Целевая и технологическая классификация методов.

Под целевой (объектной) классификацией подразумевается объединение тех или иных методов разведочной геофизики в комплексы, ориентированные на решение определенных геологических задач и в частности задач поиска месторождений определенных полезных ископаемых – нефти и газа, угля, железных и неметаллических руд и т.д. Так крупнейшим и, безусловно, передовым отрядом современной разведочной геофизики является нефтегазовая.

Нефтегазовая геофизика включает в себя все основные, классические методы геофизической разведки, названные выше: сейсмо-, электро-, грави-, магнито-, а также методы ядерной геофизики и терморазведку. С помощью этих методов решаются все геологические задачи в сфере поиска нефтегазовых месторождений. Это задачи регионального и зонально-регионального уровня – то есть задачи изучения определяющих черт геологического строения крупных регионов с целью уточнения контуров седиментационного бассейна (нефтегазоносной провинции) в целом, выявления в его пределах нефтеперспективных областей и зон – структур второго порядка, региональных зон выклинивания нефтегазоносных толщ, крупных выступов фундамента, глубинных разломов, задачи оценки общей мощности осадочного чехла и земной коры в целом и т.п. Главенствующую роль при решении таких задач играют грави- и магниторазведка, а также отработка отдельных региональных опорных сейсмопрофилей и зондирований МТЗ. Такие исследования обозначают термином региональная геофизика. После завершения региональных съемок (обычно это исследования, которые проводятся в рамках масштаба 1: 200 000и 1: 100 000) проводятся поисковые площадные исследования с целью выявления и подготовки к бурению (это уже разведочный этап) локальных структур - ловушек нефти и газа, масштаб съемок здесь уже 1: 50 000 или крупнее, а работы эти в целом принято именовать структурной геофизикой. При решении этих задач на первый план выдвигается уже сейсморазведка, которая, в зависимости от геологических условия проведения «усиливается» комплексированием с электроразведкой, а иногда и с другими геофизическими методами, или даже с глубоким поисковым бурением. Помимо таких чисто структурных задач геофизикам-нефтеразведчикам приходится заниматься прогнозом литологии и нефтегазоперспективности толщ разреза, то есть решать задачи ПГР (прогнозирования геологического разреза) и ПМП (прямых методов поиска)нефти и газа. Таким образом, можно сказать, что современная нефтегазовая геофизика это уже структурно-формационная геофизика, а не просто структурная, как некогда прежде. Успешное решение таких задач осуществляется уже путем широкого комплексирования сейсморазведочных со всеми имеющимися дополнительными геолого-геофизическими данными. Глубинность геофизического зондирования геологической среды в нефтегазовой геофизике составляет на сегодняшний день в среднем 4-6 км, поэтому здесь используют самые мощные, технологичные, помехоустойчивые и, следовательно, дорогостоящие разведочные системы. Можно поэтому с полным основанием утверждать, что нефтегазовая геофизика это самый передовой, самый продвинутый в теоретическом и техническом плане отряд современной геофизики. Во многом, конечно, это обусловлено той ролью, которую играют нефть и газ как главные энергоносители в современном мире.

В комплекс, называемый рудной геофизикой,также входят все методы разведочной геофизики, однако на первых ролях здесь находится уже не сейсморазведка, а различные модификации электроразведки, основанные на регистрации искусственных и естественных полей постоянного и переменного тока, а также грави- и магниторазведка, радиометрия и пр. Употребление сейсморазведки в рудной геофизике ограничивается шероховатостью (негладкостью) отражающих границ и, зачастую, крутыми углами их наклона, а снижение глубинности исследования до 400-600м - сложной структурой рудных полей.

Большим своеобразием отличается инженерная геофизика, объектом исследования которой служит верхняя часть геологического разреза – то есть толща в первые 100-200 метров от дневной поверхности. Инженерно-геофизические работы ведутся с целью обоснования выбора транспортных трасс, в первую очередь, железнодорожных магистралей, трубопроводов, площадок для строительства крупных сооружений, аэропортов, поскольку здесь возникает необходимость в оценке крепости и просадочности грунтов, их способности удерживать фундаменты тяжелых построек и пр. Большую роль играет инженерная геофизика при изучении явлений карста, укреплении оползневых склонов и мониторинге оползневых процессов и т.п. Наиболее востребованы в инженерной геофизике разнообразные малоглубинные модификации методов сопротивлений на постоянном токе – ВЭЗ, электропрофилирование и др., сейсморазведка методом первых вступлений преломленных волн (МПВ), иногда применяются грави- и микромагнитные съемки и пр.

Существуют и другие целевые комплексы – угольная и нерудная геофизика, техническаяи археологическая геофизика, экологическая, гидрогеологическая и почвенно-мелиоративная, гляциологическая и мерзлотная.

Наконец, третья – технологическая классификация - объединяет различные методы геофизики по условиям проведения работ, месту размещения измерительной аппаратуры и т.п. По этим причинам выделены в отдельные технологические комплексы:

аэроспутниковая геофизика(регистрация изменчивости геофизических полей с борта самолета или спутника – аэромагнитные наблюдения, многозональная аэрофотосъемка, радиоволновые наблюдения, эманационная газосъемка и т.п.);

морская геофизика (сейсмические и гравиметрические измерения с помощью специально сконструированных для измерения в водной среде (донный гравиметр) и специальных технологических систем – плавающие сейсмокосы с вмонтированными в них пьезосейсмоприемниками и пр.);

полевая геофизика – самая распространенная технологическая система, когда наблюдения проводятся на поверхности суши.

Именно в полевой геофизике используются и для нее разрабатывается все современные наиболее совершенные системы наблюдений, аппаратурные комплексы, технологии обработки данных и интерпретации. В полевую геофизику уходят до 70% выпускников ВУЗов, обучавшихся по геофизической специальности. Другой мощный отряд выпускников вливается в промысловую геофизику или как чаще говорят в последнее время ГИС – геофизические исследования скважин. В комплекс промысловой геофизики входят каротажные работы, геолого-технологические исследования и технические операции по обслуживанию скважин. Каротаж – это непрерывное изучение физических свойств горных пород вдоль ствола скважины, которое проводится с помощью специальных приборов, помещаемых в зонд. Зонд спускается на прочном кабеле на забой скважины после завершения процесса бурения и укрепления ее ствола обсадными колоннами и далее производится в процессе постепенного подъема зонда измерение значений соответствующего физического поля вдоль ствола до самой дневной поверхности в зависимости от типа измеряемого поля. Различают электрический, радиоактивный, акустический, магнитный, плотностной и другие виды каротажа. Некоторые из них, как например, электрический или радиоактивный имеют множество разновидностей, каждая из которых ориентирована на решение какой то сравнительно узкой частной задачи. Так, электрический каротаж КС (кажущихся сопротивлений) кровельными градиент-зондами нацелен на выделение верхней границы пласта, подошвенными градиент-зондами на выделение нижней границы, а потенциал-зондами на выделение самого пласта как такового.

Геолого-технологические исследования проводятся непосредственно в процессе бурения в необсжанной скважине с целью контроля за искривлением ее ствола в процессе бурения (инклинометрия), определением эффективного диаметра скважины (кавернометрия), за содержанием растворенного газа в буровом растворе по мере углубления забоя (газовый каротаж) и пр. Операции по техническому обслуживанию скважин - это определение высоты подъема цементного кольца при цементаже затрубного пространства после спуска обсадной колонны, перфорация и пр.

Место разведочной геофизики среди других геологических наук.

Разведочная геофизика насчитывает примерно 100 лет своего существования. Она началась с полевых и скважинных электроразведочных работ постоянным током в начале двадцатого столетия на нефтепромыслах Баку, куда приехала группа французских специалистов, руководимых братьями Шлюмберже. Следующей вехой в истории разведочной геофизики можно считать работы по разведке КМА (Курской магнитной аномалии). Правительственную комиссию по изучению КМА, созданную в годы гражданской войны по инициативе Ленина, возглавили геолог - академик И.М.Губкин и физик - академик П.П.Лазарев. Именно тогда впервые были проведены геофизические наблюдения в широком комплексе, в которых приняли участие тогда еще очень молодые, а впоследствии самые именитые ученые-геофизики. Среди них были Всеволод Владимирович Федынский, будущий организатор и руководитель и руководитель геофизический службы в министерстве геологии СССР, заведующий кафедрой геофизических исследований Земной коры в МГУ им.Ломоносова.

Затем в 30-е годы а районе южной Эмбы был создан полигон, где разрабатывались и опробовались все геофизические методы того времени, включая сейсморазведку методом отраженных волн (патент на изобретение метода отраженных волн - МОВ получил в 1923 году Владимир Сергеевич Воюцкий) и сейсморазведку КМПВ –корреляционным методом преломленных волн, который создавался академиком Григорием Александровичем Гамбурцевым и его учениками Ю.В.Ризниченко, И.С.Берзон, М.А.Епинатьевой из института физики Земли им. О.Ю.Шмидта. Нельзя не упомянуть, что и прибор – сейсмограф еще в 1909 году создал замечательный русский ученый – Б.Б.Голицын.

Уже после окончания Великой Отечественной войны в нашей стране стали возникать специализированные геофизические разведочные тресты (в том числе и Саратовский), а в ВУЗах – кафедры геофизических методов разведки (в том числе в СГУ в 1949 году. Основателем кафедры стал А.С. Грицаенко, руководивший ею до 1973 года. ). В итоге, к настоящему времени разведочная геофизика стала играть выдающуюся роль в современной геологии. Этому способствовали следующие четыре обстоятельства.

1)Разведочная геофизика сделала возможным резкое увеличение глубинности геологических исследований – изучение строения Земной коры на полную мощность, картирование рельефа поверхности кристаллического фундамента и погребенных структурных планов горизонтов осадочного чехла, трассирование глубинных разломов и, в целом, решение задач тектонического районирования территорий, без чего невозможна выработка оптимальной стратегии поисково-разведочных работ (ПРР).

2)Данные геофизической разведки – как приборная информация – носят объективный характер и отличаются свойством повторяемости при производстве неоднократных наблюдений в одних и тех же условиях. В то же время изменчивость этих данных может быть обусловлена только изменчивостью самой геологической среды и это обстоятельство создает фундаментальные основания для использования геофизических методов как наилучшего аппарата для мониторинга окружающей среды применительно ко всем земным сферам – газовой, водной и твердой.

3)Этому способствует и объемный характер геофизической информации, то есть существующие возможности регистрации изменчивости полей на всех уровнях – над Землей, на ее поверхности и во внутренних точках среды.

4)Наконец, геофизические исследования существенно снижают стоимость геологоразведочных работ (особенно в сопоставлении с глубоким бурением), существенно экономят временные затраты и минимизируют риски при постановке и проводке скважин глубокого бурения. Мобильность геофизической аппаратуры, достаточная точность и производительность съемок позволяет проводить высокоэффективные наблюдения в самых разнообразных природных условиях.

Все это превращает геофизическую разведку в «глаза и уши» современной геологии, обеспечивают ей ведущее место среди других средств геологических исследований. Нельзя не сказать еще о двух аспектах геофизики, особенно заметных в эпоху становления нелинейной динамики как полидисциплинарной науки, претендующей на то, чтобы сформировать современную картину мира.

Во-первых, данные геофизики послужили основой для возникновения и развития новой науки о физических процессах, обусловливающих тектоническую активность Земли и называемой геодинамикой. В то же время геофизика с присущим ей количественным подходом к анализу разноплановых природных явлений существенно изменила мировоззрение геологов, занимающихся проблемами глобальной эволюции Земли. По мере становления геодинамики планета стала рассматриваться как объект, развивающийся в соответствии со строгими законами физики. Это перевело геофизику в разряд концептуальной основы современной геологической теории и наложило ограничения на фантазии геологов.

Во-вторых, геофизика и геодинамика – это науки, через которые в геологию проникают современные познавательные модели или парадигмы. Парадигма (от греческого – пример, образец) понимается как исходная модель постановки и решения проблем, способ упорядочения (систематизации) и истолкования конкретного материала, практикуемый учеными различных специальностей и убеждений. Такой современной парадигмой является синергетическая. Нельзя также забывать, что через геофизику и геодинамику в геологию приходит строгий язык формализации понятий и постановки задач – математический. Прогрессирующая математизация геологии способствует значительному повышению ее статуса в сообществе естественных наук. Так, сейчас уже существуют и находятся в довольно развитом состоянии и нелинейная геофизика и нелинейная геодинамика, органично вписанные в русло синергетической модели. Чтобы не повторяться, имеет смысл адресовать читателя к главе, подготовленной нами для вышедшего недавно в издательстве СГУ учебного пособия «Введение в геофизику», 2006, где нелинейные аспекты геофизики освещены более обстоятельно.

В заключительной части этой лекции мы остановились на достоинствах, преимуществах геофизических методов при проведении геолого-разведочных работ, но есть у этих методов и свои недостатки, ограничения. Об этом позже.

Лекция 2.