Изменения в почвах и осадочных породах вследствие
реклама
1 Schumacher, D., 1996, Hydrocarbon-induced alteration of soils and sediments, in D. Schumacher and M. A. Abrams, eds., Hydrocarbon migration and its nearsurface expression: AAPG Memoir 66, p. 71–89. Chapter 6 Изменения в почвах и осадочных породах вследствие воздействия углеводородов (УВ). Дитмар Шумахер, Университет Юты, Солт Лейк Сити, Юта. Введение Цель этой статьи – сделать обзор основных изменений, которые производят углеводороды на почвы и осадочные породы и их привязка к наземным методам исследований. Утечки УВ в течение длительного периода времени, такие как макропросачивание или микропросачивание могут образовать приповерхностные окислительно-восстановительные зоны, которые способствуют развитию ряда разнообразных химических и минералогических изменений. Бактериальное окисление легких УВ может прямо или косвенно привести к значительным изменениям рН и Eh окружающей среды, изменяя, таким образом, стабильность полей различных видов минералов, присутствующих в этой среде. Эти изменения приводят к осаждению или растворению, и увеличению подвижности различных видов минералов и элементов приводя к тому, что колонна горной породы, находящаяся над нефтяной залежью, из которой происходит просачивание, становится значительно и измеримо отличающейся от соседних горных пород того же типа (Pirson, 1969, Oehler and Sternberg, 1984, Price, 1986). Эти «следы дыма» или «хвосты» эмпирически документировались, и их проявление на поверхности может варьироваться от едва заметных биохимических аномалий, таких, как на месторождении Wyoming Recluse (), до образовавшихся в результате воздействия УВ мощных диагенических ореолов (УВДО), отмеченных в области месторождения Cement в Оклахоме. Измеримость и локализуемость этих изменений, дали основу для развития многих различных наземных методов разведки. К сожалению, наше понимание комплекса физических, химических и биологических процессов, ответственных за эти явления остается неполным. В результате эти методы используются не столь широко, и отношение к ним остается скептическим. Ранние исследования () Эффекты воздействия микроорганизмов Бактерии и другие микроорганизмы, обнаруживаемые в почвах и осадочных породах над УВ залежами играют огромную роль в окислении мигрирующих УВ. Их деятельность прямо или косвенно отвечает за разнообразные и часто непонятные наземные проявления просачивания УВ. Роль микроорганизмов все еще остается в значительной степени неизвестной, или, по крайней мере, не до конца понятной для большинства исследователей просачивания УВ и специалистов в наземной (поверхностной) разведке. Карцев и др. (1959), Davis (1952,1956,1967), Krumbein (1983), Atlas (1984) весьма подробно обсудили окисление УВ бактериями. Помимо многих разновидностей аэробных бактерий, которые окисляют УВ, существуют также играющие важную роль анаэробные бактерии (например, бактерии, восстанавливающие сульфаты, и денитрифицирующие бактерии). Кроме того, весьма активно в почве окисление УВ производят некоторые виды грибов и актиномицетов. () Хотя бактериальная активность наиболее выражена в почвах на поверхности, она может происходить на всех глубинах над просачивающейся залежью УВ. Наиболее очевидным результатом окисления УВ является уменьшение концентрации свободных (промежуточных) УВ газов в почве, углеводородов, растворенных в пористых жидкостях, occluded (закупоренных?) УВ, и адсорбированных УВ. Дополнительно при 2 окислении УВ, бактерии выделяют углекислоту и органические кислоты; восстановители сульфатов образуют сероводород, а денитрифицирующие бактерии выделяют свободный азот и закись азота. Одним из побочных продуктов бактериального окисления УВ является «парафиновая грязь» – желто-коричневая почва по виду напоминающая воск, которая обычно связывается с просачиванием газа на североамериканском побережье Мексиканского залива, а также в других областях с тропическим или умеренным климатом, таких как Колумбия, Румыния и Бирма. Davis (1967) в лабораторных условиях стимулировал рост бактерий путем пропускания УВ газов сквозь влажные образцы почвы. Ему удалось создать парафиновую грязь, которая была неотличима от естественных проб. Он определил, что парафиновая грязь являлась скоплением стенок отмерших клеток грибов и бактерий, состоящих, главным образом, из углеводов. В зонах шельфа прослойки и взвеси бактерий обычно соотносят с просачиванием нефти. О таких прослойках бактерий (Beggiatoa) сообщалось с месторождений в Северном Море (), месторождения Santa Barbara Channel и из Мексиканского залива. Прослойки бактерий Beggiatoa также известны по просачиваниям на месторождениях в Тунисе, Ираке, Папуа Новой Гвинее, Конго и Колумбии. В добавок к прослойкам бактерий просачивание с шельфовых месторождений Мексиканского залива также поддерживает хемосинтетическое сообщество, включающее мидии, морские моллюски и круглые черви, жизнедеятельность которых зависит от просачивания метана и сероводорода (). Микробиологическое окисление УВ проходит при участии либо свободного, либо химически связанного (SO42-,NO32-) кислорода по одному из двух основных метаболических путей: 1) аэробные бактерии окисляют УВ с образованием углекислоты или бикарбонатов, которые в конечном итоге выпадают как карбонаты; 2) когда в осадочной породе или пористом флюиде истощается кислород, то другие виды бактерий восстанавливают сульфаты и выделяют сероводород. Эти изменения могут значительно изменить окислительно-восстановительный потенциал (Eh) окружающей среды и могут воздействовать на показатель кислотности рН системы. Такие изменения Eh/рН образуют новые поля стабильности минералов, в которых некоторые минералы становятся нестабильными, растворяются и становятся подвижными, в то время как другие выпадают из растворов. При таком подходе бактерии могут производить минералы либо посредством пассивного роста, либо в результате метаболической активности. Примеры пассивной микробиологической биоминерализации включают бактериальное осаждение аморфного кварца в горячих источниках, а также образование некоторых форм аутигенных (authigenic?) оксидов железа, фосфатов, карбонатов и глин (). Микробиологическое осаждение минералов может также быть непосредственным результатом метаболической активности микроорганизмов, которая запускает процесс изменений в химии растворов, что приводит к осаждению минералов. Например, увеличение показателя рН может способствовать осаждению карбоната кальция. Подобным же образом образование сульфидов бактериями, восстанавливающими сульфаты может привести к осаждению ряда сульфидов и оксидов железа, включая пириты, грейгиты (greigite), пирротиты (pyrrhotite) и маггемиты (maghemite) ().Другие фазы (?) минералов выпадают непосредственно вследствие воздействия энзимов бактерий, так как это происходит при формировании частиц магнетита внутри клеток мегнетотактических бактерий (). Бактерии играют большую роль в определении природы и направления физических, химических и биологических изменений в приповерхностных почвах и осадочных породах. Нигде их роль не является более значимой, чем в присутствии просачивания УВ. Бактерии не только ответственны за разложение УВ в областях просачивания, но они также ответственны за формирование больших объемов аутигенных минералов, включая карбонаты, серу, оксиды и сульфиды железа. Диагенетические изменение вследствие воздействия УВ 3 () Карбонаты() Сульфиды() Отбеливание красных тектонических плит (beds)() Изменение минерального состава глин Выделение CO2, H2S и органических кислот вследствие микробиологического окисления УВ в приповерхностных почвах и осадочных породах может создать восстановительные, слабо раскисляющие условия, которые способствуют диагенетичному выветриванию полевых шпатов с образованием глин и могут вести к преобразованию от нормально стабильных illitic глин к каолинитам. Если не изменяются окружающие условия, то глины, сформированные таким образом, остаются химически стабильными. С месторождения Lisbon Valley в Юте, Segal (1984,1986) сообщил, что отбеленные части песчаников Wingate, лежащие непосредственно над месторождением содержат главным образом каолинитовые глины, в то время как неотбеленные части песчаников, расположенные вдали от месторождения содержат свежие плагиоклазы и мусковиты (muscovite). Отбеленные песчаники Wingate содержат в от 3 до 5 раз больше каолинита, чем неотбеленная порода. Географическое распределение каолинита обратно соотносимо со смешанными слоями illiniteсукновальных глин, что дает возможность предположить, что обогащение каолинита также связано с истощением других минералов, составляющих глину, а не только с изменением полевых шпатов (). Диагенез минералов глины также был отмечен на месторождении Cement-Chickasha в Калифорнии, где каолиниты и смешанно-слойные illinite-сукновальные глины позднего происхождения заменили detrital (стершиеся?) illinite в красных плитах (). Третий случай образования каолинитов вследствие воздействия УВ был описан Reid (1992) на месте просачивания Turkey Creek близ Денвера, Колорадо. Turkey Creek является местом окислительно-восстановительного фронта, который образовался на месте обнажения «J» песков геологического мела вследствие активного просачивания нефти. В измененных породах обнажения присутствует крупнозернистый аутигенный каолинит в концентрациях до 2 % по весу. Уран () Магнитные минералы Присутствие магнитных аномалий над нефтегазовыми месторождениями отмечались в течение нескольких десятилетий, но только сравнительно недавно это явление было рассмотрено критически. Та же самая восстановительная среда, образовавшаяся от воздействия УВ и способствующая формированию отложений урана и пирита, может вести к осаждению ряда магнитных оксидов и сульфидов железа, включая магнетит (Fe3O4), маггемит (maghemite γ-Fe2O3), пирротит (pyrrhotite Fe7S8) и грейгит (greigite Fe3S4). Donovan и др. (1979) сообщили о наличии магнетита в лежащих над месторождением Cement (Оклахома) и подвергшихся изменениям горным породам эпохи пермь. Они предположили, что причиной восстановления гематита в магнетит стали мигрирующие на поверхность насыщенные УВ рассолы. Reynolds и др. (1984,1988,1990) перепроверили присутствие магнетита на этом месторождении и заключили, что это было загрязнение вследствие проведения буровых работ. Однако они же отметили присутствие ферромагнитного пирротита в керне и предположили, что он выпал в результате просачивания и деградации УВ. Хотя аутигенный магнетит отсутствует на месторождении Cement, его присутствие было отмечено Elmore и др. (1987), McCabe и др. (1987) на многих месторождениях, которые характеризовались просачиваниями. Sassen и др. (1988,1999) описали образование пирротита и 4 других металлов в среде просачивания УВ на ряде соляных куполов месторождений США. Другие исследователи отметили присутствие грейгита и маггемита в приповерхностных осадочных породах над залежами УВ и предположили, что эти минералы могут быть причиной большинства магнитных аномалий, связанных с нефтегазовыми месторождениями. (Foote 1987, 1988). Наличие, происхождение и разведочная значимость магнитной минерализации, связанной с нефтегазовыми залежами остается спорной и недавно рассматривалась Gay and Hawley (1991), Machel and Burton (1991), Gay (1992), Raynolds и др. (1993). Общее совпадение повышенной магнитной восприимчивости почв и осадочных пород с аномалиями легких УВ в почвенных газах поддерживает гипотезу, что просачивание УВ может создавать магнитные аномалии в приповерхностных почвах и породах (Henry, 1988, Saunders 1991, Ellwood 1996). Gay (1991) соглашается, что недавние измерения магнитной восприимчивости почвы на нефтяных месторождениях представляет свидетельство аномальных приповерхностных уровней намагничивания, связанных с «хвостами» утечки УВ. Он, тем не менее, предостерегает от приписывания происхождения всех мелких магнитных аномалий изменениям в почве в результате воздействия УВ без рассмотрения возможных сингенетических магнитных источников, таких как магнетит, магнитные осадочные образования, и прослойки горючего угля. Чтобы еще больше запутать этот вопрос есть публикация, отмечающая, что увеличение магнитной восприимчивости почвы может быть вследствие pedogenic формирования маггемита и магнетита в почвах и что такое образование тесно связано с количеством осадков и климатом, а не с воздействием УВ (Maher and Thompson 1991,1992). Электрохимические изменения() Микроэлементы и биохимия Микропросачивание УВ создает химически восстанавливающую зону в колонне почвы на более мелких глубинах, чем это можно ожидать в отсутствие просачиваний. Такие утечки стимулируют активность бактерий, окисляющих УВ, что ведет к уменьшению концентрации кислорода при увеличении содержания в почве углекислоты и органических кислот. Эти изменения могут воздействовать на рН и Eh в почвах, что в свою очередь влияет на растворимость микроэлементов и их доступность для растений. Рис. 7 показывает эффект влияния рН почвы на относительную растворимость микроэлементов (Bidwell, 1979). Этот эффект может быть хорошо проявленным. Например, растворимость железа при рН6 в 10 5 раз больше, чем при рН8.5. Недостаток существенных составляющих питания растений, таких как железо, марганец, медь и цинк (или их присутствие в избыточно больших концентрациях) может вести к физиологическим и морфологическим изменениям в растениях и изменять их спектральное отражение. Исследования микроэлементов в почве использовались как косвенные наземные признаки нефтегазовых залежей, вследствие их способности формировать органометаллические комплексы в восстановительной среде, которая может быть обнаружена над залежами УВ. Duchscherer (1984) сообщает, что V, Cr, Mn, Ni, Co, Cu, Mo, U, Fe, Zn, Pb стоят в ряду микроэлементов, обнаруженных в качестве геохимических ореолов над нефтяными месторождениями и упоминает о примерах таких аномалий на месторождениях Ocho Juan в Техасе и Bell Creek в Монтане. Еще одним элементом, который является косвенным признаком наличия залежей УВ является йод (Gallagher, 1984, Klusman, 1993, Tedesco, 1995). Йод может быть выделен из глин или минеральных соединений в почве, из разложения гуминовых кислот или гуминов, из атмосферы или из пластовых вод. Увеличение концентрации йода в почве относят к реакции между мигрирующими УВ и йодом на границе почва-воздух (Tedesco, 1995), но механизм этого взаимодействия недостаточно понятен и слабо подтвержден документально. 5 Наиболее обширные исследования воздействия утечек УВ на химию почв и растительность было проведены совместно NASA-Geosat на нефтяном месторождении Patric Draw в Вайоминге, газовом месторождении Lost River в Западной Вирджинии, и на месторождении Coyanosa в западном Техасе. (Lang and Nadeau, 1985). Исследование зафиксировало ряд эффектов воздействия УВ на месторождениях Patric Draw и Lost River, но никаких очевидных эффектов в Coyanosa. Наиболее явная аномалия на месторождении Patric Draw была областью чахлой полыни, с которой была связана тональная аномалия, видимая на снимке Landsat. Аномалия лежит над областью газового «колпака» месторождения и находится в области сильного микропросачивания легких УВ, как показано на рис. 8 (Lang,1985, Richers,1982,1986). Геология и история добычи из месторождения показывают, что аномалия «полыни» происходит вследствие вертикальной миграции нагнетаемых в месторождение газов и воды, которые используются для поддержания пластовых давлений (Arp, 1992). Эти газы и воды дают лишенные кислорода почвы, характеризующиеся высокой соленостью, высоким уровнем рН (щелочность) и низким уровнем Eh, которые токсичны для полыни. 6 Рис.8 – Диаграмма, показывающая модель дистанционной разведки для месторождения Patrick Draw – испытательная местность исследования NASA-Geosat. Аномалия угнетенной полыни совпадает с почвами, характеризующимися высокими концентрациями легких УВ, цинка и повышенного уровня рН Угнетенная полынь Обнаженная область (угнетенная полынь Нормальная полынь Профиль растительности (наблюдение) Просачивание УВ также было отмечено над газовым месторождением Lost River в горах Аппалачи Западной Верджинии. Основной наблюдавшейся аномалией растительности здесь было наличие кленов в местах, где более типично должна была бы наблюдаться смешанные леса из дубов и орешника гикори. (Lang, 1985). Результаты исследований на месторождении Lost River (рис.9) показывают, что клены встречаются в областях максимального просачивания УВ (метана) и минимального содержания кислорода в почве. Аномальное развитие зарослей клена может относиться к анаэробным условиям в почве, которые прямо или косвенно влияют на mycorrhizal (микозные?) грибки, живущие на верхушках корней. Эти условия более благоприятны для кленов, поскольку грибки, живущие на их корнях, более приспособлены переносить анаэробные почвы, чем их «конкуренты», живущие на корнях дубов. (Lang, 1985). 7 Рис.8 – Диаграмма, показывающая модель дистанционной разведки для месторождения Lost River – испытательная местность исследования NASA-Geosat. Аномалия роста кленов происходит в области максимального просачивания УВ и минимальных уровней кислорода в почве Растительное сообщество кленов Растительное сообщество дубов и каштанов Профиль растительности (наблюдение) Контуры областей с аномальным количеством кленов Применяя биохимические методы Dalziel и Donnovan (1980) измерили содержание восстановленного железа и марганца в иголках сосны и листьях полыни, которые росли над нефтяным месторождением Recluce в Вайоминге и обнаружили, что наивысшее отношение Mn:Fe наблюдалось как раз над залежью. О подобных же результатах сообщалось с нефтяного месторождения Bell Creek (Монтана), Dalziel и Donnovan (1980) и Roeming и Donnovan (1985). Как и в большинстве исследованных районов на месторождении Bell Creek геохимические данные по почве и листьям связаны обратной зависимостью: низкой концентрацией металлов в почвах под растениями и высокой концентрацией металлов в листьях. McCoy and Wullstein (1988) исследовали листья полыни и кустарник саркобатус червелистный (greasewood) на нефтяном месторождении Blackburn в Неваде и сообщили об аномалии высоких соотношений концентраций Mn:Fe, окружающей в виде ореола часть месторождения, с которой можно вести добычу. McCoy (1989) повторно исследовал это месторождение и определил, что спектральное отражение саркобатуса в районе аномалии было ниже, чем в окружающих областях. 8 Klusman и др.(1992) сравнили содержание 20 микроэлементов в растениях, растущих над и рядом с двумя нефтяными месторождениями – Eagle Springs в Неваде и Cave Canyon в Юте. Klusman выдвинул теорию, что щелочные элементы почвы, такие как кальций, стронций, и барий менее доступны для растений, растущих в среде, образованной микропросачиваниями, в то время как переходные микроэлементы, такие как железо, марганец и ванадий становятся более доступными вследствие повышения их растворимости в среде микропросачивания. Данные с месторождения Eagle Springs соответствовали этому предположению, чего, однако, нельзя сказать о данных с Cave Canyon. Несомненно, что микропросачивание УВ может иметь выраженный эффект на почвы и растительность, но специфические проявления этого процесса не повторяются для разных видов растений и разных местностей. Кроме того, такие факторы как геология фундаментов, тип почвы, склона, влажности почвы и климат может иметь более выраженный эффект, чем следствия присутствия УВ (Rock 1984, Klusman 1992). Модель изменения (свойств почвы) вследствие воздействия УВ Модели и механизмы, объясняющие серии разнообразных изменений, наблюдаемых в почвах и осадочных породах, предлагались и широко обсуждались Donovan (1974), Oehel and Sternberg (1984), Hughes (1986), Price (1986), Klusman (1993), Al-Shaeib (1994), Thompson (1994). Упрощенная сводка основных реакций и процессов приведена на рис.10: Рис.10 – Общая модель производимых УВ геохимических и геофизических изменений в почвах и осадочных породах 1. УВ, главным образом ряд от метана до пентана мигрируют вверх от залежи к поверхности. 2. Когда легкие, мигрирующие УВ достигают уровня, где действуют приповерхностные окисляющие условия, то аэробные бактерии, окисляющие УВ, потребляют метан (и другие легкие УВ) и уменьшают содержание кислорода в воде, содержащейся в порах породы: СН4+О2=СО2+Н2О 9 3. По мере развития анаэробных условий активность бактерий, восстанавливающих сульфаты проявляется в восстановлении иона сульфата и окислении органического углерода с образованием восстановленных форм серы и иона бикарбоната: 4. 2СН2 +SO42- = 2HCO3- + H2S 2СН2 +SO42- = HCO3- + HS¯+ Н2О+СО2 5. Высоко активные формы восстановленной серы затем могут вступать в реакцию с доступным железом с образованием сульфидов и оксидов: 6. Fe2O3+4H2S=2FeS2+3H2O+2H++2e(Ион сульфида может быть в форме пирита, марказита, магнетита, пирротита, грейгита или маггемита) Fe2O3+H2S=2FeS2+FeO+2H2O FeO+Fe2O3=Fe3O4 (магнетит) 7. В результате бактериального восстановления сульфата в почве уменьшается концентрация иона сульфата. Дополнительно, в воды, содержащиеся в порах почвы поступает бикарбонат, поднимая рН и способствуя, таким образом, осаждению изотопно легких, наполняющих пустоты карбонатных цементов: 8. 2HCO3- + Са2+= Н2О+СО2 +CaCO3 (кальцит). Приведенная модель не претендует на охват всех возможных реакций и процессов, происходящих в химически и биологически динамичной приповерхностной среде. Тем не менее, она дает общую канву процессов, внутри которой может происходить обширный ряд реакций. Показания к применению методов Проявление просачиваний УВ на поверхности или вблизи нее может принимать многие формы от повышенных концентраций УВ в почвах и водах до комплексных химических, минералогических, микробиологических и ботанических изменений. Столь различные проявления этого процесса на поверхности привели к развитию и продвижению столь же многообразного количества наземных методов разведки. Некоторые из них являются геохимическими, некоторые геофизическими, а остальные попадают в категорию дистанционных. Хотя мы не имеем возможности обсуждать преимущества и ограничения каждого из многих коммерчески доступных методов, представляется уместным прокомментировать основные категории методов разведки с позиций их связи с феноменом просачивания, на котором они основываются. Методы исследования (содержания) карбонатов в почве Приповерхностные диагенетические карбонаты и карбонатные цементы стоят в ряду наиболее часто встречающихся и распространенных проявлений просачивания УВ, хотя геохимические аномалии, причинами которых являются ненормальные количества СО 2 не характерны для нефтегазовых (залежей). Высокие концентрации углекислоты в почвах и осадочных породах могут быть следствием процессов, отличных от микробиологического окисления УВ. Это может быть вулканическая или геотермальная активность, катагенез органической материи, фильтрация через микропоры и термохимическое восстановление сульфатов (Карцев, 1959, Price, 1986). Также, даже если СО2 является продуктом окисления УВ, 10 то источником УВ скорее может быть биогенный метан мелкого залегания, чем термогенная нефть или газ с глубины. Если СО2 происходит от биогенного метана, то результирующее явление изменения (почвы) не будет иметь связи с целями глубокой подземной разведки. Двумя более широко используемыми наземными геохимическими методами, которые имеют дело с присутствием карбонатов в почве являются дельта-карбонатный (ΔС) метод Душерера (Duchscherer’s) и метод «адсорбированных» углеводородов почвы Хорвица (Horvits’s). Метод ΔС измеряет количество СО2 , выделившегося при тепловом разложении УВ почвы при высоких температурах (Duchscherer 1981,1984, 1986). Метод Хорвица использует методику кислотной экстракции, чтобы освободить УВ из мелкодисперсных фракций образцов почвы (Horvits, 1945, 1985). Horvits полагает, что УВ адсорбируются в глинах или задерживаются в кальцитах почвы. Последнее, согласно недавним исследованиям Price (1996), более вероятно. Price обнаружил, что методика Хорвица умеренно зависит от концентрации кальцитов в почве, в то время как метод Душерера полностью зависим от концентрации кальцитов. Хотя кальциты в почве нехарактерны для термогенных УВ, методика Хорвица измеряет в образцах концентрацию УВ от этана до пентана, и, следовательно, характерна для термогенных УВ. Метод ΔС Душерера сам по себе не может отличить термогенные кальциты от нетермогенных. Магнитные методы Присутствие магнитных аномалий над месторождениями нефти и газа отмечался в течение нескольких десятилетий, но только недавно это явление было рассмотрено критически. Анализ данных из геологически и географически отличающихся регионов показывает, что 1) аутигенные магнитные минералы могут встречаться в приповерхностных отложениях над нефтегазовыми залежами; 2) эту минерализацию, произошедшую вследствие воздействия УВ возможно обнаружить по данным аэромагнитной разведки высокого разрешения с низких высот ; 3) анализ магнитной восприимчивости кернов скважин (а иногда и почв) подтверждает существование аэромагнитных аномалий. В то время как мелкие осадочные магнитные аномалии по всей видимости можно связать со многими нефтегазовыми залежами, минерализация почв вследствие микропросачивания УВ является всего лишь одной из нескольких возможных причин таких аномалий. Gay and Hawley (1991) и Gay (1992) призывают быть осторожными в интерпретации таких аномалий и приводят примеры многих ложных аномалий, причинами которых были антропогенное загрязнение, геологическая структура, сингенетические магнитные источники, такие как детритовый магнетит и пласты горючих углей. Не только интерпретация некоторых мелких магнитных аномалий может быть открытой для обсуждения, но даже само их существование может быть кратковременным. Исследования Ellwood and Burkart (1996) отмечают, что немагнитные фазы (железа) такие как гематит, пирит и сидерит могут быть окислены до магнетита или маггемита, а также, что более значимо для разведки, магнитные фазы могут возвращаться в немагнитные пириты или сидериты в условиях восстановительной среды. Флуктуации в условиях окисления-восстановления, приводящие к этим изменениям, наиболее выражены в почвах и мелко залегающих приповерхностных породах. Электрофизические методы Электрические геофизические методы в последние годы получили признание благодаря успехам как в аппаратном, так и в программном обеспечении. Электрофизические методы наиболее пригодные для нефтегазовой разведки включают измерения наведенной поляризации (НП), спектральной НП, магнитотеллуриметрические изменения и измерения 11 магнитотеллуриметрами (МТ) с управляемым источником аудиочастоты (МТУИА). Каждый из этих методов разработан для обнаружения электрохимически измененных осадочных пород, то есть для поиска проводящего «хвоста» или измененной области «дымления», которые могут простираться от залежи к поверхности. Магнитотеллурические данные являются результатом измерения естественных флуктуаций в магнитном и электрическом полях на земной поверхности. МТУИА более новый электрический геофизический метод, который использует искусственный источник сигнала, в отличие от МП, использующего естественно возникающие сигналы. Представляется, что в настоящее время МТУИА обладает достаточным разрешением, чтобы получать изображение подземного «хвоста» в широком спектре геологических условий. Несмотря на воодушевляющие сообщения, все еще сравнительно мало публикаций, фиксирующих электрохимические изменения над нефтегазовыми залежами, и большинство из этих публикаций не полностью рассматривали возможный вклад геологических, топографически и культурных эффектов. Sternberg (1991) утверждает, что метод НП-резистивности применительно к поиску УВ имеет значительные ограничения. Многие области не обладают требуемыми геологическими и геохимическими условиями для формирования НП или аномалий резистивности. Аномалии НП или резистивности также могут быть проверены наземной геохимией и неглубоким бурением для отделения аномалий, возникших вследствие просачивания УВ от аномалий, возникших по другим причинам. Методы измерения радиоактивности Существование пониженного фона гамма-излучения над нефтяными и газовыми месторождениями давно известно и это явление стало основой для радиометрической разведки с применением авиационных или наземных гамма-спектрометров. Калий-40 в глине обычно рассматривается как основной источник радиоактивности в почве, меньший вклад вносят висмут-214 и таллий-208. Низкие величины радиации над нефтегазовыми залежами относились либо к 1) осаждению солей урана на окислительно-восстановительной границе на краю подразумеваемого «хвоста» утечки УВ, либо к 2) преобразованию калийных глин и полевых шпатов в каолинит или другие бедные калием глины (Pirson, 1969, Heemstra, 1979, Price, 1986, Saunders, 1993). Несмотря на многочисленные заявления об успехах наземных радиационных исследований Weart and Heimberg (1981), Curry (1984) среди них было очень мало научно строгих исследований радиационной разведки и тех факторов, которые могут влиять на ее результаты. Одно из таких исследований, проведенных Heemstra и др.(1979) в Канзасе не обнаружило связи между добычей нефти и поверхностной радиацией. Однако была обнаружена корреляция между гамма-излучением и топографией, типом почвы и ее толщиной, обнажениями фундаментов и другими факторами. Мало сомнений, что аномальные величины гамма-излучения связаны с некоторыми нефтяными и газовыми месторождениями, но процессы, которые порождают эти аномалии, недостаточно понятны и еще хуже подтверждены документально. Дистанционные методы Дистанционная спутниковая разведка изменений, вносимых (просачиванием) УВ представляется как быстрый, экономичный способ обнаружения аномального диагенеза в поверхностных почвах и породах. Исследования в районе месторождений Patrick Draw, Lost River, Lisbon Valley в процессе реализации совместного проекта NASA-Geosat показывает, что 12 спутниковые данные Landsat MSS и Thematic Mapper могут быть использованы обнаружения трех типов обусловленных просачиванием УВ геохимических изменений: 1) восстановление окиси железа (отбеливание красных плит фундамента) 2) преобразование смешанных слоистых глин и полевых шпатов в каолиниты и 3) аномальное спектральное отражение растительности. Потенциал применения этих методик больше в областях с редкой растительностью, красными плитами и «восприимчивыми» поверхностными глинами. Поиск микроэлементов и биохимические исследования выглядят менее обнадеживающими. Аномальные распределения йода и микроэлементов отмечались на некоторых нефтегазовых месторождениях, однако механизмы, ответственные за эти аномалии не до конца известны и недостаточно зафиксированы документально. Микропросачивание УВ может иметь выраженный эффект на почвы и растительность, но характерный отклик не повторяется для разных областей и видов растений. Также такие факторы как геология фундамента, тип почвы, ее влажность, топография и климат могут производить больший эффект, чем присутствие УВ. Заключение Методы разведки, основанные на том, что мы принимаем как изменения почв и осадочных пород вследствие воздействия УВ пользуются популярностью, однако процессы, которые производят наблюдаемые эффекты, до конца не понятны и еще хуже зафиксированы документально. Природа и протяженность таких изменений могут значительно меняться не только в вертикальном и горизонтальном направлении, но также и во времени. Причина изменений в почве и осадочных породах может быть связана с УВ, но в лучшем случае это косвенная причина, которая может являться не наиболее вероятной. Мы должны тщательно оценить кажущиеся «значительные» аномальные изменения, чтобы определить, являются ли они следствием воздействия просачивания УВ. Это требует ответа на следующие вопросы. Является ли аномалия геологической, либо ее причина – культурный артефакт? Если аномалия геологическая, является ли наблюдаемое изменение сингенетичным или аутигенетичным? Если изменение аутигенетично, является ли аномалия следствием просачивания или нет? Если аномалия является следствием просачивания, то это результат активного просачивания УВ или это палеопросачивание? Наконец, возможно ли соотнести аномалию с целью бурения на глубине, является ли аномалия следствием преимущественно вертикальной миграции УВ или путь миграции более сложный? Сделано множество заявлений об успехе разведки при использовании различных методов, основанных на изучении аномалий почвы и осадочных пород. Однако хорошо документированные случаи исследований редки, и заявления редко обоснованы научно строгой программой отбора и анализа образцов. Хотя прочно установлено существование изменений от воздействия УВ, но прежде, чем мы придем к пониманию причин формирования этих аномалий на поверхности и осознаем из ценность для разведки УВ, потребуются еще значительные научные исследования. Ссылки