Геофизические методы Геофизические методы позволяют судить о

Геофизические методы

Геофизические методы позволяют судить о составе и иных свойствах пород без непосредственного их анализа традиционными геологическими методами.

Каротаж скважин

Геофизический каротаж – комплекс геофизических методов изучения разреза, вскрываемого скважинами. Применяется в том случае, когда при бурении не производится подъем керна и шлама, и исследование пород производится путем измерения их физических свойств в стенках скважин с помощью специальных зондов. Один из наиболее широко применяемых в стратиграфии геофизических методов – электрокаротаж скважин.

Электрокаротаж скважин основан на непрерывном измерении по необсаженному стволу скважины: -собственных потенциалов (ПС), т. е. потенциалов, возникающих при взаимодействии промывочной жидкости и пластовых вод, - кажущегося сопротивления (КС), обусловленного удельным сопротивлением поровых вод и отчасти сопротивлением самой породы. ПС позволяет оценить различия в проницаемости пород, КС – различия в пористости.

Данные измерений отражаются на каротажных диаграммах, на которых в определенном масштабе по вертикали откладываются пройденные глубины, а по горизонтали – значения измеряемых величин КС и ПС. Показания сравниваются с данными по эталонным образцам керна разных пород, изученных в лабораторных условиях. При расшифровке диаграмм удается определять основные разновидности терригенных, глинистых и карбонатных отложений, пройденных скважиной.

Схема применения метода собственных потенциалов (ПС) – минимум соответствует песчаным породам (высокая проницаемость)

Диаграммы собственных потенциалов (ПС) и кажущегося сопротивления (КС) для разных пород

Глинистые породы – максимумы ПС и минимумы КС. Пески, песчаники, трещиноватые карбонаты – минимумы ПС (тем более отчетливые, чем меньше в них глинистого материала) и максимумы КС (значения КС возрастают с увеличением проницаемости). Если в обломочных породах вода замещается нефтью, то значения КС становятся еще больше. Карбонаты - максимумы КС, но кривая имеет мелкозазубренный рисунок в связи с неравномерным распределением в этих породах зон трещиноватости и пористости, которые приводят к снижениям КС. Значения КС понижаются с увеличением минерализации пластовых вод.

Значения ПС и КС в породах разного состава

Радиоактивный каротаж Методом гамма-каротажа измеряется интенсивность гамма-излучения горных пород за счет содержания в них Th, U и р. а. изотопа 40 K. По значениям естественной радиоактивности осадочные породы делятся на три группы: а) высокую радиоактивность имеют битуминозные глины, аргиллиты, глинистые сланцы, калийные соли и современные глубоководные осадки – планктоногенные илы, что связано с высокой абсорбционной способностью глин; б) среднюю радиоактивность – глины (морские и пресноводные), глинистые песчаники и известняки, мергели, глинистые доломиты; в) низкую радиоактивность – ангидриты, гипсы, известняки, доломиты песчаники, иногда – каменные угли.

Корреляция скважин по данным каротажа. Западная Сибирь, Повховское нефтяное месторождение: LLS – индукционный каротаж, GR – гаммакаротаж, SP – каротаж сопротивлений, SWT – ядерно-магнитный каротаж (оценка проницаемости коллектора). http: //www. slb. ru/userfiles/file/Oilfield%20 Review/1998/spring/4%20 povkh. pdf

Корреляция по данным каротажа

Основное достоинство методов каротажа – возможность получения очень полных сведений о разрезе, так каротаж проводится по всей длине скважины без пропусков. Это дает ему известные преимущества перед отбором керна, который никогда не бывает полным. Главный недостаток методов каротажа – не позволяет судить о многих важных характеристиках пород (цвет, текстура, методов каротажа – минеральный состав и др. ), а само распознавание пород по диаграммам во многом субъективно (зависит от опыта исследователя и знания им особенностей геологического строения района).

На диаграммах отражается лишь порядок чередования различных типов пород и их мощность. Поэтому при использовании каротажных методов обязательно сравнение полученных данных с результатами исследования керна из опорных и параметрических скважин. Каротаж – лишь формальная регистрацией определенных характеристик пород, их вещественных признаков, которые часто сохраняются в пределах ограниченных участков, а за их пределами могут иметь другие показатели.

Использование данных каротажа для целей стратиграфии аналогично литологическим методам расчленения и корреляции разрезов: надежно сопоставлять данные каротажных диаграмм можно только для близко расположенных скважин и в пределах одной тектонической структуры. Без одновременного изучения керна скважин и применения каких-либо других стратиграфических методов корреляция разрезов только по данным каротажа может быть ошибочной.

С помощью каротажных методов мы выделяем и коррелируем литостратиграфические подразделения, поэтому границы их могут быть диахронны. Выделение хроностратиграфических подразделений по каротажным данным недопустимо.

Сейсмостратиграфический метод

Предмет сейсмической стратиграфии – изучение пространственно-временных соотношений и фациального состава осадочных пород посредством интерпретации данных сейсморазведки. Объект сейсмостратиграфических исследований – чехлы осадочных и осадочно-вулканогенных бассейнов.

Распространение этих волн в недрах зависит от типа пород (плотности) и их пористости. Методика сейсмостратиграфии основывается на прослеживании и регистрации отражающих волн внутри толщи осадочных пород. Отражающие поверхности могут соответствовать границам пород разного состава, границам разных флюидов (например, вода – нефть), несогласиям, диагенетическим изменениям.

Запись границ, которые соответствуют поверхностям напластования или существенного изменения физических свойств пород, производится в прямоугольной системе координат на равномерно движущейся ленте. Запись представляет собой акустико-геологический (сейсмостратиграфический) разрез во временном масштабе – временной разрез. Такой разрез соответствует графическому изображению геологического (стратиграфического) разреза.

Временной разрез по одному из профилей в Северном море, отображающий строение окраинных склонов коралловых рифов (Бондарев, 2003 г. )

Временной разрез Восточно-Софиевской и Николаевской площадей Припятского прогиба (http: //geolib. ru/Oil. Gas. Geo/1982/08/Stat/stat 03. html)

По сейсмическим временным разрезам могут быть сделаны выводы о геологическом строении недр. Выделяются поверхности несогласий, горизонтальное и наклонное залегание слоев, геологические тела разного масштаба – рифы, соляные купола, нефтяные ловушки.

Временной разрез отложений карбона - неогена. Чукотское море http: //www. vipstd. ru/gim/content/vie w/782/77/

1 - отражающие горизонты; 2 - биогермные постройки; сейсмофации: 3 - биогермные, 4 – внутририфовой лагуны, 5 - межрифовые обломочные известняки; 6 - притоки: а - нефти, б - газа Глубинный сейсмический разрез по профилю МОГТ (метода общей глубинной точки) 19 -91 Еллей-Игайской площади (Западная Сибирь) (http: //geolib. ru/Oil. Gas. Geo/2001/05/Stat/stat 02. html )

Соляной купол на сейсмопрофиле (http: //www. geol. umd. edu/~jmerck/geol 342/lectures/19. html)

По разрезам можно выделять сейсмостратиграфические подразделения, т. е. геологические тела, ограниченные сейсмометрическими границами. Сейсмометрические границы представлены двумя основными типами – сейсмогоризонтами и субстанциональными границами.

Сейсмогоризонт – поверхность формирования латерально устойчивого сейсмического сигнала. Соответствует, например, поверхности несогласия. Латеральные изменения вещественного состава, внутренней структуры и мощности геологических тел могут вызвать разветвление или слияние сейсмогороизонтов.

Субстанциональные границы отражают изменение вещественно-структурных признаков геологических тел. Они могут совпадать и не совпадать с сейсмогоризонтами. Следует помнить, что даже самая резкая геологическая граница может не являться рефлектором и не отражаться на сейсмическом разрезе!

Признаками сейсмостратиграфических подразделений является их пространственная форма и рисунок сейсмической записи. Форма их может быть разнообразной, чаще – плоско-параллельной или клиноформной (крутонаклоненной линзовидной). Принадлежность выделяемых границ к стратиграфическим (а не тектоническим) устанавливается с помощью прямых геологических методов.

Методами сейсмостратиграфии выделяются осадочные (седиментационные) комплексы, представляющие собой стратиграфические единицы, которые сложены согласными последовательностями генетически взаимосвязанных слоев и ограничены в подошве и кровле либо несогласиями, либо соответствующими им согласными поверхностями.

Поверхность несогласия на временном разрезе

Хроностратиграфическая значимость отражений от поверхностей несогласий состоит в том, что все породы, залегающие ниже этой поверхности, являются более древними, чем залегающие над ней.

Отражающие границы лишь в частном случае могут быть изохронными, а следовательно, сейсмостратиграфические подразделения в большинстве случаев не могут быть хроностратиграфическими. Отражающие границы – это границы изменения физических свойств пород, поэтому большинство из них диахронны. Для корреляции сейсмостратиграфических подразделений с международной стратиграфической шкалой необходимо привлечение методов биостратиграфии.

Сейсмостратиграфия занимается также восстановлением обстановок осадконакопления в палеобассейнах и выделением литофаций по данным сейсморазведки. Выявляются границы сейсмофаций и их взаимное расположение по площади. В дальнейшем это позволяет исследовать особенности напластования, давать оценку энергетической обстановки в среде, где происходило осадконакопление и делать предположения о литологическом составе пород.

Примеры формы внешней поверхности сейсмофаций Клин Покровная Линза Форма заполнения Банка Холмообразная (http: //www. beg. utexas. edu/agi/mod 06/m 06 -step 03. htm )

Детальное изучение строения и состава осадочных комплексов и распределения их по площади и разрезу позволяет выявить их связь с относительными колебаниями уровня моря в данном бассейне и увязать их с глобальными эвстатическими изменениями уровня моря. Сейсмостратиграфические методы чрезвычайно ценны для глобальных стратиграфических корреляций (секвентная стратиграфия).

Палеомагнитный метод

Палеомагнитный метод стратиграфии (магнитостратиграфия) основан на изучении магнитного поля Земли в прошедшие геологические эпохи. Магнитное поле Земли

Магнитное поле геологического прошлого закреплено в своеобразных «отпечатках» этого поля – векторах естественной остаточной намагниченности (Jn) горных пород. Надежную информацию о древнем магнитном поле несет только та компонента остаточной намагниченности, возраст которой совпадает с возрастом породы, т. е. первичная намагниченность горной породы (J 0 n).

Применение палеомагнитных данных в стратиграфии основано на том, что магнитное поле Земли может испытывать смену знака осесимметричного диполя, или инверсию магнитного поля. Изучение обращенной полярности геомагнитного поля в геологическом прошлом позволило разработать метод палеомагнитной стратиграфии или магнитостратиграфии.

Многократная смена знака осесимметричного диполя в истории Земли, или инверсии магнитного поля привели к тому, что разрезы осадочных и вулканогенных пород оказались расчлененными на чередующиеся зоны прямой и обратной намагниченности. Прямая полярность (N) намагниченности совпадает с полярностью современного геомагнитного поля. Обратная полярность (R) – полярность, противоположная современному полю.

Временные интервалы преобладания какойлибо одной полярности – геомагнитне эпохи. В пределах эпох выделяются меньшие по длительности интервалы той или иной полярности – геомагнитные эпизоды.

Образование магнитных аномалий на дне океана

Магнитные аномалии в северо -западной части Тихого океана. Осевая аномалия коррелируется с современной эпохой магнитной полярности

Инверсия магнитного поля – мгновенный, в геологическом понимании, процесс, поэтому палеомагнитные границы изохронны. Поскольку геомагнитные инверсии имеют глобальный характер, можно построить шкалу геомагнитных инверсий, позволяющую коррелировать прямо и обратно намагниченные породы по всему миру на протяжении всей истории Земли.

Стратиграфическая привязка палеомагнитных единиц: 1) Магнитохронология – с помощью радиологических датировок. Используется только для новейших образований (последние 7 млн. лет. )

Магнитостратиграфическая шкала

К магнитохронологии относится и способ датировок магнитных инверсий на основании изучения линейных магнитных аномалий в океанах. Разработан для более древних отложений. Линейные аномалии – хронологическая запись геомагнитных инверсий. Зная скорость разрастания океанического дна и имея датировки некоторых аномалий, можно построить аномалийную шкалу геомагнитной полярности. Способ применим только для отложений, имеющих возраст не древнее юрского.

Линейные магнитные аномалии в океанах и их возраст

2) Собственно магнитостратиграфия. Шкалы геомагнитной полярности (магнитостратиграфические шкалы) получают по аналогии с построением международной шкалы и региональных шкал. А – изучение наиболее полных разрезов осадочных и вулканогенно-осадочных пород в стратотипических областях. Б – сопоставление полученных последовательностей, составление сводных разрезов по регионам, и объединение их в глобальном масштабе.

Магнитная характеристика подразделений международной стратиграфической шкалы – магнитостратиграфическая шкала. Временной эквивалент – магнитохронологическая шкала – последовательность интервалов прямой и обратной геомагнитной полярности, которая привязана к общей геохронологической шкале (периодам, эпохам и векам).

Общая магнитостратиграфическая шкала (англ. general magnetostratigraphic scale) – хронологическая последовательность магнитозон полярности, привязанная к подразделениям Общей стратиграфической шкалы (ОСШ), разновидность шкалы геомагнитной полярности; строится путем синтеза магнитостратиграфических материалов по всем континентам (магнитостратиграфические разрезы и региональные магнитостратиграфические схемы), а для последних 167 млн. лет (от батского века до современности) и по океанам (результаты палеомагнитного изучения керна скважин глубоководного бурения), с учетом данных интерпретации линейных магнитных аномалий. А. Ю. Гужиков. Российская геологическая энциклопедия, 2011.

Общая магнитостратиграфическая шкала квартера

Магнитостратиграфическая шкала мела

Неравномерное распределение геомагнитных инверсий по шкале времени позволяет выявить определенные их группировки – интервалы сгущений, разряжений и выделять на этом основании в магнитостратиграфической шкале единицы разного ранга (таксоны).

В Стратиграфическом кодексе России (2006) приняты следующие магнитополярные и магнитохронологические подразделения: Магнитополярные подразделения (магнитозоны) Магнитохронологические подразделения и их приблизительная длительность, млн. лет Сопоставление магнитополярных подразделений с подразделениями МСШ Мегазона Мегахрон более 100 Гиперзона Гиперхрон 100– 30 Суперзона Суперхрон 30– 5 Несколько ярусов или отдел Ортозона Ортохрон 5– 0, 5 Ярус или его часть Субзона Субхрон 0, 5– 0, 01 Микрозона Микрохрон менее 0, 01 Эратема фанерозоя Система

Трудности применения магнитостратиграфического метода 1. Неодинаковая степень намагниченности разных пород (метод наиболее эффективен для эффузивных и красноцветных толщ, которые наилучшим образом сохраняют остаточную намагниченность). 2. Недостаточная индивидуальность дробных магнитостратиграфических единиц.

«Из-за изменчивости в степени проявления следов или сохранности признаков полярности, из-за несогласий в разрезах, из-за эффектов биотурбации, из-за возможностей последующей ремагнетизации или по другим причинам границы подразделения полярности далеки от синхронности. Хотя горизонты и подразделения магнитостратиграфической полярности могут использоваться как указатели хроностратиграфического положения, они сравнительно мало отличаются друг от друга и могут быть идентифицированы только с помощью других свидетельств возраста, таких как палеонтологические или изотопные данные» (МСС, 1999)

Стандартная магнитостратиграфическая шкала последних 4 млн. лет

Сопоставление магнитостратиграфических и биостратиграфических данных для аптских отложений Тихого океана (Atsushi Ando, Kunio Kaiho, et al, 2008)

Расчленение отложений и корреляция разрезов с применением метода магнитостратиграфиии. Миоцен Морокко (Kevin J. Cunninghama, Laurel S. Collins, 2002). FO – появление вида, LO - исчезновение вида.