазведкой при поисках нефте- и газоперспективных площадей, но и привело к необходимости более тщательно учитывать искажения магнитного поля различного рода промышленными помехами, которые подразделяются на помехи постоянного и переменного типов.

Помехи постоянного типа возникают при работах вблизи железных дорог, газопроводов, буровых вышек, обсадных труб и других железных конструкций. Влияние помех такого типа определяется размерами и намагничением объектов. Радиус действия обычно составляет первые десятки метров, но может достигать сотен метров и более; амплитуда аномалий от (10 - 100 нТл) до 1000 нТл и более.

На участках, пересечённых железными дорогами, наблюдаются аномалии магнитного поля, достигающие 1000 - 3000 нТл и более. По профилям, проложенным вкрест полотна железной дороги на расстоянии 10 - 15 м от него возмущения составляют 30 - 50 нТл, а на самом полотне возрастают до 3000 нТл.

Аномалиями значительной интенсивности и отрицательного знака отличаются обсадные трубы скважин. При этом диаметр аномальной зоны не превышает 10 - 15 м, интенсивность же самой аномалии составляет 500 - 2000 нТл. Отличительным признаком такого рода является значительный вертикальный градиент поля, характеризующий быстрое затухание аномалий с высотой.

На результаты микромагнитных исследований существенное влияние оказывают находящиеся в почве металлические предметы. Обычно возмущения над ними носят локальный характер и быстро затухают с высотой расположения датчика. На высоте 2 м их интенсивность не превышает 1 - 3 нТл, ширина аномалий составляет не более 1 - 2 м. Даже при детальных магнитных съёмках они вызывают одиночные всплески поля на одном-двух пунктах профиля наблюдений, быстро затухающие при увеличении высоты расположения датчика. Практика высокоточных съёмок показывает, что для исключения влияния помех датчик необходимо располагать на высоте не менее 2 м.

В определённых случаях требуется съёмка на двух высотах или более для исключения помех, определяемых по градиенту затухания поля. Помехи постоянного типа опознаются по их положению в структуре аномального магнитного поля высокими градиентами и отрицательным знаком аномалий. Исключение постоянных помех осуществляется визуально или при обработке данных с помощью специальных программных пакетов.

Помехи переменного типа характеризуются определенной периодичностью в изменении амплитуды и знака аномалий. Радиус их действия может достигать сотен метров, а амплитуда - превышать 100 - 300 нТл. Наиболее распространённым видом помех такого типа являются возмущения поля вблизи линий электропередач. Интенсивность изменений магнитного поля, создаваемых ЛЭП, напрямую зависит от её мощности. Амплитуда помех от действующей высоковольтной ЛЭП 100 - 120 нТл, которая быстро уменьшается по мере удаления от линии, на расстоянии 150 м амплитуда помехи составляет всего 1 - 2 нТл. Аномалии, создаваемые высоковольтными ЛЭП, выражаются в увеличении амплитуды помехи в 20 раз при приближении к ней. Если ЛЭП не нагружена, то помехи создаются металлическими опорами. На расстоянии 4 - 5 м от них амплитуда таких возмущений составляет 80 - 100 нТл. Вблизи ЛЭП местного значения амплитуда помех составляет 30 нТл. Железобетонные опоры местных линий создают помеху до 50 - 100 нТл на расстоянии до 3 - 5 м.

Влияние электрифицированных железных дорог создаёт квазипериодические возмущения магнитного поля, наблюдаемые на фоне низкочастотной составляющей, вызываемой проходящим железнодорожным составом. Их амплитуда при расстояниях 0,5 - 1 км от дороги составляет 1 - 3 нТл, квазипериодичность 10 - 50 с. Влияние проходящего железнодорожного состава на расстоянии 0,5 км вызывает изменения поля с максимальной амплитудой до 10 нТл.

Помехи переменного типа выявляются по квазипериодичности возмущений магнитного поля. Их можно исключить использованием магнитовариационной станции того же класса точности, что и аппаратура, применяемая при микромагнитных исследованиях. Магнитовариационные станции необходимо размещать в пределах участка работ на одной из опорных точек с периодическим перемещением на другие опорные точки. Периодичность регистрации помех должна быть не реже 30 спри чувствительности 0,1 нТл. Синхронизация момента времени измерения магнитного поля рабочими магнитометрами и магнитовариацинной станцией должна быть не более 2 - 3 с.



2. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ГАЗА И ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ

2.1 Магнитная восприимчивость нефти, газа и коллекторов

Магнитные свойства нефтегазовых залежей определяются магнитными свойствами коллекторов, углеводородов и остаточной воды. Наиболее значимым магнитным свойством для микромагнитных исследований является магнитная восприимчивость. Нефть, природный газ, конденсат и нефтепродукты относятся к диамагнетикам и содержат компоненты в основном с отрицательной магнитной восприимчивостью. Значения магнитной восприимчивости для некоторых парафиновых углеводородов приведены в таблице 2 [3].

Таблица 2

Магнитная восприимчивость некоторых парафиновых углеводородов

Формула углеводорода CnH2n+2	Магнитная восприимчивость, n*10-5 ед. СИ
СН4	-1,22
С2Н6	-2,73
С3Н8	-4,05
i-C4H10	-5,63
n-C4H10	-5,74
i-C5H12	-6,44
n-C5H12	-8,2
C6H14	-7,4
C7H16	-8,5

В целом магнитная восприимчивость нефти составляет приблизительно (-1)*10^-5 ед. СИ. В зависимости от плотности и состава магнитная восприимчивость нефти может несколько изменяться. В пластовых условиях нефть может характеризоваться даже слабыми парамагнитными свойствами, что обусловлено молекулярными взаимодействиями органических компонент с железом и его окислами.

Магнитные свойства газа неизвестны. По аналогии с другими газами можно предполагать, что значения магнитной восприимчивости имеют порядок 1*10^-5 ед. СИ.

Нефть и газ накапливаются в основном в терригенных и карбонатных коллекторах, которые являются осадочными образованиями. Большинство осадочных пород являются диамагнетиками, их магнетизм связан в основном с наличием в них акцессорных магнитных минералов [4], таких, как магнетит, гематит, продукты окисления и замещения сидерита и пирита.

Магнитная восприимчивость пород осадочного чехла на территории России и стран СНГ находится в пределах 3*10^-5 - 5*10^-3 ед. СИ. При этом у глин, аргиллитов, песчаников и алевролитов преобладают разности со сравнительно низкой магнитной восприимчивостью в пределах 12,5 - 125*10^-5 ед. СИ, а у известняков, доломитов и мергелей 1,25 - 30*10^-5 ед. СИ. Максимальные значения установлены у песчаников и алевролитов вблизи источников сноса, и они обусловлены относительно высокой концентрацией магнетита. У осадочных пород обнаружена слабая (от 10^-4 до 10^-1 A/м), но весьма стабильная естественная остаточная намагниченность. Она растёт с увеличением содержания ферромагнитных минералов, в частности магнетита. Направление естественного остаточного намагничивания осадочных пород обычно мало отличается от направления современного геомагнитного поля.

Для осадочных пород характерна анизотропия магнитной восприимчивости _?=(?_max-?_min)/?_ср. Она достигает максимальных значений (_??1,5) у сильно метаморфизованных осадочных пород.

Магнитные аномалии от залежей обычно связываются с различием магнитной восприимчивости углеводородов и законтурных вод, а также пород коллектора. Однако, зачастую не всегда различие в магнитных свойствах углеводородов, коллекторов и вмещающих пород достаточно для их отражения в аномальном магнитном поле. Однако наличие углеводородов и их миграция влияет на состав вмещающих пород, что может значительно сказываться на их магнитной восприимчивости. Изучение данного явления может расширить возможности микромагниторазведки при поисках месторождений углеводородов.

2.2 Влияние миграции углеводородов на магнитную восприимчивость вмещающих пород

Массовая диффузная миграция углеводородов через перекрывающие толщи влияет на разложение алюмосиликатов, оксидов металлов и других соединений, содержащихся во вмещающих и перекрывающих залежи углеводородов отложениях, приводит к преобразованию первичных минеральных форм во вторичные (гётит, карбонаты, цеолиты, фосфаты редкоземельных элементов, маловодные минералы глинозёма и магнетит). Прослеживание аномалий, вызванных данными образованиями, микромагнитными методами позволяет наметить новое направление прямых поисков залежей углеводородов [5].В США были проведены аэромагнитные съёмки территории страны и Аляски, которые выявили магнитные аномалии почти над всеми месторождениями углеводородов. Их природа объясняется наличием над залежью эпигенетического магнетита, образованного в результате восстановительных химических реакций в присутствии углеводородных газов.

Начиная с 1975 г. в ВНИИ геоинформсистем ведутся целенаправленные и всесторонние исследования процессов трансформации минерального состава и физических (в том числе и магнитных) свойств надпродуктивных отложений. К настоящему времени проведено экспериментальное моделирование процесса формирования неоднородностей вещественного состава и физических свойств под воздействием углеводородов и продуктов их диссипации, также были получены результаты изучения минеральных образований в породах надпродуктивных отложений нефтяных и газовых месторождений Восточной и Западной Сибири, Белоруссии, Украины, Туркмении, Западного Казахстана, Саратовского Поволжья. Было выяснено, что миграция углеводородов приводит к значительному изменению магнитной восприимчивости пород над залежами нефти и газа. В Западной Сибири такое явление наблюдалось на Даниловском, Северо-Варьеганском, Восточно-Таркосалинском и Восточно-Тарасовском месторождениях. В поверхностных отложениях Даниловского месторождения была зафиксирована аномалия магнитной восприимчивости кольцевого типа. В образованиях люлинворской свиты палеогена на глубине 300 - 500 м в пределах нефтяного Северо-Варьеганского месторождения повышенные значения магнитной восприимчивости отмечаются в сводовой части структуры непосредственно над залежью. Причём после термообработки проб существенно возрастает приращение магнитной восприимчивости, связанное здесь с присутствием аутигенного сидерита. Различная пространственная локализация участков с аномальными значениями магнитной восприимчивости в разновозрастных отложениях этих месторождениях объясняется преобладанием различных процессов массопереноса: на Северо-Варьеганском - диффузии, на Даниловском - фильтрации углеводородов из залежей.

На Восточно-Таркосалинской и Восточно-Даниловской площадях изучался шлам глубоких скважин, в результате чего продуктивный горизонт был зафиксирован повышенными значениями магнитной восприимчивости, в то время как обводнённая его часть имела фоновые значения.

В целом, аномальные значения магнитной восприимчивости пространственно совпадают с зонами вторичного минералообразования в основном ферромагнитных материалов типа магнетита, титаномагнетита и аномально высоких концентраций ряда химических элементов. На основе анализа закономерностей размещения нефтегазоносных и рудоносных образований в осадочном чехле Западно-Сибирской платформы была установлена их связь, обусловленная частой сменой окислительно-восстановительных обстановок в периферических частях Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, приводившая к образованию вторичных минеральных изменений, в том числе моногидратов глинозёма, корунда, и магнетита в результате массовой диффузии миграции углеводородов через осадочные толщи.

В качестве примера воздействия углеводородов на вмещающие породы залежи можно привести Бавлинское месторождение (Республика Татарстан)[6]. Здесь отмечается переход красноцветных покрывающих образований в пестроцветные, отражающий, по-видимому, изменение соединений окисного железа в закисное вследствие диффузии углеводородов с глубины. Ферромагнитные минералы отложений за пределами залежи в меньшей степени подвергаются химическим воздействиям и сохраняются в первоначальном виде. Такие эпигенетические преобразования пород приводят к перераспределению намагниченности отложений в сводовой части структуры и на ее флангах, что создает благоприятные предпосылки для ее отражения в магнитном поле. Аналогичные изменения отмечаются и на Пашнинском месторождении в Тимано-Печорской провинции и ряде других структур (Куликов Г.Н., Мавричев В.Г., 1995).

Закономерности распределения магнитной восприимчивости пород в зоне влияния углеводородов были исследованы В. Н. Ерёминым на ряде месторождений Тимано-Печорской области и Западной Башкирии [7]. Разрез представлен преимущественно терригенными породами - глинами, алевролитами, песчаниками. Нефтенасыщенными в данных залежах являются пачки кварцевых песчаников и алевролитов с хорошими коллекторскими свойствами. Межпластовые и региональные покрышки главным образом сложены толщей сероцветных глинистых пород. В процессе исследований за фоновые значения магнитной восприимчивости были приняты результаты измерений по законтурным скважинам, отстоящим от границ зележей на 4 - 30 км. В пачках кварцевых песчаников и алевролитов магнитная восприимчивость минимальна - (0-6)*10^-5 ед. СИ. В глинистых прослоях и толщах её значения увеличиваются до (6-65)*10^-5 ед. СИ.

Магнитные свойства отложений, находящихся в пределах влияния углеводородов, отличаются зональностью и дифференциацией. В продуктивных пластах значения магнитной восприимчивости почти не отличаются от фоновых, в то время как глинистые прослои, особенно в региональных покрышках, отличаются максимальными значениями магнитной восприимчивости, чего не наблюдалось в породах вне залежи. При этом над литологически и стратиграфически экранированными залежами наблюдается общее повышение магнитности пород покрышки в пределах контура нефтеносности, а для сводовых залежей характерно повышение магнитной восприимчивости пород в центральных частях ловушек, становящейся меньше при направлении к флангам.

Различия между магнитными свойствами пород в зонах влияния углеводородов и фоновыми значениями подтверждаются результатами статистического анализа. По закону распределения средних значений магнитной восприимчивости отчётливо видна зональность. Нижняя часть покрышки характеризуется повышенными средними значениями магнитной восприимчивости (29-86)*10^-5 ед., распределение которых подчиняется нормальному, логнормальному и более сложным законам со значительными оценками дисперсии (S²=70-260). Отложениям, удалённым от залежей по латерали и вертикали, присущи менее интенсивные параметры средних значений магнитной восприимчивости (13-33*10^-5 ед. СИ), дисперсий (S²=15-48) и распределение средних значений только по нормальному закону. Таким образом, можно сделать вывод, что среди слабомагнитных образований нефтегазовых комплексов изученных месторождений наблюдаются толщи с характерной высокой намагниченностью, которые отчётливо оконтукривают залежи углеводородов и не прослеживаются за их пределами. Пространственно слои такого типа тяготеют, как правило, к продуктивным площадям и флангам нефтяных месторождений. Отмеченная закономерность даёт основания полагать, что существование магнитной зональности пород в региональной покрышке обусловлено их активной геохимической переработкой в зоне влияния углеводородов.

Наибольшим распространением в комплексе эпигенетических материалов железа в нефтеносных областях пользуются карбонаты - сидерит, анкерит. Были получены достаточно полные материалы, свидетельствующие о существенном повышении магнитности пород в зонах наложенной сидеритизации и прямой зависимости величин магнитной восприимчивости пород от концентрации сидерита. Корреляция между магнитной восприимчивостью и концентрацией FeCO₃достаточно отчётливо прослежена лишь для пород, магнитная восприимчивость которых лежит в интервале 26-180*10^-5 ед. СИ. В отложениях с более высокой магнитной восприимчивостью эта закономерность нарушена, и рост магнитной восприимчивости практически не зависит от содержания сидерита. В этой группе пород наблюдается резкое, почти на порядок, увеличение остаточной намагниченности от 2*10^-3 до 5*10^-3 А/м, что однозначно свидетельствует о появлении в породе новой тонкодисперсной магнитной фазы, характерной для магнетита. Таким образом, рост намагниченности пород в зонах влияния углеводородов может быть обусловлен как карбонатом железа, так и тонкорассеянным аутигенным магнетитом.

Отчётливую магнитную реакцию на нефтеносные залежи обнаруживают пласты красноцветных глин, где фоновые значения магнитной восприимчивости не превышают (3,9 - 5,2)*10^-5 ед. СИ. В контурах нефтеносности красноцветы отмечены повышенной намагниченностью и имеют магнитную восприимчивость в пределах (130 - 200)*10^-5 ед. СИ. Резкое увеличение магнитных свойств связано с появлением в глинах аутигенного титанистого магнетита.

В целом можно отметить, что направленность и масштабы процессов вторичных преобразований пород под воздействием углеводородов зависят от следующих факторов: вещественного состава вмещающих пород и размера залежей. Эти факторы определяют как характер наложенной минералогической зональности, так и магнитные характеристики пород покрышки. Явные изменения магнитных параметров пород в зонах влияния углеводородов создают реальные предпосылки для прямых поисков нефтяных залежей с помощью микромагнитных методов.



3. НЕКОТОРЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ АНОМАЛИЙ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ

Основными процедурами при обработке и интерпретации данных микромагнитных исследований являются введение поправок за вариации, исключение влияния помех, разделение полей от региональных и локальных объектов и статистический и спектральный анализ наблюденных данных. При этом результаты обработки чаще всего представляют в виде карт изодинам магнитного поля ?Т или ?В, карт графиков, графиков трансформант магнитного поля. В данной работе будет рассмотрены способы разделения полей и расчёта трансформант наблюдённого поля. Это связано с тем, что иногда искомые аномалии магнитного поля достаточно велики по амплитуде и размерам, чтобы быть выделенными визуально на карте изолиний, но зачастую, особенно при рассмотрении аномальных эффектов от нефте- и газоперспективных структур, имеющие ценность геологические объекты являются источниками аномалий малой интенсивности, которые не проявляются достаточно отчётливо на картах и не обнаруживаются визуально из-за многочисленных помех разного рода. Для обнаружения таких слабых аномалий и для выделения их на фоне помех разработаны различные, преимущественно статистические способы, нуждающиеся в применении компьютеров [8]. Другой немаловажной задачей, как было отмечено выше, является разделение полей от различных объектов, например, на локальную и региональную составляющие.

3.1 Способы разделения аномалий магнитных полей

На величину магнитных аномалий в каждой из точек наблюдения оказывают влияние все геологические объекты в пределах исследуемой территории. Аномальные поля из-за этого оказываются достаточно сложными, что не только затрудняет их геологическое истолкование, но и во многих случаях препятствует визуальному обнаружению аномалий. Для упрощения их геологической интерпретации естественно прибегнуть к разделению сложных полей на более простые компоненты и истолковать их порознь. Однако данная задача является очень сложной и в общем виде не может быть решена. Это связано со многими причинами. Одной из них является эквивалентность полей от различных объектов, приводящая к отсутствию единственности решения обратных задач. Одинаковые поля могут давать тела, находящиеся на различных глубинах, расположенные различно в горизонтальном отношении, с различными магнитными свойствами. Кроме того, разделение магнитных аномалий осложняется за счёт взаимного влияния намагниченных тел. Тем не менее, в отдельных частных случаях задача разделения поддаётся решению, для чего должна привлекаться вся имеющаяся априорная информация.

К настоящему времени предложено множество способов разделения, основанных на различных идеях извлечения информации и опирающихся на разный объём априорной информации. В зависимости от объёма и вида требуемых априорных сведений их можно отнести к четырём основным группам, указанным в таблице 3.

Таблица 3

Группы способов разделения магнитного поля

Группа способов разделения	Объём требуемой информации
Геологическое редуцирование	Детальные сведения о форме, расположении некоторых объектов на эталонных профилях или площадях
Корреляционные способы	Сведения о характеристиках некоторых объектов на эталонных профилях или площадях
Трансформации	Сведения о возможном спектральном составе различных составляющих
Аппроксимационные способы	Общие представления о характере возможных источников аномалий



Геологическое редуцирование - способ разделения аномальных полей от известных и неизвестных объектов. Оно состоит в вычислении поля от известных объектов и вычитании рассчитанного поля из наблюдённого. Для применения геологического редуцирования требуется иметь полную информацию об этих объектах.

Первым этапом геологического редуцирования является учёт верхних границ раздела сред, перекрывающих изучаемый объект. Эти границы достаточно часто бывают известны по данным геологической съёмки, по материалам горно-буровых работ и других геофизических методов. Вторым этапом геологического редуцирования является учёт границ раздела, расположенных ниже изучаемого объекта. Третий этап - учёт смежных геологических объектов. Необходимо помнить, что геологическое редуцирование магнитных аномалий следует проводить с осторожностью, обращая внимание на величину возможных эффектов взаимовлияния объектов.

Корреляционные способы разделения базируются на использовании специфической модели аномального поля в виде суммы трёх составляющих. Первая из них совпадает с региональным фоном, аппроксимируется некоторой системой функций, обычно алгебраическими полиномами. Вторая составляющая отвечает локальным аномалиям; третья составляющая является помехой, вызванной погрешностями съёмки и неоднородностью верхней части изучаемого разреза. Корреляционные способы нашли наибольшее применение при решении геологических задач и заключаются в установлении на эталонном участке или профиле корреляционных связей между локальной составляющей исходного поля и изучаемыми параметрами объекта с последующим применением найденных связей для выделения требуемой компоненты на всей площади исследований.

Трансформации являются наиболее распространёнными способами преобразования и формального разделения полей и сводятся к фильтрации наблюдённого поля с целью выделения полезной информации и подавления помех. Формальность подобного разделения заключается в том, что составляющие, на которые разделяется поле, зачастую могут не иметь геологического смысла. Вместе с тем, при правильно выбранных параметрах трансформаций полученные компоненты могут оказаться весьма близкими к региональным и локальным аномалиям.

Трансформации применяются для решения практических задач, состоящих из следующих процедур:

1. Выбор скользящего окна, формы и размеры которого обусловлены решаемой задачей;

2. В пределах скользящего окна, в том числе и на его границе, указываются точки, называемые узлами, и каждому узлу ставится в соответствие определённое число, которое называется весовым коэффициентом;

3. Скользящее окно накладывается на какую-либо часть изучаемого участка, при этом узлы оказываются над точками, где измерено аномальное магнитное поле;

4. Вычисляется сумма произведений весовых коэффициентов в узлах скользящего окна на значения аномального поля в точках участка, попавших на эти узлы;

5. Рассчитанное число считается относящимся к одной из точек участка, расположенной, как правило, под центром скользящего окна.

6. Помещая скользящее окно в различные части участка и вычисляя каждый раз соответствующие суммы произведений весовых коэффициентов на значения поля, получают в ряде точек значения, описывающие в совокупности новую функцию, называемую трансформантой.

7. Поточечное вычитание трансформанты из наблюдённого поля приводит к определению на этом участке остаточного поля или остаточных аномалий.

В итоге наблюдённое поле разделяется на две составляющие: трансформанту и остаточное поле. Обычно одна из них близка к региональному фону, другая - к локальным аномалиям.

Аппроксимационные способы включают в себя такие приёмы, как интерполяция и экстраполяция полей и тренд-анализ. Аппроксимационные способы применяют для разделения региональных и локальных аномалий, когда размеры их в плане существенно различаются, и локальные аномалии находятся на столь большом расстоянии друг от друга, что между ними оказываются промежутки, где наблюдённое поле фактически представлено одним региональным фоном. В этом случае на небольшой площади региональный фон может быть достаточно точно аппроксимирован алгебраическим или тригонометрическим полиномом невысокой степени. Там, где заведомо нет локальных аномалий и интенсивных помех, выбирают несколько узловых точек и определяют коэффициенты полинома, строго проходящего через эти точки. Вычисление значений этого интерполяционного полинома в точках участка, где есть локальная аномалия, даёт функцию, близкую к региональному фону. Вычитая эти значения из наблюдённых, получают локальные аномалии. Недостатком этого способа разделения является его слабая помехозащищённость, связанная с требованием строгого прохождения полинома через узловые точки. Если в этих полиномах есть помехи, они могут оказать пагубное влияние на результаты. Для их подавления до интерполяции зачастую проводят предварительное сглаживание поля.

Другим распространённым способом разделения магнитных полей является тренд-анализ. Он заключается в аппроксимации регионального фона на всём участке наблюдений единой функцией из некоторого класса - трендом или регрессионной поверхностью. После вычитания этого фона из наблюдённого поля получаются близкие к локальным аномалии. Наиболее распространено применение в качестве тренда алгебраических полиномов невысокой степени. Важнейшим в тренд-анализе является вопрос о выборе оптимальной степени аппроксимирующего многочлена. Обычно такое разделение проводят несколько раз, увеличивая размерность полинома и анализируя получающиеся локальные аномалии. Если разделение производится исключительно в целях обнаружения локальных аномалий, достаточно визуального контроля результатов. Если же выделенные аномалии предполагается анализировать более тщательно, можно воспользоваться рядом критериев, среди которых преобладают связанные с минимумом дисперсии локальной составляющей.

3.2 Виды трансформаций магнитных полей

К настоящему времени предложены сотни трансформаций, различающихся формами скользящего окна, расположением узлов в нём и весовыми коэффициентами в узлах, определяющих смысл получаемых трансформант. Далее будут рассмотрены некоторые их разновидности.

По форме скользящего окна различаются изотропные и анизотропные трансформации. Скользящие окна изотропных трансформаций чаще всего представляют собой круг или квадрат и применяются для фильтрации изометричных аномалий или аномалий неизвестного простирания. Скользящие окна анизотропных трансформаций обычно являются прямоугольником, эллипсом или параллелограммом. Такие трансформации применяются для выделения аномалий с определённым простиранием. Предельным случаем анизотропной трансформации является профильная трансформация, то есть трансформация двумерной аномалии по профилю вкрест её простирания. Скользящим окном при этом является отрезок. Предлагались и другие, более сложные по форме скользящие окна, но широкого распространения они не получили.

Расположение узлов в окне может быть самым разнообразным, но в общем можно выделить два основных типа. Первый тип отличается более или менее равномерным расположением узлов по площади скользящего окна, а второй характеризуется расположением узлов только на границе.

Наиболее существенные особенности придают трансформациям весовые коэффициенты в узлах, определяющие условный физический смысл изучаемых трансформант. С этой точки зрения основные трансформации относятся к трём группам:

· способы сглаживания полей;

· способы аналитического продолжения полей;

· способы расчёта высших производных наблюдённых полей.

Сглаживание применяется для подавления помех, связанных со случайными погрешностями измерений и влияний неоднородностей верхней части изучаемого разреза. Наиболее распространённым способом сглаживания является осреднение. Эта трансформация даёт возможность выделить региональную аномалию, подавив локальные. Весовые коэффициенты в узлах, расположенных, как правило, равномерно по всей площади скользящего окна, равны 1/N, где N - число узлов. Таким образом, трансформанта, относящаяся к центру окна, представляет собой среднее арифметическое из значений наблюдённого поля в точках участка, попавших под узлы. Основными параметрами, определяющими эффективность разделения способом осреднения, являются размеры скользящего окна и расстояние между узлами в нём. Были предложены и другие способы сглаживания, основанные на аппроксимации в скользящем окне полиномами невысоких порядков.

Второй группой трансформаций является аналитическое продолжение полей в верхнее и нижнее полупространство. Область применения этих трансформаций очень велика: от обнаружения слабых аномалий до количественной интерпретации при определении формы контактной поверхности, при локализации особых точек функций, описывающих аномальные поля, и т. д. Аналитическое продолжение вверх даёт возможность сгладить помехи, подавить локальные аномалии и выделить региональные. Аналитическое продолжение вниз применяется для выделения локальных аномалий на фоне региональных.

Третьей группой трансформаций являются способы расчёта высших производных наблюдённых полей, применяемые для решения многих задач, основной из которых является выделение локальных аномалий. Если региональный фон близок к полиномиальному, дифференцирование даёт возможность его существенного подавления. Если региональный фон является полиномом более высокой степени, то его можно подавить многократным дифференцированием по горизонтали. Однако при этом зачастую неизбежно искажение формы аномалий. Их пространственного положения, а также появление ложных аномалий. Все перечисленные способы преобразования магнитного поля позволяют выявить особенности его структуры, которые не могут быть обнаружены визуально по карте изодинам или карте графиков наблюдённого поля. Некоторые из этих особенностей могут служить важным диагностическими признаками при поиске нефтеперспективных структур. Примеры использования подобных приёмов будут рассмотрены далее.



4. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ МИКРОМАГНИТОРАЗВЕДКИ

В основном интерпретация данных микромагниторазведки сводится к решению двух задач - определение строения кристаллического фундамента с целью исследования его влияния на структурный план осадочного чехла и выделение локальных слабоинтенсивных аномалий для непосредственного картирования структур (в том числе и нефтеперспективных) в толще осадочного чехла.

4.1 Интерпретация данных микромагнитных исследований при изучении аномального эффекта от кристаллического фундамента

Первоначально применение магниторазведки при поисках нефти и газа ограничивалось в основном решением задач по изучению кристаллического фундамента. Считалось, что породы осадочного чехла являлись немагнитными и не могли влиять на морфологические изменения магнитного поля. Тем не менее, данная задача все ещё является актуальной. Она имеет два аспекта [9]. С одной стороны, знания о геологическом строении фундамента помогают правильному пониманию процесса формирования осадочного чехла и закономерностей размещения в нем месторождений углеводородов. Также выявление нарушенных структур перспективно с точки зрения поиска тектонически экранировнных ловушек. В 60-х гг прошлого столетия Министерством геологии СССР по инициативе В. В. Федынского практически на всей территории страны были проведены аэромагнитные съёмки масштаба 1: 1 000 000 - 1:200 000, которые послужили одним из основных материалов при прогнозе нефтегазоносности и направлении поисковых работ, особенно слабо изученных на тот период регионов (Западная и Восточная Сибирь), т. к. они предоставили первые сведения о разломно-блоковой тектонике фундамента и её связи со структурным планом осадочного чехла, предполагаемой толщине осадочного покрова. Несмотря на то, что съёмка проводилась с недостаточно чувствительной аппаратурой, над некоторыми месторождениями нефти и газа были отмечены аномалии магнитного поля, подчёркивающих структурный план месторождений. Вуктыльское месторождение газа (Тимано-Печорская провинция) отмечается понижением магнитного поля амплитудой до 27 нТл, над Самотлором (Западная Сибирь) - понижение поля (?Т_а), составляет 8 - 10 нТл.

...