Сейсмогеологические модели нефтегазовых месторождений юго-востока Западно-Сибирской плиты 25. 00. 10 геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Вид материала

Диссертация

Содержание 2.1. Сейсмотектоническая модель нефтегазоносных 2.2. Ритм осадконакопления, его проявление в форме 2.3. Дополнительные системы в зональном Параметризация сейсмоморфоструктур 3.1. Природа кольцевой зональности 3.2. Типовые формы кольцевой зональности 3.3. Сейсмоморфологическое проявление 3.4. Критерии ранжирования кольцевой зональности

Подобный материал:

• Рабочий учебный план специальности 130201/02 Геофизические методы исследований скважин/Геофизические, 235.37kb.
• Паспорт специальности 25. 00. 10 – геофизика, геофизические методы поисков полезных, 174.87kb.
• Совершенствование метрологического обеспечения инклинометрии нефтегазовых скважин 25., 254.4kb.
• Методика изучения деформационного состояния геологической среды района екатеринбурга, 290.94kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 314.31kb.
• Комплекс геофизических и геохимических методов исследований при проектировании, строительстве, 427.17kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины гсэ. Ф. 10 Экономика закреплена за кафедрой экономической, 144.71kb.
• Учебной дисциплине «Минералогия и петрография» для специальностей 130103 Геофизические, 10.49kb.
• Рабочая программа дисциплины ф тпу 1 21/01 Рабочая программа учебной ф тпу 1-21/01, 191.37kb.
• Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 25. 00. 10 Геофизика, геофизические, 112.68kb.

Глава 2. СЕЙСМОСТРАТИГРАФИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

2.1. Сейсмотектоническая модель нефтегазоносных

формаций, их циклическая структура


При сейсмостратиграфическом моделировании модели осадконакопления составляются на основе сейсмофациальных и сейсмоформационных соотношений в вертикальном разрезе. В работе рассматривается пространственная согласованность сейсмоформаций нефтегазоносных отложений территории исследований. Некоторые черты этой согласованности обусловлены направленностью тектонического развития бассейна, проявляются на региональных профилях, литолого-фациальных погоризонтных картах.

Основные характеристики полученной в ходе исследований сейсмотектонической модели формирования нефтегазоносного бассейна отражены в следующей описательной схеме. На этапе заложения узких глубоких впадин, при относительно быстром прогибании бассейна накопились мощные нефтегенерирующие толщи (мощные сейсмокомплексы триаса и нижней юры рифтовых впадин). Смена этапа прогибания подъёмом территории сопровождалась в глубинных частях земной коры заполнением аномальной мантией «ловушек» на подошве литосферы под прогибами, они образуются в эпоху быстрого погружения (зоны «крокодилов» на глубинных сейсмических разрезах). Заполнение «ловушек» аномальной мантией привело к возникновению разуплотнённых зон в сопредельных к прогибу участках и к заложению прогибов в обрамлении центральной впадины. Образование прогибов в зонах обрамления рифтовой впадины по результатам моделирования происходило не одновременно, а с возрастным «скольжением» (Saemundsson, 1967) – поочерёдно (то в левом, то в правом борту), что установлено на глубинных сейсмических разрезах. На широтных сейсмических разрезах территории исследований (Берзин и др., 2000; Криночкин и др., 2001; Задоенко и др., 2001) «поперечное скольжение» проявляется в возрастном смещении аномально повышенных мощностей сейсмокомплексов от центра впадины. В направлении от центра к периферии бассейна региональные профили пересекают как минимум две рифтовые структуры с несколько меньшей интенсивностью прогибания. В мегаритме и в юрско-валанжинском макроритме последующие тектонические инициации и колебания поверхности осадконакопления были всё менее интенсивны. Растяжение в среднюю фазу макроцикла завершилось разрядкой накопившихся напряжений в блоках путем последовательного ступенеобразного прогибания от периферии – к центру бассейна (с образованием клиноформных комплексов). В завершающие фазы цикла колебания всё более высокочастотные – характерны озёрные, озёрно-болотные сейсмофации.

Близкая сейсмотектоническая модель формирования нефтегазоносного бассейна предложена Артюшковым и др. (1987). Схемы тектонической активизации для впадин, прогибов подвижных поясов рассматривались А. Гребо, В.Е. Хаиным, В.В. Белоусовым. В эволюции крупных тектоноэлементов в этих схемах в течение одного тектонического цикла не показана латеральная последовательность движений. Характер пространственного и повремённого развития активизационного тектонического процесса (в основных чертах латерально-зонального следования и эпизодического развития) в единичную фазу активизации мало изучен. Поверхностные волновые процессы в ходе тектонических активизаций (в условиях замкнутого пространства земных оболочек) имеют ограниченное число пространственных и временных проявлений, выявляются в форме рельефа и в особенностях зонального распространения сейсмофаций.

Положение Земли во внешних гравитационных полях определяет развитие в собственных колебаниях Земли «радиальных», «сфероидальных» и «тороидальных» мод (Staсeу, 1968). Приливные волны формируют колебательные движения поверхности Земли – в приэкваториальной плоскости с возникновением максимальных энергетических перепадов в точках «отрыва» движущейся навстречу суммарному вектору гравитационных сил притяжения активной приповерхностной «пластине» вещества Земли. Положительное движение вещества сменяется обратным, которое сопровождается передвижением активизационного процесса, которое проявляется в пульсационном латеральном следовании областей прогибания и воздымания, «провоцирующих» наступление и отступление моря в устойчивом порядке латерального продвижения, с непрерывно изменяющимся в пространстве и времени вектором направления движения (например, с севера на юг в альпийском мегаритме), с периодическим «джампинговым» смещением области основного прогибания.

Последовательность развития активизационного тектонического процесса в мега- и макроциклах установлена в изменчивости типовых форм сейсмоповерхностей и сейсмофаций от центра бассейна на периферию и в их возрастном дополнении (соподчинении) в пределах циклитов. Латеральная и вертикальная согласованность сейсмофаций в единичном циклите в направлении от денудационных равнин до прибрежной части моря (линейно она подчиняется закону Головкинского-Вальтера) в структуре осадочного бассейна в плане имеет центрально-зональное (относительно центра прогибания, сводов положительных структур – полосовидные зоны сейсмофаций мигрирующего побережья юры, мела), вихревое (для растущих структур и склоновых систем – например, распределение среднеюрских песчаных сейсмофаций пролювиально-делювиального генезиса), петлевидно-дуговое (фаций прибрежных зон пологоклиноформных отложений или склоновых фаций переходных этапов осадконакопления) сочетание типов фаций (формы сочетаний фрактальны, подобны множествам Мандельброта, Минковского, Жюлиа).

Последовательность колебательных движений, восстановленная по результатам моделирования, имеет следующие основные черты. В ходе альпийского мегацикла на Западно-Сибирской плите трансгрессии и регрессии имели преимущественно меридиональное (с чередованием западного и восточного смещения) следование. При формировании юрско-валанжинского макроциклита область палеоберега проградировала с севера на юг. В юрское время, от плинсбаха до оксфорда первоначально испытывала прогибание существенно северо-западная часть плиты, в тоаре прогибание сменилось на центральное, а в аалене и бате – на восточное, в келловее и оксфорде первоначально центральные тенденции в прогибании плиты сменились на западные. В кимеридже произошло расширение морского бассейна, с усилением центрального прогибания в волжском веке и сменой его на западное – в берриасе и валанжине. В проградирующей с севера на юг береговой зоне формировались прибрежно-морские фации, которые латерально дополнялись морскими и фациями денудационно-аккумулятивных равнин (Сурков и др., 1998). На юго-востоке плиты в нижне- и среднеюрских комплексах преобладают фации денудационно-аккумулятивных равнин, в верхнеюрских – прибрежно-морские.

Повторение в вертикальном разрезе (в теле одной сейсмоформации терригенных отложений) однотипных сейсмофаций тесным образом связано с повторением морфологических особенностей рельефа поверхности осадконакопления, имеющего типичные черты в рамках сейсмоформации, но несколько изменяющегося в колебательном ритме, в соответствии с законами трансформации пространственных упругих приповерхностных волн. Источником морфоструктурных особенностей палеоповерхностей являются сейсмические структурные карты. Сложность взаимодействия многих рельефообразующих факторов и, в тоже время, наличие типичных, устойчивых морфоформ рельефа (палеорельефа) создают предпосылки для разработки его классификаций. В настоящее время наметились тенденции к созданию универсальной классификации. Однако, зачастую, разрабатываемые классификации тесно связаны с задачами исследований, имеют тектоническую, литологическую или иного рода зависимость. Менее зависимы от природы классифицируемых объектов структурно-геометрические классификации. В этих классификационных схемах, как главные компоненты, выделяются два основных класса структур – линейно-вытянутые и изометричные формы. Подклассы в разных системах классификации могут содержать значительное число типовых форм: 15–18 в каждой основной подгруппе (изометричные, линейные, по Д.А. Тимофееву); 33 типа локальных проявлений (по А.Н. Ласточкину), из пяти подтипов структурных форм классификации В.Д. Наливкина (1977) для нефтегазоносных структур. Центрально-зонального типа деформированность и подобие (в морфологическом проявлении результатов протекания активных процессов: в рельефе и плановом облике фаций) обнаруживается в наличии круговых, концентрических, вихревых, сигмоидного типа сочетаний гребневых и килевых структурных линий, как в малых структурах, так в крупных и гигантских (Ли Сыгуан, 1958; Слензак, 1972). Если дополнить класс центрально-зональных образов поверхностного облика геолого-тектонических объектов диагональными, меридиональными, широтными, трёх и многолучевыми формами, то основной набор их типового разнообразия будет практически исчерпан. По мнению автора, классификация морфоформ сейсмоповерхностей для сейсмоформаций осадочных отложений при решении нефтегазовых задач должна включать небольшое количество прототипов, иметь геометрическую основу, в том числе, достаточно наглядно характеризовать облик проявления дислокаций в морфоповерхности, особенности и характер проявленности в палеорельефе (включая историческую последовательность их развития) рельефообразующих сейсмофаций, морфоформы должны математически параметризоваться.

Разработанная автором классификация морфоформ, созданная в ходе систематизации представлений о плановом облике нефтегазоносных структур (рис. 7), состоит из 11 основных типов, 12 тип – бесструктурная единица.

Всегда в рельефе, палеорельефе, в форме поверхности отражается фация. В.Н. Невский (2003) для описания таких форм ввел термин «геоморфологическая фация». При интерпретации данных сейсморазведки важно изучать фациальное содержание рельефа. В нефтегазоносных бассейнах в морфологических композиционных сочетаниях проявляются условия формирования и мощность песчаных сейсмофаций, формирование песчаных фаций тесно связано и с распределением полей тектонических напряжений и с геометрическим образом структуры. Наиболее подвижные, мобильные блоки в разнопорядковых структурах группируются в спиралевидные цепочки (рис. 7, тип VIII). Они находятся в зонах максимальных поперечных и продольных напряжений (субдукции, бортовых частях рифтовых структур). Относительно центра структуры для них характерен дивергентно-веерный или лучевой облик в сочетании структурных линий (тип I, III–VII, X), явно проявляющийся на этапах интенсивного тектонического роста или опускания поверхности. Концентрическая зональность рельефна в пределах «сгущения» спиральных структурных линий (тип I, II, IV, VIII). Эти сгущения тяготеют к участкам террасированного подъема или опускания изоуровней рельефа (каждая структура насчитывает не более 2–3, редко 4 террасы).

В постумных, образовавшихся на последующих этапах интенсивного роста поднятий, отложениях осадочного чехла, по причине максимальной подвижности и эрозионной «ёмкости» кольцевых валообразных поверхностей, гребневых сегментов зон сжатия, эта зональность (концентрическая, спиральная, дуговая) выявляется в концентрического или радиального облика зонах повышенных мощностей песчаных фаций. Сигмоидный облик сейсмоморфологического проявления песчаной фации характерен для краевых, периферических валов, пролювиально-аллювиальных осыпных конусов; дугового типа формы наблюдаются в строении меандр русел, баровых песчаных тел; трёхзональные, четырёх-, семилучевые сочетания элементов – в строении каналов, проток дельтового комплекса; меридиональное, широтное, диагональное простирание песчаных сейсмофаций обнаруживается в форме береговых валов, абразионно-аккумулятивных тел берегового клифа, аллювиальных комплексах. Наличие крутящих моментов в блоках палеорельефа (тип VII) проявляется в периферических изгибах зон врезов, дугообразных формах долин, периферических, краевых, тыловых валов, баровых тел, циркумзональном распределении песчаных сейсмофаций, круговых замыканиях в распределении периферических объектов (конусов выноса, осыпных тел) относительно центра поднятия или впадины. Морфоформы в своей центрально-зональной структуре имеют дипольный облик (тип II, IX, XI). Дугообразного облика в плане сводовая часть поднятия, с тяготеющими к ней песчаными фациями, дополняется по латерали близкой по облику впадиной с преимущественно глинистыми фациями. «Дипольность» структурно-вещественных сочетаний проявляется в «дипольном» характере аномалий (Ерофеев и др., 1989) в полях сейсмических параметров (фрактал плазма, кривая Минковского).

Вероятностно-статистический анализ, выделенных по результатам сейсмоморфологического анализа структурных форм (типизация с использованием функций автокорреляции), показал, что для ранжирования палеоструктурных форм оптимальны методы классификации, в которых учитывается их радиальная симметрия, местоположение элементов относительно сводов структур, центра прогибания. Среди структурных морфоформ преобладают трёхзональные, сигмоидные, вихревые, кольцевые, многолепестковые, спиральные. Квазиустойчивый тип рельефа это объёмные стоячие волны. Объёмное колебание формируется в области взаимодействия колебаний Земли с суммарным вектором внешних сил. По причине нелинейного характера системы (пространства и области взаимодействия), колебания в пространстве кривизн земных оболочек скручиваются с образованием упругой стоячей волны ограниченного диапазона размерностей (в соответствии с размерами собственно Земли и толщинами её оболочек) и детерминированного набора форм, определяемых частотным диапазоном интерферирующих компонент и типом скейлинга. Самоподобие в структуре морфоформ стало основой их фрактальной параметризации (с оценкой размерности Хаусдорфа и энтропии).

Сейсмофациальные реконструкции (GeoProbe) юрско-меловых отложений с учётом их сейсмоморфологического проявления (рис. 8) выполнены по материалам сейсморазведки масштаба 1:25000, 1:50000 (1986–2006 гг.), установлено, что в трансгрессивных макро- и мезоциклах формы рельефа при накоплении осадков единичного цикла изменяются от 11–12 типа к первому. Литолого-фациальные модели и схемы уточнялись по скважинным данным, с использованием карт и схем А.М. Казакова, В.П. Девятова и др. (1995, 1997), В.С. Суркова и др. (1995, 2000 и др.), Ф.Г. Гурари и др. (1992, 2000 и др.), В.Б. Белозёрова и др. (1991, 1995, 2005 и др.). Более или менее достоверные представления о характере площадного развития песчаных фаций оказалось возможным получить для сводовых частей структур первого порядка. Строение локальных песчаных тел (с мощностью в первые метры) исследованы на отдельных крупных месторождениях, где была выполнена 3D сейсморазведка (Калиновое, Солоновское, Крапивинское и др.) или стандартная сейсморазведка масштаба 1:50000 с достаточно плотной сетью наблюдений (Вахское, Стрежевое, Первомайское, Катыльгинское, Лонтынь-Яхское, Мыльджинское, Игольско-Таловое, Лугинецкое, Моисеевское и др.).

Сейсмоморфологические, сейсмофациальные модели юрско-валанжинского макроциклита стали основой для создания сейсмотектонической модели колебательных движений поверхности осадконакопления, которые, например, для условий формирования юрских песчаников имеют следующие основные черты. При аккумуляции нижнеюрских осадков преобладали вертикальные тектонические движения во впадинах, формировалась разветвлённая речная сеть, картируются аллювиальные, аллювиально-пролювиальные сейсмофации. В верхах нижней юры вертикальные движения крупных блоков во впадинах дополнились слабоинтенсивными малоамплитудными движениями малых блоков, сопутствующие озёрному и аллювиально-озёрному осадконакоплению. Активизационный тектонический процесс распространялся преимущественно вдоль рифтовых впадин, замыкаясь и разгружаясь в бортах рифтовых структур. Компенсация прогибания осадконакоплением обнаруживается в латеральном продвижении осадков дельт, чередовании режима осадконакопления, в смене движения активизационного процесса с восточных (при наступлении моря на сушу) – на западные (при обратном движении). В ааленское время главенствующая роль в осадконакоплении оставалась за деятельностью рек. Аллювиальные осадки аккумулировались при достаточно пологом рельефе. Аллювиальные осадки байоса формировались в условиях прогибания днищ долин и некоторой активизации сбросовых и грабеновых вертикальных перемещений. Во впадинах выявляются сейсмофации аллювиально-пролювиальных конусов выноса, флишоидные группы осадков. Заполнение рифтовых впадин и возрастание в их периферийных частях крутящих моментов способствовало росту в батское время структурных форм. Для бата характерно циркумзональное и вихревое (в форме вихревых структур вращения) распределение сейсмофаций песчаных отложений относительно центров малых структурных поднятий (иногда структур второго порядка) (рис. 9). Среди сейсмофаций преобладают пролювиальные, делювиальные склоновые типы. В келловее отмечается смещение областей аккумуляции на склоны и в сводовые части поднятий. На поднятиях картируются сейсмофации песчаных отложений элювиальных и элювиально-делювиальных систем. В оксфордское и кимеридж-волжское время преобладали слабоинтенсивные колебания поверхности, формировались заливообразные формы побережья, осложняющие крупные региональные заливные формы (рис. 10), существенно расширившиеся, но с тем же фронтальным следованием тектонических движений: по одному из бортов залива – при наступлении моря и по другому – при его отступлении; с формированием полосовидных сейсмофаций побережья.

Избирательность приуроченности и взаимное дополнение в пространственном распределении песчаных фаций, местоположение ко-




Рис. 7. Типовые морфологические формы палеоповерхности юры


Типизация (типовые формы в кружках) выполнена с использованием структур II порядка по отражающему горизонту II_а юго-восточной части Западно-Сибирской плиты (стратоизогипсы с сечением 0,2 км согласно структурной карте под ред. В.М. Тищенко, 1992): I – Горелоярское куполовидное поднятие; II – юго-восточная часть Нюрольской впадины; III – Окуневское куполовидное поднятие; IV – Моисеевское куполовидное поднятие; V – Мыльджинский вал; VI – Лавровский наклонный вал; VII – Полуденное поднятие; VIII – южная часть Нововасюганского вала; IX – Соболиный вал; X – Ледовое куполовидное поднятие; XI – Останинский вал


торых восстановлено по данным сейсморазведки и уточнено по геологическим данным, выявляются на объектах разной размерности. Например, на гипсометрических профилях продуктивных отложений юры зоны повышенных мощностей песчаных отложений представляют собой своеобразные «кучности», дополняющие друг друга вверх (либо вниз) по склону. Для структур первого порядка (мегавалов, валов, сводов) взаимное дополнение проявляется в смене («миграции») от нижнеюрских к верхнеюрским отложениям зон повышенной мощности песчаников от подножий к сводам поднятий – с подошвенным прилеганием и возрастным «скольжением» вдоль рифтовых структур, локально – вдоль бортов малых заливных форм, которые в плане относительно центров структур имеют спиралевидное сочетание (фрактальны, множество Жюлиа).

2.2. Ритм осадконакопления, его проявление в форме

сейсмического сигнала, картирование песчаных фаций


Параметры сейсмотектонической модели единичного ритма осадконакопления для сейсмоассоциации (мезоциклит) таковы, что на локальных участках с размерами 10–15 км² восстанавливаются близкие условия осадконакопления, формирующие основные черты разреза: мощность пластов, литологические, фациальные соотношения, устойчивый тип сейсмического сигнала. От объекта к объекту они меняются в режиме плавного дополнения с противоположными тенденциями в особенностях сочетания определяющих параметров. Например, резкое уменьшение мощности песчаного пласта на расположенном рядом своде происходит «за счёт» увеличения мощности глинистого. В перекрывающих отложениях это соотношение часто проявляется в обратных сочетаниях. Наличие закономерностей в латеральном дополнении фаций говорит о согласованном характере тектонических движений в ходе осадконакопления. В латеральном дополнении песчаные фации мезоритмов юры формируют преимущественно трёхзональные системы (спирально замыкающиеся на свод поднятий, геометрически – фрактал Мандельброта).

При наличии существенной изменчивости в мощностях конкретных песчаных пропластков, латеральном выклинивании и замещении пластов, на сейсмических временных разрезах отражения в юрско-меловой толще (в юре – с возрастанием размеров зональной устойчивости типа мезоритма от нижнеюрских отложений – к верхнеюрским) достаточно выдержаны и имеют индивидуальные черты. В сейсмическом сигнале, при видимой частоте порядка 27–36 Гц, проявляется мощность отложений порядка 40–50 м, картируются песчаные пласты. Такой же мощности отложения характеризуются сохранением особенностей ритмического чередования многослоев по керну и на кривых каротажа. Высокочастотная сейсморазведка позволяет картировать элементарные ритмиты и пропластки песчаных пластов.

Сохранение облика мезоритма способствует сохранению условий резонанса при свёртке сейсмического сигнала с коэффициентами отражения реальной среды и есть причина зональной устойчивости (когерентности) формы сигнала.

От структуры к структуре параметры мезо- или макроритма могут несколько изменяться: плавно или скачкообразно, в зависимости от региональных тектонических условий. В пределах структур первого, второго порядков эти изменения достаточно плавные. Резкие изменения связаны с границами структур первого порядка.

Пространственный рисунок сейсмоциклитов говорит о строгой взаимосвязи и согласованности в латеральном дополнении мезо- и макроциклотем. Объёмная уравновешенность в ритмолитах выявляется в латеральной сбалансированности близких по вещественному составу масс горных пород, формирующихся в различные и, казалось бы, не зависимые интервалы времени.



Рис. 8. Сейсмоморфофациальная модель h (x,y) по горизонту II_а


Крапивинское и Двуреченское месторождения, в палеорельефе сочетание устьевых песчаных тел повышенной мощности имеет трёхзональный облик («лапка дельты»)


а б






Рис. 9. Сейсмофации песчаных пластов средней юры


1 – мощности песчаных отложений для песчаных пластов Ю_6-7, в м; 2 – стратоизогипсы по кровле юрских отложений согласно шкалы, в км. Тип зональности в распределении (Тр) песчаных тел: концентрический: а – с линейными телами северо-восточного простирания; б – с радиальной зональностью; в – с линейными телами северо-западного простирания. Площади: Крс – Карасёвская, Крн – Карандашовская, Крп - Крапивинская, Мс - Моисеевская, Пс - Поселковая. Структурная карта по горизноту II_a

Так, в юрско-валанжинском макроритме территории исследований наблюдается три основных выдержанных сейсмических отражений (маркирующих горизонтов), та же закономерность устанавливается в циклитах мезоуровня внутри толщи. Каждый из циклитов по вертикали контрастной границей делится как минимум на два практически равных по мощности. Это явление (зеркальная симметрия) справедливо для всех циклических единиц, поэтому в любом сейсмоциклите можно выявить деление как минимум на три, с учётом деления как минимум на два в циклите соседнего порядка. В латеральной согласованности осадков эта особенность обнаруживается в скачкообразной смене типа разреза – с зеркальным отображением мощностей составляющих циклит литологических разностей.

Изучение сейсмоциклитов, оценка типа ритма осадконакопления по форме сейсмических сигналов (SynTool Landmark) для продуктивных отложений юры и нижнего мела позволило установить общие и частные закономерности в пространственном распределении песчаных тел, повысить эффективность картирования нефтегазоперспективных фаций. Так, песчаники берриас-валанжинских отложений расположены в склоновых частях поднятий, келловей-оксфордских – в купольной части, песчаники малышевского горизонта имеют максимум мощности в близсводовых и склоновых частях положительных структур первого порядка. Максимум мощности песчаных фаций для осадков верхней части вымского горизонта наблюдается в бортовых частях впадин, близ сводов положительных структур второго порядка. Толща, включающая песчаники надояхского, лайдинского и нижней части вымского горизонтов, имеет максимум мощности на структурах второго порядка внутри впадин. Песчаники ритмопачек, объединяющие осадки нижней части надояхского, китербютский и шараповский горизонты, максимальные мощности имеют в подножносклоновых частях поднятий первого порядка.

Форма сейсмического сигнала для ритмолита определяется типом сочетания в нём основных литологических разностей, – изменяется от сейсмоассоциации к сейсмоассоциации. Некоторые особенности в литологических сочетаниях для ритмолитов юры проявляются в следующем. Чередование песчаных и глинистых отложений, с мощностью пропластков порядка 3–6 м, при некотором преобладании глинистых разностей, часто согласуется с отсутствием углистых отложений. При тонком чередовании угольных пропластков, столь же тонкие пачки песчаников и глин дополняют в разрезе угли. В вертикальном разрезе юры мощность угольных пропластков и их количество возрастает вниз по разрезу. Появление значительной мощности песчаных отложений в вертикальном разрезе сочетается с глинистыми не менее мощными (песчаники васюганской свиты и глины баженовской; пласты Ю₃, Ю₂ и глины нижневасюганской свиты, песчаный пласт Ю₁₅ и глины тогурской пачки). В структуре макроциклита установлена зеркальная симметрия. Тонкие угольные пропластки дополняются по вертикали тонкими же песчаными и глинистыми (углисто-песчано-глинистая пачка байосских отложений), а существенно углистая пачка (байосские отложения) вверх по разрезу сменяется существенно песчаной (батской). Мощные угольные пласты (реперы первого порядка), например У₁₀, У₁, приурочены к практически безугольным толщам. Ритмичность, с примерно равными мощностями (порядка 5–6 м) песчаных, глинистых и углистых отложений, с некоторым возрастанием мощности песчаных отложений вниз по разрезу, характерна для келловея и аалена. Закономерности чередуемости проявляются в амплитудно-частотных характеристиках сейсмических сигналов. Типовые формы ритмолитов, выделенные по данным электрокаротажа скважин и по материалам сейсморазведки, близки.

2.3. Дополнительные системы в зональном

распределении песчаных сейсмофаций


Важным результатом проведённых исследований по ритмостратиграфической идентификации, по мнению автора, является то, что осадочные комплексы, характеризующиеся сохранением ритма осадконакопления, на временных сейсмических разрезах проявляются в виде сейсмических границ с устойчивыми формами сейсмических импульсов. Эффект автолокализации аномальных проявлений объектов в многослоевых системах, с меняющимися на противоположные свойствами (Новоселицкий, 1975), в сейсмическом волновом поле проявляется в «локализации» сейсмического сигнала в зоне устойчивого ритма, в латеральной выдержанности формы сейсмического сигнала вдоль реперных границ, согласованности сейсмических импульсов с параметрами ритма. В ритмопачке песчаные отложения повышенной мощности могут принадлежать её разным частям. Смещение их в нижнюю, либо в её верхнюю часть приводит к смещению низких частот в интервале сейсмического сигнала вверх либо вниз пачки и нашло отражение в методике сейсмолитологической интерпретации Д.И. Рудницкой (2000). Однако в каждом цикле осадконакопления в упорядоченной и иерархически-соподчинённой системе выделяются все виды вертикальных, горизонтальных и закручивающих движений поверхности осадконакопления (в классическом понимании – в смене эмерсии, первой трансгрессии, второй трансгрессии, инундации, дифференциации и регрессии, по С.Н. Бубнову). В непрерывно-прерывном направленном процессе тектонических движений в соседствующих по вертикали и латерали ритмолитах в преобладающих мощностях формировались песчаные отложения разного генезиса. В этой связи более эффективен при литолого-фациальных реконструкциях анализ формы сейсмического сигнала, его фазово-частотных характеристик и восстановление литолого-фациальных условий отложений с учётом характера ритма и типа рельефа. Тип ритмолитов определяется возникновением на поверхности осадконакопления в каждом единичном ритме (непрерывно трансформирующихся от одной фазы осадконакопления к другой) устойчивых форм рельефа. Сейсмоповерхности в этом отношении предоставляют уникальную возможность исследования преобладающей формы рельефа, его временной трансформации и пространственной изменчивости. Дополнительные сведения о структуре рельефа получены из строения ритмолитов.

Любая сейсмоповерхность в своей морфологической структуре обнаруживает самоподобие: представляет собой систему систем и имеет иерархически вложенную и зонально-упорядоченную структуру. Мозаичное сочетание простых форм в конкретном объекте предопределено взаимодействием упругих волн в структуре Земли ограниченного частотного диапазона и амплитуды (Локтюшин, 1999), тесно связанных с размерами тел и мощностью оболочек земной коры.

В пределах структуры любого порядка на морфоповерхности выявляется строгая иерархия составляющих её элементов (в их центрально-зональном следовании и латеральном дополнении). Она определяется формой структуры и, в тоже время, имеет законы «пространственного следования» элементарных компонентов (самоподобна). Среди которых можно отметить – возрастание от центра на периферию сложности строения структуры, по замыкающим изолиниям от свода на периферию наиболее контрастно проявляются трёх-, четырёх-, семизональность и более сложные формы – у подножия; дополнительность (по А.Д. Арманду), она проявляется в уравновешенности положительных и отрицательных форм по веществу и объему; наличие в пределах свода структуры только одного крупного поднятия; подчинённость размеров в структурных осложнениях одного уровня; существование в полуволновом диапазоне отрицательного осложнения (по отношению к каждому положительному), с зеркальным отображением взаимного расположения и сочетания структурных линий; каждая структура имеет собственные черты (или особенности), более рельефно в ней проявляется один из структурно-





Рис. 10. Сейсмофации песчаных отложений верхней юры


1 – контур территории Томской области; 2 – залежи УВ, крупные: Мыльджинское, Советское, Вахское, Полуденное, Первомайское, Мыльджинское, Лугинецкое, Игольско-Таловое в соответствующих нефтегазовых областях (НГО); 3 – контуры повышенных мощностей песчаных сейсмофаций

морфологических типов строения вещества, преобладание выявляется, в том числе в унаследованности форм, в пределах структуры первого порядка определённой формы, структуры второго и последующих порядков на неё похожи.

Основные типовые формы поверхностей поднятий, выявленные в результате анализа рельефа поверхностей структур первого и второго порядков на территории юго-восточной части Западно-Сибирской плиты (по сейсмическим структурным картам), приведены на рис. 7. Устойчивые морфотипы характеризуются: кольцевым; вихревым; спиральным; симметрично-сигмоидным (с взаимным дополнением по положительным и отрицательным формам); двух-, трёх-, четырёх-, и семилучевым сочленением, широтным, меридиональным и диагональным простиранием основных элементов рельефа.

Песчаные тела конкретных фаций и их зональность согласуются с особенностями морфологии поверхности осадконакопления, их форма и сочетания описываются совокупностью типовых морфоформ, среди которых выявляются: изометричные, дугообразные, с присводовым или периферийным (в виде кольцевых валов) распределением элементов; лучевые центрально-сводовые, с несколькими степенями свободы в расположении линейных (или овальных) подзон песчаных фаций: двух -, трех-, четырёх-, семилучевые и др. Объединяясь в зоны повышенных мощностей, они создают закономерно построенные картины в зональном сочетании аномалий сейсмических параметров.

Глава 3. ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ

ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ СЕЙСМОМОРФОСТРУКТУР


На разных структурно-морфологических уровнях сейсмогеологических моделей положительные структуры и впадины образуют разнопорядковые изометричного типа сочетания. В существующих структурно-тектонических и морфологических классификациях это: структуры центрального типа (Соловьёв, 1981); нуклеары, нуклеарные сателлиты (Павловский и др., 1982); вихревые, кольцевые, сигмоидные структуры (Кац, Козлов и др., 1989). Кольцевая зональность близкими особенностями морфологических сочетаний проявляется в полях сейсмических параметров, в магнитном, в гравитационном поле. Изометричный облик морфоструктур в осадках чехла платформ определяет зональное расположение фаций. Зональность параметризуется геометрически и фрактально. Геометрическая форма, функция автокорреляции; тип фрактала, его метрические характеристики, энтропия изображения – информативные параметры при прогнозе напряжённо-деформированного состояния структуры, нефтегазоносности, величин прогнозных дебитов.

3.1. Природа кольцевой зональности


Выяснить причину кольцевой зональности геологической материи пытались многие учёные. Исследованию кольцевой зональности при анализе морфологических типов структур посвящены работы Я.Г. Каца, М.В. Муратова, А.И. Полетаева, В.В. Козлова, В.В. Соловьёва, Е.Д. Сулиди-Кондратьева, Е.В. Павловского и др. Ими выделены кольцевого типа структуры разного генезиса и пространственных размеров. Малоизученными остаются вопросы их близкого строения и подобия.

3.2. Типовые формы кольцевой зональности


Проведённые автором исследования сейсмоморфологических особенностей внутреннего строения Обского нуклеара (Павловский и др., 1984) показали, что внутри овоида можно выделить несколько порядков структурно-морфологических подсистем. Сейсмоморфологические объекты (структуры первого, второго, третьего и т.д. порядков) имеют пространственную концентрически-зональную упорядоченность, построены структурно и вещественно зонально и имеют общие черты морфологического строения с объединяющей их структурой более высокого порядка. Каждая структура на любом из палеоморфологических уровней может быть представлена в виде двух взаимодополняющих объектов: области относительно повышенного палеорельефа и области относительно пониженного палеорельефа. Положительные формы повышенной части овоида обычно группируются в три зоны, которые имеют специфические черты тектонического и морфологического строения – с уменьшением контрастности амплитудных и дислокационных параметров поднятия от центра к периферии. В области пониженного палеорельефа они дополняются тремя зонами морфологических форм противоположной амплитудной направленности.

Морфологические особенности структур вращения, образующихся, наиболее вероятно, в фазы «дифференциации» по С.Н. Бубнову, по причине наличия «закручивающих» напряжений проявляются через сочетание дуговых морфоэлементов. Дуговые линии соединяют сегментарно-прерывистые (Слензак, 1972) положительные и отрицательные формы рельефа. Положительные дуговые элементы (с тенденцией правовращательного движения) хорошо характеризуют растущую структуру и обычно замыкаются на центрально-приподнятый массив. Отрицательные дуговые элементы (с левовращательным моментом, по Я.Г. Кацу) показательны для погружающихся структур, дуговые элементы, в этом случае, замыкаются на центральную, наиболее погруженную впадину.

Сейсмоповерхность кровли верхнеюрских отложений Западно-Сибирской овоидно-кольцевой структуры по наиболее контрастно проявляющимся в палеорельефе типовым формам представляет собой сочетание различных рельефно-морфологических элементов. Это и структура вращения, образованная дуговыми элементами положительных либо отрицательных форм; спиралевидная структура; радиально-лучистая; овоидно-сателлитная и др. Как спиралевидная структура она состоит из двух спиралей: «положительной» и «отрицательной». «Положительная» спиральная линия проходит по вершинам сводов и мегавалов, «отрицательная» – через центры впадин. Положительные структурные формы по «положительной» ветви спирали следуют друг за другом, начиная от общего центра. Наиболее высокие поднятия располагаются в центральной части овоида. Этот сегмент и его склоны перспективны в нефтегазоносном отношении, крупные залежи УВ в юре и мелу по его периклинали обнаружены на Нижневартовском, Александровском, Сургутском сводах.

Структуры сателлиты также представляют собой структуры вращения различного рельефно-морфологического типа. Черты строения структур-сателлитов проявляются в преобладании положительных форм рельефа для структур, расположенных в северо-восточной (относительно приподнятой) и преобладании отрицательных форм для структур-сателлитов, тяготеющих к юго-западной (относительно пониженной) части центрального сегмента нуклеара.

Морфоструктурные характеристики сейсмоповерхностей тесно связаны с веществом, для чехла это углисто-глинисто-песчаная иерархия, для фундамента характерна более сложная дискретизация вещественных компонентов, определяющих тип рельефа и структуру сочетаний полей сейсмических параметров. Особенностью геологического строения приповерхностной части фундамента, согласно геологической карте, составленной В.С. Сурковым и др. (1996), является сосредоточение гранитных массивов и пород кислого и среднего состава в повышенных частях овоида. Гранитные массивы структур-сателлитов тяготеют к их периферии. В синформных структурах южного обрамления породы кислого состава сосредоточены чаще в их южных частях. В западных и северо-западных структурах обрамления плиты породы кислого состава приурочены к северо-западным частям структур сателлитов. Особенности строения фундамента проявляются в региональном магнитном поле, сигмоидные сочетания пород кислого и основного состава обнаруживаются в сигмоидного типа аномалиях. Положение гранитных массивов в фундаменте источник информации о близком местоположении мощных песчаных фаций. Структура регионального магнитного поля фрактальна, в формах магнитных аномалий для структур-сателлитов, преобладают трёхзональные, лучевые, спиральные, – близкие по облику к сейсмоморформам (рис. 7).

В структурах-сателлитах и в нуклеаре по сейсмоповерхности верхнеюрских отложений крупные залежи УВ сосредоточены на территориях с максимальными превышениями палеорельефа (и максимальными перепадами высот между отрицательными и положительными формами сейсмоповерхности). В южном и юго-восточном направлениях относительно крупного поднятия обычно располагается цепочка более мелких локальных сводов, высота и поперечные размеры которых постепенно уменьшаются: от северо-востока, востока, к югу и юго-западу. В полукольце положительных форм наблюдается устойчивое закономерное чередование положительных и отрицательных сегментов рельефа. Основными особенностями слабо морфологически выраженных структур является расположение обрамляющих впадин в их южных или западных частях. Такие структуры слабо либо вовсе не нефтегазоносны. Положение нефтегазоносного объекта определяется также тем, где в пределах структуры более высокого порядка располагается поднятие.

3.3. Сейсмоморфологическое проявление

и фрактальные типы кольцевой зональности


Объекты центрального типа в их сейсмоморфологическом проявлении обнаруживают самоподобие, фрактальны. Для каждого объекта центрального типа характерно концентрически-симметричное распределение составляющих его частей, иерархических уровней, звеньев, элементов, формирующих концентрически-зональные и иерархически соподчинённые пространственные системы. Каждый объект уникален по особенностям упорядоченности и, в то же время, имеет свойственные всем системам типичные черты.

Пространственная морфологическая упорядоченность составляющих элементов поднятий структурируется и имеет, согласно классификации автора 11 основных типов (рис. 7), двенадцатый тип характеризуется как бесструктурная единица. Каждая система имеет собственные черты (или особенности), более рельефно (в структурных поверхностях, в морфологии полей сейсмических параметров) проявляется один из морфологических типов, в ней обнаруживаются в той или иной степени черты каждого из них.

Результаты изучения и систематизации геометрических образов сейсмоморфоструктур позволили создать классификацию их планового проявления, геометрически и статистически их описать, с учётом скважинных данных установить структурообразующую роль тектонических деформаций.

Сейсмоструктуры, положительные компоненты в пределах которых тяготеют к центральной части овоида, и имеют, преимущественно, трёхлепестковое строение, отнесены к первому типу рельефно-морфологических форм. В центральной части такой структуры, зачастую, располагается поднятие, обладающее тройной симметрией. Форма структуры фрактальна – описывается фракталом Ньютона, с размерностью Хаусдорфа 2,73. Закрытые и скрытые системы трещин на таких поднятиях сформировались (в своде) в широтных и меридиональных направлениях, открытые трещины выявляются в системах диагональных напряжений.

Сейсмоструктуры с равновесным сочетанием положительных и отрицательных компонентов морфоповерхности отнесены ко второму типу рельефно-морфологических форм. Во втором типе структур в центральной части обнаруживается обширное поднятие «серповидной» формы. Интенсивные понижения рельефа выявляются в области внутреннего дугообразного замыкания свода. Фрактальна – фрактал Леви, размерность Хаусдорфа 1,94. В центральной части свода открытые диагональные трещины; меридиональные и широтные системы трещин образуют видимую прямоугольную сеть.

В третьем типе морфоструктур преобладают положительные формы. Распределения масс на поднятиях в плане имеет треугольный облик. Треугольник Серпинского, Хаусдорфова размерность 1,59. Этот тип структур представляет собой узкое, в центральной части треугольной формы поднятие. От углов треугольника дугообразными грядами расходятся невысокие холмы. Зоны сжатия формируются в компрессионной системе дислокаций северо-восточного и меридионального простирания.

Четвёртый сейсмоморфологический тип поднятий объединяет плосковершинные, близкие к четырёхугольной форме структуры. Фрактал – кривая Пиано, размерность Хаусдорфа 1,56. Наблюдается некоторое углубление впадин в прибортовых частях сводов. Сжимающие напряжения преобладают в центральной части структуры в системах деформаций меридионального, северо-западного и северо-восточного простирания, системы трещин купольной части формировались в условиях транспрессии и транстенсии.

Для пятого сейсмоморфологического типа характерен ромбический облик сочетания структурных линий в поле закручивающих правосторонних напряжений. Фрактал – множество Мандельброта с размерностью Хаусдорфа 2,4. Характерно дугообразное сечение заглубленных днищ долин. В своде структуры нередки северо-восточного простирания сдвиговые напряжения.

В шестом типе сейсмоструктурно-морфологических сочетаний структурным элементом является ромб в поле левосторонних закручивающих напряжений. Фрактал Дракон Хартера-Хайтвея, размерность Хаусдорфа 2,2. Наблюдается углубление краевых впадин. Распределение сдвиговых напряжений выявляется в южной и северной периферии свода. Системы сжатия формируются в меридиональном и северо-западном направлениях центральной части структуры.

Седьмой тип сейсмоморфоструктур. Структурные линии имеют облик вихревого сочетания. Фрактал Жюлиа, размерность Хаусдорфа 2,5. Отличается резким углублением впадин, заложением «коленообразных» щелевых отрицательных форм. В краевых частях, в зонах обрамления впадин, выявляются локальные углубления. В центральной части структуры существенны сдвиговые напряжения, боковые зоны растяжения формируются по системам нарушений северо-восточного, северо-западного и широтного простирания.

Отличительной чертой восьмого типа морфоструктур является рельефная выраженность мелких изометричных локальных поднятий, спиралевидно распределённых относительно центра структуры. Фрактал Минковского, размерность Хаусдорфа 2,5. Контрастна трещиноватость северо-восточного и северо-западного простирания.

Девятый тип характеризуется наличием в центральной части кольцевой морфоструктуры линейно-вытянутого поднятия. Фрактал Пифагора, размерность Хаусдорфа 3,1. Сжимающие напряжения северо-восточной, северо-западной, широтной ориентировок.

Десятый тип – это морфоструктура купольного типа, лучевая. Фрактал биоморф, размерность Хаусдорфа 3,2. Обнаруживается в бортах неглубоких впадин с цепочками невысоких холмов. Напряжения существенно в системах трещин северо-восточной и северо-западной ориентировок.

Одиннадцатый тип морфоструктур – линейного облика широтные объекты. Фрактал множество Жюлиа, размерность Хаусдорфа 2,6. Несколько опущенная центральная часть свода дополняется высокоамплитудными узкими зонами поднятий в его краевых частях. Растягивающие напряжения широтной ориентировки.

Для двенадцатого морфотипа характерно выравнивание поверхности. Проявление в плане – в виде слабо морфологически выраженных кольцевых форм. Фрактал – множество Мандельброта, с размерностью Хаусдорфа 3,6. В сводовой части поднятия мелкие структурные объекты центрального облика.

Близкие морфологические сочетания обнаруживаются в распределении сейсмофаций, в форме аномалий сейсмических параметров, фрактальны и статистически распознаваемы по типу фрактала, фрактальной размерности, энтропии, функции автокорреляции.

3.4. Критерии ранжирования кольцевой зональности


Упорядоченное строение нефтегазоносных структур, их самоподобие, центрально-зональная структура морфологических и фациальных типизаций – это дополнительные критерии для оценки нефтегазоносности структур.

Важные сведения о свойствах структур и аномалий сейсмических параметров дают автокорреляционные функции (АКФ) R(t), энергетический спектр W(). Для структурно-морфологических объектов первого и второго типа характерны АКФ с большим радиусом нулевой корреляции r₀. От третьего к четвёртому, пятому, шестому типам рельефно-морфологических типовых форм происходит расширение функции АКФ и уменьшение интенсивности вторичных минимумов. Для седьмого типа особенностью является наличие чёткого вторичного максимума на кривой АКФ. Восьмой, девятый тип структур отмечаются «узкими» АКФ с рельефными вторичными минимумами. Для десятого, одиннадцатого типов характерно сужение АКФ, уменьшение вторичных осцилляций. Пространственная форма объекта проявляется в АКФ на радиальных диаграммах.

Форма АКФ применялась для определения типа морфоформы и принятия решения о степени трещиноватости структур.

Для каждой из типовых морфоформ получен свой индивидуальный спектр мощности W_N (), характеризующийся функцией Бесселя определённого порядка (N). Различие в спектрах мощностей для типовых объектов, тип фрактала, размерность пространства Хаусдорфа, величина энтропии позволили выявлять объекты заданного облика, с учётом степени и характера трещиноватости оценивать нефтеперспективность песчаных пластов. Методика опробована на известных объектах, прогнозные объекты подтверждены 32 разведочными скважинами и значительным количеством промысловых.

Опробование разработанной методики при классификации сейсмоморфологических объектов для нефтегазоносных формаций юры и мела в юго-восточной части Западно-Сибирской плиты показало её эффективность, позволило получить представления о пространственном сочетании типовых морфоформ, оценить связь нефтегазоносности с морфотипом структурного поднятия.

Обнаружена определённая пространственная приуроченность разнотипных структур на территории исследований. Особенностью распределения типовых форм структур является их постепенная миграция (от первых номеров – к двенадцатому) от сводовых частей структур первого порядка – к впадинам, в том числе, для каждого из сводов характерен свой (преобладающий) морфологических тип: для Средневасюганского свода – второй, Пудинского мегавала – четвёртый, Каймысовского свода – пятый, Нижневартовского свода – третий, Александровского мегавала – первый, Парабельского мегавала – шестой. Существенно нефтегазонасыщенными среди изученных сейсмоморфоформ являются структуры первого, второго, четвёртого и пятого типов.