Морская геофизическая разведка

МОРСКАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА (а. off-shore geophysical exploration, off-shore geophysical prospecting; н. geophysikalische Offshore-Erkundung; ф. prospection geophysique marine; и. investigacion geofisica de mar, prospeccion geofisica de mar, exploracion geofisica de mar, cateo geofisiсо de mar, reсоnocimiento geofisiсо de mar) — совокупность геофизических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и изучения геологического строения земной коры в пределах континентального шельфа, склона и ложа Мирового океана. Для морской геофизической разведки используются экспедиционные суда водоизмещением 300-2500 т, которые оборудуются комплексом геофизических регистрирующих и обрабатывающих систем, эхолотами для изучения рельефа дна, радионавигационными средствами определения местоположения судна (радиогеофизические способы, спутниковая геодезия). Морская геофизическая разведка в основном выполняется во время движения судна и характеризуется более высокой производительностью и экономической эффективностью, чем наземная геофизическая разведка.

При проведении морской геофизической разведки используются главным образом сейсмические, а также магнитометрические, гравиметрические, ядерно-физические и электрические методы исследования, которые в ряде случаев комбинируют с бурением и отбором проб горных пород. Наиболее широко в морской сейсморазведке применяется метод отражённых волн (MOB), основанный на регистрации упругих волн, отражённых от литологических и тектонических границ в земной коре. Исследования MOB проводятся при непрерывном движении судна, буксирующего со скоростью 5-25 км/ч источники упругих колебаний и приёмные устройства. Для рекогносцировочных и региональных исследований на акваториях широко применяется непрерывное сейсмическое профилирование (НСП) — экономичная модификация MOB с одноканальным буксируемым приёмным устройством (БПУ) и регистрацией принятых сейсмических сигналов в аналоговом виде на магнитную ленту, а также в форме временных разрезов на электрохимическую бумагу. На временных разрезах выделяются коррелирующиеся вступления сейсмических волн, соответствующие отражающим границам в осадочной толще и акустическому фундаменту. В качестве источников упругих колебаний при НСП применяются пневматические излучатели (ПИ) объёмом до 6 дм3, электроискровые излучатели с мощностью единичного разряда до 150 кДж, а также пневматические устройства (типа "Флексишок"), работающие на принципе "схлопывания" в воде объёма с очень низким давлением на глубине 1-7 м (см. также Невзрывные источники сейсмических колебаний). Возбуждение сейсмических волн происходит с интервалом 1-20 с. БПУ для НСП представляет собой маслонаполненный пластмассовый шланг, диаметром 45-70 мм и длиной 50-100 м, внутри которого расположены пьезоэлектрические приёмники давления (до 120 штук), соединённые в единый приёмный канал. Интерпретация материалов НСП заключается в преобразовании временных разрезов в карты мощностей и структуры осадочной толщи и рельефа фундамента. Глубинность не превышает в основном 1 км (реже 2 км) и ограничивается помехами за счёт буксировки БПУ, кратными и боковыми отражениями.

Реклама



При проведении поисково-разведочных работ на нефть и газ сейсмическая съёмка MOB по способу общей глубинной точки (MOB-ОГТ) является основным методом разведки на региональной и поисковой стадиях, а также при подготовке объектов к разведочному бурению. Работы MOB-ОГТ на акваториях проводятся с применением многоканальных цифровых сейсмических комплексов. Современный сейсмический комплекс (например, "Mapc-С") обеспечивает возбуждение упругих колебаний с постоянным интервалом во времени (6-20 с) или пространстве (10-100 м); приём сейсморазведочных сигналов, их оцифровку, первичную оценку (редактирование); паспортизацию и регистрацию в формате судовой ЭВМ на магнитную ленту вместе с необходимыми навигационными данными; экспресс-обработку поступающих данных в реальном масштабе времени и графическое отображение результатов обработки с целью оперативного контроля и управления ходом работ. Многоканальные (до 96 каналов и более) БПУ длиной до 5 км обеспечивают многократное перекрытие отражений, что в сочетании с цифровой регистрацией позволяет проводить накапливание полезных сигналов (например, по общей глубинной точки методу) и существенно повысить отношение сигнал/шум. Такие БПУ, оснащённые датчиками для контроля пространственного положения, обеспечивают возможность при проведении сейсмической съёмки в шельфовых и переходных зонах надёжно определять скоростные характеристики среды и рассчитывать глубины до отражающих горизонтов. Для подавления кратных и боковых отражений, а также с целью повышения глубинности исследований применяют группирование источников на больших продольных (до 800 м) и поперечных (до 200 м) базах, включающих до 40 излучателей общим объёмом свыше 70 дм3. Для детальной сейсмической съёмки на шельфе разработан трёхмерный сейсмический метод, позволяющий получать объёмные модели глубинных геологических структур, в т.ч. и нефтегазоносных. Высокая стоимость съёмки при этом окупается за счёт уменьшения количества и оптимального расположения буровых скважин.

Метод преломлённых волн (МПВ) и его модификация — глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) применяются в морской геофизической разведке при региональных исследованиях для изучения глубинного строения земной коры и при разведке на нефть и газ для изучения поверхности фундамента, определения мощности основных слоев осадочной толщи, выявления и прослеживания тектонических нарушений. Метод основан на регистрации сейсмических волн (головных, рефрагированных, отражённых под углом, равным или превышающим критический) на расстояниях от источника, превышающих две глубины до исследуемых границ. Работы МПВ на акваториях проводятся при неподвижных пунктах приёма и перемещающемся пункте возбуждения сейсмических сигналов, оборудованном на судне. Для возбуждения упругих колебаний в морских работах МПВ применяются взрывы взрывчатых веществ (от нескольких сотен грамм до нескольких тонн) и мощные пневматические излучатели, объёмом до 75 дм3, нередко объединённые в группы по два, четыре и более. Приём и регистрация сейсмических волн в МПВ могут осуществляться на дрейфующих (на глубоководных акваториях) или заякоренных (на шельфе) судах либо с помощью сейсмических радиобуев или автономными донными сейсмографами; возможна регистрация в скважинах, пробуренных на дне акваторий. Радиобуи (дрейфующие или заякоренные) обеспечивают приём сейсмических сигналов и передачу их по радиоканалу на судно, где производится регистрация. В качестве приёмников используются пьезокерамические гидрофоны, погружённые в воду на глубину около 1/4 длины принимаемой волны. Иногда на шельфах используются сейсмические косы, опущенные на дно. Донные сейсмографы (ДС) обеспечивают приём и регистрацию сейсмических волн в автономном режиме непосредственно на дне. Для постановки ДС на дно и их подъёма наряду с буйковыми системами используются системы, обеспечивающие всплытие прибора в заданное время или по команде с судна. В качестве датчиков сейсмических сигналов в ДС применяются сейсмоприёмники, а также глубоководные гидрофоны. С ДС достигается наибольшая дальность регистрации сейсмических волн и глубинность исследований по сравнению с другими способами приёма и регистрации в МПВ. Применение ДС даёт возможность проводить детальные работы МПВ на акваториях с многоточечными системами наблюдений. Для МПВ (с применением ДС и радиобуев) разработаны методы обработки материалов на ЭВМ путём построения монтажей синхронизированных сейсмограмм. По этим монтажам проводят анализ волнового поля, построение годографов, определение скоростей сейсмических волн. Разработаны алгоритмы интерпретации данных МПВ на ЭВМ (расчёта моделей осадочной толщи, а также земной коры в целом и верхней мантии Земли по годографам и амплитудным кривым).

Морская магнитная разведка основана на изучении изменения геомагнитного поля, возникающего вследствие неодинаковой намагниченности горных пород, слагающих дно морей и океанов. Геомагнитные наблюдения в акваториях (гидромагнитная съёмка) выполняются магнитометрами, буксируемыми в немагнитных гондолах на расстоянии 2-3 длины судна для снижения его магнитного влияния либо на специальных немагнитных судах. При проведении съёмки буксируемыми магнитометрами измеряется модуль полного вектора напряжённости геомагнитного поля (протонными и квантовыми магнитометрами) или его вертикальные и горизонтальные составляющие (квантовыми и феррозондовыми магнитометрами). Измерения модуля вектора напряжённости осуществляются также непосредственно у поверхности дна океана (на глубине свыше 3 км) протонными магнитометрами, помещёнными в специальные контейнеры. При измерении двухкомпонентными магнитометрами стабилизация магниточувствительных элементов в буксируемой гондоле осуществляется с помощью карданового подвеса либо гироскопной платформы. Погрешности магнитометров при измерениях модуля полного вектора напряжённости поля ±2 нТ, компонентов геомагнитного поля +50 нТ (в отдельных районах ±100 нТ). При проведении гидромагнитных съёмок учитывают временные вариации геомагнитного поля, а также изменения магнитного поля, создаваемые морскими волнами и течениями. Для учёта вариаций создаются автономные буйковые и донные магнитовариационные станции с феррозондовыми, протонными и квантовыми датчиками. Влияние геомагнитных вариаций определяется по градиентометрической схеме измерений поля, при которой на разных расстояниях от судна буксируются два датчика. Способы учёта магнитного влияния волнения и течений разработаны недостаточно.

Регистрация данных при проведении гидромагнитных съёмок осуществляется в аналоговой либо цифровой форме. Для получения магнитных аномалий из наблюдённых значений поля вычитают значения нормального геомагнитного поля, вычисляемого по единой международной аналитической модели магнитного поля Земли. При первичной обработке результатов съёмок и вычислении магнитных аномалий используются ЭВМ. Результаты мелкомасштабных съёмок представляют чаще всего в виде карт графиков, при крупномасштабных съёмках — карт изолиний.

Морская магнитометрическая разведка проводится для изучения геологического строения, тектонического районирования, датировки возраста ложа океана по специфическим полосчатым аномалиям, а также для поисков и разведки месторождений и геологического картирования шельфов и внутренних морей.

Определение аномалий силы тяжести при морской гравиметрической разведке проводится при движении судна и осложняется из-за влияния горизонтальных и вертикальных ускорений и наклонов, обусловленных качкой корабля. Эти влияния на несколько порядков превышают значения искомых аномалий силы тяжести. Для уменьшения уровня помех, вызываемых возмущающими переменными ускорениями и наклонами, чувствительную систему морских гравиметров сильно демпфируют, гравиметр устанавливают на гиростабилизированной платформе. Для исключения остаточных влияний возмущающих ускорений и наклонов измеряют величины возмущающих ускорений с помощью специальных приборов (акселерометров, наклономеров) и вводят необходимые поправки.

Для учёта центробежного эффекта Этвеша, обусловленного изменением угловой скорости вращения судна вокруг земной оси, вводят поправку Этвеша D g=7,5 V Sin А Соs р, где

V — скорость судна в узлах;

А — азимут курса корабля;

р — географическая широта.

Поправка Этвеша достигает максимального значения в экваториальных широтах при движении корабля в широтном направлении. В CCCP наиболее распространены автоматизированные кварцевые морские гравиметры ГМН (гравиметр морской набортный) чувствительностью 0,1х1•10-5 м•с-2, помещаемые в гиромаятниковый подвес, установленный в свободном подвесе кардана для уменьшения эффективной величины наклонов. Показания гравиметра регистрируются в цифровом виде на перфоленте и в аналоговом виде на бумажную ленту пишущего потенциометра. За рубежом наиболее распространены морские автоматизированные термостатированные гравиметры с чувствительными системами, изготовленными из металлических пружин по принципу маятника Голицына. Набортные гравиметры используются для региональных профильных наблюдений и мелкомасштабных площадных съёмок с использованием опорной гравиметрии, пунктов (ОГП) у берега, в портах стоянки или в пределах акваторий. Для выполнения детальных съёмок (1:50 000-1:200 000) на континентальном шельфе широко применяются донные гравиметры с аналогичным наземным дистанционным управлением.

Результаты морской гравиметрической съёмки представляются в виде карт или графиков аномалий силы тяжести в редукциях Фая или Буге. Для набортных измерений, когда гравиметр располагается вблизи уровня океана, величина поправки Фая незначительна. При измерениях на дне моря или в подводной лодке учитывают притяжение водного слоя (поправка Прея), для вычисления аномалий Буге водный слой как бы дополняется до плотности верхней части земной коры (s=2 670 кг/м), см. Геофизическая аномалия. При количественной интерпретации аномалий Фая над континентальным склоном, подводными хребтами, горами и островами учитывают существование аномалий краевого эффекта, проявляющихся в виде сопряжённых положительных и отрицательных поясов аномалий Фая вдоль краёв континентов. Для исключения влияния краевого эффекта вычисляют аномалии силы тяжести в изостатических редукциях и в редукциях Буге. Морская гравиметрическая разведка применяется при изучении глубинного строения земной коры, литосферы, верхней мантии, геоморфологии, провинциями океанов и в зонах перехода от океанов к материкам, при исследовании строения верхних частей земной коры с целью прогнозирования возможности обнаружения полезных ископаемых, поиске и разведке месторождений полезных ископаемых на шельфе.

Морская электроразведка используется в ограниченных объёмах для картирования верхней части геологического разреза при небольших глубинах моря (в основном модификации методов сопротивления) и для изучения глубинного строения дна океанов и морей (магнитотеллурическое зондирование). Основные методы картирования (дипольное осевое зондирование и профилирование, методы неустановившегося поля и вызванной поляризации) основаны на изучении искусственно создаваемых полей источниками, расположенными на судне. При проведении исследований питающий и измерительный диполи буксируются на некотором удалении друг от друга двумя судами, регистрация ведётся на борту судна морской электроразведочной станцией. Магнитотеллурические зондирования основаны на изучении колебаний естественного электромагнитного поля с периодами 1-100 с (для исследования осадочного чехла) и 103-105 с (для изучения глубинного строения). Для определения кажущегося сопротивления горной породы на дне регистрируются вариации горизонтальных компонентов электрического и магнитного поля или измеряется разность вариаций горизонтального вектора магнитного поля на дне и вблизи поверхности моря (с учётом поправки об удельном сопротивлении морской воды).

Морские ядерно-физические методы основаны на изучении естественного и наведённого, главным образом, гамма-излучения морских осадков в условиях природного залегания с целью изучения геологического строения и выявления полезных ископаемых морского (океанического) дна, контроля загрязнения вод и осадков. Исследования ведутся непрерывно по профилям или дискретно (по точкам) с применением аппаратов, буксируемых близ поверхности дна или по его поверхности. Ядерно-физические методы используются в комплексе геологических работ с целью поисков нефти и газа, россыпей, железомарганцевых конкреций, зон сульфидизации и т.д. в широком интервале глубин.



Android-приложение
Смотрите также:
Геология полезных ископаемых: Минеральные ресурсы: Страны и континенты: Месторождения: Техника и технологии: Горное дело: Наука: Биографии:
Отраслевые новости:

Аналитика: