Развитие сырьевой базы нефтедобычи требует все более эффективного ведения поисково-разведочных работ и ускорения темпов подготовки запасов промышленных категорий. Вместе с тем в районах с высокой освоенностью ресурсов имеют место уменьшение фонда перспективных объектов антиклинального типа и переход на поиски залежей углеводородов в малоразмерных и сложноэкранированных ловушках. Последние составляют один из основных резервов прироста запасов углеводородов. Выявление и подготовка к глубокому бурению некоторых видов таких ловушек, например ловушек, приуроченных к зонам разуплотнения и повышенной трещиноватости пород осадочной толщи и фундамента, а также малоамплитудных тектонических экранированных ловушек, связанных со значительными трудностями, обусловленными недостаточной геологической информативностью данных, получаемых традиционными методами, в первую очередь сейсморазведкой. Такая объективная тенденция будет сохраняться для подавляющего большинства нефтегазоносных областей, несмотря на растущий научно-технический прогресс в области геофизических методов.

Эти обстоятельства, естественно, потребовали разработки новых научных направлений в нефтяной геологии, а также соответствующих методов и методик поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений с учетом достижений в смежных направлениях наук о Земле. К одному из таких новых научных направлений относится комплексное изучение современной геодинамики осадочных бассейнов в связи с разработкой проблемы закономерностей размещения и формирования месторождений нефти и газа в земной коре и совершенствованием методики их поиска. Это направление возникло и получило широкое развитие в многолетних тематических и экспериментальных полевых работах ИГиРГИ, которые проводились в ряде нефтегазоносных областей совместно с нефтедобывающими объединениями. Выполненные работы, анализ и интерпретация результатов привели к получению новой информации о геодинамических закономерностях размещения и формирования месторождений углеводородов в осадочных бассейнах, что послужило обоснованием нового поискового метода - разведочной геодинамики. Физико-геологические основы этого метода базируются на представлениях о геоструктурных элементах земной коры осадочных бассейнов, в том числе ловушках нефти и газа как динамических системах дискретной геофизической среды. Эти представления полностью подтвердились результатами многолетних полевых работ, раскрывших основные закономерности проявления параметров современной геодинамики в ряде нефтегазоносных областей. Эти работы показали, что с фактом современной геодинамической изменчивости во времени состояния и свойств пород геофизической среды необходимо считаться уже сейчас, особенно при усложнении горно-геологических условий поисков и разведки месторождений углеводородов.

Дело в том, что благодаря научно-техническому прогрессу существующие методы разведочной геофизики выходят на прецизионный уровень получения геофизической информации для выделения тонких особенностей строения геологического разреза. Область ошибок - аппаратурных, методических и других - при проведении геофизических работ по выделению этих особенностей в настоящее время существенно уменьшается. Но одновременно становится необходимым учет новых важных факторов, которые ранее не учитывались при геологической интерпретации геофизических данных. К числу последних следует отнести, например, коротко-периодные вариации во времени естественных и искусственно возбуждаемых геофизических полей как следствие современных геодинамических (деформационных) процессов в среде. Так, надежно установленные вариации во времени (или изменчивость во времени) аномалий силы тяжести порядка (2-3)·10^-6 м/с² в год соизмеримы со стационарными локальными аномалиями силы тяжести, которые используются при анализе и интерпретации возможных прямых эффектов от залежей углеводородов. Таким образом, этот фактор следует учитывать в работах по прямым поискам залежей нефти гравиметрическим методом.

Выявлены весьма высокие значения вариаций во времени параметров геомагнитного поля (до 8-10 нТл), что также требует учета фактора изменчивости во времени геомагнитного поля при прогнозировании геологического разреза. Получены надежные данные по вариациям во времени параметров сейсмического волнового поля (например, времен пробега сейсмических волн) за счет влияния современных деформационных процессов в среде. Экспериментальные режимные наблюдения (сейсмическое просвечивание) зарегистрировали на ряде нефтяных месторождений вариации времен пробега сейсмических волн, достигающих 10-20 мс в интервале глубин 1500-2000 м. Эти величины необходимо учитывать при прогнозировании геологического разреза и структурных построениях.

Накопление информации о параметрах современной геодинамической активности в различных нефтегазоносных бассейнах, теоретические представления о геодинамическом контроле условий, благоприятных для размещения и формирования залежей углеводородов, а также разработанные приемы тектонофизической и нефтегеологической интерпретации геодинамических данных позволили показать возможности использования данных разведочной геодинамики при локальном прогнозе нефтегазоносности, в первую очередь, в условиях развития ловушек нетрадиционного типа. Исходные положения такой постановки задачи состояли в следующем.

Геодинамическая эволюция осадочных бассейнов - это процесс длительной трансформации напряженно-деформированного состояния геологической среды, приведшей к созданию существующих в настоящее время структурных форм осадочной толщи различного типа и порядка. Современная геодинамическая эволюция осадочных бассейнов представляется как процесс современного пространственно-временного деформирования уже сформировавшейся структуры земной коры, доступный непосредственному измерению геодезическими, геофизическими, геохимическими и прочими системами мониторингового типа наблюдений.

Обобщение результатов повторного и многократного нивелирования по региональным и системе зональных профилей выявило региональную неоднородность нефтегазоносных бассейнов в отношении уровня и степени дифференциации современных вертикальных движений Земной поверхности. В каждом из изученных бассейнов, как правило; выделяется система региональных структурно-тектонических зон, характеризующихся аномальной современной тектонической активностью, Скорости современных вертикальных движений в пределах таких зон достигают 10-30 мм/год. В этих же зонах определено аномальное изменение во времени гравитационного поля [до (2-2,5)·10^-6 м/с² в год], геомагнитного поля (до 8-10 нТл), а также установлены повышенные концентрации гелия в водах при поверхностных отложений.

Общая закономерность состоит в том, что в пределах изученных нефтегазоносных бассейнов геодинамически активные в настоящее время структурно-тектонические зоны являются, как правило, крупными зонами нефтегазонакопления, например, Речицко-Вишанская (Припятский прогиб), Терская (Терско-Каспийский прогиб), Самгори-Ниноцминдская (Притбилисский район) и др. С одной стороны, выявленные соотношения связаны с повышенной раздробленностью геологической среды зон нефтегазонакопления и наличием в ней кинематических (активных) неоднородностей (зон разломов, системы разуплотненных и разупрочненных зон), что создает тектонические предпосылки для формирования ловушек углеводородов различного типа. С другой стороны, аномальные изменения во времени геофизических полей и геохимических параметров явно указывают на активную роль флюидодинамического фактора. Последнее свидетельствует о продолжающихся в настоящее время миграционных процессах в геодинамически активных структурно-тектонических зонах (зонах нефтегазонакопления).

Установление главной закономерности проявления параметров современной геодинамики заключалось в выделении локальной компоненты современных движений земной поверхности и вариаций во времени геофизических полей. Наличие этой компоненты и закономерности локальных изменений параметров современной геодинамики - основные исходные характеристики при решении задач локального прогноза нефтегазоносности, в том числе в сложных горно-геологических условиях.

Локальная компонента параметров современной геодинамики надежно фиксируется непосредственно над разломами и разрывными нарушениями различного типа и порядка в осадочной толще и фундаменте. Для современных вертикальных движений земной поверхности локальная компонента представлена аномальными вертикальными смещениями с амплитудами до 30-40 мм/год (реже более 50 мм/год), которые проявляются в очень узких зонах небольшой ширины (1-3 км) и протяженности (5-10 км). Определен квазипериодический характер проявления таких аномалий: они возникают в одном и том же месте над разломными зонами с интервалами примерно 2-4 года. Продолжительность активизации разлома (т.е. время "жизни" аномалии) составляет от нескольких месяцев до года.

Для изменений гравитационного поля во времени локальная компонента представлена узкими (ширина до 2-3 км) аномалиями с амплитудой до (1- 2)·10^-6 м/с² в год. Аномалии вариаций гравитационного поля имеют также квазипериодический характер: они формируются над разломными зонами даже с меньшими интервалами времени, чем аномалии современных вертикальных движений земной поверхности. Продолжительность аномальных изменений гравитационного поля также меньше, чем продолжительность аномалий движений. Аналогичные характеристики имеют место и для вариаций геомагнитного поля во времени.

Выявленные закономерности распределения параметров современной геодинамики были использованы для решения конкретных задач локального прогноза. В первую очередь решалась задача прогнозирования зон повышенной трещиноватости пород осадочной толщи и фундамента. Предварительно был проанализирован обширный материал по повторному нивелированию для всех исследованных нефтегазоносных бассейнов, на основании чего была проведена типизация локальных аномалий современных вертикальных движений земной поверхности. Надежно установлено три типа аномалий.

Первый тип - это узкая по ширине (до 1,0-1,5 км) отрицательная аномалия (интенсивное опускание земной поверхности). Обобщение данных показало, что ширина этого типа аномалий движений - сравнительно устойчивый параметр, в то время как амплитуда аномалии весьма изменчива и колеблется от 10-15 до 30-50 мм/год. Первый тип аномалий движений формируется в условиях интенсивного горизонтального растяжения в зоне разлома, над которым она выявлена. Непосредственно в пределах аномалии движений имеет. место сильная изменчивость во времени гравитационного и геомагнитного полей. Первый тип аномалий характерен в основном для разломов типа сбросов.

Для второго типа аномалий современных вертикальных движений типичен относительный подъем (изгиб) земной поверхности. Наиболее устойчивой характеристикой этого типа аномалий является ее амплитуда, которая колеблется от 5-8 до 10-15 мм/год. Более изменчивый параметр - ширина аномалии, имеющая диапазон от 4-6 до 10-12 км. Второй тип аномалии движений формируется, как правило, в условиях интенсивного горизонтального сжатия в зоне разлома, над которым она выявлена.

Третий тип локальных аномалий современных вертикальных движений - это вертикальное смещение земной поверхности ступенеобразной формы. Наиболее устойчивой характеристикой аномалии является ее ширина, она меняется в пределах 3-5 км. Более изменчива амплитуда аномалии - от 6-8 до 15 мм/год. Этот тип аномалии формируется в условиях горизонтальных сдвигов по разломам, над которыми аномалия формируется.

Выявленные свойства кинематики современных вертикальных движений земной поверхности, прежде всего небольшие размеры и высокая интенсивность аномалий, несомненно, указывают на локальную пространственно-временную нестабильность процессов современного деформирования среды в пределах собственно разломных зон. Это свидетельствует о том, что возможным источником высокочастотных и знакопеременных аномалий движений являются процессы, протекающие внутри самих разломных зон. Эти процессы не связаны непосредственно с временным ходом регионального (внешнего по отношению к объему среды, контролируемому системой наблюдений) поля напряжений, а обусловлены флуктуациями во времени параметров среды (упругих модулей, коэффициентов трения, емкостных характеристик и др.) внутри разломных зон (В.А.Сидоров, Ю.О.Кузьмин, 1989). Такие процессы авторы определили как параметрические деформации геофизической среды. С энергетической точки зрения возникновение параметрических деформаций можно представить следующим образом. Региональные напряжения тектонического и гравитационного генезиса производят работу на локальных перемещениях, вызванных флуктуациями жесткостных характеристик разломной зоны.

С позиций параметрических деформаций качественный механизм возникновения первого типа аномалий сводится к тому, что в условиях фиксированного растягивающего напряжения уменьшение жесткостных характеристик пород и появление субвертикальных трещин отрыва в зоне разлома приводят к локальному проседанию толщи, лежащей выше зоны разупрочнения (В.А.Сидоров, Ю.О.Кузьмин 1989).

Привлекая механизм параметрических деформаций геофизической среды, можно сформулировать последовательность возникновения аномалий второго типа (изгиба земной поверхности) следующим образом. В обстановке квазистатического субгоризонтального сжатия, ориентированного ортогонально тектоническому нарушению, в локальных зонах с пониженными механическими свойствами пород происходят уменьшение жесткостных характеристик пород и появление субгоризонтальных трещин отрыва, что, в свою очередь, приводит к локальному объемному разупрочнению среды в зоне разлома и, как следствие, к изгибу земной поверхности.

Для исследования количественных характеристик процессов, формирующих геокинематические аномалии, были разработаны соответствующие аналитические модели (В.А.Сидоров, Ю.О.Кузьмин 1989). Эти модели, с одной стороны, способствовали построению замкнутой теории параметрических деформаций, а с другой стороны, позволили решить обратные геодинамические задачи. В физико-геологическом смысле зоны разупрочнения пород адекватны зонам (локальным объемам) повышенной трещиноватости пород геологического разреза, в которых процесс периодического возникновения дополнительной трещинной емкости происходит в настоящее время за счет параметрических деформаций. Таким образом, выполненное математическое моделирование привело к разработке нового метода прогнозирования зон повышенной трещиноватости с использованием только результатов повторного нивелирования.

Наличие аналитических моделей, описывающих формирование локальных геокинематических аномалий, позволило провести массовую обработку имеющихся материалов по повторному нивелированию для указанных нефтегазоносных бассейнов и определить на основе решения обратных геодинамических задач глубины залегания источников этих аномалий. Так, локальные объемы развития трещин отрыва вертикальной ориентации при формировании первого типа аномалий соответствуют глубине 2-4 км; локальные объемы развития трещин отрыва субгоризонтальной ориентации при формировании аномалий третьего типа соответствуют глубинам от 3-4 до 6-8 км, а трещины объемного разупрочнения, приводящие к появлению второго типа аномалий (изгиба), локализуются в интервале от 5-6 до 10-12 км.

Выполненные расчеты позволили составить схемы развития зон повышенной трещиноватости пород осадочной толщи и фундамента для тех районов нефтегазоносных бассейнов, в которых ожидаются ловушки такого типа и где другие геофизические методы недостаточно эффективны. К этим районам относятся пологий северный склон Речицко-Шатилковской ступени с развитием малоамплитудных тектонически экранированных ловушек в подсолевых девонских отложениях (Припятский прогиб); погруженные малоамплитудные поднятия с развитием трещинных коллекторов в верхнемеловых отложениях Терско-Каспийского прогиба; узкие зоны грабенообразных прогибов и развитие трещиноватых коллекторов в рифей-вендских отложениях Пермской области; сложно-построенные участки Притбилисского района.

На основе анализа и интерпретации локальных геокинематических аномалий были выделены участки развития зон повышенной трещиноватости указанных нефтегазоносных бассейнов, в которых рекомендовано проведение последующих геолого-разведочных работ.

Совпадение геокинематических аномалий и аномалий короткопериодных вариаций геофизических полей (гравитационного и геомагнитного) и их комплексная интерпретация привели к выводу о возможной взаимосвязи современных деформационных и флюидодинамических процессов, происходящих в настоящее время а узких приразломных зонах. Повсеместная приуроченность локальных аномалий движений и аномалий вариации геофизических полей к уже известным месторождениям нефти наводит на мысль о возможности продолжения миграционных процессов в зонах нефтегазонакопления, что позволит выработать на этом основании некоторую дополнительную совокупность признаков при локальном прогнозе нефтегазоносности. В связи с этим в общем комплексе методов разведочной геодинамики был выполнен большой объем исследований по анализу углеводородного состава нефтей из месторождений указанных нефтегазоносных бассейнов,

Использование данных по углеводородному составу нефтей при решении вопросов, связанных с проявлением миграционных процессов, стало возможным благодаря созданию новой химической типизации нефтей, разработанной в ИГиРГИ (Авт. свид. Геохимический способ поисков залежей нефти / Т.П.Сафронова, Е.Г.Бурова, С.В.Атанасян (СССР). - № 1508789 -1989.). Согласно этой типизации все многообразие нефтей можно подразделить на два основных типа (I и II) и нефти смешанного состава. Нефти первого типа характеризуются преобладанием разветвленных структур среди парафиновых углеводородов высокой концентрацией изопреноидных алканов, значительным содержанием нафтеновых углеводородов и относительно высокой концентрацией среди них полициклических структур стеранового и гопанового рядов. В нефтях этого типа среди основных изопреноидов в зависимости от региона может преобладать фитан или пристан. В легкокипящих фракциях этих нефтей среди изоалканов преобладают более разветвленные структуры, среди нафтеновых углеводородов – циклопентановые.

Нефти второго типа отличаются абсолютным преобладанием нормальных структур среди парафиновых углеводородов, низким содержанием изопреноидных алканов и почти полным отсутствием пол и циклических углеводородов стеранового и гопанового рядов. В этих нефтях среди основных изопреноидов, как правило, преобладает пристан. В районах с высокой газоносностью значение показателя К (пристан/фитан) повышается. В бензиновых фракциях этого типа нефтей среди парафиновых углеводородов преобладают нормальные и менее разветвленные изомеры, а среди нафтеновых углеводородов - циклогексановые.

В разных нефтегазоносных бассейнах, как показал анализ, нефти основных типов могут отличаться концентрационным распределением в них углеводородов тех или иных групп, однако основные признаки, характеризующие эти типы, сохраняются. Нефти смешанного состава, образующиеся в результате смешения в разных соотношениях нефтей первого и второго типов, по всем указанным признакам занимают промежуточное положение. Возможность именно такого механизма образования нефтей смешанного состава была показана лабораторным моделированием в ИГиРГИ. В пределах одного нефтегазоносного бассейна характер концентрационного распределения углеводородов на хроматограммах в однотипных нефтях чрезвычайно сходен. Разнообразие однотипных нефтей обусловлено в основном различиями их фракционного и группового составов.

Площадной и поэтажный анализ нефтей, их соотношения с зональными и локальными геодинамическими аномалиями привел к выводу о разноэтапности образования залежей нефтей за счет разных по времени миграционных этапов. Стало очевидным, что залежи нефти первого типа связаны с относительно ранним, а залежи нефти второго типа с относительно более поздним этапом миграции, который, возможно, продолжался в новейшее и даже настоящее время. Последнее утверждение основывается на тесной пространственной связи месторождений с нефтями второго типа с региональными активизированными зонами и с локальными аномалиями параметров современной геодинамики. Образование нефтей смешанного состава обусловлено наложением этих двух разных по времени этапов миграции, относительно более раннего и более позднего. Соотношение разных этапов миграции выражается через процентное отношение содержания нефтей второго типа к первому типу. Если в уже известных залежах углеводородов с нефтями, которые относятся к первому типу, содержится значительная доля нефтей второго типа, можно предполагать возможное нахождение залежей углеводородов с нефтями первого типа ниже изученного разреза.

Исходя из указанных принципов, было проведено изучение углеводородного состава нефтей Припятского прогиба и Пермской области и показано, что в этих бассейнах уже выявленные залежи нефти могут быть отнесены к нефтям первого типа. В то же время значительное число залежей относится к нефтям смешанного типа, т.е., по нашим представлениям, имел место и второй этап миграционных процессов, который затронул в разной мере состав нефтей этих уже выявленных залежей углеводородов. На этом основании было выполнено районирование территории Припятского прогиба и Пермской области по величине (коэффициенту) смешения нефтей первого и второго типа. Для районов с "аномальным" проявлением миграционных процессов этот коэффициент, т.е. доля нефтей второго типа, принят 75 %, для районов с "активным" проявлением миграционных процессов этот коэффициент составляет 50 %, для районов со слабым проявлением миграционных процессов этот коэффициент не превышает 20 %. В результате как для территории Припятского прогиба, так и для территории Пермской области были выделены участки, в первую очередь, с аномальным коэффициентом смешения нефтей, что послужило обоснованием рекомендаций по доразведке нижележащих горизонтов.

The possibility of local jointing zones forecast in the rocks of the sedimentary cover and basement is shown at the base of integrated investigations of modern geodynamic regularities. Dense space-time systems of geodynamic observations allowed to prove quite new features of modern geodynamic parameters shows - the local component of deformations in fault zones. Typization of geodynamic local anomalies (vertical and horizontal components of the earth surface modern movements and variations of geophisical fields in time) is done and corresponding analytical models are worked out. Reverse geodynamic tasks are resolved at this base, that allowed in the end to carry out totai'valuation of local jointing zones depths at the sedimentary cover and basement. Analysis of oils hydrocarbon content were carried out toguether with study of modern geodynamic regularities. Oils hydrocarbon content in the zones of modern tectonic activization testify to increased intesity and multi-stage character of migrational processes. The earned out works allowed to substantiate the content, goals and tasks of the new prospecting method - prospecting geodynamic.