Введение к работе
Актуальность темы
В 1960-1980 годы благодаря работам Б.А. Андреева, В.М. Березкина, К.Е. Веселова, А.К. Маловичко, Е.А. Мудрецовой, Л.Д. Немцова, З.М. Слепака и многих других сформировалось направление гравиразведки, получившее название «высокоточная» или «детальная» гравиразведка. Если ранее возможности гравиметрического метода ограничивались тектоническим районированием территорий, картированием крупных структур и соляных куполов, созданием геофизической основы при геологическом картировании, то детальная гравиразведка стала претендовать на решение принципиально новых геологических задач, связанных с выделением и интерпретацией малоинтенсивных аномалий.
Данное направление возникло благодаря созданию и внедрению в производство новой отечественной гравиметрической аппаратуры. Повышение точности и производительности гравиметров потребовало пересмотра существующих методик полевых работ, способов обработки и интерпретации гравиметрических данных. Основные задачи детальной или высокоточной гравиразведки сводились к разработке: рациональной методики полевых работ с высокоточными гравиметрами, обеспечивающей максимальную точность результатов съемки, при высокой производительности наблюдений; специализированных приемов обработки наблюденного гравитационного поля; создание методов интерпретации аномалий силы тяжести, характерной особенностью которых является весьма незначительная интенсивность полезного сигнала. Успешное решение указанных задач позволило значительно повысить геологическую эффективность гравиразведки при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых в различных регионах. Гравиразведка получила широкое применение при поисках и разведке нефтеперспективных структур, при оценке перспектив нефтегазоносности территорий, трассировании тектонических нарушений в осадочном чехле и фундаменте и т.д.
В настоящее время также произошли принципиальные изменения в аппаратурном оснащении гравиметрических исследований. Полевые работы производятся высокоточными автоматизированными гравиметрами; топографо-геодезическое обеспечение гравиметрических работ осуществляется с применением систем спутниковой навигации и электронных тахеометров. Точность современной гравиметрической съемки во много раз превышает инструктивно допускаемую, в то же время методы обработки полевых данных остались прежними, поэтому требуется пересмотр существующих стандартов редуцирования и разработка современных методов вычисления аномалий Буге.
Качественно новый этап в области интерпретации гравиметрических материалов обусловлен созданием достаточно большого количества компьютерных систем и технологий по комплексному анализу геолого-геофизических данных, разработанных благодаря исследованиям В.А. Абрамова, Ю.В. Антонова, В.И. Аронова, П.С. Бабаянца, П.И. Балка, Ю.И. Блоха, Е.Г. Булаха, В.А. Герша-нока, В.Н. Глазнева, Г.Я. Голиздры, В.И. Гольдшмидта, Ф.М. Гольцмана, В.М. Гордина, А.С. Долгаля, В.И. Исаева, Д.Ф. Калинина, А.И. Кобрунова, В.Н. Конешова, В.И. Костицына, С.С. Красовского, В.В. Ломтадзе, П.С. Мар-тышко, А.А. Никитина, В.М. Новоселицкого, А.В. Петрова, А.П. Петровского,
Г.Г. Ремпеля, Т.В. Романюк, С.А. Серкерова, З.М. Слепака, В.И. Старостенко, В.Н. Страхова, О.Л. Таруниной, Н.В. Федоровой, А.И. Шестакова, В.И. Шрайб-мана и многих других.
Таким образом, можно констатировать, что в настоящее время наступил новый этап развития гравиразведки, требующий переосмысления традиционных методик полевых работ и обработки гравиметрических данных, совершенствования методов интерпретации аномалий силы тяжести при решении различных геологических задач.
Цель работы
Научное обоснование и разработка методов обработки и интерпретации гравиметрических данных, адекватных аппаратурным, теоретическим и программно-алгоритмическим возможностям современной гравиразведки с целью повышения геологической информативности геофизических исследований, а также создание единой технологической цепочки, включающей эффективные способы вычисления необходимых редукций поля силы тяжести, современные методы интерпретации гравитационных аномалий, содержательный геологический анализ результатов.
Основные задачи исследований
-
Анализ особенностей современной гравиметрической съемки, включающий оценку возможностей гравиметрической и топографо-геодезической аппаратуры, разработку методик полевых наблюдений, обеспечивающих максимальную точность и высокую производительность работ.
-
Обоснование методов обработки результатов полевых гравиметрических наблюдений и введения необходимых редукций, адекватных современным условиям и точности полевых измерений силы тяжести.
-
Создание принципиально новой технологии вычисления поправок за влияние рельефа земной поверхности при гравиметрических работах, позволяющей использовать максимально возможный объем информации о рельефе и полностью автоматизировать процесс вычисления.
-
Разработка методики учета влияния неоднородностей промежуточного слоя при высокоточных гравиметрических наблюдениях, включающей подавление высокочастотной составляющей поля, итерационный подбор плотност-ной модели верхней части разреза при различном объеме априорной геолого-геофизической информации.
-
Создание современных технологий извлечения информации из гравиметрических данных, сочетающих методы 3D разделения полей, корреляционного анализа и гравитационного моделирования.
-
Адаптация разработанных технологий к решению конкретных геологических задач на различных стадиях изучения нефтегазоперспективных объектов: от региональных геолого-геофизических работ до комплексирования высокоточной гравиметрии с сейсмическими исследованиями 3D.
Научная новизна полученных результатов
-
Впервые в отечественной гравиразведке систематизирован и обобщен многолетний опыт использования современной автоматизированной гравиметрической и топографо-геодезической аппаратуры, а также разработаны методики полевых наблюдений, обеспечивающие максимальную точность и производительность работ при использовании различных типов приборов.
-
Обоснована необходимость применения новых стандартов редуцирования полевых гравиметрических данных, адекватных точности современной аппаратуры.
-
Разработана методика использования векторизованных крупномасштабных топографических карт для вычисления поправок за влияние рельефа и на практических примерах обоснована методика анализа картографической информации о рельефе местности. Впервые экспериментально доказана возможность использования цифровых моделей рельефа GTOPO30 и SRTM для вычисления поправок, обусловленных удаленными областями рельефа.
-
Предложена методика создания аналитической модели рельефа с использованием дискретного преобразования Фурье матрицы высот и аппроксимации пространственных распределений поправок системой истокообразных функций.
-
Впервые предложено учет влияния неоднородностей верхней части разреза трактовать как поправку в аномалии Буге за переменную плотность промежуточного слоя, аналогичную поправке за влияние рельефа. Разработаны методы итерационного подбора сейсмо-плотностной модели верхней части разреза, которая используется при интерпретации гравиметрических материалов и для расчета статических поправок при сейсмических построениях.
-
Исследованы возможности системы векторного сканирования для локализации аномалиеобразующих объектов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и разработаны технологии комплексирования методов векторного сканирования и гравитационного моделирования при решении широкого круга геологических задач.
-
Созданы эффективные технологии извлечения информации из результатов гравиметрических наблюдений при проведении региональных и зонально-региональных работ, основанные комплексном анализе геолого-геофизических данных.
-
Реализованы новые возможности интерпретации гравиметрических данных для построения трехмерных геоплотностных моделей геологической среды, в том числе, месторождений нефти.
9. На основе анализа геологических результатов, полученных для регио
нов с различным геологическим строением, предложены направления комплек
сирования сейсмических исследований 3D и высокоточной гравиразведки для
повышения информативности геофизических работ при детальном изучении
месторождений углеводородов.
Защищаемые положения
-
Компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности, базирующаяся на прогрессивных методах подготовки первичной картографической информации и построении аналитических моделей рельефа, обеспечивает вычисление поправок при гравиметрических наблюдениях с априорно заданной точностью.
-
Методы учета влияния неоднородностей верхней части геологического разреза, основанные на определении переменной по латерали плотности промежуточного слоя, позволяют повысить достоверность гравиметрических данных при вычислении аномалий Буге.
-
Технология интерпретации аномалий силы тяжести, основанная на совместном применении векторного сканирования и гравитационного моделирования, позволяет локализовать аномалиеобразующие объекты в изучаемом объеме геологической среды и количественно оценить их геометрические и плот-ностные параметры.
-
Методы интерпретации гравиметрических данных в комплексе геолого-геофизических исследований, адаптированные для конкретных стадий проведения геолого-разведочных работ и различных физико-геологических условий, обеспечивают выявление нефтеперспективных объектов при региональных исследованиях и построение трехмерных геоплотностных моделей недр при детальном изучении месторождений углеводородов, существенно повышая эффективность гравиметрических исследований при решении задач нефтегазовой геологии.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Практическая ценность диссертационной работы определяется ее направленностью на решение важных прикладных задач разведочной геофизики, связанных, в первую очередь, с поисками и разведкой месторождений углеводородов. Созданное математическое и программно-алгоритмическое обеспечение позволяет на качественно новом уровне производить обработку и интерпретацию гравиметрических данных. Система векторного сканирования, на которой основаны разработанные методы интерпретации, имеет положительные отзывы от различных организаций (ООО «Лукойл-Пермь», ОАО «Хантымансийскгео-физика», Территориальное агентство по недропользованию «Пермьнедра») и рекомендована для практического применения на Научно-методическом совете по геолого-геофизическим технологиям поисков и разведки твердых полезных ископаемых (НМС ГГТ) Минприроды России (Заключение от 13.12.2009 г.).
Разработанные методы и технологии прошли широкую апробацию и использованы при региональных и детальных гравиметрических работах, проводящихся с целями прогнозирования и поисков залежей углеводородного сырья и месторождений твердых полезных ископаемых в пределах Пермского края, Оренбургской, Свердловской, Кировской, Магаданской и Тюменской областей, в Республике Коми, Удмуртской Республике и в других регионах по контрактам с ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ», ЗАО «Байтек-Силур» (г. Печора), ООО «Се-вергазпром» (г. Ухта), ФГУП «СНИИГГиМС» (г. Новосибирск), НПО «Репер»
(г. Казань), Баженовская геофизическая экспедиция (г. Заречный), ОАО «Перм-нефтегеофизика», ОАО «Пермрудгеофизика», ОАО «Оренбургская геофизическая экспедиция», ОАО «Удмуртская геофизическая экспедиция», ОАО «Хан-тымансийскгеофизика», ОАО «Уралкалий» (г. Березники), ОАО Газпром, ООО «ФГеоКонсалтинг» (г. Тюмень), ОАО «ГМК «Норильский никель», СП «Вол-годеминойл» (г. Волгоград), 000 ГП «Сибирьгеофизика» (г. Лесосибирск), 000 «Уралтрансгаз» (г. Екатеринбург), Министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края, Территориальными агентствами по недропользованию «Привожскнедра», «Кировнедра» и «Пермьнедра» по заказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
Исходные материалы и личный вклад
Разработкой методов обработки и интерпретации гравитационных аномалий автор занимается более 30 лет в качестве исполнителя и руководителя полевых и камеральных работ в ОАО «Пермнефтегеофизика», ФГУП ГП «Пермрудгеофизика» и Горном институте УрО РАН. Основная часть полевых гравиметрических материалов, использованных в диссертации, в частности результаты работ Научно-производственной геофизической экспедиции Горного института УрО РАН, получена под непосредственным руководством автора. Теоретические и методические результаты, которые выносятся на защиту, получены автором самостоятельно.
Апробация работы и публикации
Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях, семинарах, научных чтениях и конгрессах: «Всероссийский съезд геологов и научно-практическая геологическая конференция» (С-Петербург, 2000), «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Москва, 2001; Апатиты, 2002; Москва, 2003; Москва, 2004; Пермь, 2005; Екатеринбург, 2006; Москва, 2007; Ухта, 2008; Казань, 2009, Москва, 2010), «Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов» (Волгоград-Пермь, 2001), «Теория и практика морских геолого-геофизических исследований» (Геленджик, 2001), «Геофизика и математика» (Пермь, 2001), «Проблемы и перспективы геологического изучения и освоения мелких нефтяных месторождений» (Ижевск, 2002), EGS-AGU-EUG Joint Assembly (France, Nice, 2003), «Геофизика XXI века - прорыв в будущее» (Москва, 2003), «Geosciences for urban development and environmental platting» (Lithuania, Vilnius, 2003), «Геоінформа-тика» (Киев, 2003, 2004, 2010), «ГЕО-Сибирь-2005» (Новосибирск, 2005), International Conference & Exhibition EAGE, EAGO and SEG (С-Петербург, 2006), «Устойчивое развитие: природа-общество-человек» (Москва, 2006), «Глубинное строение. Геодинамика. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей» (Екатеринбург, 2007; 2009), «Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов» (Казань, 2007), International Conference & Exhibition «Tyumen-2007» (Тюмень, 2007), «Фундаментальные проблемы геологии и геохимии нефти и га-
за и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2005), «Геофизические исследования Урала и сопредельных регионов» (Екатеринбург, 2008), «ГЕОМОДЕЛЬ-2008» (Геленджик, 2008), «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2009) и многих других , а также на ежегодных научных сессиях Горного института УрО РАН «Стратегия и процессы освоения георесурсов» и ежегодных научно-практических конференциях «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермский госуниверситет).
Основные научные результаты автора опубликованы в 38 печатных работах, из которых 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и одна монография. Получен один патент на изобретение и два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ. Всего по теме диссертации автором опубликовано 140 научных публикаций, которые приведены в списке литературы диссертации.
Объем и структура работы
