Магнитные методы в нефтяной и газовой разведках » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Магнитные методы в нефтяной и газовой разведках

22.07.2021

Определения и единицы. Единицей силы магнитного поля официально считается эрстед. Прежде она называлась гауссом, и многие геофизики до сих пор употребляют это название. Единицей, обычно используемой для выражения результатов в магнитной разведке, является гамма, равная 1/100 000 эрст. Так как сила магнитного поля Земли равна около 0,5 или 0,6 эрст в США, то гамма составляет около 1/50 000 силы; поля Земли.

Любой магнит имеет два противоположных полюса; существование одного полюса невозможно без другого. Одинаковые полюса отталкиваются друг от друга, а разные — притягиваются.

Намагничивание бывает двух родов: индукционное и остаточное. Индукционное намагничивание является только лишь результатом существования магнитного поля; оно исчезает при устранении магнитного поля, если отсутствует удерживающая сила. Такому типу намагничивания подвержено мягкое железо. Постоянное намагничивание, называемое остаточным, имеется и при отсутствии внешнего .поля. Как остаточное, так и. индукционное намагничивание имеют важное значение в геофизической разведке. Изверженные породы обнаруживают остаточное поле, которое может быть меньше или больше индукционного поля. Индукционное поле в породах является следствием магнитного поля Земли и, в общем, параллельно ему, но остаточное поле может и не быть параллельным магнитному полю Земли. В некоторых местах остаточное поле ориентировано таким образом, что оно противоположно полю Земли.

Проблемы геологической интерпретации магнитных наблюдений легче представить, если магнитное поле изобразить в виде силовых линий. Рис. 23-1 из работы Неттлтона показывает, каким образом магнитные силовые линии искривляются под действием намагниченного тела. Стрелка компаса и железные опилки, находясь в свободном состоянии, будут занимать положение, параллельное силовым линиям. Число силовых линий на единицу площади или единицу расстояния в поперечном сечении пропорционально интенсивности намагничивания. Магнитные вещества, такие, как железо и магнетит, отклоняют силовые линии и заставляют их относительно сгущаться в пределах поверхностей тел, сложенных этими веществами. Такие вещества называются парамагнитными. Диамагнитные материалы разряжают силовые линии. Величины магнитной проницаемости и магнитной восприимчивости указывают на степень тенденции к концентрации или разряжению силовых магнитных линий. Магнитная проницаемость вакуума равна 1. Диамагнитные материалы имеют проницаемости меньше 1, но больше 0, а высокомагнитные породы имеют проницаемости, выражаемые в тысячах единиц. Магнитная восприимчивость вакуума равна 0, парамагнитные материалы имеют положительные восприимчивости, а диамагнитные материалы — отрицательные. Магнитные проницаемости обычных осадочных, изверженных и метаморфических пород очень близки к 1, а их восприимчивости очень близки к 0.
Магнитные методы в нефтяной и газовой разведках

Приборы и методы съемки. Магнитная съемка на поверхности производится обычно с помощью магнитных весов, а в воздухе —аэромагнитометров. Г. Стоммель указывает, что при магнитной съемке на поверхности можно измерить или горизонтальную, или вертикальную составляющие магнитного поля, однако горизонтальная составляющая измеряется очень редко. При аэромагнитной съемке измеряется общая напряженность магнитного поля. Приборы, измеряющие напряженность магнитного поля, называются магнитометрами; приборы, служащие для измерения угла наклонения магнитного поля, называются диаметрами. Дипметры имеют очень незначительное употребление в магнитной разведке на нефть и газ.

Для отсчета показаний на магнитометре требуется всего лишь несколько минут. Поэтому наземные съемки производятся быстро и стоят дешево. Аэромагнитные съемки могут покрывать 500—1000 миль (800—1600 пог. км) в день, но для того, чтобы получить ценные результаты, нужно знать точно положение самолета во время съемки, а это связано с дополнительными затратами. Лучшие приборы дают точность в 1 или 2 гаммы. Магнитные приборы дают скорее относительные, чем абсолютные результаты, поэтому их необходимо периодически регулировать на базе для того, чтобы выправить дрифт прибора. Магнитометры для наземных съемок в настоящее время достигли уровня помех, и дальнейшее повышение степени точности приведет к измерению локальных аномалий, не связанных с геологическим строением. Уровень помех приборов аэромагнитной съемки ниже и, следовательно, здесь имеется большее поле деятельности для усовершенствования. Неравномерное распределение магнитных изверженных или ледниковых пород вблизи точек стояния приборов вызывает отклонения в показаниях при наземной съемке. Для того, чтобы устранить эти отклонения, иногда приходится выводить среднее из показаний нескольких наблюдений. Несомненно, что при аэромагнитной съемке эти местные помехи исключаются.

Поправки и методы изображения результатов. Данные, получаемые при магнитных съемках, обычно изображаются в виде изогамм, или линий, проведенных через точки равных значений магнитного поля. Непосредственные измерения магнитного поля могут выявить сильные региональные градиенты, которые являются примерно одинаковыми на больших площадях. В Оклахоме, например, согласно данным Неттлтона региональный магнитный градиент равен 13,3 гаммы на милю (8,2 гаммы на 1 км). Эш градиенты почти всегда исчезают при уменьшении масштаба и незаметны на окончательных картах. Крупные аномалии магнитного поля, которые могут замаскировать влияние локальных структур, часто вызываются изменениями магнитности пород, развитых в кристаллическом основании в пределах первых нескольких километров ниже осадочного покрова.

Интерпретация. Значение кристаллического основания. Интерпретация магнитных съемок является скорее качественной. Как правило, нельзя получить точных указаний относительно глубины изменений, вызывающих возмущение и аномалии в магнитном поле. Наиболее важным фактором, который необходимо учитывать при интерпретации, является большое влияние пород, фундамента. Там, где они залегают на глубине менее 1 мили (1,6 км), большая часть изменений в напряженности магнитного поля является следствием колебаний в их магнитных свойствах. Даже там, где мощность осадков определяется многими километрами, как это имеет место в районе Голфкоста и в других, глубоких геосинклиналях, большинство изменений магнитного поля может возникать под влиянием пород фундамента. В связи с тем, что влияние кристаллического основания уменьшается по мере того, как возрастает глубина его залегания, можно использовать уменьшение в величине аномалий для получения приблизительных данных относительно глубины кровли фундамента. При благоприятных условиях точность этих подсчетов может достигать 10% истинной величины.

Термин «основание», употребляемый в связи с интерпретацией, обозначает зону изверженных и метаморфических пород. На некоторых площадях между кровлей докембрийских образований и изверженными и метаморфическими породами залегают докембрийские осадочные пласты большой мощности, которые имеют магнитные свойства, сходные со свойствами палеозойских и более молодых осадков. В других районах сильномагнитные изверженные и метаморфические породы могут иметь мезозойский или раннетретичный возраст.

Магнитные свойства пород. Большая магнитная восприимчивость метаморфических и изверженных пород является следствием относительно большого содержания в них магнетита. Тяжелые темные изверженные породы обычно содержат гораздо больше магнетита, чем более светлые с низким удельным весом породы, такие как гранит. Магнитные свойства пород выражаются в миллионных частях единиц CGS восприимчивости. Соль, ангидрит и гипс имеют очень незначительную отрицательную восприимчивость, составляющую несколько миллионных частей. Известняки и доломиты имеют слабую восприимчивость, обычно меньше, чем десятки миллионных, а восприимчивость песчаных и глинистых пород колеблется от 10 до 50 миллионных частей. Следует заметить, что продукты химического осаждения из растворов и испарения имеют низкую магнитную восприимчивость, а кластические осадки — относительно высокую. Однако все осадочные породы в сравнении с изверженными имеют слабую восприимчивость; восприимчивость изверженных пород может доходить до нескольких тысяч миллионных частей единиц CGS.

Структурная интерпретация. Основой структурной интерпретации магнитных аномалий является следующее: в антиклиналях и других положительных структурных формах породы, обладающие более высокой проницаемостью или восприимчивостью, оказываются, по сравнению со смежными участками, приподнятыми; в результате этого в северном полушарии они вызывают положительную магнитную аномалию, а в южном — отрицательную. Вопрос о том, рассматривать ли знак аномалии как обратный в южном полушарии, зависит от того, как подходить к показаниям приборов, и от того, что ими измеряется и как принято по местной традиции. Помимо нарушений, производимых человеком, и влияний малых тел, залегающих вблизи поверхности, по-видимому, существуют три основные причины, обусловливающие магнитные аномалии: неоднородность строения фундамента, рельеф кровли фундамента на глубине и неоднородность строения осадочного чехла. Большинство аномалий, особенно крупных, является следствием неоднородности строения фундамента. В общем аномалии этого типа не имеют ничего общего с локальными структурами, сложенными осадочными породами, и не могут быть использованы для их обнаружения. Однако было установлено, что в ряде районов направление складок в осадках приблизительно параллельно направлению аномалий, вызванных неоднородностью строения фундамента.

Вследствие более высокой магнитной проницаемости пород фундамента сравнительно с проницаемостью осадочного покрова, повышения в кровле фундамента вызывают положительные магнитные аномалии в северном полушарии. Такие аномалии могут быть вызваны погребенными выступами в рельефе фундамента или поднятиями его в сводах антиклиналей. Несомненно, эти аномалии можно легко спутать с аномалиями, связанными с неоднородностью строения фундамента. Несмотря на то, что большая часть магнитных аномалий, наблюдаемых на поверхности, вызвана изменениями в магнитных свойствах пород фундамента, меньший эффект в магнитном поле дают структуры, образованные осадочными породами. Влияние последних настолько мало и так замаскировано крупными отклонениями, обусловленными породами фундамента, что их очень трудно выявить. Тем не менее, они, очевидно, имели бы большую промышленную ценность, если бы их можно было правильно интерпретировать. В тех районах, где магнитная восприимчивость осадочных пород более или менее одинакова по всему разрезу, изменения в условиях их залегания не оказывают влияния на характер магнитного поля, но если породы на умеренной глубине обнаруживают относительно более сильную или более слабую восприимчивость, то небольшие аномалии будут наблюдаться над сводами антиклиналей, где эти пласты подходят ближе к поверхности. Если под пластическими осадками на умеренной глубине залегают хемогенные (известняки, доломиты, ангидриты, гипсы или соль), то над антиклиналями, сложенными этими породами, в северном полушарии будут наблюдаться отрицательные аномалии. Если же, наоборот, хемогенные осадки находятся наверху, а кластические породы — на умеренной глубине, то своды антиклиналей будут фиксироваться положительными аномалиями. Для проведения более точной интерпретации магниторазведочных данных некоторые крупные нефтяные компании практикуют измерение восприимчивости образцов пород из буровых скважин.

Влияние обсадных колонн. В районах, где имеются обсаженные скважины, очень важно иметь в виду вызываемые ими аномалии, так как в противном случае их можно спутать с аномалиями, связанными с тектоникой. По-видимому, аномалии, вызываемые наличием обсадной колонны, могут на поверхности достигать 200 гамм. М. Р. Мак-Фейл считает, что положительные аномалии, равные 10—100 гамм, обнаруженные при аэромагнитных съемках над соляными куполами, очевидно, связаны с влиянием обсадных колонн скважин. По вопросу влияния этих аномалий на интерпретацию магнитных данных существуют различные точки зрения. Некоторые геофизики считают, что величина влияния обсадной колонны может быть определена довольно точно, и вычитая ее из наблюдаемых результатов можно избежать больших погрешностей в картах изогамм.

Определение глубин. Определение глубины, на которой находятся возмущающие тела, вызывающие аномалии, имеет главное значение при интерпретации. Напряженность магнитного поля изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, на котором находится возмущающая масса. Ширина и величина аномалии также изменяются по мере того, как источник, ее вызывающий, становится более глубокозалегающим. Вопрос о методах оценки глубины залегания тел, вызывающих аномалии, рассматривается в работах Д. Уонтленда, Г.Б. Стоммеля и Л. Дж. Питерса. От глубины залегания тела, вызывающего аномалию, зависит ширина последней; за ширину аномалии обычно принимается расстояние между точками, в которых напряженность магнитного поля равна половине амплитуды аномалии. Половина амплитуды аномалии равна половине разности между средним напряжением магнитного поля вблизи аномалии и самым высоким значением его в центре аномалии. В зависимости от формы массы, вызывающей аномалию, глубина залегания этой массы изменяется от 0,65 до 1,0, умноженных на ширину. Хотя этот метод дает только лишь приблизительное определение глубины, его можно использовать для разграничивания аномалий, образованных телами, залегающими на малых или больших глубинах. Теоретически широкая аномалия может быть вызвана изменением на большой глубине или тонким, пластом, протягивающимся на большое расстояние и залегающим на малых глубинах. Примером этого может являться озерный бассейн, заполненный отложениями, или долина, выполненная ледниковыми образованиями Несомненно, возникновение широкой аномалии скорее всего обусловлено глубоким источником, нежели наличием тонкого пласта, широко простирающегося на небольшой глубине и имеющего малую мощность. Ясно, что аномалии малой ширины не могут возникать под влиянием изменений, (происходящих на большой глубине. Например, если ширина аномалии не менее 500 футов (150 м), то она будет обусловлена наличием возмущающих масс, залегающих на глубине менее 1000 футов (300 м).

Применение и стоимость. Большим преимуществом магнитометрических съемок является их быстрота и малая стоимость. С другой стороны, интерпретация, производимая на основании данных этих съемок, носит общий характер, является неопределенной и неточной в количественном отношении. В силу этих причин магнитные съемки являются методом предварительной разведки и если результаты съемки указывают на то, что площадь является благоприятной, то более детальное ее изучение следует проводить каким-либо другим методом. Очень редко бывает, когда невозможно никакими другими методами проверить результаты магнитной съемки и на основе только одних магнитометрических данных проводить бурение.

Раньше среди некоторой части нефтяников существовала заметная тенденция считать, что повышение напряженности магнитного поля указывает на структурный подъем. Открытие месторождения Хобс (Hobbs) в Нью-Мексико, произведенное на основании повышения напряженности магнитного поля, укрепило эту неверную концепцию. Как указывает Г. Стоммель, открытие месторождения Хобс привело к бурению сотен сухих скважин на магнитных положительных аномалиях, в зоне которых не оказалось структурных поднятий. Питерс считает, что поскольку магнитная аномалия на месторождении Хобс достигает 500 гамм, причиной ее являются магнитные изменения в породах фундамента, а не антиклинальная структура. В этом случае соответствие между повышением напряженности магнитного поля и положительной структурой в Хобсе является случайным.

Региональные магнитные съемки могут быть полезны при определении направления структур, захватывающих также и фундамент, и при определении наличия аномалий, возможно указывающих на наличие антиклиналей. Магнитные съемки могут применяться при картировании таких локальных структурных форм, как погребенные выступы и хребты в кровле фундамента и интрузии изверженных пород. На рис. 23-2 из работы Р.К. Коффина изображены стратоизогипсы и магнитная аномалия месторождения Стаффорд в округе Шерман в Техасе. На этом рисунке приведены геологические разрезы, изображающие структуру, наблюдаемые магнитные и гравиметрические профили, а также магнитные и гравиметрические профили, вычисленные двумя различными методами. По одному методу предполагается, что аномалии вызываются породами фундамента, а согласно другому — покрывающими осадками. Результаты показывают, что магнитная аномалия обусловлена породами фундамента, а гравитационная — влиянием изменений в осадочных породах. Рис. 23-3 из той же работы Р. К. Коффина (67) изображает изогаммы площади в Западном Техасе. Имеются две антиклинальные структуры, одна в А, а другая в В, но фундамент в структуре В на 3000 футов (900 м) глубже, чем в структуре А. Структура А вызывает ясно выраженную аномалию, на которую указывает выступ или "нос" в конфигурации изогамм в то время как структура точке В не дает магнитной аномалии вследствие большей глубины залегания пород фундамента.

В тех случаях, когда на картах удается устранить влияние пород фундамента, магнитометрические съемки можно использовать в целях выявления локальных структур. Для этого требуются полные знания магнитных свойств различных свит, слагающих стратиграфический разрез. Вследствие того, что магнитная восприимчивость соли является слабоотрицательной, а кластических осадков — слабоположительной, следует ожидать, что соляные купола будут создавать очень малую отрицательную аномалию. Несмотря на то, что на соляных куполах были обнаружены аномалии в 15 гамм, эти аномалии очень трудно отличать от неправильных изменений, обусловленных другими причинами, и ни одного соляного купола на суше не было найдено в результате магнитной съемки.

По данным Г. Стоммеля стоимость 1 акра магнитометрической съемки с частотой наблюдений 48 пунктов на тауншип составляет около 1,5 цента (3,75 цента — 1 га), независимо от того, находится магнитометр на земле или в воздухе. Ф.М. Ван Тайл, У.С. Левингс и Л.В. Ле Рой считают, что стоимость аэромагнитной съемки района Багамских островов (the Bahama Islands) площадью 850 000 кв. миль (220 150 км2) составляла около 4,8 долларов за 1 км2. В настоящее время при заключении контрактов исходят из стоимости от 4 до 8 долларов за каждый километр, в зависимости от типа контроля на поверхности.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: