Сопряженный мониторинг тепловых геополей в Дагестане для решения поисковых задач

Известия ДГПУ, №2, 2001

УДК 550.361

СОПРЯЖЕННЫЙ МОНИТОРИНГ ТЕПЛОВЫХ ГЕОПОЛЕЙ В ДАГЕСТАНЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОИСКОВЫХ ЗАДАЧ

© 2008 Булаева Н.М., Магомедов Б.И., Халилов А.Г., Гаджимирзоев К.Б., Аскеров С.Я.

Институт проблем геотермии ДНЦ РАН ООО «Центр сопряженного мониторинга окружающей среды

и природных ресурсов»

Проведено изучение теплового поля на нескольких уровнях: глубинного теплового поля по данным глубоких скважин, приповерхностного температурного поля на основе космических снимков NOAA и данных приповерхностной геотерморазведки. Показано, что выявление температурных аномалий и их дислокаций возможно при повторных проведениях полевых работ и на основе космических снимков.

The authors studied the heat field on several levels: deep heat field on the data of deep bore holes, on-surface temperatural field on the base of NOAA cosmic photos and the data of the on-surface geo-thermal exploration. It was shown that discovery of temperatural anomalies and their dislocations had been possible during repeated field work and on the base of cosmic photos.

Ключевые слова: тепловое геополе, температурная аномалия, дислокация аномалий, терморазведка, метод зондирования.

Keywords: heat geo-field, temperatural anomaly, dislocation of anomalies, thermal exploration, probing method.

На месторождениях углеводородов происходят процессы,

сопровождающиеся выделением тепла в залежи, над ними и перераспределением теплового потока. Эти процессы вызывают образование повышенного теплового потока, что ведет к формированию температурных

аномалий в недрах и на поверхности Земли. Методические основы терморазведки (геотермической съемки) в зоне сезонных колебаний климата разрабатывались С. С. Ковнером еще в 1941 году [4]. Теоретическое обоснование термического метода разведки нефтегазовых месторождений сталкивается с трудностями физического обоснования механизма тепловых аномалий фононной теплопроводности. Независимо от этого тепловые аномалии

над нефтегазовыми структурами фиксируются как на глубинах 30-80 м [1], так и на малых глубинах в зоне нейтрального слоя [5, 6].

Изучение теплового поля в лаборатории проводится на нескольких уровнях: глубинного теплового поля по данным глубоких скважин,

приповерхностного температурного поля на основе космических снимков КОЛЛ и данных приповерхностной

геотерморазведки [2].

Дагестан является уникальной

геофизической лабораторией и представляет интерес для

геотермических исследований. Одной из таких территорий является

Димитровская площадь, расположенная

между Махачкалой и Избербашем. На площади имеется нефтегазовое

месторождение, пробурено много

глубоких скважин, постоянно

проводятся исследовательские работы.

Мониторинговые задачи, решаемые нашей лабораторией, основываются на следующих данных:

- геофизических исследованиях глубоких скважин,

- геотермических исследованиях скважин малой глубины (до 50 м),

- приповерхностной геотерморазведке (до 3м),

- космических снимках в ИК-диапазоне.

Существующие данные по геофизическим исследованиям скважин,

хорошая геологическая изученность региона дают нам полную картину глубинных тепловых полей с учетом геолого-тектонической структуры. Для предварительного изучения были выбраны три скважины Б44, Б15 и Б22, расположенные на одном субширотном профиле. Для этих скважин были построены геологические профили и изотермы распределения температур по глубине (рис. 1).

Лито-стратиграфические исследования показали, что состав слагающих пород в основном представлен песчаниками и

кавернозными известняками.

Рис. 1. Изотермы распределения температур по глубине, наложенные на геологический срез

Димитровской площади

Экспедиционные работы по изучению приповерхностного теплового поля проводятся с 2001 г.

По результатам геологических исследований прдыдущих лет площадей Димитровского нефтегазового

месторождения и месторождения Ачи-су, проведенных с широким

использованием скважин глубиной до 2,5 км, были намечены профили для температурных исследований.

Большинство профилей идет вкрест предполагаемого простирания

термических вариаций. На каждом профиле было несколько скважин, а расстояние между ними составляло от 1

до 1,5 км. Бурение осуществлялось подвижной установкой малоглубинного бурения. Измерения проводились в скважинах глубиной 3 м (в точках 1, 2, 3 м).

В процессе бурения фиксировались тип грунта и глубины залегания границ перехода между типами грунтов, уровень подземных вод (если они появлялись в скважинах), время окончания бурения, время проведения измерения, показания глубинных

датчиков, показания датчиков

приповерхностного воздуха и на поверхности грунта в момент измерения глубинных температур. Измерения

температур приповерхностного воздуха и на поверхности проводились в тени.

В качестве термодатчиков были выбраны терморезисторы ММТ-4, так как они обеспечивают необходимую чувствительность (не хуже 200 Ом/0С), максимальную температуру 1200С, имеют постоянную времени в воздухе 115 с, диапазон сопротивлений 1-200 кОм. Подготовка датчиков заключалась в герметизации выводов совместно с напаянными отводящими проводами без существ енного ухудшения

характеристик. Г ерметизация

проводилась с использованием эпоксидной смолы. Датчики,

ослабившие свою чувствительность, были отбракованы. Для градуировки датчиков использовался термостат, температура в котором

контролировалась термопарой с точностью не хуже 0,010С. Измерение сопротивления велось мостом постоянного тока Р333 с точностью

0,5%. По результатам измерений были построены градуировочные кривые, подобраны вид и параметры аппроксимирующих кривых для каждого датчика.

На основе отградуированных датчиков были собраны термозонды, в

которых датчики устанавливались на расстоянии 1 м друг от друга. Относительно базовой линии зонда датчики устанавливались на глубинах 1, 2, 3 м с точностью 0,3%.

В ходе проведения полевых работ возникла необходимость в быстрой обработке данных с целью выявления «ложных» замеров и их исправления путем проведения повторных измерений. «Ложные» замеры возникли в результате выхода из строя датчиков или каких-либо других отклонений от нормального режима ведения полевых работ. Для увеличения скорости и повышения достоверности обработки данных на основе программного пакета Excel была разработана процедура анализа полевых измерений.

На карте распределения температур на глубине 1 м (рис. 2a) выделяются положительные тепловые аномалии А, В, С и D, конфигурация которых оконтуривается изотермой 230С. Две другие аномалии (E, F), конфигурации которых не замкнуты, сохраняются в распределении температур на глубинах 2 и 3 м (рис. 2b, 2c) и отделены областью низких температур 21 и 220С,

приуроченных к протяженности русла Манас-озень.

Распределение Распределение Распределение

т€мее2нр»спределение темперашрйтур«»сже Димитровскойшещщр: на глубине 1амна глубине 1 м; Ь^налубййиНем? м; с) на глубине на млубине 3 м

Пятью скважинами малоглубинных исследований охвачен участок,

относящийся к южному и юговосточному крылу Димитровской

площади. Это северная и северовосточная части исследуемой данной терморазведкой площади. Здесь положительные тепловые аномалии С и

Б разделены более низкими изотермами 19-220С. По крутизне изотерм, разделяющих термальные структуры С и Б, можно предположить, что причиной низкотемпературной аномалии является перекрытие зоны нарушений надвигом относительно неглубокого

происхождения.

Видимо, по этой причине структура тепловой аномалии Б не имеет проявления в изотермах на глубине 2 м (рис. 2Ь), а в изотермах на глубине 3 м (рис. 2с) проявляет приуроченность к протяженной структуре относительно низких температур 15-160С, которая разделяет тепловую аномалию В (рис. 2а) на две положительные аномалии I и II (рис. 2с).

Амплитуда тепловой аномалии В (рис. 2а) с температурой 260С, конфигурация которой замыкается изотермой 230С, соответствует 30С. По данным распределения температур на глубине 2 м (рис. 2Ь), эта аномалия имеет амплитуду, равную 2,50С, и изгиб конфигурации изотерм происходит в противоположном направлении, чем по данным на глубине 1 м (как бы стремясь расчленить тепловую аномалию В (рис. 2а) на две части). Распределение температур на глубине 3 м (рис. 2с) подтверждает не только расчленение аномалии В (рис. 2а) на две тепловые аномалии I и II, но и изменение конфигурации изотерм.

При этом характерно, что амплитуды тепловых аномалий I и II (рис. 2с) сохраняют практически ту же величину, что на глубине 2 м, и равны соответственно 2 и 2,50С. В стороне от аномалии II проявляется другая тепловая аномалия III с амплитудой разности температур в 1-1,50С, являющаяся фрагментом крыла аномалий на участке подъема «коренных» пород.

По данным геотермических исследований глубин нейтрального слоя, его температура (многоместная среднегодовая температура) равна 150С [1]. Результаты измерений на глубине 3 м показывают, что изотерма, замыкающая конфигурацию структуры тепловых аномалий I и II, равна 15,50С. Эта изотерма обрамляет все тепловые

аномалии, вследствие чего может быть принята как фоновая (нулевая), относительно которой оценивается характер как «положительных», так и «отрицательных» термических структур на всей площади.

Отмеченная ранее природа отрицательной аномалии вблизи положительной аномалии IV (рис. 2с) предполагает вероятность ее сползания вниз, что, видимо, подтверждается всей картиной изотерм, оконтуривающих тепловые аномалии II и III.

Между этими аномалиями проходят изотермы 15,5-160С протяженностью более 7 км, совпадающие по направлению с отрицательной аномалией. Сползание геологических структур, отмечаемое термическими аномалиями III и IV, могло привести к возникновению нарушений типа «флексур» - образований надвигового типа.

Рассматривая картину изотерм в динамике как структурно-тектоническое картирование, можно выделить контуры структур, благоприятных для

нефтегазонакопления. Принимая

изотерму 15,50С как фоновую, можно условно приписать изотерме 16,5-17,00С характер структурно-тектонического поля (тепловые аномалии III и IV). Тогда положительные тепловые аномалии I и II, расположенные в заведомо известном, погруженном относительно аномалий III и IV участке, внутри контура изотерм 170С, видимо, образованы фактором нефтегазоносности.

Таким образом, в данной работе впервые по результатам геотермических работ условно выделены тепловые аномалии I и II как продуктивные нефтегазоносные участки. Оба участка продуктивности имеют ширину 900 м при протяженности более 4 км тепловой аномалии I и порядка 3 км аномалии II. Результаты постановки глубокого бурения на структурах тепловых аномалий I и II позволят конкретно оценить площади условно продуктивных структур.

Следующим шагом исследования теплового поля является сравнение

результатов обработки данных геофизических исследований глубоких скважин и приповерхностной термосъемки с данными дистанционного зондирования. Разработанная технология интеграции разнородных данных в цифровую 3D-модель Димитровской площади позволяет решать эту задачу.

Данными дистанционного

зондирования являются космические снимки NOAA, полученные от Института космических исследований (рис. 3). В лаборатории создана база данных, в которой собраны космические снимки за период 1996-2005 гг. Процесс преобразования дистанционных данных в формат PNT автоматизирован и состоит из следующих этапов:

- обработка снимка с целью восстановления температуры

поверхности (программа AVHRR);

- трансформация изображения в заданную географическую проекцию (программа GREF);

- формирование PNT-файла.

Первые два этапа выполняются с

помощью программного обеспечения, разработанного в лаборатории поддержки космического мониторинга ИКИ РАН. Для преобразования обработанного изображения в PNT-формат используется специальная программа, исходными данными для которой являются файл географической привязки 3D-модели, растровый файл обработанного космического снимка и файл географической привязки космического изображения. Данная программа, кроме преобразования, позволяет еще проводить коррекцию полученного PNT-файла для повышения точности отображения данных [3].

Рис. 3. Примеры визуализации дистанционных данных NOAA (температурное поле) на основе 3D-модели Димитровской площади

Высокая проницаемость пород, слагающих Димитровское

месторождение, вызывает

сглаживающий эффект по фоновой температуре. Диффузия флюида проходит не только при вертикальной конвекции, но и в горизонтальном направлении, за счет чего

температурные аномалии над продуктивными областями и

разломными зонами получаются более сглаженные. Выявление температурных аномалий и их дислокаций возможно при повторных проведениях полевых работ и на основе космических снимков. Несмотря на то, что снимки NOAA - это снимки низкого пространственного

разрешения, они позволяют решать задачу локализации температурных аномалий при условии анализа их набора за достаточно длительный период времени. Таким образом, в ходе качественного анализа большого

количества снимков области «тепловых шумов» отсеиваются и вычленяется устойчивая область тепловой аномалии.

Использование дистанционных

методов зондирования позволяет

охватывать большую территорию, прослеживать динамику развития температурного поля. Изучение данных по глубокому бурению с использованием ДДЗ помогает более полно отобразить корреляцию глубинных и

Примечания

1. Амирханов Х.И., Равнин Л.И., Суетнов В.В., Гаирбеков Х.А. Опыт применения нефтегазовой разведки. - Махачкала: Дагестанский филиал АН СССР, 1975. - 223 с. 2. Булаева Н.М., Османов Р.Ш. Система сбора, накопления и интерпретации геофизических данных по Восточному Предкавказью для решения мониторинговых задач // Информационные ресурсы России. 2004. №2. - С.22-25. 3. Булаева Н.М., Османов Р.Ш., Аскеров С.Я., Магомедов Б.И.

Использование дистанционных данных для мониторинга Димитровского нефтегазового месторождения Дагестана // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник статей. Т.11. ИКИ РАН, 2005. - С.171-174. 4. Ковнер С.С. К теории термической разведки. Докл. АН СССР. 1941. Т.32. №6. - С.398-400. 5.

Работнов В.Т., Кутузов О.Н., Спиридонов В.А., Лохтионов М.О. Рекомендации по методике геотермических исследований в приповерхностных отложениях при поисках газоносных структур. - М.: ВНИИГАЗ, 1974. - 18 с. 6. Чекалюк Э.Б., Федорцев И.М., Осадчий В.Г. Полевая геотермическая съемка. - Киев: Наукова думка, 1974. - 103 с.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 06-05-96604 - р-юг-а.