Тема:

Курс «Методы прогнозирования и оценка запасов месторождений полезных ископаемых»
Лекция №1
Тема: Введение. Предмет, цели и задачи прогнозирования и оценки МПИ.
Преимущества комплекса геофизических работ.
План лекции:
Программа курса. Литература.
Задачи и цели курса. Основные понятия. Историческая справка. Развитие учения о
прогнозировании и комплексировании. Отечественная школа разведочной геофизики.
Основные направления применения геофизических методов.
Предпосылки для проведения геофизических методов.
Роль геофизических методов в геологоразведочном процессе.
Преимущества и недостатки геофизических методов.
Преимущества комплекса геофизических работ.
Литература:
Основная литература
1.Бондарев В. И., Крылатков С.М., Получение сейсмических изображений геологической
среды. Учебное пособие для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГУ.2006.- 304 с.
2. Силина Т.С. Электронный конспект лекций ММП - “ методы прогнозирования и
оценки месторождений полезных ископаемых ” (презентации №№ 1-15 с комментариями).
Кафедра геоинформатики. Сайт www.distcom.ru., 2008.
Дополнительная литература
1. Кассин Г.Г., Комплексирование геофизических методов при поисках месторождений
нефти и газа, конспект лекций, издательство УГГУ. 2005.
2. Кассин Г.Г. Геофизические методы на региональном этапе геологоразведочного
процесса. Екатеринбург, 1995.
3. Птецов С.Н. Анализ волновых полей для прогнозирования геологического разреза.
Москва, Недра, 1989.
4.
Гогоненков Г.Н., Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой.-М.,
Мир, -150 с.
5.
Шерифф Р., Гелдарт Л., 1987, Сейсморазведка. Пер. с англ. - М.: Мир, Т.1. - 447 с., Т.2. 400 с.
6.
Цель курса: Основная цель предлагаемого курса лекций по методам прогнозирования
заключается в кратком ознакомлении с основными принципами, методами, технологиями и
направлениями науки о прогнозировании; с основными положениями комплексирования, с
методическими приемами, направленными на повышение разрешающей способности и
эффективности геофизических методов при работах на нефть и газ.
Освоение всей суммы информации различных геофизических, геологических и
геохимических методов повышает эффективность комплексной интерпретации их материалов,
обеспечивает подготовку геолого- структурной основы прогнозированных и прогнознометаллогенических карт
и составления карт регионального и локального прогноза
разнообразных полезных ископаемых с учетом данных о глубинном строении. Ознакомление с
направлениями реализации системного подхода в разведочной геофизике, освоение
методологии комплексировании (на базе теоретических основ комплексирования), изучения
особенности ФГМ исследуемых объектов. Получение сведений о принципах комплексирования
на разных стадиях и этапах работ.
Основная задача прогнозирования разрезов заключается в комплексном подходе к
полученным или имеющимся геофизическим данным, т.е. в комплексировании.
Основные понятия и термины
Прогнозирование геологического разреза - это совокупность геолого-геофизических
методов, программно-методических технологий (комплекс обработки и интерпретации
1
данных сейсморазведки и ГИС), направленных на определение вещественного состава осадков,
выявления и оценки продуктивных толщ и их нефтегазоперспективности. (Птецов С.Н.)
Геофизический комплекс – это сочетание методов, направленных на выделение или
количественную характеристику изучаемых объектов.
Подотрасли - совокупности геофизических исследований, направленные на изучение
определенных полезных ископаемых (рудная, нефтяная, угольная геофизика).
Сейсморазведка, гравиразведка, и т.д.- разделы (направления) отрасли, которые направлены на
решение задач при помощи определенного вида геофизического поля.
Технологические виды исследования – разделение по условиям применения
(спутниковые, скважинные, подземные, морские)
Модификация – разновидности метода по характеру (типу волн) волн, способам
применения, системам наблюдения
В системах геофизические исследований организованность видна во взаимодействии
основных, дополнит., детализационных методов; в последовательности их применения: от
легких к трудоемким, от малоглубинных к глубинным, от аэросъемки к наземным, от наземных
к скважинным).
Исследования земной коры: фундамента, чехла, МПИ, исследования ВЧР. Глубинность
составляет на суше до 70 км, в океане – до 10км.
Существуют прямые методы - это геолого- геохимические, т.е. непосредственное
изучение минерального состава, вскрытие выработками горных пород.
Геофизические методы ближнего действия - это изучение околоскважинного
пространства и дальнего действия - до тыс. км.
Историческая справка. Отечественная школа разведочной геофзики
Важнейшую роль в разведочной геофизике сыграли: О.Ю. Шмидт, Г.А. Гамбурцев, А.И.
Заборовский, В.В. Федынский, А.Г. Тархов, Л.Я. Нестеров, А.А. Логачев, И.Г.Клушин,
Г.С.Вахромеев, В.В.Бродовой.
Этапы развития:
Геофизические работы в России с самого их начала постановки носили комплексный
характер. Уже в 1918 году Декретом об изучении КМА предусматривалось использование всех
имеющихся в то время средств геологической разведки, и в первую очередь различных
геофизических методов. По существу развитие разведочной геофизики проходило в основном
по двум направлениям:
а) совершенствование существующих и создание новых геофизических методов,
б) разработка рациональных комплексов этих методов применительно к решению
конкретных задач.
1919-1935гг. – изучение возможностей отдельных видов геофизические методов при
поисках п.и. Опробование на известных мест-ниях.. Геофизические работы с самого начала в
России носили комплексный характер. В 1918 году декрет об изучении КМА. Изучение
включало весь комплекс имеющихся геологических и геофизических методов.
1933-55гг. разработка и внедрение методики комплексных исследований для изучения и
интерпретации геофизических перспективных аномалий. Были предложены первые
комплексные методики (Н.И. Сафронов, П.Ф. Родионов в 1933г.) Работы ВИРГа и бывшего
Средне-Азиатского геофизического треста. В 1950-55гг. были заложены основы
комплексирования рудных районов.
1950-1960гг. – развитие в комплексных геофизических работах таких видов, как
геохимические методы поисков; применение совместно геофизические и геохим. методов
предопределило использование прямых и косвенных признаков п.и., а изучение геологической
природы геофизических аномалий дало возможность оценивать их перспективность.
1958- 68гг. - разработка и внедрение детализационно-оценочных работ, скважинной
геофизики, каротажа для изучения рудных объектов.
1965-1980гг. – освоение и внедрение автоматизированной обработки и интерпретации,
решение прямых и обратных задач, системы обработки, разработки теории комплексирования.
2
С 1978 по настоящее время – развитие ФГМ как основы для комплексирования,
освоение системного подхода разработка стадийности и т.д.
В основных отраслях доля геофизических методов изменялась от14% в 1958году до 25%
в1980году. (рудная). В нефтяной отрасли глубины от 1-2 км до 3-5 км. Удельный вес в
нефтегазовой отрасли: 80% - сейсморазведка и ГИС.
В настоящее время решение большинства задач прогнозирования достигается при
комплексном использовании различных методов геофизики. Применение комплекса уменьшает
неоднозначность результатов.
Впервые курс был прочитан Л.Я. Нестеровым в Ленинградском горном институте, а с
1955 г. А.Г. Тархов в МГРИ. В настоящее время он включен во все программы для спец. По
разведочной геофизике. А.Г. Тархов создал «Принципы комплексирования в разведочной
геофизике». Москва. «Недра» (теоретические основы комплексирования) В 1972 г. этот курс
читался в Османском университете в Индии, а с1978 года его ведет АА. Никитин. В МГРИ его
также читает В.М. Бондаренко.
В СГИ с1947 года начал читать курс проф. Иванов Н.А.. в виде отдельных курсов, а
в1952 г. в учебном плане появилась дисц. «Методика комплексных геофизических
исследований» На кафедре структурной геофизики начало разработки учебного курса
комплексирования положили проф. А.Я. Ярош, доц. Г.Я. Гринкевич, В.В.Дорофеев. Курс
читался по отдельным методам отдельными преподавателями с 1952 по 1962, позднее курс
читался А.Я. Ярошем до 1974 г. Далее преподавание продолжено проф. Г.Я. Дементьевым, с
1983-1991г. Г.Г. Кассиным.
Особое место занимал А.Я. Ярош, который объединил различные методы для решения
задач структурной геофизики; впервые уделил внимание в курсе «комплексирования» при
решении нефтяных задач.
Предпосылки для использования геофизических работ.
Принципиальная возможность геофизики определяется тем, что распределение
параметров полей зависит от распределения в земной коре геометрических, литологических,
петрографических неоднородностей. Эти неоднородности отличаются по свойствам от
вмещающих пород и создают эффекты (аномалии).
Эффективность выделения аномалий
Определяется методикой проведения работ (т.е. выбор расстояния между пунктами
наблюдений), шагом съемки. Густота сети зависит от решаемых задач, масштабов съемки,
простирания, размеров, глубины залегания объектов. Профили простираются вкрест структуры.
Аномалии всегда осложнены разнообразными помехами геологического и негеологического
содержания (неоднородности рельефа, ВЧР, наличие атмосферных космических помех).
В результате наблюдается наложение (интерференция) сигналов.
Выявление аномальных параметров – актуальная физико- математическая проблема. Она
сводится к введению поправок, различного рода трансформаций, что приводит нас от реальных
наблюдений к информационным параметрам в виде цифровых данных (карты графиков, карты
аномалий, временные разрезы).
Роль геофизических методов в геологоразведочном процессе
Развитие прикладной геофизики всегда идет по 2-м направлениям:
1. совершенствование существующих и развитие новых геофизических методов
2. разработка рациональных комплексов применительно к решению конкретных задач
(поиски и разведка п.и., геологическое картирование, горные работы, инженерногеологические изыскания)
Возникает вопрос: Сколько методов и каких?
Вводится понятие: оптимизация методов, которая сводится к выбору:
- оптимального числа методов,
- к оптимальному распределению средств,
- оптимальному распределению времени между этими методами и оптимальной
последовательности применения методов.
Существуют две разновидности комплексов: типовой и рациональный.
3
Типовой комплекс включает в себя методы, применение которых для решения
поставленной задачи в данном районе принципиально возможно. Например, по априорным
данным существуют слои горних пород, отличающиеся друг от друга по физическим
параметрам: плотности, намагниченности и скорости распространения упругих волн.
Следовательно, в типовой комплекс входят методы: гравиразведка, магниторазведка и
сейсморазведка. Однако, в конкретных условиях мощности этих слоев, угол их наклона и
другие особенности строения могут свести на нет эффективность одного или нескольких
вышеуказанных методов. Поэтому типовые комплексы всегда избыточны по числу методов, так
как не учитывают конкретной геолого-геофизической ситуации.
Рациональный комплекс геофизических методов - это экономически обоснованное
сочетание методов или их модификаций, обеспечивающих надежное решение поставленных
геологических задач в конкретных условиях изучаемого района. Выбор рационального
комплекса предусматривает также определение технологии работ (сеть наблюдении,
аппаратура, точность измерений и др.) отдельными методами и последовательности их
применения с учетом места и роли геофизических исследований в общем комплексе
геологоразведочных работ. Выбор комплекса также зависит от методики интерпретации и
дальнейшего использования результатов.
Можно сформулировать это понятие несколько по-иному: рациональным называется
комплекс методов, применяемых в определенней последовательности и позволяющий решить
поставленную геологическую задачу при минимальной затрате времени и средств.
Существуют также многоцелевые, специализированные и технологические комплексы.
Многоцелевой комплекс направлен на решение широкого круга геологических задач при
геокартировании, прогнозе и поисках полезных ископаемых.
Специализированные комплексы решают конкретные геологические задачи, например,
при поисках определенных типов месторождений, при детальном изучении аномальных зон и
т.п. Технологические комплексы объединены общностью технических средств измерения и
методики проведения работ (спутниковые, аэрогеофизические, морские, каротажные
исследования).
Ввиду многообразия геологических условий, задач и масштабов исследований
геофизический комплекс выбирается применительно к решению конкретной задачи, в
конкретных физико-геологических условиях и для конкретной стадии работ. Отсюда следует,
что комплексы методов меняются в пространстве и во времени. Изменение комплексов в
пространстве вызвано тем, что физические поля обычно различны на участках с неодинаковым
геологическим строением, хотя решается одна и та же задача на одной и той же стадии
исследований. Изучение верхних и глубинных частей разреза также как правило требует
различных комплексов методов. Изменение комплексов с течением времени связано с
возрастающими возможностями существующих геофизических методов и появлением новых
методов, степенью геологической изученности одних и тех же площадей и другими факторами.
Иерархия геологических систем включает системы следующих уровней (иерархии):
Регион, Провинция, Пояс
Регион. работы
1:1000000,
1:200000
область, район
поисковые
1:50000,1:25000
Рудное
поле,
нефтеносная, разведочные
1:10000,1:5000
угленосная площадь, Залежь п.и.
Системный подход в геологии связан с использованием большого количества методов и
познавательных средств.
Преобладающую роль играют логико-математические модели; использующие средства
компьютера.
Условно можно разделить на следующие категории, использующие математические
методы:
4
теория вероятностей,
теория множеств,
теории алгоритмов,
теория игр,
автоматов.
Преимущества геофизических методов:
1. возможность изучения геол. объектов, не выходящих на дневную пов-ть за
исключением гл. бурения; возможность изучения верхов мантии, возможность
судить о смене геол. формаций с глубиной
2. объективность информации о геофизических полях, геол. объектах (скорость,
плотность, намагничение – реально существующие физ. параметры)
3. низкая стоимость и высокая производительность
4. объемность информации о геофизических полях, геол. объектах (получение в 3мерном виде, в срезе, в плоскости наблюдения)
5. выделение
погребенных,
скрытых,
глубокозалегающих
месторождений,
установленных по прямым и косвенным признакам, прогнозирование месторождений
на наличие продуктивных формаций, экранирующих толщ
6. равномерность геологического изучения площади за счет строгой сети наблюдений
7. изучение как материальных, так и материально-энергетических проявлений
природных тел и явлений, первых - через их веществ., минеральный состав, вторых –
через параметры, обусловленные их термодинамическими условиями образования
тел и последующими воздействиями на них геологических процессов.
Недостатки:(основные ограничения геофизических методов)
1. Неоднозначность интерпретации геофизических данных
(Гравиразведка, сейсморазведка), многовариантность истолкования геологической
природы геофизических аномалий; и как следствие этого – вероятностный характер
результатов.
Проиллюстрируем эту неоднозначность на примере гравитационных аномалий (рис.1.1.).
Над двумя различными геологическими разрезами наблюдаются совершенно одинаковые
графики силы, тяжести. Первая аномалия (рис. 1.1, а) обусловлена рельефом кровли
кристаллического фундамента, а вторая (рис.1.1, б) - неоднородным составом фундамента. То
есть по данным гравиразведки в данном случае нельзя объяснить положительную аномалию без
привлечения других методов. Надежнее всего этот вопрос может быть решен с помощью
бурения. Две скважины: одна в эпицентре аномалии, а другая на ее периферии, несомненно
дадут однозначный ответ. Если глубина до поверхности фундамента в обеих точках разная,
правомерен первый вариант интерпретаций: аномалия связана с куполообразным поднятием
цоколя платформы. Если же обе скважины дают одинаковые глубины, но вскрывают разные
породы, аномалия вызвана более плотными неоднородностями состава фундамента.
5
Рис. 1.1. Зависимость силы тяжести от структуры поверхности (а) и состава пород (б)
кристаллического фундамента. 1-породы осадочного чехла, 2 и 3 - кристаллического
фундамента соответственно габбро и граниты
К сожалению, расходы на бурение слишком велики. Значительно быстрее и дешевле
геологическая природа обсуждаемой гравитационной аномалии может быть раскрыта путем
привлечения других геофизических методов, например, сейсморазведки или метода
теллурических зондирований. Любой из них может дать уверенную информацию о положении
контактной поверхности чехол - фундамент. Совместное применение грави- и сейсморазведки
или магнитотеллурического зондирования может служить типичным примером
комплексирования геофизических методов исследований.
Приведем еще один пример неоднозначности, касающийся сейсмического метода. На рис.
1.2 иллюстрируется годограф первых вступлений упругой волны, который можно объяснить
одновременно несколькими весьма разными скоростными разрезами.
Рис. 1.2. Распределения скорости с глубиной, дающие один и тот же годограф первых
вступлений, n - число слоев
Очевидно, что без дополнительной информации геологическое толкование такого годографа
будет выполнено с большими погрешностями.
Приведенные выше рисунки иллюстрируют неоднозначность геологической
интерпретации геофизических полей. Вместе с этим существуют другие факторы, сникающие
эффективность того или иного метода. Для примера возьмем сейсморазведку. Этот метод, как
известно, является основным в нефтегазопоисковых исследованиях. Естественно, с каждым
годом сейсмический метод совершенствуется как в технологии работ, так и в обработке
материалов, повышается его разрешающая способность. Вместе с этим усложняются условия
сейсморазведочных работ: 1) интенсивное выявление сырьевых ресурсов в труднодоступных и
слабоосвоенных районах, 2) расширение сырьевой базы освоенных нефтегазоносных областей
за счет выявления малоамплитудных структур и сложных ловушек неантиклинального типа, 3)
поиски ловушек углеводородов в глубокозалегающих горизонтах.
2. Ограниченные возможности методов при выделении прямых эффектов залежей п.и. в
геофизических полях, использование при их выделении преимущественно косвенных
признаков –литолого-стратиграфических, магматических, структурно-тектонических и т.д.
3. наличие множества естеств., искусств. помех, недостаточная разрешенность при
разведке отдельных типов месторождений, избирательная способность метода к отд. свойствам
или характеристикам объекта.
Преимущества комплексного использования геофизических методов
- ограничение влияния неоднозначности решения обратных задач, повышение
достоверности
- использование разных геол., физических характеристик исследуемого объекта, которые
позволяют уверенно опознать и локализовать объект, увеличивают надежность
6
- геофизические методы во взаимосвязи дают уверенную расшифровку геол. природы
аномалий
- сочетание методов по прямым и косвенным признакам дает возможность
охарактеризовать вещественный состав и условия размещения
- в одной точке - иметь совокупность физических параметров
- получение представления не только об объекте, но и о других особенностях
(вмещающая среда, горнотехнические условия.
- комплексирование дает не просто сумму информации, а переводит часть информации
из пассивной в активную
- осуществление оперативной интерпретации всего комплекса методов и на ее основе
управление процессом работ – изменение сети, задание точности, детализация, проверка
перспективных аномалий, доизучение
- возможность корректировать методику, технику трудоемких работ
- снижение стоимости за счет использование одной геодезической сети, одной техники
- влияние геофизические Работ на экономику всего геологоразведочного процесса за
счет локализации перспективных площадей для постановки труд. Горно-буровых работ, замена
геолог. Опробования геофизические и ядерно- физическим изучением околоскважинного
пространства.
Таким образом, объективная необходимость комплексного применения геофизических
методов определяется двумя основными причинами:
- многозначностью интерпретации результатов геофизических исследований;
- усложнением решаемых геологических задач.
Выполнение работ комплексом методов уменьшает неоднозначность результатов. При
этом возникает необходимость в оптимизации геолого-геофизических исследований, которая
сводится к выбору оптимального числа методов, к оптимальному распределению средств и
времени между этими методами и к определению оптимальной последовательности
применения методов. Оптимизация реализуется в выборе наиболее эффективного комплекса
методов.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите преимущества геофизических методов перед геологическими.
2. Чем вызвана необходимость комплексирования геофизических методов?
3. Дайте определения типового и рационального комплекса методов.
4. В чём заключается суть многоцелевых и специализированных комплексов?
5. Назовите основные методы в комплексе геофизических исследований на нефть и газ.
6. Какие виды работ входят в понятие рационального комплекса?
7