Способ глубинного структурного картирования, обнаружения и измерения скрытых структурных целевых объектов и полезных ископаемых

(50 6 01 М 1(9 ТЕН р. Краткийзике, И руктурныематицес(прото" с ицаю е деформо щи и графи зовых дят с сопос ориен ивизны б ей прово аимныхательных к эти ьшеи мер в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 26)л 5850/18-2518.08.7815,10.83, Бюл. й 3872) Б.П, Черных(56) 1, Вольвоский Б.С. и дсправочник по полевой геофи"Недра", 1977.2, Королев А,В. и др, Стусловия размещения послемагких руд. И.9 "Недра", 1965тип ).(5)ь)(57 2 1. СПОСОБ ГЛУБИННОГО СТРУКТУРНОГО КАРТИРОВАНИЯ, ОБНАРУЖЕНИЯ .И .ИЗМЕРЕНИЯ СКРЫТЫХ СТРУКТУРНЫХ ЦЕЛЕВЫХ ОБЪЕКТОВ И ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий глубинное геологическое картирование деформированнь 1 х комплексов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения глубинности, точности и достоверности стру турных исследований и повышения эфФективности глубинного геологическог картирования и разведки в целом, из 9 меряют вдоль различных направлений в естественных координатах деформографические характеристики кривизны по меньшей мере, одной базовой струк турной поверхности: радиусы и центры кривизны, выпуклость, направления монотонных уменьшений значений радиу сов и скорость их изменений - и в случае нарушения монотонности устанавливают координаты границ конечныхэлементов - закруток, определяют типзакруток, форму и характер их взаимоотношений, при этом густоту дискретных наблюдений базовых поверхностейувеличивают с уменьшением значенийрадиусов, и по закартированным такимобразом базовым поверхностям, используя деформографические функции связи,Фкартируют остальную геологическую, структурные целевые объекты и/илиполезные ископаемые,2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, цто деформографическиефункции связи устанавливают на конечных элементах деформированных поверхностей (закрутках ) в соответствии сих эволютными графами, полями йеремещений геологицеской среды при ее деформациях, а также с ее строением и составом,Способ по и, 1, о тс я тем, что измеренеских характеристикструктурных поверхноучетом их полей высоавительных измеренийаций нормалей и/илиповерхностям, по меточках./ГЕОЛОГИЧЕСКОМУ КаРТИРОВанИЮ (ГГ( а ТВКжЕ К СГ)ОСОбам ОГ/г-.ДЕ г/ЕНИЯ МЕСГонахождвния, форлц, р(3/4 е)Ов и Озиа / Ги - ровки скрытых г 10,пезльх и др. 1/елее" /к природных объектов и/,Яи их .аст.й на глубине в дефармиг)овен Ых ко плР:. СЭХ ЗЕМНОИ КОРЫ, В ОМ 4 ИСЛ(" МЕС 10" ПОЛОЖЕНИЯ НОНЫ; лЕСТСР(1 жДЕ 11 Ий 1, СПРЕ деления загасов имеющихся месторо" ждений и других и:лезнцх и/или целеВых ГеолОГиВских тел и ОбъеТОВ на глубине и/или сце;,е их структурноГо контроля размеьщения в дефогмированной геолог ицеспой среде. И:обретение может бьп ь использовано в ГеолОГОразв.;до(/НО/л дол(;, нефтс Га зов И ГОТНОДОСЫР-.ЮЩЕ/л ПРОЧЬ/)ЛЕ)НОС / и при по 1 сках, резв;д/е и э (сг лу:)та" ции /лесторождел 1 ий ГОр 1;, ./1 е 1 В.Г./ъ- ЧЕС 01 Х 1 Е)4 ЕТ(4/1 Л,Ч."С "и Г)ОЛЕЗЬ К ископаемых разли нгьк типов, воз:аста и ГРнез 4 се, а также е и/4)Оле 140" ГеолоГицески: изыска ляк ВпримРр при оценке сейс/лицослой опасное ги, теоретицеских и и ьк сследоеа//и ях, когда требуется зл ац;,/ие глубин /ого ГеолОГицескОГО ст".Ое/1 я (с (руку)ы ) де(1)орирова,;ьх к/;мпг )сов, Пре му щественная Облас. . исг ьпь:401.Я,) ИЗООРЕ ЕНИЯ ПРИ ПОД г ОО. (-: Г 1/С (,-./З-.йе,л,ь,тОЬОСЛОВЗНИ/ДПЯ Зопож:НИЯО);:Е- тации ) скважин ггубо 0 о буиениг и,/или год: Ых в(-./гз абс) 0 к:,4/лЯг Г Р офизице.ких наблю,ен,й, Ос:;(беннс з:;)г/)ек ти Вно Б комглексе с р бо" .л/ПО ЯуОИННОМувологин( . (О//у и артгЗО .,аи (ГК ) в начес.Ве с)г),.ре)аю//, х работ перед постановкой )овс)гос)о)/;4 х е/ -н У дов 1-00/)1/з; нес к, к ;бл//) ч/з: /4 иии/зи мер, еиг.л)ора Звр/1:(и/ ) и/ил 11 г/убоОго бурения и/или разг.)-нцк 1 орно-про ходческих работ. Изобретение может быть применено при г:роведении поисковых и разведочных работ в первуо очередь на нефть и газ перед постановкой глубокого буренил в персективных сложно пос троел 1 ны( региО /ах,в которых даже проведение обязател ьной сейсморазведки перед пос-анов.кой глубокого бурения низко еффектиено или невозможно в силу сложньгхсейсмогеологицеских условий (л 4 агример, горный рельеф или трудностикартирования подсопевых отложенийВнутри дРц)орми рова/.4 ОГО комплексаи др,),Известны способы структурног.окартирОВания дейс)рл 1;,/.Ваннои Гео)10" пи 400 ой средь На глубине и определения е ней скрытых целевых природЫх Обьекгое структурного типа и/или цастей, в том числе полезных ископасмь;х, путем сейсморазведки1Это наиболее дорогие по себестоимости из еофизических способов разведки работы, однако наиболее информативные 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 выполнения сейсморазведки получают Ког/ЕЧНУЮ ИНфОРМаЦИЮ В ФОРМЕ СтРУКтУР- нцх арт по оп.рныл( и условным горизо 4/гам и геолого-геофизические разрезь:, дающие относительно г)олное представление 0 деформированной геологицеской среде, а также о морфологии целевых объектов на глубине. .ейсморазведку используют как для систематического площадного структур/Ого картирования глубинного строения ,цветков земной коры, так и для поиска цслееых природных объектов, в гсгм (исле структурного типа (например 4 г)ЕУШЕК НгфтЕГВЗОВЫХ С/ОППЕНИЙ). Пл)оводе/4 ие поисковьх работ сейсморазводкой /ведется, как правило, вслепую, 4 р этол) расходуется определенный объем физицеских наблюдений на творит )г)и/ях за Г/рсделал(и целевых 4 рл 1 ООД-ь х объектов, После обнаружения :О дннцм сейсл)оразведки целевого Об.Ркта проводится его локализован- .О си. ге 1 ат/./ес кое картирование т/;г".Стьс) сети физических наблюдений 4 ахо гящей ся е за еи симс)сти От слож нос.,и глубинного строения, морфологии и размеров целевого объекта, в объемах достаточных для обоснования гродог)кен 1 Я разведки объекта другими, более тяжель)ми способами (например глубоким бурениел ), Необходимость при гроведении поиска тратить определенный объел физических наблюдений( поисковьх профилей ) за пределамицелсвого объекта снижает эффективность сейсморазведки, Поиск объектовсейсморазведки ОсуществляРтся какправило, разряженной сетью наблюденийв результате чего вероятен пропускцелевого объекта на перспективныхдля их обнаружения землях, Сгущениеже сети набл/вдели/т на пустых земляхкак срсдство избе)ать пропуск целево3 1 М 8 го объекта ведет к увелицению 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 левых объектов. и полезных ископаемых, включающий глубинное геологическое картирование деформированных комплексов 2 3Технология 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. Тоцность35 определения кординаты точки по данным бурения либо проходки горных выработок наиболее высокая, но столь же высокая себестоимость, Ма" лую себестоимость и высокую точность40 имеет формальная тоцка наблюдения координат при наземном геокартироеании, Последний способ, кроме того, позволяет строить наиболее точную детерминированную модель структур 45 ной поверхности, что возможно при непрерывном прослеживании топологии структурной поверхности - одновреиен", ном наблюдении многих точек, Но глубинность геокартирования е 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" 4ется дискретность наблюдений - точечных или профильных, Основной особенностью любого структурного картироеа ния и разведки является резкое увеличение себестоимости работ и одновременное уменьшение их информативнос 1 ти и эффективности по мере увеличения глубинности и степени деформироеанности геологических сред. Это в свою . очередь 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 картироеания 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:Фей 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 геологицеско картирование деформированных комплексов, измеряют вдоль различных направлений в естественных координа" тах деформографические характеристикикривизны, по меньшей мере, однойбазовой структурной поверхности:радиусы и центры кривизны, выпуклостьнаправления монотонных уменьшенийзначений радиусов и скорость их 5изменений - и в случае нарушения онотонности устанавливают и прослеживают координаты границ конечных элементов - закруток, определяют типзакрутокформу и характер их взаимоотношений, при этом густоту дискретных наблюдений базовых поверхностейувеличивают с уменьшением значенийрадиусов, и по закартированным такимобразом базовым поверхностям, используя деформографические функции связи,картируют остальную геологическуюсреду и определяют а ней скрытыеструктурные целевые объекты и/илиполезные ископаемые. 20Леформографические Функции связиустанавливают на конечных элементахдеформированных поверхностей (закрутках ) а соответствии с их эволютными графами, полями перемещений 5геологической среды при ее деформа.циях, а также с ее строением и составом,Причем, измерение деформографических характеристик кривизны базовых З 0структурных поверхностей проагсцятс учетом их полей аьсот путем сопоставительных измрений взаимных ориентаций нормалей и/или касательныхк этим поверхностям, по меньшей мерев двух точках.Таким образом, используется прин.цип опосредственного картироаанияи разведки (по аналогии, например,с геофизическими способами разведки ), д 0когда целевые объекты обнаруживают иизмеряют а земной кОре посредствомдругих объектов и/или явлений на основании установленных функции связимежду посредниками и целевыми объектами,Предлагаемый способ основан насуществующих закономерностях строенияи свойствах деформированной геологической среды, которые проявляютсяв деформированной геологическойсреде в форме упорядоченных дискретных взаимно однозначных соответствиймежду частными, парными и т.д. деформированными структурными поверхностями ( и/или их аналогами ) пластов, 55стратиграфических комплексов и т.д.и их разрывами сплошности и могутбыть определены ( декодированы ), если рассма 1 риаать эти парные поверхности и их разрывы совместно с пространственными распределениями ихрадиусов и центров кривизны, а совокупности с которыми они образуют вдеформированной геологической средезакономерно упакованные конечныедискретные деформографические поля,с глубиной обладающие криволинейнойсимметрией и иррациональной структурой и тесно связанные с полямиперемещений среды при ее деформациях. Строгая закономерность строения и связи обнаружены не толькодля однородных сред, но и для градиентных, характеризующихся несоответствием структурных планов, например,при переходе через аысокопластичныесоленосные и другие образования, атакже а зонах развития надвигови т.д, Так, связи структурных поверхностей при переходе черех аысокопластичные перераспределяющиеся придеформациях толщи выражаются в закономерном преломлении геометрии формыповарсностей аналогичном Физическомупреломлению фронта аопны при переходе через градиентные среды (эффектпреломпения )и т.д. Установлено также, что изменение геометрии разрывовс глубиной, их появление либо исчезновение на различных структурныхуровнях деформированных комплексовнаходятся также в Функциональномсотаетствли с геометрией частныхструктурных поверхностей в крыльяхраэрыаоа и их характеристик кривизны,Распространение с глубиной структурнь,х Форм на конечных элементаха пределах их естественных границ(на которых нарушается монотонностьизменения кривизны) подчиняетсяэКакту конуса. Морфология конусовсовпадает с особыми точками, линиями и поверхностями, зависимымии определяемыми по кривизне деформированных частных структурных (и/илиих аналогов) поверхностей, а значения их угловых параметроа образуютзакономерные дискретные ряды .,Деформографический метод анализа деформированных геологических сред (метод изучения прямых свойств ) базируется на концепции конечных элементов, геометрии дисконткнуума дискретных элементарных упорядоченных единиц деформированной геологической среды .(аналогичны кристаллическим решеткам ). О результатеанализа установлен ряд деформографи-ческих функций, связи, которые путемрешения обратных задач от них позволяют проводить опосредствованные 5поиск и измерение скрытых целевыхобъектов при производстве работкартировании и разведки ),Деформографические Функции связипредставляют собой взаимно однозначные упорядоченные геометрическиесоответствия между чаастными деформированными поверхностями структурны.ми и/или их аналогами ) и их разрыва-ми через параметры формы и характеристики кривизны на конечных элементах и другие определители поверхностей в естественных координатах,находящимися в соответствии с полямиперемещений геологической среды при 20ее деформациях, а также строениеми составом деформированных сред.Так, между парными реФормированнымиповерхностями, являющимися границами соответственно, верхней и нижней ) стратиграфического подразделения 1,пласта, толщи и др. ), устанавливается закономерной картеж парныхточек, относящихся соответственнок обеим поверхностям. Образующие 30картежа на конечном элементе ориенти.руютсявекторная составляющая ) впространстве деформированной средыне случайно, а в соответствии с Формой деформированных искривленных35поверхностей распределением радиусови центров кривизны - Формой эволютного графа, используя его осевыеточки, линии и т.д.: находятся всоответствии с полями перемещениягеологической среды при деформациях,например - переориентировкой линиймаксимальной анизотропии изменчивости свойств пласта ( и т.п,), Скалярная составляющая картежа отражает(и зависит от них) законы осадконакопления, изменения мощности анализи-,руемого стратиграфического подразделения и др.По предложенному способу структур50ное картирование осуществляют по одной или нескольким деформированнымструктурным маркирующим и др.) поверхностям или их аналогам деформиро.ванного комплекса, наиболее доступ"ным для картирования, при наименьших затратах на его осуществление.Это, как правило, наиболее близкорасположенные 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 разнообразными в зависимости от геологи. ческой ситуации и технических возмои. ностей 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 иэменчи. вости значений радиусой 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 ба 1 зовыми 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.Заказ 792 7/53 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, ч/5филиал ППП "Патент , г, Ужгород, ул, Проектная,По закартированной таким образомгеологической 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 обьектовсоздают поисковый задел, выбираютиз выявленных объектов первоочередные перспективные и оптимально локализуют на их дальнейшую разведкуи/или намечают места заложения горных выработок и/или буровых скванин.Кроме того, определяют и учитываютгеологотехнические,условия продолжающейся разведки,Большинство геолого-разведочныхи инненерно- геологических работсопровондается, прежде всего, структурными исследованиями, поэтомуиспользование изобретения можетбыть самым разнообразным в зависимости от геолога-технических условийи задач разведки.Использование предлагаемого способа глубинного структурного картирования и разведки по сравнению сизвестными позволяет оптимально локализовать поиск и разведку, учестьожидаемые глубинные геолого-технические, например сейсмологические, условия при проведении последующей сейсморазведки, оптимально ориентироватьдорогостоящую дальнейшую разведкуи/или намечать места заложений горных 10 выработок и/или буровых скважин,получить значительный геологическийэффект, так как возрастает полнота,достоверность и глубинность структурных исследований, в том числе 15 для сложнопостроенных сред, Крометого, способ позволяет оперативнооценивать глубинное строение большихтерриторий и создавать необходимыйпоисковый задел для тянелых 1 дорого стоящих ) способов разведки, он можетиспользоваться при подготовке структур под бурение при нефтегазопоисковых работах в сложнодеформированныхсредах, где применение сейсмораз ведки в силу сложности геологических и горно-технических условий низко эффективно, или невозможно.