К оглавлению журнала

УДК 550.83(571.511) ©В.И.Казаис, 1997

Значительная часть территории Таймыра, перспективная на обнаружение богатых залежей УВ и разнообразных руд, пока еще крайне недостаточно освещена сейсморазведкой МОГТ (MOB), несущей прямую фактическую информацию о платформенных структурах. Это в первую очередь области с труднодоступными для проложения сейсмических профилей горными массивами Путорана и Бырранга. Кроме того, проведение сейсморазведки осложняется широким распространением магматических образований [1-3 ]. Поэтому быстрое и достоверное изучение глубинного геологического строения названных областей может быть обеспечено совместной интерпретацией всех накопленных к настоящему времени геофизических материалов на принципах сейсмогравимагнитного моделирования (СГММ), использование которых уже дало положительные результаты в ряде северных регионов Красноярского края, в частности в Енисей-Хатангском прогибе (Казаис В.И., 1975).

Основанием для постановки таких исследований в областях с широким распространением магматических, прежде всего трапповых, образований служит следующее. Обладая аномально высокими значениями плотности и магнитной восприимчивости на фоне практически немагнитных осадочных пород, траппы формируют одновременно существенную часть поля силы тяжести Dg и при некотором допущении все магнитное поле DТ , в Заполярье близкое к полю вертикального компонента DZ . Это дает принципиальную возможность разделить суммарное поле Dg на две составляющие - структурную Dg1 и вещественную, или трапповую, Dg2; - путем моделирования последней по магнитному полю через теорему Пуассона.

В то же время практическая реализация идеи пересчета магнитного поля в пуассоново (псевдогравитационное) поле (Каратаев Г.И., 1961; [4]) в условиях Таймыра сдерживалась по двум причинам. Первая из них связана со спецификой территории и заключается в сильной искаженности самого магнитного поля ввиду сложного магнитоактивного рельефа местности. Другая причина характерна для разведочной геофизики и состоит в функциональной несовместимости измеряемых параметров потенциальных полей, отвечающих в одном случае Dg первой, а в другом случае DТ или Dz второй производным гравитационного потенциала.

В свете изложенного при разработке комплексной интерпретационной технологии СГММ было избрано альтернативное направление анализа, при котором, наоборот, трансформируют магнитное поле ( DT или Dz ) в функцию первой производной, или магнитный потенциал W, связанный с полем Dg простой линейной зависимостью. При этом наиболее информативное и обеспеченное жесткой плановой и высотной привязкой поле силы тяжести используют в том виде, в каком оно зарегистрировано, не внося в него дополнительных искажений.

Определение магнитного потенциала в технологии СГММ базируется на решении внешней задачи Неймана для трехмерных сред. Полученный рабочий алгоритм, с помощью которого находят гармоническую функцию по значениям ее нормальной производной, позволяет выполнять расчеты как на плоскости наблюдения, так и на других уровенных поверхностях верхнего полупространства (Казаис В.И., 1975). Применяемый способ (в усовершенствованной модификации) обеспечивает составление кондиционных карт магнитного потенциала при любой сложности встречающихся в районе полей DT ( Dz). В спектральном отношении проводимое преобразование магнитного поля представляет собой фильтр нижних частот, поэтому в процессе интегрирования происходит также освобождение магнитного поля от искажающей высокочастотной составляющей.

Первый пример относится к Норильскому району (рис. 1). Он показывает возможность выявления по функции W аномальной картины, которая почти полностью теряется в поле напряженности DT на фоне интенсивной короткопериодной помехи, зарегистрированной с высоты полета 150-200 м. Достигаемый эффект чрезвычайно важен, поскольку при съемках на малых высотах (а именно они нужны в первую очередь для поисковых целей) хаотичное неинтерпретируемое поле DТ наблюдается практически повсеместно на всем огромном пространстве Тунгусской синеклизы.

Другой пример демонстрирует эффект функционального согласования магнитного поля с гравитационным вдоль интерпретационного маршрута, пересекающего в меридиональном направлении восточные отроги горного массива Путорана (рис. 2). Магнитное поле здесь взято по съемке с высотой полета 2400 м, при которой уровень помех намного ниже, что позволяет наблюдать (хотя и не везде) его полезную составляющую непосредственно по параметру DТ (см. рис. 2, а). Сопоставление графиков DТ, W и Dg проясняет механизм, устраняющий различие в тонкой внутренней структуре измеренных потенциальных полей разной физической природы и восстанавливающий истинное соотношение между ними после приведения магнитного поля к функциональному виду первой производной (см. рис. 2, а, б). Особенно хорошо это видно в северной части маршрута по обнаруживаемому поразительному, вплоть до деталей, сходству обширных интенсивных максимумов Dg и W. Такое сходство предполагает связь данных аномалий с одним и тем же (гравимагнитовозмущающим) объектом, который действительно здесь находится (известный интрузив Гули) [1 ].

Широкое применение метода первой производной обеспечило в регионе выход на принципиально новый уровень изображения аномального магнитного поля - помехоустойчивого и адекватного гравитационному полю, а также возможность включения того и другого поля в общие вычислительные схемы. Именно благодаря этому удалось преодолеть в неординарных условиях Сибирской платформы обе стартовые проблемы псевдогравитационного анализа, реализовав его в рамках комплексной технологии СГММ.

Рассмотрим одну из применяемых интерпретационных схем на примере северо-западной окраины Сибирской платформы. Сейсморазведка здесь долгое время не проводилась, а сведения о строении высокоперспективных на УВ отложений нижнего - среднего палеозоя, полученные на базе геолого-поисковых съемок и качественного рассмотрения геофизических полей, носили, как правило, общий характер [1 ]. Степень тогдашней изученности палеозойского плана региона иллюстрирует соответствующая выкопировка из самой последней дежурной структурно-тектонической карты Красноярского края по состоянию на 01.01.91 г., которая служила основой при планировании нефтегазопоисковых работ (рис. 3, а). Широкой постановке последних в тот период препятствовало отсутствие надежно установленных и значительных по размерам антиклинальных структур. Выполненные же в начале 90-х гг. первые рекогносцировочные работы МОГТ осветили сугубо фрагментарно лишь узкую полосу* вдоль предгорий массива Путорана, что также не позволило выявить крупные поднятия (см. рис. 3, б). Это обусловило проведение комплексного анализа полученных сейсмических и имевшихся гравимагнитных данных (см. рис. 2).

Dg=Dg₁ +Dg₂+dDg=k₁H+k₂W+dDg,

где первый член модели Dg₁ = k₁H -это искомая структурная составляющая. Она вызвана суммарным воздействием всех плотностных границ осадочного чехла и поверхности фундамента в предположении общего соответствия их структурных планов с изменением глубины H до избранного сейсмического горизонта. Коэффициент k₁ несет физический смысл эффективной плотности при условии эквивалентной замены всех контактных поверхностей на одну;

второй член модели Dg₂ = k₂W- это трапповая составляющая, отображающая интегральный гравитационный эффект всех магматических (магнитоактивных) масс в геологическом разрезе; допускается однородное распределение их плотности и магнитной восприимчивости, характеризуемое коэффициентом пуассоновой связи k₂;

третий член модели dDg - это некоторая остаточная функция, обеспечивающая существование уравнения.

Данные сейсморазведки использовались для отыскания методом наименьших квадратов коэффициентов модели k₁ и k₂, с которыми производилось разделение суммарного поля Dg и прогнозирование глубин маркирующего горизонта в неосвещенных сейсморазведкой областях (см. рис. 2, в). В процессе анализа наряду со структурной Dg₁ и трапповой Dg₂ составляющими поля Dg удалось также выделить остаточную, или глубинную, его составляющую dDg, вызванную, судя по независимым материалам ГСЗ, резким подъемом поверхности Мохоровичича от Тунгусской синеклизы к Енисей-Хатангскому прогибу.

Рассматривая геолого-геофизическую ситуацию, изображенную на рис. 2, можно отметить следующее.

1. Раскрытая при моделировании аномальная картина суммарного гравитационного поля Dg отвечает крайне сложному в поисковом отношении случаю двойного маскирования полезного сигнала Dg₁ соизмеримыми с ним аномалиями-помехами Dg₂ и dDg. Совершенно очевидно, что отделить нужный компонент от сопутствующих с применением стандартных трансформаций в данной ситуации нельзя. Следовательно, исходное поле Dg необходимо разлагать на слагаемые не по частотной, а по факторной (источниковой) их принадлежности, на что как раз и ориентирована обсуждаемая методика.

2. Ключевым функциональным звеном в технологии является обращение (конверсия) магнитного поля в псевдогравитационное Dg₂, которое отображает, теперь уже непосредственно, искажающие эффекты траппового магматизма, обеспечивая обоснованный повсеместный учет последних в наблюдаемом поле силы тяжести.

3. Для успешного решения структурной задачи должны быть учтены оба мешающих компонента. При исключении же из поля Dg только трапповой составляющей Dg₂ от исследователя всегда будет ускользать имеющий решающее значение факт наличия обратного (на север) регионального падения поля структурной составляющей Dg₁, которое здесь погашается остаточным полем dDg с противоположным знаком градиента.

В результате произведенных над геофизическими полями процедур дважды достигается яркий методический эффект: первый раз, когда трансформируют магнитное поле и оно приобретает облик гравитационного поля, а второй раз, когда корректируют уже гравитационное поле и оно становится похожим на структурный план сейсмического горизонта. Происходящие же перемены как в магнитном, так и в гравитационном полях столь значительны, что и в том, и в другом случае можно говорить о получении новой, по сути, информации. Именно это позволило осуществить обоснованный количественный прогноз строения палеозойских отложений и составить сводную структурно-тектоническую карту на всю неисследованную территорию, включая внутренние (недоступные для сейсморазведки) районы плато Путорана. Фрагмент этой карты, касающийся прежде всего Северо-Тунгусской НГО, приведен на рис. 3, в.

Основным геологическим результатом выполненного анализа, существенно меняющим сложившееся представление о тектонике и нефтегазоносности региона [1 ], стало выделение впервые в зоне сочленения Тунгусской (Курейской по палеозою) синеклизы и Енисей-Хатангского прогиба крупнейшей положительной структуры, названной Северо-Путоранским мегавалом, который протягивается более чем на 500 км от р.Пясина (на западе) до р.Котуй (на востоке).

Последующие сейсморазведочные работы подтвердили правильность сделанного по материалам СГММ прогноза относительно обратного (на север) регионального падения палеозойских границ, которое как раз и определяет существование надпорядковой положительной структуры на стыке внутреннего сегмента Сибирской платформы с ее краевым прогибом. Было также доказано наличие Самоедского вала — первого (и пока единственного) проверенного объекта из цепочки поднятий, смоделированных вдоль длинной оси Северо-Путоранского мегавала. Самоедский вал, расположенный на его западном периклинальном окончании в 100-150 км от Норильска, картируется по независимым данным сейсморазведки и СГММ примерно в одних и тех же пространственных границах и с похожей морфологией (при некоторых плановых и градиентных различиях) . Выявление Самоедского вала как крупной и перспективной на обнаружение УВ антиклинальной складки (с размерами 80х20х0,5 км) повышает вероятность нахождения близ него еще более значительного Пастагинского вала, а может быть, и всей намеченной цепочки поднятий.

Обнаружение Северо-Путоранского мегавала, занимающего весьма благоприятное тектоническое положение между двумя областями интенсивного осадконакопления с мощным нефтегенерационным потенциалом и осложненного крупными контрастными поднятиями, целевые горизонты в пределах которых находятся на доступной (2,5-3,0 км) глубине, делает реальной перспективу открытия промышленных залежей УВ на юге Таймыра, в правобережной части его территории. Это, а также не менее выгодная географо-экономическая позиция региона (наличие потребителя в лице Норильского горнометаллургического комбината, близость к Енисею с его круглогодичной навигацией и выходом к Северному морскому пути, отсутствие серьезных водных преград для трубопровода) стимулируют возобновление необоснованно прерванных здесь нефтегазопоисковых работ. Наличие же апробированной методики комплексной количественной интерпретации геоданных позволит резко сократить объемы трудновыполнимых и дорогостоящих сейсморазведочных работ на этапе оценки крупных структур и выбора среди них первоочередных объектов для проведения глубокого бурения (ограничиваясь во многих случаях отработкой скелетной сети эталонировочных маршрутов МОГТ, но добиваясь на них максимально возможной разрешенности полевой сейсмической записи и проводя наблюдения МПВ-ВЧР по изучению параметров верхней наиболее неоднородной части разреза [3 ]). Можно предположить, что извлекаемая таким способом совокупная геофизическая информация способна обеспечить и достаточно оптимальное размещение еще более дорогостоящих глубоких скважин на оцениваемых площадях ** .

Эффективность комплексного сейсмогравимагнитного моделирования в условиях Таймыра была доказана также и при работах на мезозойских отложениях до широкого развертывания их в 60-70-х гг. (Казаис В.И., Яганцев Э.М., 1967; Казаис В.И., 1973). Тогда результаты анализа оправдались сразу по двум позициям.

1. Работами MOB - в части прогноза крупных юрско-меловых структур в Приенисейской полосе Западно-Сибирской плиты, подтвержденных затем глубоким бурением и обнаружением протяженной Большехетской зоны нефтегазонакопления, где впоследствии были открыты первые на севере Красноярского края месторождения нефти: Сузунское, Ванкорское, Лодочное и Тагульское с суммарным запасом более 300 млн т.
2. Работами ГСЗ - в части моделирования зеркального соотношения морфологии верхних и нижних горизонтов земной коры в Енисей-Хатангском прогибе (при утонении либо выпадении гранитного слоя); полагают, что эта инверсия порождена внедрением колоссального мантийного диапира, контролирующего магматизм и рудоносность Норильского района [2].

Доказанная результативность СГММ послужила исходной мотивировкой при организации в настоящее время нового цикла тематических геолого-геофизических исследований на Таймыре (с охватом всей материковой части, а также архипелага Северная Земля и примыкающего шельфа Северного Ледовитого океана). Дополнительными аргументами для их постановки стали следующие обстоятельства: а) возрастающий интерес различных инвесторов, включая иностранных, к освоению потенциально высоких минерально-сырьевых ресурсов Таймырского автономного округа, связанных с нефтью, золотом и алмазами; б) предпринимаемые на государственном уровне шаги по усилению социально-экономического развития округа, в том числе путем создания собственных топливоперерабатывающей и золотодобывающей отраслей; в) предусмотренное федеральной программой пересечение Таймыра рядом опорных маршрутов МОГТ, один из которых (по траверзу оз.Хантайское - Норильск - пос.Диксон) отрабатывается.

В основу начатого анализа положена идея адресного моделирования поведения отражающих границ (в заданном, достаточно узком интервале разреза). Суть задачи сводится к дальнейшему расщеплению поля Dg а уровне отдельной, а именно - структурной его составляющей. Диапазон методических возможностей СГММ позволяет применить данную технологию и при рудопоисковых исследованиях. Только в этом случае главным объектом изучения станет уже трапповая составляющая, а центральным моментом анализа - расчленение ее на два главных составных компонента: мешающий ("эффузивный") и полезный ("интрузивный").

повышения информативности сейсмических материалов прошлых лет (переобработка полевых записей МОГТ на современных программно-аппаратных комплексах, учет систематических погрешностей сейсморазведки, обусловленных скоростной изменчивостью не только траппов, но и многолетнемерзлых пород, сейсмостратиграфический анализ). Использование временных разрезов повышенной глубинности как эталона, а материалов рядовых работ МОГТ или MOB (в том числе морских) - в качестве источника независимой информации о структурной и скоростной (плотностной) неоднородности верхних горизонтов геологического разреза даст возможность изучить основные характеристики глубинной тектоники (в низах чехла либо по консолидированному фундаменту), контролирующие как нефтегазоносность, так и рудоносность, но недоступные стандартной сейсморазведке. Пример положительного решения подобной задачи в Енисей-Хатангском прогибе был получен ранее (Казаис В.И., 1975). По совокупности ожидаемых результатов и имеющихся данных ГСЗ должна быть также составлена развернутая (трехмерная) модель геологического строения территории на всю мощность земной коры.

1. Геология нефти и газа Сибирской платформы / Под ред. А.Э.Конторовича, В.С.Суркова, А.А.Трофимука. - М.: Недра, 1981.
2. Геология и рудоносность Норильского района / О.А.Дюжшсов, В.В.Дистлер, Б.М.Струнин и др. - М.: Наука, 1988.
3. Проблемы сейсморазведки Восточной Сибири / Под ред. О.К.Кондратьева. - М.:
4. Baranov V. A new method for interpretation of aeromagnetic maps: psevdo-gravimetric anomalies // Geophisics. - 1957. - Vol.22, № 2. - P.359-383.

Изолинии полей DT и W: 1 - положительные, 2 - отрицательные, 3 – нулевая

а - функциональное преобразование магнитного поля; б - пофакторное разделение гравитационного поля; в - прогнозирование рельефа сейсмической границы; магнитные поля: 1 - наблюденное (dt), 2 - пересчитанное (W), 3 - суммарное (наблюденное) поле Dg; составляющие поля Dg: 4 - трапповая, 5 - структурная, б - глубинная (остаточная);7 - поле Dg после исключения трапповой составляющей; горизонты: 8 - ОГ III в подошве юрско-мелового комплекса (данные MOB), 9 - ОГ II в среднем - нижнем кембрии (данные МОГТ), 10 - то же (данные СГММ); 11 -разрывные нарушения

а - выкопировка из дежурной структурно-тектонической карты Красноярского края под редакцией В.А.Кринина и Ю.А.Жуковина по состоянию на 01.01.91 г.; б - монтаж структурных схем по участкам работ МОГТ (Кузнецов Е.В., 1986-1988; Шикалов B.C., 1989; Ткач А.С., 1990-1991); в - фрагмент сводной структурно-тектонической карты, составленной В.И.Казаисом в 1990-1991 гг. по данным сейсмогравимагнитного моделирования; границы выходов на дневную поверхность: 1 -доюрских пород, 2 - консолидированного фундамента; 3 - тектонические нарушения; 4 - глубокая параметрическая скв. Л-358; 5 - изогипсы горизонтов, км: ОГ III в подошве юрско-мелового комплекса (а); ОГ II в отложениях нижнего - среднего кембрия (б - рядовые, в - контролирующие конфигурацию крупнейших структур); б - локальные поднятия; 7 - участок I; 8 - маршрут А - Б; крупнейшие структуры: А - Курейская синеклиза, Б - Енисей-Хатангский прогиб, В -Турухано-Норильский плакантиклинорий, Г - Анабарская антеклиза, Д - Северо-Путоранский мегавал; 9 - крупные структуры: 1 - Маймечинский выступ, 2 - Мегунское куполовидное поднятие, 3 - Пастагинский вал, 4 - Самоедский вал, 5 - Тиникский вал, б - Куреляхский структурный залив, 7 - Хараелахско-Иконская мульда, 8 - Кетская впадина, 9 - Бургульская впадина