logo1-color

Комплексирование геофизических методов при выделении палеоврезов в сложных геолого-гидрогеологических условиях на примере Татарстана

Рассмотрены методические особенности применения наземной геофизики в сложных геолого-гидрогеологических условиях. Показана необходимость комплексирования электроразведки и сейсморазведки при выделении участков, перспективных для бурения на воду в отложениях неогена в Татарстане.

Ключевые слова: разведка подземных вод, палеодолина, комплексирование, электроразведка, сейсморазведка.

На территории Республики Татарстан основными структурами, содержащими воды питьевого качества в количестве, достаточном для организации централизованного водоснабжения, являются погребенные долины палеорек.

Одними из самых сложных задач разведки месторождений подземных вод в таких структурах являются: уточнение пространственного положения неоген-четвертичных палеоврезов, морфология и внутреннее строение палеодолин, а также литологический состав отложений, слагающих палеодолины. Геологические и гидрогеологические условия месторождений в ограниченных структурах сложные, конфигурация переуглубленных частей палеодолин весьма условно сопоставляется с долинами современных рек, внутреннее строение и литологический состав пород не выдержаны в плане и разрезе, закономерности частого замещения хорошо проницаемых пород слабопроницаемыми не выявлены.

Решение вышеперечисленных задач при традиционном подходе достигается бурением большого числа картировочных скважин, расположенных по профилям, секущим долину вкрест простирания, и проведением наземных геофизических исследований методом ВЭЗ по разреженной сетке (профиля через 2–5 км с шагом по профилю 0.5–1 км). Так были выявлены и оконтурены палеодолины основных рек Татарстана — Волги, Камы, Свияги, Ик.

Как показал опыт, при детальных разведочных работах в пределах выделенных палеодолин мы часто получаем информацию, существенно отличающуюся от результатов, полученных ранее. Основные причины этого мы видим в сильной изменчивости гидрогеологических условий, трудно поддающейся изучению при расположении точек бурения и наземной геофизики по редкой сети наблюдений.

Очевидно, что при бурении картировочных скважин мы получаем информацию в одной точке наблюдения, и даже при значительном сгущении точек бурения получить картину, которая позволит уверенно запроектировать бурение дорогостоящих высокодебитных скважин, не всегда удается. Примером могут служить локальные участки палеодолин в составе Свияжского месторождения (район Предволжья Республики Татарстан), где по результатам детальных разведочных работ ранее выделенные контуры не подтвердились. Смещение границ переуглубленных частей погребенной долины р. Свияга составило 2–4 км.

Целесообразность применения наземной геофизики в подобных условиях для сокращения объемов и повышения результативности буровых и опытно-фильтрационных работ представляется очевидной. Обычно для картирования палеоврезов, заполненных песчано-глинистыми отложениями неогена с выделением интервалов, сложенных хорошо- и слабопроницаемыми породами, применяется электроразведка в различных модификациях. Для относительно небольших глубин вполне удовлетворительные результаты можно получить по данным ВЭЗ и ВЭЗ ВП. В последние годы для решения этих задач мы применяем преимущественно индукционные электрозондирования ЗСБ-ЗМПП.

Основные преимущества ЗСБ-ЗМПП по сравнению с ВЭЗ:

  • независимость от условий заземления и, как следствие, возможность проведения работ в любое время года;
  • высокая чувствительность к хорошо электропроводящим прослоям в разрезе (глины, интервалы с повышенным содержанием солей). Эта особенность позволяет обеспечить высокую достоверность литологического расчленения по вертикали, а также корреляцию по профилю выделенных геоэлектрических горизонтов.

Основным недостатком ЗСБ-ЗМПП по сравнению с ВЭЗ является большая цена, что связано с заметно более высокой стоимостью аппаратуры и необходимостью высокой квалификации исполнителей.

Применение ЗСБ-ЗМПП позволило нам заметно повысить глубинность наземной геофизики и обеспечить хорошую достоверность расчленения неоген-четвертичной песчано-глинистой толщи.

Тем не менее, нам приходится сталкиваться с ситуациями, когда выделение участков, перспективных для бурения по данным электроразведки, не может выполняться с достоверностью, достаточной для уверенного выбора точек для бурения на воду. Очевидной причиной этого является совпадение значений удельного электросопротивления (УЭС) для неогеновых песков, перспективных для бурения на пресную воду, и терригенно-карбонатных пород перми, воды которых часто отличаются повышенной минерализацией и высокими значениями жесткости.

На рис. 1 представлен фрагмент геоэлектрического разреза по одному из профилей, цель которого — определение положения палеовреза, заполненного песчано-глинистыми отложениями неогена с выделением в разрезе интервалов, сложенных хорошо проницаемыми песками.

statia-5-ris-1

По результатам интерпретации индукционных зондирований на профиле уверенно выделены три участка (рис. 1), которые могут отождествляться с палеоврезом. На них в разрезе фиксируется интервал с УЭС, типичным для хорошо проницаемых песков неогена (40–80 Ом•м), что позволило предположить перспективность выделенных участков под бурение на воду. После бурения первой же скважины выяснилось, что в интервале, выбранном по данным электроразведки, залегают плотные терригенно-карбонатные породы пермского возраста (УЭС = 50–80 Ом•м).

В создавшейся ситуации потребовалось применение технологии, позволяющей с хорошей достоверностью проследить подошву палеовреза, что требовало уверенного выделения в разрезе границы раздела между неоген-четвертичными отложениями и отложениями пермского возраста. Как из физических предпосылок, так и из опыта наших работ в сходных условиях [1] очевидно, что для решения этой задачи наиболее пригодна сейсморазведка, поскольку по сейсмическим параметрам рыхлые песчано-глинистые отложения неогена должны заметно отличаться от плотных терригенно-карбонатных пород перми.

Для решения этой задачи нами использовалась сейсморазведка на отраженных поперечных волнах в модификации МОВ-ОГТ. Применение именно этого типа волн и работа на отраженных волнах обусловлены следующими причинами:

  • сейсмические параметры поперечных волн не зависят от влажности и, как следствие, имеют более высокую дифференциацию по скоростям для рыхлых и плотных пород, нежели продольные;
  • выделение границ по отраженным волнам требует длин профилей, заметно меньших по сравнению с преломленными. Так, например, при залегании границы на глубине 50 м длина профиля КМПВ составит около 150 м, а длина профиля МОВ — от 20 м. Кроме того, отраженные волны имеют более высокую энергию по сравнению с преломленными. Обе вышеописанные особенности позволяют применять источники возбуждения колебаний небольшой мощности;
  • наш опыт показал, что при крутопадающих бортах палеоврезов выделение их по преломленным волнам затруднено. Фиксация подобных структур по отраженным волнам заметно более наглядна;
  • в настоящее время накоплен богатый опыт использования отраженных волн в нефтегазовой геофизике, что позволяет использовать уже отработанные технологии обработки сейсмических данных.

Относительным недостатком технологии МОВ ОГТ является ее высокая стоимость. Однако в сложных ситуациях этот недостаток искупается высокой достоверностью решения геологической задачи, поскольку ситуация с использованием только буровых работ в любом случае заметно дороже.

На рис. 2 приведен сейсмический разрез по фрагменту отработанного профиля. Полученные данные позволили с высокой точностью определить как плановое положение палеовреза, так и глубину до его подошвы.

statia-5-ris-2

Сопоставление результатов электро- и сейсморазведки позволило определить положение перспективного участка для бурения на воду (рис. 3). Впоследствии геофизические материалы были заверены бурением, результаты которого с хорошей достоверностью совпали с данными наземной геофизики.

statia-5-ris-3

Следует обратить внимание на одну из особенностей строения палеовреза, неоднократно зафиксированную нами на других участках в Татарстане со сходными условиями: наиболее перспективный участок с относительно мощным песчаным хорошо проницаемым прослоем приурочен не к тальвегу палеовреза, а к его борту (рис. 3).

Выводы

В сложных ситуациях, когда выделение границы раздела между отложениями неогена и перми по данным электроразведки не представляется возможным, необходимо использовать сейсморазведку.

Применение сейсморазведки на поперечных отраженных волнах позволяет для крутопадающих границ с хорошей точностью определить как плановое положение палеовреза, так и глубину до его подошвы.

Перспективный для бурения на воду интервал в отложениях неогена часто может быть приурочен не к тальвегу палеовреза, а к его борту.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гусаков И.О., Козак С.З. Опыт применения сейсмических методов для решения гидрогеологических задач // Разведка и охрана недр. — 2012. — № 11. — С. 49–52.