Эколого-геодинамический мониторинг

Данная система мониторинга в соответствии с концепцией [35] и руководством [63] должна обеспечивать экологическую и геодинамическую безопас­ность длительной разработки месторождений углеводородного сырья поликом­понентного состава. Мониторинг должен осуществляться в соответствии с предусмотренной в каждом конкретном проекте программой, содержащей обо­снование организации систем наблюдений за сейсмической и деформацион­ной ситуациями, оптимальный состав методов, а также аппаратурно-методическое обеспечение и режим наблюдений, адекватные задачам мониторинга.

Указанными документами предлагается концепция многофункционального геодинамического мониторинга, состоящая из 6 взаимосвязанных блоков, каждый из которых объединяет совокупность базовых методов и видов наблюде­ний (рис. 7.4).

1. Блок деформационного мониторинга включает совокупность методов наблюдений, обеспечивающих получение необходимой информации о современном напряженно-деформационном состоянии ГС различного масштаба.

Основными методами являются:

- периодические спутниковые наблюдения с применением системы GPS с целью оценки компоненты горизонтальных смещений с точностью не ниже 10"⁷ м. Результаты используют для геодинамического районирования, прогностики сейсмических событий, расположения сети эксплуатационных и наблюдательных скважин;

- периодическое точное нивелирование для оценки вертикальной компонен­ты современных движений земной коры с точностью не ниже ± 1 мм/км. Используется для контроля современной активности разломов и их трассирования, оценки современных аномальных напряжений в разломных зонах, оценки деформации поверхности на ранних стадиях их возникновения, про­гностики сейсмичности.

2. Блок сейсмологического мониторинга включает организацию сейсмических наблюдений с целью площадной регистрации землетрясений природного и техногенно-индуцированного генезиса, исследований сейсмического режи­ма территории. Результаты наблюдений позволяют оценить пространственно-временные соотношения между проявлениями сейсмичности и деформацион­ными процессами, параметрами освоения месторождений с выделением сейсмоопасных участков.

3. Блок геофизических методов включает совокупность наблюдений, обеспечивающих получение информации о вариациях изменения геофизических полей, обусловленных природными и техногенными флюидодинамическими процессами. Наиболее часто применяются периодические высокоточные гра­виметрические наблюдения для выявления локализации концентраторов на­пряженности и исследования процессов вертикальной миграции флюидов. Сейсмическое зондирование также преследует цель контроля за изменением напряженно-деформированного состояния ГС и развитием аномальных форм чрезвычайных геологических событий - главным образом местных землетря­сений и суперинтенсивных деформационных процессов в зонах разломов.

4.Блок флюидогеохимического мониторинга включает совокупность наблюдений за изменениями химического состава флюидов и динамическим состоя­нием флюидных систем тектогенного и техногенного генезиса. В состав на­блюдений входят углеводородная, гелиометрическая и эманационная (радиевая) съемки, контроль за уровнем составов, газонасыщенностью приповерхност­ных и пластовых вод. Дополнительные сведения дают съемки снегового по­крова, почвенного воздуха, водных потоков с расширением видов исследова­ний, например ртутная (меркуриметрическая). Цель проведения таких исследований - выявление зависимостей меду флюидодинамическими и сейсмодеформационными параметрами для прогнозирования чрезвычайных гео­логических ситуаций.

5.Блок промыслово-геологического мониторинга (производственного) включает комплексное изучение техногенных изменений пласта (физико-химичес­кий состав добываемых флюидов, их количество, соотношение частей добы­ваемой технологической жидкости, изменение пористости коллектора и покрышек, состояние скважинного фонда, изменение пластовых давлений и др.) на разных этапах освоения залежей. Объектами мониторинга являются природные резервуары-коллекторы, флюидоупоры и другие объекты ПТС.

Рис.7.4. Структура комплексного геодинамического мониторинга (по [22])

Иногда выделяют блоки аэрокосмического или экологического мониторин­га. Последний служит для координации исследований, проводимых с помо­щью других видов мониторинга.

Таким образом, основными контролируемыми параметрами современного геодинамического (напряженного) состояния недр являются [29]:

- сейсмический режим территории месторождения и сопредельных регионов;

- вертикальные и горизонтальные движения массивов горных пород;

- вариации параметров геофизических (сейсмического, гравитационного, геомагнитного) полей во времени;

- вариации во времени промыслово-геологических, гидродинамических, геохимических, эманационных характеристик флюидного режима недр (пластовое давление, дебиты, уровень грунтовых вод, метан, азот, водород, серо­водород, гелий, радон и др.).

Для выделения участков повышенного эколого-геодинамического риска система мониторинга должна состоять из трех уровней.

Мониторинг регионального уровня создается на первом этапе и должен обеспечивать оценку фонового современного геодинамического (напряженного) состояния недр территории месторождения, а также сопредельных районов. Результатом мониторинга является выделение крупных участков и протяжен­ных зон земной коры с повышенным напряженным состоянием (сильные и слабые местные землетрясения, сейсмический шум, активные разломы, ин­тенсивные просадки). Система регионального мониторинга требует постоян­ных наблюдений на выбранных пунктах в течение длительного времени, что позволяет получить сравнимые результаты при повторных наблюдениях. Плот­ность сети регионального мониторинга выбирается с учетом размеров место­рождения. Кроме этого пункты наблюдений размещаются за пределами место­рождения на расстоянии половины ширины месторождения.

Мониторинг зонального уровня соответствует второму этапу и должен обеспечивать оценку напряженного состояния среды в пределах конкретных протя­женных зон и крупных участков с повышенной сейсмической, деформационной и флюидодинамической активностью. Результаты мониторинга позволяют конкретизировать положение этих участков и зон, а также выделить локальные участки, в пределах которых возможны максимальные эффекты проявления сейсмодеформационных и флюидодинамических процессов природного и тех­ногенного генезиса. При организации системы мониторинга на данном уровне необходимы постоянная сеть пунктов наблюдений, а также их последующее расширение в случае выделения новых зон и участков повышенного напря­женного состояния по результатам регионального мониторинга. По возможно­сти система зонального мониторинга должна совмещаться с размещением си­стем ОВОС и другими системами контроля экологической ситуации. Плотность сети зонального мониторинга зависит от количества зон и участков с повы­шенным напряженным состоянием ГС.

Мониторинг локального уровня на третьем этапе должен обеспечивать систематический контроль за развитием потенциально опасных сейсмических и деформационных процессов природно-техногенного генезиса на локальных полигонах. Обязателен мониторинг аномально-деформируемых участков месторождения, в пределах которых расположены скважины, коммуникации, под­земные хранилища сырья и отходов и другие объекты обустройства промысла. Системы мониторинга (локальные полигоны), их количество и плотность на­блюдений зависят от числа локальных участков с аномальным проявлением сейсмических, деформационных и флюидодинамических процессов природ­но-техногенного генезиса.

Совокупность основных факторов риска и форм их проявления определяет структуру эколого-геодинамического мониторинга. На всех уровнях проведения мониторинга она должна включать следующий обязательный комплекс базовых методов [29].

Непрерывные сейсмологические наблюдения с системами постоянных скважинных телеметрических станций (плотность - 1 станция на 150-200 км²), а также временных наземных станций с расстоянием между станциями не более 5 км для регистрации сейсмических событий с магнитудой М=1 и меньше для изучения сейсмического режима и последующего проведения детального и микросейсморайонирования.

Сейсмическое просвечивание ГС в районах аномального развития сейсмодеформационных процессов (в пределах локальных полигонов) с поверхност­ными источниками невзрывного типа и скважинной системой регистрации. Участки сейсмического просвечивания выбираются исходя из результатов ре­гионального и зонального мониторинга. Просвечивание проводится периоди­чески 1-2 раза в месяц, а в период аномального развития сейсмодеформационных процессов - ежедневно.

Периодические спутниковые геодезические наблюдения с приемниками регистрации сигналов систем НАВСТАР или ГЛОНАСС. Назначение таких на­блюдений - оценка напряженного состояния ГС, горизонтальных смещений массивов горных пород и современной активности зон разломов. Повторные наблюдения на региональной сети пунктов проводят с периодичностью 1-2 раза в год, а на зональной - не реже 1 раза в месяц при развитии аномальных сейсмодеформационных процессов. Расстояние между пунктами региональной сети должно быть не более 10-15 км, между пунктами зональной сети - не более 5 км. Параметры деформаций и смещений используют при выработке прогностических признаков сейсмических событий.

Повторное точное нивелирование используют для контроля современной активности разломов, просадок земной поверхности и развития аномальных деформаций в районах потенциальных очаговых зон. Региональные профили должны выходить за пределы месторождения на половину его ширины. Расстояние между профилями составляет 15-20 км при периодичности нивелиро­вания 1-2 раза в год. Зональные профили должны пересекать протяженные зоны и крупные участки, где отмечаются аномальные проявления сейсмоде­формационных и флюидодинамических процессов. Расстояние между профи­лями - 5-7 км, периодичность нивелирования - 3-4 раза в год. На основе результатов регионального и зонального нивелирования периодически проводится геодинамическое районирование территории месторождения. Площадь мони­торинга локального уровня составляет около 75-100 км². Повторное нивелиро­вание проводится не реже 1 раза в месяц в случае возрастания интенсивности современных деформационных процессов. Результаты зонального и локально­го мониторинга используют для определения прогностических признаков сейсмических событий, аномальной активизации разломов и локальных проса­док.

Повторные высокоточные геофизические наблюдения (гравиметрические, геомагнитные) проводят для оценки вариаций геофизических полей во времени, а также для контроля за деформационными и флюидодинамическими про­цессами природного и техногенного генезиса. Пункты геофизического мони­торинга совмещают с геодезическими пунктами, как и режим геофизического мониторинга совмещается с геодезическим мониторингом.

Геохимический мониторинг проводят вместе с зональным и локальным геодезическим и геофизическим мониторингом в зонах потенциального эколого-геодинамического риска. Выполняют повторные и квазирежимные наблюде­ния за составом подпочвенной атмосферы, спонтанных и растворенных газов, химизмом, минерализацией и дебитом флюидов. Наблюдения проводят на ос­новании систематического отбора и анализа проб газов, воды и почв из источ­ников, самоизливающихся скважин и из скважин с устоявшимся уровнем. Ре­зультаты наблюдений используют для оценки фонового флюидодинамического состояния исследуемого региона, динамики флюидных систем в локальных участках и последующей выработки возможных прогностических признаков возникновения негативных эколого-геодинамических ситуаций.

Мониторинг глубинных объектов ГС, представленных продуктивными газонефтеносными пластами и горизонтами, включается в общий комплекс про­изводственных работ по контролю за разработкой промышленно-нефтеносных объектов. В настоящее время соблюдение технологических норм и правил их эксплуатации, совпадающих с геоэкологическими требованиями разработки нефтяных месторождений, контролируют органы Госгортехнадзора.

Оценка энергетического состояния продуктивных горизонтов с использова­нием ежеквартальных изобарических карт может быть объективной основой геоэкологических прогнозов состояния подземной гидросферы, включая буферные защитные толщи, расположенные под региональными флюидоупорами.

Оценка гидрогеохимического состояния разрабатываемых газонефтеносных пластов производится в соответствии с утвержденным технологическим регламентом контроля разработки. При этом опробуются все контрольные по фонду глубокие скважины.

Экологическая интерпретация внутрипластового распределения энергетических потенциалов и гидрохимических полей производится ежеквартально с оценкой вероятности возможной активации восходящих перетоков глубин­ных рассолов.

В результате таких работ по наблюдениям за глубинными объектами количественно характеризуются изменения и наметившиеся тенденции энергети­ческих и гидрогеохимических процессов.