Способ глубинного структурного картирования,обнаружения и измерения скрытых структурных целевых объектов и полезных ископаемых
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (19) S (ll) з(51) 6 01 U 9/00 (9.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2645850/18-25 (22) 18.08.78 . (46) 15,10.83. Бюл. )1 38 (72) Б.П. Черных (53) 550.83 (088.8) (56) 1, Вольвоский b.Ñ. и др, Краткий справочник по полевой геофизике. М,, "Недра", 1977.
2. Королев А.В. и др, Структурные условия размещения послемагматических руд. N.9 "Недра", 1965 (прототип ). (5»)f57 ) 1. СПОСОБ ГЛУБИННОГО СТРУК
ТУРНОГО КАРТИРОВАНИЯ, ОБНАРУЖЕНИЯ .И .ИЗМЕРЕНИЯ СКРЫТЫХ СТРУКТУРНЫХ
ЦЕЛЕВЫХ ОБЪЕКТОВ И ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий глубинное геологическое картирование деформированнь1х комплексов, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубинности, точности и достоверности струк" турных исследований и повышения эффективности глубинного геологического картирования и разведки в целом, из9меряют вдоль различных направлений в естественных координатах деформографические характеристики кривизны по меньшей мере, одной базовой структурной поверхности: радиусы и центры кривизны, выпуклость, направления монотонных уменьшений значений радиусов и скорость их изменений - и в слу- < чае нарушения монотонности устанавливают координаты границ конечных элементов — закруток, определяют тип закруток, форму и характер их взаимоотношений, при этом густоту дискретных наблюдений базовых поверхностей увеличивают с уменьшением значений радиусов, и по закартированным таким образом базовым поверхностям, используя деформографические функции связи, картируют остальную геологическую среду и определяют s ней .скрытые структурные целевые объекты и/или полезные ископаемые.
2, Способ по и. i, о т л и ч а ю— шийся тем, что деформографические функции связи устанавливают на конечных элементах деформированных поверхностей (закрутках ) в соответствии с их эволютными графами, полями йеремещений геологической среды при ее деформациях, а также с ее строением и составом.
Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что измерение деформографических характеристик кривизны базовых структурных поверхностей проводят с учетом их полей высот, путем сопоставительных измерений взаимных ориентаций нормалей и/или касательных к этим поверхностям, по меньшей мере, в двух точках.
1 (!(!8(-(ч, очередь на нефть и газ перед постаHoBf СЕйСМОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСПОВИсй (НВ1Г(РИмер, горный рельеф или трудности картирования подсопевых отложений Внутри деформирова(гногo комплекса и др,). Известны способы сipóêòópHoio картирования дегк>рм((р-. Ванной гео((ос!. > с с," r.> Изобретен:1е относ ггся < луб:!--;сну с геологическому карт ированик; т ГГ!< с>с а таК>К(Е К СГ>ОСОба>! ОГ(гсс(д"-.г!Ения f4(:Стона " ХО>КДЕНИЯ, РОВ КИ СКРЫТЫХ I !Oil B3 I I! IX И P P . ЦЕГ Е RI-. X природных объектов и/.Iã;I.I их -(аст»й на глубине В деформирован(ых ко(Г(ле:<СВХ ЗемнОИ корь(, 9 i Ом 4IICJ;(" >4BC1I О" положения новых месторожде ий, спр"" деления Заг асов имеющихся месторо-. ждений и других и(пезных и/!!Ji! целеВых ГеслОГичеc i< х те.1 и Об ь -..! ГЕОЛОГОРазr ЕДО -iНСI". ДОЛЕ, HЕфТЕГс. ЗО И Г O P H 0 JI O (3 b! I-I -". ЮЩ Ей f I 0 Q Ь ((.(> Г! Е i I bl 0 С Г ПрИ ПО 1СКВХ,, >с":Зi= (дl<0 и 3с<(.ГПу-1Т =." ЦИИ >4ЕСТ ОРОК<двгялй ГО;>,"-IHХ, .НЕ I аул.! -. ЧЕСКИХ с! НЕМЕТ )JIJ,I;ciBCI ; . ПОП»3с Ь Х искспаемь(х разли I! ь(х (и "(Ов, ВОЗ(. =!с" Та И ГBHBÇ!4CPÄ, а 1 сЗК»<С 9 Иi(>КОНЕ(НОГЕОЛОГИЧЕСКИ>< çbi(;!<0; ßX „ Ilc1 ПPHI" PÐ ПРИ ОЦЕНКЕ СЕйСМИ-сОСК (<>паСНОCTI!, тЕОРСтИ«ЕСКИХ сi (!НЬIX I CCË(JÄO(iан ° ЯХ, ! <0 ÃJ> а ТpBL)ует(я Зг =I:-I :: i!4Е ГЛуйиf I! (ОГО ГеолОГическОГО ст(Opill<я с рук f > ры ) деформирова>(н(: >< кок(1г(с;co;, Пр(:.,(у щественнал Облас . Исii ..:-;.»-Зс (и,!> изобре ения г;ри пс>в Г о: сс(сс<е г (1«.. (»(д=й ! Обос((овании (дпя лоло.к=-ния (0(>к е,тации ) скважин глубо <сl о бурениг и/или гоо:(ых выр-.ÄO ок и/ипи Гcофизи че< ки х ((абпюд =,,; 1,0 < О(е(-,н, 3 к(>е i(ти Внс Б ксо(1(1пе кс(с: р 1бо -:. -f Г10 (, у " С(с!ННО(Лсл с- OpO-,N - c - «>И!r 1(-,,-,. !O асн((,! (ГГК ) в ка-(сс Ве с f,:Ðrb>ê,.íõifr х P:"!(!0ò ПЕРЕ" ПОСТ аН 06 l<0! r! :> >Oi OС ГОЯ(КИ Х В(, с дсВ (Сс",с(lзс!ЧB(К!лс< с.,=,C»J Ю (сff4И (I!.,Iпс (:" МЕР СЕйСНОРа 16ЕД:<и ) И/ип4 ГIIÓCOÊÎ:-0 буре(-(ия !! /(4пл с>г1 3 Г ;1 -(ных I Îp ИО I !i:.0 ходческих работ. Изсбретени"-. может быть применено при г:роведении поисковых и разведoч fbix работ в п<.рву(0 Ги .(.С«ой средь, на глубине и определения в ней скр liblx целевых природilblx o båêгое структурного типа и/или ь(астей, в том числе полезных ископае(ль;х, путем сейсморазведки 1 j Это наиболее дорогие пс себестоимости из еофизических способов разведки работы, однако наиболее ин<кормативные из всех известных геофизических способов опосредствованного обнаружения и измерения скрытых структурных целевых природных объектов и полезных ископаемых., особенно при проведении поисково-разведочных работ на нефть и газ. В результате Вьк1олнения сейсморазведки получают ког ечную информацию в форме структурных «арт по опор(лым l1 условным гори3(> ! ам и геолого-геофизические раз(>ез(ь(, д;i"вщие относительно полное предст "ffJI ние О деформированной геопогическ<>й среде, а также о морфоло: ии целевых объектов на глубине. !.ейсморазвед«у;лспользуют как для r ИСТ(r!c!Ë I È×BÑÊOÃO ПЛОщадНОГО СтруКтурflol"о картирования глубинного строения ,частков з" ìíîé коры, так и для поиска vcifpnbfx природных объектов, в ,Ом -исп<. структурного типа (например (1г>ЗУШЕК НвфтЕГВЗОВЫХ С <ОППЕНИЙ) . ПровсдеllHP поисксвь(х работ сейсмо-!! c33 f3Bä f0I4 ВЕдЕтСя, КаК Пр аВИЛО, ;c;:åI1óí, 1р этом расходуется опре„епенный объем физичеcf
:-(а ТЕ(>РИ(тс>Г>;(ЯХ За ПРСДЕЛа(ЛИ ЦЕЛЕВЫХ 1риродi-ьх объектов, После обнаружения :(о данным сейсморазведки целевого Об(.;.I< I 3 п >сводится его локализован-(<>(1 си<. Ге !BTII-Icc кое картирование ,.Г((. гll pcibf9 cBòè физических наблюдений ! с(ХО((к!(с(ЕЙ:.,!i В Зс"-" БИС !l40CÒÈ OT СЛОЖ нос,и Г пубинного строения, морфологии и размеров целевого объекта, в объе(л=,х достаточных для обоснования гсродог(>кения разведки объекта другими, более тяжелыми способами !Например глубоким (бурением ), г!еобхсдимость при г!роведении поиска тратить определенный объе(л физических наблюдений (,поисковых профилей ) за пределами целсвого объекта сни>кает эффективность сейсморазведки, Поиск объектов сейсморазведки осуществляется как правило, разряженной сетью наблюдений В результате чего вероятен пропуск целевого объекта на перспективных дпя: их Обнаружения землях, Сгу(цение же се.ти наблюдени(т на пустых землях как срсдство избек<ать пропуск целево! 3 1М8 го объекта ведет к увеличению затрат на разведку в несколько раэ, так как площадь земель, занятых целевым объектом (например ловушкой ), во много раз меньше площади пустых 5 земель (за пределами объекта). Наиболее близким к предлагаемому является способ глубинного структурного картирования, обнаружения и измерения скрытых структурных це- 10 левых объектов. и полезных ископаемых, включающий глубинное геологическое картирование деформированных комплексов (2 ) Технология проведения работ 15 указанным способом сводится к проведению дискретных точечных или профильных наблюдений координат структурных поверхностей и построению непрерывных моделей этих структурных поверхностей, которые, как правило, конструируются изолиниями, отражающими функцию координаты высоты (глубины ) от плановых координат для изучаемых структурных поверхностей. Себе 25 стоимость точки (или интервала ) наблюдений зависит от глубины залегания структурной поверхности и тре" буемой точности наблюдений. Последняя определяется способом извлечения дискретной информации. Из геофизических способов наиболее высокую себестоимость точки наблюдений имеет сейсморазведка, но это и наиболее точный геофизический способ. Точность «35 определения кординаты точки по данным бурения либо проходки горных выработок наиболее высокая, но столь же высокая себестоимость. Ma" лую себестоимость и высокую точность 40 имеет формальная точка наблюдения координат при наземном геокартировании. Последний способ, кроме того, позволяет строить наиболее точную детерминированную модель структур45 ной поверхности, что возможно при непрерывном прослеживании топологии структурной поверхности - одновремен", ном наблюдении многих точек. Но глубинность геокартирования в пределах высокой его достоверности ограничива" ется вблизи глубины эрозионного вреза. Поиск же полезных ископаемых -.и других целевых объектов необходимо бывает вести на значительных глубинах их залегания, поэтому необходи.мо пооведение глубинного структурно:го картирования.Общим для способов глубинной структурной съемки явля" 41 Щ ется дискретность наблюдений — точечных или профильных. Основной особенностью любого структурного картирова ния и разведки является резкое увеличение себестоимости работ и одно временное уменьшение их информативнос ти и эффективности по мере увеличения глубинности и степени деформированности геологических сред. Это в своеочередь в частности, значительно сдерживает возможность создания поискового задела — основной задачи геологоразведочных, работ. Эффективность ГГК в целом зависит от воэможности локализации поиска и разведки от ориентации дорогостоящих глубинных исследований непосредственно на целевые объекты и сокращения, соответственно, объема поисковых работ дорогими средствами за пределами целевых объектов при одновременной полноте исследований территорий. Цель изобретения - повышение эффективности ГГК и разведки в целом и увеличение глубинности, точности и достоверности, структурных исследований при снижении затрат на их выполнение; осуществление планомерного площадного структурного картирования и опоискования территорий на глубоких структурных уровнях,. обнаружения и измерений целевых объек тов и создания, тем самым, поискового задела, позволяющего из множества выделенных объектов выбирать первоочередные наиболее перспективные и локализовать дорогостоящие геологоразведочные работы, например буре" ние и др., на целевые объекты, сокращая объем дорогостоящих работ на территориях эа пределами целевых объектов. Например, при подготовке структур под глубокое бурение при нефтегазопоисковых работах, в частности, не подменяя обязательной сейсморазведки, локализуют последнюю непосред-. ственно на целевые объекты, сокращая объемы пустых проф: лей и т.д. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу глубинного структурного картирования, обнаружения и измерения скрытых структурных целевых объектов и полезных ископаемых, включающему глубинно геологическо картирование деформированных комплексов, измеряют вдоль различных направлений s естественных координа" тах деформографические характеристики % 1040441 6. кривизны, по меньшей мере, одной базовой структурной поверхности: радиусы и центры кривизны, выпуклость направления монотонных уменьшений значений радиусов и скорость их 5 изменений - и в случае нарушения монотонности устанавливают и прослеживают координаты границ конечных элементов - закруток, определяют тип закруток,,форму и характер их взаимоI отношений, при этом густоту дискретных наблюдений базовых поверхностей увеличивают с уменьшением значений радиусов, и по закартированным таким образом базовым поверхностям, исполь- 15 зуя деФормографические функции связи, картируют остальную геологическую среду и определяют в ней скрытые структурные целевые объекты и/или полезные ископаемые. 20 Леформографические функции связи устанавливают на конечных элементах деформированных поверхнос гей (закрутках ) в соответствии с их эволютными графами, полями перемещений ?5 геологической среды при ее деформа.циях, а также с ее строением и составом. Причем, измерение деформографических характеристик кривизны базовых г> структурных поверхностей провосцят с учетом их полей высот путем сопоставительных измрений взаимных ориентаций нормалей и/или касательных к этим поверхностям, по меньшей мере, 35 в двух точках. Таким образом, используетс;я прин.цип опосредственного картирования и разведки (по аналогии, например, с геофизическими способами разведки ),,ц, когда целевые объекты обнаруживают и измеряют в земной кОре посредством других объектов и/или явлений на основании установленных функции связи между посредниками и целевыми об ьектами. Предлагаемый способ основан на существующих закономерностях строения и свойствах деформированной геологической среды, которые проявляются в деформированной геологической среде в форме упорядоченных дискретных взаимно однозначных соответствий между частными, парными и т.д. деформированными структурными поверх ностями (и/или их аналогами ) пластов, 5 стратиграфических комплексов и т.д. и их разрывами сплошности и могут быть определены (декодированы ), если рассма1риаать эти парные поверхности и их разрывы совместно с пространственными распределениями их радиусов и центров кривизны, в совокупности с которыми они образуют в деформированной геологической среде закономерно упакованные конечные дискретные деформографические поля, с глуб>иной обладающие криволинейной симметрией и иррациональной структурой и тесно связанные с полями перемещений среды при ее деформациях. Строгая закономерность строения и связи обнаружены не только для однородных сред, но и для градиентных, характеризующихся несоответствием структурных планов, например, при переходе через высокопластичные соленосные и другие образования, а также в зонах развития надвигов и т.д, Так, связи структурных поверхностей при переходе черех высокопластичные перераспределяющиеся при деформациях толщи выражаются в закономерном преломлении геометрии формы позер>снс>с гей аналогичном физическому преломлению фронта вопны при переходе через градиентные среды (эффект преломпения ) и т.д. Установлено также, что изменение геометрии разрывов с глубиной, их появление либо исчезновение на различных структурных уровнях деформированных комплексов находятся также в функциональном сответствли с геометрией частных структурных поверхностей в крыльях разрывов и их характеристик кривизны. Распространение с глубиной структурных форм на конечных элементах в пределах их естественных границ (на которых нарушается монотонность из межени я кри ви з ны ) подчиняется эффекту конуса. Морфология конусов совпадает с особыми точками, линиями и поверхностями, зависимыми и определяемыми по кривизне деформироьанных частных структурных (и/или их аналогов) поверхностей, а значения их угловых параметров образуют закономерные дискретные ряды ., ДеП>ормографический метод анализа деформированных геологических сред (метод изучения прямых свойств ) базируется на концепции конечных элементов, геометрии дисконткнуума дискретных элементарных упорядоченных единиц деформированной геологической среды .(аналогичны кристал)048441 лическим решеткам ). U результате анализа установлен ряд деформографи- ческих функций, связи, которые путем решения обратных задач от них позволяют проводить опосредствованные 5 поиск и измерение скрытых целевых объектов при производстве работ картировании и разведки ). Деформографические функции связи представляют собой взаимно бднозначные упорядоченные геометрические соответствия между чаастными деформированными поверхностями (структурными и/или их аналогами ) и их разрывами через параметры формы и характе- 15 ристики кривизны на конечных элементах и другие определители поверхностей в естественных координатах, находящимися в соответствии с полями перемещений геологической среды при 20 ее деформациях, а также строением и составом деформированных сред. Так, между парными деформированными поверхностями, являющимися границами (соответственно, верхней и ниж- 25 ней ) стратиграфического подразделения (пласта, толщи и др. ), устанавливается закономерной картеж парных точек, относящихся соответственно к обеим поверхностям. Образующие 30 картежа на конечном элементе ориентируются (векторная составляющая ) в пространстве деформированной среды не случайно, а в соответствии с Формой деформированных искривленных 35 поверхностей распределением радиусов и центров кривизны — формой эволютного графа, используя его осевые точки, линии и т.д. . находятся в соответствии с полями перемещения геологической среды при деформациях, например — переориентировкой линий максимальной анизотропии изменчивости свойств пласта (и т. и, ) . Скалярная составляющая картежа отражает (и зависит от них) законы осадконакопления, изменения мощности анализи-, руемого страти графического подразделения и др. По предложенному способу структур. 50 ное картирование осуществляют по одной или нескольким деформированным структурным (маркирующим и др.) поверхностям или их аналогам деформиро1 ванного комплекса, наиболее доступ" ным для картирования, при наименьших затратах на его осуществление ° Это, как правило, наиболее близко расположенные к дневной поверхности . маркиры и т.д., которые выбираются в качестве исходных базовых поверхностей. Технические средства и спосо бы структурного картирования базовых поверхностей могут быть самыми раз нообразными в зависимости от геологической ситуации и технических возможностей осуществления работ. Однако в режим и технологию картирования базовых поверхностей вносят дополнительные элементы и требования. Картирование базовых поверхностей проводят по различным направлениям, вдоль которых измеряют и определяют радиусы и центры кривизны картируемых поверхностей, направления скорости и ускорения монотонной изменчивости значений радиусоМ кривизны, сгущая промежуточные наблюдения с уменьшением значений радиусов. Общая густота дискретных наблюдений зависит от детальности исследований .с достаточной полнотой — пять точек на каждый монотонный (по изменчивости радиуса ) интервал наблюдаемой базовой поверхности. Такое требование к режиму картирования, делает мало эффективным равномерное распределение сети горных выработок, скважин и/или других точек структурных наблюдений, и оно становится более эффективным если соподчинено плановому расположению зон уменьшения радиусов кривизны деформированных поверхностей. Кроме того, в процессе картирования устанав ливают координаты, формы и типы границ монотонной изменчивости значений радиусов кривизны. Тогда определенные таким образом монотонные интер. валы базовых поверхностей выступают и их используют в. роли конечных элементов (закруток ), которые в совокупности с пространственными распределениями радиусов и центров кривизны обладают характерными распознаваемыми эволютными графами, что позволяет определять деформографические функции связи между парными и т.д. поверхностями и их разрывами на глубину. Применяя деформографические функции связи, эакартированными ба1зовыми поверхностями опосредствованно измеряют другие поверхности и их разрывы на все более глубоких уровнях деформированных комплексов, в том числе на уровнях продуктивных пластов, горизонтов, целевых объектов и структурных ловушек полезных ископаемых. 10484>>1 Составитель В. Зверев Редактор К, Волощук Техред Т,Фанта Корректор В.Гирня к Заказ 792 7/53 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )й-35, Раушская наб., д. »/5 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 По закартированной таким образом геологической среде судят о глубинном строении изучаемой территории, выделяют целевые обьекты структурного типа, определяют их морфологические характеристики, глубины, залегания, а также оценивают структурные факторы распределения полезных ископаемых либо целевых обьектов создают поисковый задел, выбирают из выявленных объектов первоочередные перспективные и оптимально локализуют на их дальнейшую разведку и/или намечают места заложения горных выработок и/или буровых сква>нин. Кроме того, определяют и учитывают геологотехнические условия продолжающейся разведки. Большинство геолого-разведочных и ин>ненерно- геологических работ сопроао>ндается, прежде всего, структурными исследованиями, поэтому использование изобретения может быть самым разнообразным а зависимости от геолого-технических условий V и задач разведки. Использование предлагаемо-о способа глубинного структурного картирования и разведки по сравнению с известными позволяет оптимально локализовать поиск и разведку, учесть ожидаемые глуби нные геолого-техни ческие, например сейсмологические, усло-> вия при проведении последующей сейсмо разведки, оптимально ориентировать дорогостоящую дальнейшую разведку и/или намечать места заложений горных 10 выработок и/или буровых скважин, получить значительный геологический эффект, так как возрастает полнота, достоверность и глубинность структурных исследований, в том числе 15 для сложнопостроенных сред. Кроме того, способ позволяет оперативно оценивать глубинное строение больших территорий и создавать необходимый поисковый задел для тя>нелых 1 дорого20 стоящих > способов разведки, он может использоваться при подготовке структур под бурение при нефтегазопоисковых работах в сложнодеформированных средах, где применение сейсморазведки в силу сложности геологических и горно-технических условий низко эффективно, или невозможно.
