Геофизический мониторинг на местрождении углеводородов

УДК 622.83 А.Л. Замятин

ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НА МЕСТРОЖДЕНИИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Проведены исследования геодинамической активности района месторождения Грибного и выявлены закономерности развития процесса сдвижения массива горных пород и земной поверхности при его разработке.

Ключевые слова: геодинамическая активность, геофизический мониторинг, нефтяные и газовые месторождения.

А ктуальность постановки исследо-

./Т-ваний геодинамической активности района месторождения Грибного и закономерностей развития процесса сдвижения массива горных пород и земной поверхности при его разработке обусловлена, с одной стороны, требованиями инструктивных документов, регламентирующих безопасность при недропользовании, с другой, возрастающей частотой техногенных катастроф, спровоцированных интенсивным ростом масштабов добычи полезных ископаемых.

При этом общепризнанно, что один из наиболее значимых видов техногенного воздействия на недра связан с добычей нефти и газа. Разработка нефтяных и газовых месторождений и связанная с ними изменение пластового давления, различные виды воздействия на залежь для повышения нефтеотдачи, нарушают природное равновесное состояние недр, создавая предпосылки для возникновения сильных и, в ряде случаев, катастрофических природно-техногенных событий, которые приводят к деформациям горного массива и земной поверхности, повреждениям и авариям систем и объектов обустройства, а также скважин и коммуникаций. Также одним из источников всех этих событий является современная гео-

динамическая активность массива горных пород и его земной поверхности, проявляющаяся через широкий спектр трендовых и полигармоничных цикличных современных движений, концентрирующихся в зонах структурных нарушений.

Все аварийные и катастрофические ситуации, возникающие вследствие проявления геодинамической активности, могут быть разделены на два вида. К первому виду следует отнести катастрофические ситуации, обусловленные игнорированием естественной геодинамической активности и закономерностей ее проявления. Ответственные сооружения помещаются на «живущие разломы» в земной коре без учета параметров взаимных перемещений смежных блоков. Вследствие чего появляются «необъяснимые» участки аномально повышенной аварийности, рвутся магистральные нефтегазопроводы в районе г. Краснотурьинска на Урале, в Башкирии, под Ярославлем и на ряде других участков. Принятая система транспортировки нефти по сборочным и магистральным продуктопроводам создает специфичную самостоятельную геосистему в виде протяженной сети трубопроводов. Сами трубопроводы не влияют существенно на состояние и поведение верхней части литосферы. Но их протяженность и разветвленность неизбежно влечет пере-

Рис. 1. Результаты второго года мониторинга методом электроразведки на Грибном месторождении углеводородов

сечение активных живущих разломов. В зависимости от параметров современных геодинамических движений по этим разломам и условий пересечения, участки трубопроводов в районах активных живущих разломов приобретают аномальную аварийность.

Ко второму виду следует отнести аварии и катастрофы, обусловленные провоцирующим влиянием техногенной деятельности. В этом случае на ответственные и потенциально опасные объекты действуют совместно естественные современные геодинамические движения и

Рис. 2. Результаты второго года мониторинга методом радонометрии на Грибном месторождении углеводородов

деформации и техногенные движения и деформации. Техногенное воздействие на земную кору сегодня достигло таких масштабов, что способно вызвать активные геодинамические явления даже в тех районах, которые отнесены к сейсмически не опасным.

Решение проблемы предотвращения катастроф при добыче и транспортировке нефти на месторождении Грибное требует, прежде всего, изучения естественных деформационных процессов, протекающих в литосфере на участке месторождения. Далее, в соответствии с принципом суперпозиции, необходимо выявить влияние техногенной деятельности, то есть выявить закономерности развития деформационных процессов, вызванных технологией добычи нефти. Суммарное деформационное поле и закономерности его развития во времени и на разных стадиях добычи определят последствия взаимо-

действия обеих геосистем для охраняемых объектов.

Программа проведения мониторинга сдвижения земной поверхности и исследование параметров современных геоди-намических движений при разработке Грибного месторождения нефти направлена на решение проблемы предотвращения катастрофических последствий, как для предприятия и всех находящихся на подрабатываемой территории охраняемых объектов, так и для природной среды.

Для выявления структурных особенностей массива горных пород на местро-ждении проведен мониторинг комплексом инженерно-геофизических работ в составе электроразведки в варианте срединного градиента (МСГ) и ядерного метода - радонометрии. Основываясь на разных геофизических свойствах массива горных пород, они обеспечивают разностороннюю информацию о местоположении

структурных элементов, их параметрах, состоянии слагающих пород, гидрогеологических условиях.

Применение радонометрии при струк-турно-геодинамических исследованиях благодаря уникальным свойствам радона, условиям его миграции, аккумуляции и эманации, определяемых современной геодинамической активностью участков (тектонических разрывных нарушений) между временно консолидированными блоками горного массива, характеристикам покровных отложений, обеспечивает картину распределения этих участков. Радон в данном случае используется в качестве природного индикатора. Таким образом, исходя из вышесказанного, аномалии объемной активности радона, генетически связанные с разрывными структурами, можно рассматривать как признак подвижности этих структур.

На основании полученных результатов мониторинга методом срединного градиента (МСГ) можно сделать следующие выводы. Учитывая опыт исследований в подобных геологических условиях, высокая изменчивость кажущегося удельного сопротивления свидетельствует о высокой тиксотропии свойств, связанной с тектонической нарушенностью. Субширотные профиля секут тело разломной зоны поперек. Все планшеты расположены так, чтобы пересечь предполагаемые тектонические нарушения субмеридионального простирания (рис. 1).

По результатам проведенных исследований участка в поле радоновых эманаций (рис. 2) выделяется линейная структурная зона, имеющая сложное внутреннее строение и обусловленая наличием геодинамически активной разломной зоны в кристаллическом фундаменте. Упругие колебания обеспечивают многофакторный механизм формирования. В результате в почвенном воздухе над зоной активной геодинамики сформировалась анома-

лия объемной активности радона. Значения объемной активности радона здесь в 5 - 6 раз превышают фоновые. Азимут простирания выявленной структурной зоны 320 - 3400, максимальная ширина на участке исследований порядка 350 м. Параллельно зоне наблюдаются структуры более низкого ранга, шириной 10 - 30 м. В ряде случаев, отмечается четкое совпадение геоморфологических структур - линейных депрессий в рельефе (которые можно рассматривать как результат современной геодинамической активности) и аномальных значений объемной активности радона в почвенном воздухе при пересечении этих депрессий профильными линиями. Данный факт подтверждает геодинамическую природу формирования аномалий объемной активности радона в почвенном воздухе на участке исследований.

Геофизические исследования электроразведкой и радонометрией, выполненные для выявления принципиальной возможности структурной неоднородности в массиве, характеризуемом геологической разведкой как относительно однородным, показали наличие в массиве горных пород структурных неоднородностей (рис. 3), обусловленных тектоникой района. Это предопределяет дискретный характер деформирования массива горных пород и земной поверхности, проявления ступенчатости, представляющей опасность для охраняемых объектов.

Факт наличия техногенных смещений земной поверхности, современных геоди-намических движений и активных тектонических нарушений, выявленных в результате геофизических исследований, говорят о необходимости дальнейшего мониторинга с целью контроля развивающихся деформаций на охраняемой территории и предотвращения катастрофических явлений. ШИН

Рис. 3. Обобщенный план расположения тектонических нарушений по результатам геофизического мониторинга

I— Коротко об авторе ----------------------------------------------------

Замятин А.Л. - младший научный сотрудник, лаборатории технологий снижения риска катастроф при недропользовании, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург, E-mail: A.Zamyatin@mail.ru