Содержание к диссертации
Введение
1. Морфогенетические виды локальных структурно-вещественных неоднородностей соляных толщ 10
1.1. Общая характеристика соляных толщ Самарско-Оренбургского Заволжья 10
1.2. Первично-седиментационные неоднородности 17
1.3. Диагенетические неоднородности 26
1.4. Постдиагенетические неоднородности 41
2. Отображение локальных неоднородностей соляных толщ в сейсмическом волновом поле и влияние их на характеристики волн, отражённых от нижележащих границ 60
2.1. Локальные неоднородности, как важнейший объект изучения в нефтепоисковой сейсморазведке 60
2.2. Сейсмогеологический разрез соляных пермских толщ ипале озойского чехла в целом 64
2.3. Анализ волновых полей по реальным и синтетическим временным разрезам 67
2.4. Оценки влияния неоднородностей на кинематические параметры отражённых волн 91
3. Учёт локальных неоднородностей соляных толщ 94
3.1. Выявление неоднородностей и определение их параметров 94
3.2. Сравнение способов учёта неоднородностей с помощью математического моделирования и на реальных материалах 99
3.3. Комплексирование сейсмических наблюдений со структурно-параметрическим бурением и особенности методики сейсморазведки 109
Заключение 114
Список использованной литературы
- Первично-седиментационные неоднородности
- Постдиагенетические неоднородности
- Сейсмогеологический разрез соляных пермских толщ ипале озойского чехла в целом
- Сравнение способов учёта неоднородностей с помощью математического моделирования и на реальных материалах
Первично-седиментационные неоднородности
На изучаемой территории соляные толщи залегают в верхних частях разреза палеозойских отложений и приурочены к иреньскому горизонту кунгурско-го яруса и гидрохимической свите казанского яруса.
Описания их опубликованы во многих трудах, среди которых следует отметить Форш [1955], Страхова [1962], Грачевского и др.[1969]. Последние во времени обобщения материалов по соляным толщам Самарско-Оренбургского Заволжья - с детальными схемами корреляции, структурными и изопахическими картами отдельных пластов, толщ в целом и т.п. приведены в фондовых работах Ефремова [1968], Галкина и др.[1974] и Шаломеенко и др. [1983].
Соляная толща иреньского горизонта занимает всю юго-восточную окраину Волжско-Камской антеклизы, покрывая территорию юга Бузулукской впадины, Восточно-Оренбургского структурного выступа, Салмышской впадины, Павловской седловины, Соль-Илецкого свода, и распространяется далее в Пре-дуральский прогиб и Прикаспийскую синеклизу (рис.1). Она содержит до 13 пластов каменной соли, перемежающихся с пластами ангидритов. Общая мощность толщи возрастает в юго-восточном направлении от 100 до 1200-1300 м и более в районах развития соляной тектоники. Одновременно увеличивается количество пластов каменной соли, в основном за счет добавления верхних пластов, растет также содержание каменной соли в разрезе иреньского горизонта (до 85- 90%). Мощности отдельных пластов соли достигают десятков метров, нижнего пласта (на юге территории) - сотен метров, мощности пластов ангидритов характеризуются значениями до первых десятков метров. В районах по \1-Схема распространения пермских соляных толщ в Самарско-Оренбургском Заволжье граничных с Прикаспийской синеклизой, нижняя стратиграфическая граница нижнепермской соляной толщи, по-видимому, постепенно переходит в более древние горизонты. К северо-востоку от территории развития каменной соли иреньский горизонт сложен ангидритами мощностью 100м и менее.
Соляная толща гидрохимической свиты выполняет нижнеказанский (Бугу-русланский) некомпенсированный прогиб [Грачевский и др., 1969; Шумова, 1975], занимающий юг Бузулукской впадины и продолжающийся далее в Прикаспийскую синеклизу. Структура эта сформирована за счет резкого уменьшения мощности калиновской свиты - от 80-120 м до 5-15 м; в прогибе калинов-ская свита представлена битуминозными мергелями «депрессионного» облика, вне прогиба - на западе - «шельфовыми» известняками и доломитами, на востоке - глинисто-алевролитовыми породами, т.е. это типичная внутриформацион-ная седиментационная некомпенсированная впадина, называемая «прогибом» лишь по традиции. В пределах нижнеказанского прогиба компенсационно увеличивается (от 5-Ю м и более до 80-130 м) мощность гидрохимической свиты, что обусловливается появлением в её разрезе мощного пласта каменной соли. Последний заключен между над- и подсолевыми пластами ангидритов мощностью по 5-15 м. На севере и востоке каменная соль гидрохимической свиты выклинивается, как правило, точно вдоль границы нижнеказанского некомпенсированного прогиба (граница эта получила у местных геологов наименование «зона скольжения»). На западе единый пласт соли распадается на ряд пластов (5 и более") перемежаемых пропластками ангидритов. При этом большинство пластов выклиниваются в «зоне скольжения» но некоторые (3 4-й снизу") продолжаются дальше на запад В районах примыкающих к Прикаспийской синекли-зе каменная соль появляется и в вышележащей сосновской свите.
Изученность соляных пермских толщ в Самарско-Оренбургском Заволжье неравномерная. Наиболее богатый материал имеется для территории Салмыш-ской впадины и Восточно-Оренбургского структурного выступа (составляющих Восточно-Оренбургский нефтегеологический район), где в комплексе с сейсморазведкой проводилось бурение сети структурно-параметрических скважин до кровли филипповского горизонта или артинского яруса с шагом 1,5-2 км. На остальной территории развития соляных толщ они вскрывались в основном поисковыми и разведочными скважинами, плотность которых на км на два порядка ниже.
По каротажным диаграммам пласты соли уверенно отделяются от контактирующих с ними ангидритов и хорошо коррелируются по площади. При бурении на солёном растворе (в структурных, структурно-параметрических скважинах) каменная соль выделяется по очень высоким показателям НТК -большим, чем даже в смежных пластах ангидритах, при бурении на технической воде (в глубоких поисковых, разведочных и эксплуатационных скважинах) каменная соль размывается и отображается кавернами на диаграммах ДМ (каверномера): рисунки 2, 3.
Пласты каменной соли иреньского горизонта в хорошо изученной бурением восточной части Самарско-Оренбургского Заволжья индексируются арабскими цифрами от 1 до 13 снизу вверх [Галкин и др.. 1974]] Их корреляции помогает наличие в разрезе иреньской соляной толщи реперных интервалов с повышенной естественной радиоактивностью. Эти радиоактивные аномалии, за некоторым исключением [Трофимова, Ефремов, 1977], не связаны с калийной минерализацией. Они могут находиться в нехарактерных для калийных солей местах, например, в подошве пласта каменной соли, на контакте его с пластом ангидритов. Причем радиоактивная аномалия может частично охватывать пласт ангидритов и даже сохраняться при полном замещении пласта каменной соли ангидритами. Последнее обстоятельство для нас важно, т.к. помогает проводить корреляцию в сложных случаях латеральных литофациальных переходов.
Постдиагенетические неоднородности
Структуры глубинного соляного карста - солянокарстовые мульды и зоны пограничного площадного карста.
Солянокарстовые мульды довольно широко распространены в Восточно-Оренбургском районе. Отдельные мульды детально изучены бурением (рис. 9), гораздо большее их количество здесь и на других территориях фиксируется по материалам сейсморазведки.
Солянокарстовые мульды представляют собой отрицательные элементы по кровле кунгурского яруса, образованные за счет уменьшения суммарной мощности пластов каменной соли иреньского горизонта, с соответствующим уменьшением общей мощности горизонта. Характерно, что в крупных мульдах в большей степени уничтожены самые верхние пласты каменной соли горизонта, и площадь участков отсутствия соли уменьшается от пласта к пласту сверху вниз. В малых же мульдах, составляющих большинство таких структур, уменьшена толщина лишь самого нижнего пласта каменной соли, все остальные пласты ангидритов и солей иреньского горизонта (включая и самый верхний пласт каменной соли) облекают сформированные таким образом впадины без изменения своей мощности.
Мощности пластов ангидритов в мульдах, как правило, вообще не меняются. Только в наиболее глубокой части северо-западной котловины Муста-финской мульды, где отсутствуют все пласты каменной соли, наблюдается некоторое уменьшение мощности иреньского горизонта, представленного здесь преимущественно разуплотненными брекчированными ангидритами, относительно суммарной мощности пластов ангидритов горизонта за пределами,
Мульды: а/слоновская; бМлексеевская; в) Мустафинская мульды. Толщины вышележащих горизонтов верхней перми в мульдах, за исключением соляной толщи гидрохимической свиты, также остаются практически неизменными, и захоронение мульд происходит за счет наращивания стратиграфической полноты разреза верхней перми. Единственным известным исключением из этой закономерности является Шаровская мульда, где скважинами зафиксировано некоторое увеличение мощности уфимского яруса; остается неясным, связано ли это с конседиментационным развитием и заполнением мульды или со смещением по разломам при оседании.
Над иреньскими солянокарстовыми мульдами, находящимися в границах нижнеказанского некомпенсированного прогиба и достаточно хорошо морфологически выраженными, обыкновенно полностью или частично уничтожена толща каменной соли гидрохимической свиты. Границы участков отсутствия солей гидрохимической свиты лишь приблизительно совпадают с контурами иреньских мульд.
Линейные размеры иреньских солянокарстовых мульд в плане от самых незначительных до 15-20 км (в крупнейшей по площади Алексеевской мульде), амплитуды - от первых десятков до сотен метров (320 м в северо-западной котловине Мустафинской мульды).
В скважинах, пробуренных в контурах мульд, в интервалах иреньского горизонта и верхней перми часто фиксируется осыпание пород со стенок (увеличение диаметра скважин по каверномеру), в керне наблюдаются перемятые и брекчированные породы.
На происхождение данных структур имеются две основные точки зрения. Согласно первой из них, мульды являются седиментационными структурами и сформировались на локальных участках, где со дна солеродного бассейна били ключи слабоминерализованных вод, растворявших галитовый осадок. Таким образом, генезис мульд полагается идентичным с описанными выше диагенети-ческими ангидритовыми высолонцами. Однако, мульды существенно отличаются ОТ высолонцев по своему строению, и главным отличием является то, что в них не происходит компенсационного увеличения мощности верхних пластов каменной соли, а при их отсутствии - непосредственно вышележащих терри-генных отложений верхней перми. Верхнепермская седиментация характеризовалась частой сменой прибрежно-морских и континентальных условий, наличием мощного источника терригенного материала - герцинского Урала. При таких условиях всякая конседиментационная впадина, подобная иреньским мульдам, была-бы быстро и полностью захоронена. Не получает также должного объяснения отсутствие каменной соли над иреньскими мульдами в гидрохимической свите, больщая площадь в крупных мульдах участков отсутствия каменной соли верхних пластов, отсутствие увеличения мощности ангидритов и т.д.
По второй точке зрения мульды признаются постдиагенетическими структурами, образовавшимися путем выщелачивания каменной соли. До сих пор здесь превалировало мнение, что мульды возникли в уфимское время за счет эрозионно-карстовых процессов, развивавшихся с кровли иреньской соляной толщи [Вишняков, 1971, 1977]. При этом также остаются непонятными причины отсутствия влияния мульд на мощности терригенных отложений верхней Перми, а также механизм формирования мульд типа Слоновской (см. рис. 9а) только за счет уменьшения мощности нижнего пласта каменной соли иреньско-го горизонта. Неясны пути движения и разгрузки карстующих вод.
Все эти моменты находят удовлетворительное объяснение в рамках предлагаемой мною гипотезы формирования иреньских мульд за счет глубинного соляного карста. Под глубинным соляным карстом понимается выщелачивание каменной соли ниже верхней границы циркуляции подземных вод. В настоящее время карст вообще, и в особенности соляной карст, рассматривается как локализованный выше базиса карста, совпадающего обыкновенно с верхней границей циркуляции подземных вод [Короткевич, 1970; Максимович, 1963] . Для каменной соли детально изучены процессы выщелачивания лишь в зоне гипер 45 генеза, хотя давно известны примеры уничтожения мощных толщ каменной соли на достаточно больших глубинах [Отрешко, 1977; Шевченко, 1988; Белениц-кая, 1982], большая роль в этих процессах отводится дизъюнктивным дислокациям [Дзюба и др., 1982; Пиннекер, 1977; Махнач, 1981]. При этом, по своему основному содержанию выщелачивание каменной соли ниже верхней границы циркуляции подземных вод вполне отвечает определению карста как совокупности явлений, связанных с деятельностью воды (поверхностной и подземной) и выражающейся в растворении горных пород и образовании в них пустот разного размера и формы [Геологический словарь, 1978, с. 309].
Сейсмогеологический разрез соляных пермских толщ ипале озойского чехла в целом
Диагенетические высолонцы, в особенности несквозные, часто создают на волновом поле характерную аномалию в виде «песочных часов». В верхней части интервала соляной толщи картина соответствует случаю полного или неполного захоронения понижений дна бассейна седиментации (которыми в данном случае являются отрицательные структуры, сформированные процессами растворения - высаливания). В нижней части интервала соляной толщи, где находится ангидритовое тело высолонца, оси синфазности смещаются вверх, отражение Кн2 однозначно не прослеживается; на горизонтах, подстилающих соляную толщу, наблюдается положительная кинематическая аномалия (псевдоподнятие). Обращает на себя внимание сходство высолонцев по отображению в волновом поле и воздействию на нижележащие отражающие горизонты с описанными Ф.И. Хатьяновым [1985] высокоскоростными неоднородностями карбонатных толщ при том что происхождение этих неоднородностей связывается им с доломитизацией известняков в зонах карста т.е. совершенно отлично от генезиса высолонцев.
Останцы каменной соли в зонах площадного растворения - высаливания создают в целом обратную картину. В верхний части интервала соляной толщи она соответствует случаю захоронения поднятия дна над останцами каменной соли. В нижней части наблюдается плавное или резкое расхождение двух соседних отражений (раздвоение одного) с формированием отрицательной кинематической аномалии (псевдопрогиба) по горизонту Кн2 и нижележащим горизонтам.
По границам участка, представленного на рис.18 несквозного высолонца (Х= 13,1-14,7 км), непрерывность корреляции отражений в интервале между вблизи отражающего горизонта Гх. ризонтами Кн] И Кн2 нарушается из-за крутых границ наклона и литофациаль-ных переходов. Все же, по динамическим особенностям записи можно видеть наличие положительной структуры по подошвенному ангидритовому пласту (t = 0,58 0,61 с) и отрицательных структур по вышезалегающим пластам солей и ангидритов иреньского горизонта (t = 0,35 - 0,47 с).
Наиболее характерное влияние высолонцев на волновое поле в интервалах целевых горизонтов нефтепоисковой сейсморазведки проявляется в виде ложных признаков поднятий [Александров, 1988 а, б]. Замещение каменной соли ангидритом при сохранении общей мощности соляной толщи вызывает скачкообразное изменение скорости как в интервале данной толщи, так и в интервалах до отражающих горизонтов нефтегазоносных комплексов.
В приведенном примере (см. рис. 18) сокращение суммарной мощности пластов каменной соли, компенсированное увеличением мощности пластов ангидритов составляет 80-90 м. Такое замещение определяет наблюдаемые под высолонцем (в его границах) антиклинальные перегибы по отражениям У, Д], Д2 с амплитудой 5-15 мс.
Серия высолонцев представлена на рис. 19. Линейные размеры участков высолонцев на профиле (х = 1,5-2; 3,1-3,8 и 4,9-5,3 км) сравнимы с размерами промежуточных, имеющих нормальную мощность участков пластов соляной толщи, поэтому последние столь же справедливо можно считать останцами каменной соли в зоне площадного растворения-высаливания. На участках высолонцев контакту каменная соль-ангидритовое тело высолонца соответствуют фрагменты осей синфазности энергетически выраженных отражений (t = 0,5-гО,55 с) ниже отражения Кн] . Отражение Кн2 регистрируется на времени 0 6с лишь от подошвы останцов каменной соли. Кинематика целевых горизонтов существенно искажена на протяжении всего сейсмического профиля.
В сквозных высолонцах, прорывающих достаточно мощные слои каменной соли, картина осложняется наличием окаймляющих прогибов. Послед ЮЗ
Статические поправки введены до уровня приведения вблизи отражающего горизонта Кз). ние, сами по себе, практически не идентифицируются на временных разрезах, лишь иногда они отмечаются синклинальными изгибами осей синфазности отражений, как это наблюдается на рисунке 20а (х = 4,1 км; t = 0,3ч-0,35 с) и рисунке 20в (х = 9 км; t = 0,05ч-0,3 с). Окаймляющие прогибы обусловливают дополнительное отрицательное воздействие на точность картирования целевых горизонтов, так как зачастую приводят к формированию сложных искажений по отражениям от этих горизонтов которые ошибочно могут быть приняты за признаки различных линейных структур. В приведенном на рисунке 20 примере статические поправки вводились до линии приведения ниже соляной толщи поэтому кинематика целевых горизонтов не нарушалась. Однако под границами площадного высолонца в разные годы геофизиками картировались ложные элементы: тектонические нарушения и эрозионные визейские врезы.
Рассеяние энергии на сильно криволинейных границах периферии высо-лонцев приводит к общему ухудшению прослеживаемости отражений от горизонтов в подстилающих соляные толщи комплексах пород.
В заключение отметим, что основным диагностическим признаком пер-вично-седиментационных и диагенетических неоднородностеи соляных толщ на временных разрезах способа ОГТ является нарушение регулярности сейсмического волнового поля в соответствующем временном интервале, прекращение прослеживания одних отражений (достаточно гладких на большом протяжении) или появление на локальных участках других (изгибы и резкие смещения осей синфазности, локальные изменения амплитуд и т.д.). Все вышесказанное во многих случаях (хотя и не всегда) позволяет достаточно надежно обнаруживать саму неоднородность, выполнить оценку ее горизонтальных и (с меньшей точностью) вертикальных размеров
Сравнение способов учёта неоднородностей с помощью математического моделирования и на реальных материалах
Из изложенного материала видно, что способ учета неоднородностей соляной толщи путем введения статических поправок до подсолевого уровня приведения и способ «замещения слоя» имеют свои ограничения, достоинства и недостатки.
Для введения статических поправок до линии приведения ниже неоднородной толщи необходимо иметь под этой толщей динамически выраженный и однозначно коррелируемый отражающий горизонт. Соответствующая ему геологическая граница (серия границ, слоев) должна быть доступна по глубине для структурно-параметрического бурения (не глубже 1200-1400 м) и иметь достаточно простой рельеф (моноклинальный), с тем чтобы ошибки интерполяции между скважинами были несущественными и плотность сети бурения не превышала границы рентабельности.
Кроме того, эта геологическая граница должна хорошо выделяться по данным геофизических исследований в скважинах и обладать одинаковым строением на всем протяжении, чтобы не было изменений динамики и литолого-стратиграфической привязки соответствующего отражения.
На территории Самарско-Оренбургского Заволжья отвечающие данным требованиям отражающие горизонты Арт, Ск имеют достаточно ограниченное распространение: юг Бузулукской впадины, восток и юго-восток Салмышской впадины. Повсеместно развитый подсолевой отражающий горизонт Кн2 в общем случае в качестве опорного принят быть не может, так как на участках структур растворения-высаливания резко меняется его литолого-стратиграфическая привязка. Хотя имеются площади, особенно на юго-востоке Салмышской впадины, где структуры растворения-высаливания отсутствует, горизонт Кн2 имеет выдержанную динамику и субпараллелен следящемуся ниже горизонту Арт. Дислоцированность пермских подсолевых литолого-стратиграфических границ в целом невелика. Так, оценки по хорошо изученной бурением территории Восточно-Оренбургского нефтегеологического района показывают, что при плотности сети скважин - одна скважина на 7-8 км2 - сред-неквадратическое значение погрешностей интерполяции абсолютных глубин до кровли филипповского горизонта не превышают ±5 м, а максимальные -± 10-15 м. Кроме того, самые типичные неоднородности (верхнекаменноугольно-нижнепермские рифы), вызывающие локальные неровности рельефа подсолевых пермских границ, достаточно хорошо выделяются на временных разрезах, и имеется возможность внесения соответствующих поправок или получения дополнительных информации путем целенаправленного бурения структурно-параметрических скважин.
Очевидно, что размещение структурно-параметрических скважин в случае применения способа статических поправок не должно зависеть от расположения неоднородностей соляных толщ и сейсмических профилей (хотя приуроченность скважин к линиям сейсмических профилей желательна), поэтому проектировать и проводить структурно-параметрическое бурение можно до проведения сейсморазведочных работ. Не обязательно выполнение во всех скважинах сейсмокаротажа, за исключением параметрических наблюдений в отдельных скважинах, данные по которым необходимы для контроля и уточнения литоло-го-стратиграфической привязки опорного отражения. Имеется возможность использования всех скважин, пробуренных в различных целях и вскрывших опорную границу.
Для способа «замещения слоя» структурно-параметрические скважины необходимо бурить лишь до подошвы неоднородной толщи, т. е. до кровли филипповского горизонта. Таким образом, почти на всей территории распространения соляных толщ Самарско-Оренбургского Заволжья становится возможным использование данного способа. Исключение составляет лишь крайний юго-восток территории Соль-Илецкий свод с мощной толщей интенсивно дислоцированных солей. Способ «замещения слоя» значительно лучще учитывает локальные неоднородности, особенно сложнопостроенные, и является единственно приемлемым при определении скоростной характеристики среды ниже неоднородности. Однако корректность применения данного способа целиком зависит от точности построения сейсмогеологической модели неоднородной толщи, что определяется количеством и качеством характеризующих эту толщу материалов (сейсморазведки и бурения), а также правильностью исходных представлений о морфологии неоднородностей соляных толщ.
При применении данного способа полностью меняются организация и этапность работ. Сначала на площади проводится сейсморазведка МОГТ, затем на полученных временных разрезах выделяются возможные неф-теперспективные объекты и локальные неоднородности соляных толщ, предварительно оценивается морфология неоднородностей и их влияние на поведение целевых отражающих горизонтов.
Особенности методики полевых сейсмических наблюдений и обработки материалов определяются требованием получения достоверной информации не только о строении нефтеперспективных комплексов, но и пермских соляных толщ. Поскольку времена регистрации отражений от границ в соляных толщах, а также опорного подсолевого отражения невелики, предпочтительно применение небольших баз суммирования. Для более точного изображения на временных разрезах сложных криволинейных поверхностей, ограничивающих неоднородности, а также в связи с небольшими размерами последних, целесообразно уменьшение шага сейсмоприемников по сравнению с требуемыми для изучения целевых горизонтов, характеризующихся более простым строением. Так как реальная кратность прослеживания пермских границ существенно меньше максимальной, обеспечиваемой для глубоких горизонтов, в общем случае при изучении неоднородностей соляных толщ необходимо увеличение кратности и еледовательно, сокращение шага пунктов возбуждения. Использование приемов локализации неоднородностеи путем получения и анализа по одному и тому же профилю нескольких временных разрезов ОГТ (ОПВ, ОПП), характеризующихся существенно различными диапазонами удалений возбуждение—прием, приводит к целесообразности использования расстановок достаточно большой длины, ориентировочно равной глубине целевых границ [Корягин, 1993]. В связи с небольшими вертикальными и горизонтальными размерами неоднородностеи необходимы наблюдения в широкой полосе частот, что определяет применение соответствующих источников колебаний, шага временного квантования записей, параметров группирования источников и приемников. Так как основным признаком присутствия в разрезе локальных тел в соляных толщах являются нарушения однородности и регулярности волновой картины на временных разрезах, целью обработки должно быть не непременное получение гладких и протяженных осей синфазности, а повышение разрешенности записи. В различных процедурах обработки следует избегать применения параметров, сильно регу-ляризирующих запись. Для более точного изображения неоднородностеи обязательным элементом обработки должны быть миграционные преобразования.
