Над скоплениями углеводородов (УВ), а также вокруг них, вследствие диффузии и эффузии УВ в разрез из залежей образуются области осадочного чехла с эпигенетически преобразованными отложениями – область следа диффузивного потока (СДП) с восстановительной и окислительной зонами [4, 5].

Непосредственно над залежами, куда диффундируют и проникают по трещинам и микротрещинам УВ, потенциал среды устанавливается преимущественно восстановительным, образуется восстановительная зона области СДП. Из растворов пластовых вод здесь выпадают эпигенетические новообразования, как правило, акустически более жесткие, чем породообразующие минералы – сульфаты, карбонаты, сульфиды, сера и др. Сами отложения – терригенные, терригенно-карбонатные – оглеиваясь, становятся акустически менее жесткими. При наличии карбонатного и сульфатного материалов в покрывающих и вмещающих отложениях вокруг залежей и над ними происходит интенсивная кальцитизация, ангидритизация пород, образуются акустически жесткие оторочки вокруг скоплений УВ, отдельные плотные прослои в покрывающей толще. Все эти процессы, наряду с проникновением по трещинам и микротрещинам в покрывающую толщу менее акустически жестких, чем пластовые воды, УВ приводят к повышению акустической дифференциации покрывающих отложений в восстановительной зоне СДП.

Кроме того, в достаточно мощной залежи происходит естественная физико-химическая и гравитационная дифференциация УВ, приводящая в свою очередь к неоднородности физических параметров залежи: более легкие фракции – газ, газоконденсат – располагаются на верхних этажах залежи, более тяжелые – смолы, масла и другие – ниже, химические и физико-химические продукты преобразования нефти при окислении и осернении ее – твердые и полутвердые мальты, асфальта, кериты, озокериты и другие – в подошве и по периферии. Это приводит к дифференциации залежи по ее физическим, в том числе и акустическим, свойствам.

Таким образом, весь интервал разреза осадочного чехла, включающий скопления УВ и непосредственно покрывающую их толщу, характеризующийся восстановительным (преимущественно восстановительным) потенциалом, является повышенно литолого-минералогически и акустически дифференцированным. Расслоенная толща по сравнению с однородной пачкой пород характеризуется большим коэффициентом отражения [7]. Вследствие этого акустически дифференцированная толща с залежью УВ и покрывающими отложениями обусловливает, по крайней мере частично, образование “яркого” пятна в сейсмическом волновом поле над залежами нефти и газа. При определенном соотношении значений акустической жесткости коллектора и вмещающих отложений [6] изменение этого параметра при смене флюидов, безусловно, усиливает эффект “яркого” пятна на сейсмических изображениях, временных разрезах.

Выше по разрезу над залежами УВ в среде с преимущественно окислительным потенциалом, более значительным, чем на тех же глубинах за пределами области СДП (за счет растворения в пластовых водах продуктов окисления, разрушения диффундировавших УВ), в проницаемых и хемогенных отложениях, как правило, акустически жестких образованиях, интенсивнее происходят электролитические процессы растворения, переотложения, аморфизации, выщелачивания, кавернообразования и другие, приводящие к увеличению пористости этих отложений и, вследствие этого, уменьшению их акустической жесткости. Контактирующие с ними малопроницаемые пластичные, акустически нежесткие глинистые образования, задерживающие в себе продукты этого растворения, становятся еще более непроницаемыми, но акустически более жесткими. Таким образом, в окислительной зоне диффузионного потока в результате происходящих здесь физико-химических процессов отложения различной акустической жесткости нивелируются по значениям этого параметра. Акустическая дифференциация осадочного чехла в пределах окислительной зоны диффузионного потока уменьшается, коэффициенты отражения от границ в разрезе также уменьшаются – ослабевает интенсивность отражений. Волновое поле на сейсмических изображениях (временных разрезах) усложняется: появляются “пунктирные” оси синфазности, “слепые” пятна, обращенные фазы отражений, изменяется частотный спектр отраженных волн (ОВ), нарушается нормальное обратнокорреляционное соотношение энергии (амплитуды) ОВ с частотой, наблюдаются также и другие аномалии динамики и кинематики волнового сейсмического поля. При относительно неглубоком (2–3 км) залегании скоплений УВ диффузионный поток, его окислительная зона, достигает дневной поверхности и здесь появляются аномалии скорости в поверхностном слое над залежами УВ.

Таким образом, если в восстановительной зоне области СДП интенсивность электролитических – ионообменных – процессов преобразования отложении замедляется по сравнению с “нормальным” геологическим разрезом (при отсутствии залежи), то в окислительной зоне, наоборот, усиливается. Стабильность волнового сейсмического поля в восстановительной зоне СДП сохраняется и даже возрастает, а в окислительной зоне, наоборот, нарушается.

Над газовыми залежами мощность восстановительной зоны СДП обычно изменяется в пределах 500–600 м, иногда достигая 1000 м и более, над нефтяными – 200–300 м, иногда 300–400 м. Мощности окислительной зоны над залежами обоих типов обычно гораздо больше 1000–3000 м [4]. Мощность и соотношение размеров зон СДП зависят от степени нарушенности осадочного чехла, состава покрывающих толщ, возраста отложений и залежи, тектонической активности нефтегазового бассейна и др.

В зависимости от литологического состава и структуры осадочного чехла эффект от эпигенетически измененных отложений в окислительной зоне диффузионного потока над скоплениями УВ может быть интегральным – в толстослоистых разрезах, либо дифференциальным, связанным с поверхностями раздела отложений различного состава и акустической жесткости – в тонкослоистом разрезе.

При относительно однородном строении больших интервалов осадочной толщи – толстослоистом. строении – изменение состава, строения, а следовательно и физических свойств отложений большей части толщи, приходящейся на окислительную зону СДП, идет в одном направлении.

В случае тонкослоистого осадочного чехла – при чередовании акустически жестких и нежестких отложений – в терригенно-карбонатном разрезе (например Днепровско-Донецкая впадина) эпигенетические изменения отложений в окислительной зоне СДП над залежами УВ уменьшают их дифференциацию по физическим свойствам, и этот признак можно успешно использовать при поисковых работах сейсморазведочными методами.

Область с повышенным окислительным геохимическим потенциалом образуется и вокруг залежей УВ, за водонефтяными (ВНК) и газоводяными (ГВК) контактами. Здесь, благодаря жизнедеятельности микроорганизмов (анаэробных бактерий), живущих за счет углерода и кислорода минеральных соединений (сульфатов, нитратов, ванадатов, гидроксидов железа и др.), происходят биохимические процессы окисления нефти, растительных остатков [I]. В пластовых водах с повышенным окислительным потенциалом ионообмен происходит в 5–10 раз интенсивнее, чем при обычных условиях на тех же глубинах [1]. Здесь идут активные эпигенетические электролитические преобразования отложений: растворяются, а затем политизируются полевые шпаты, регенерируется альбит, кварц, последний становится аморфным переходя в опал, халцедон; монтмориллонитизируются глинистые минералы, растворяется, перекристаллизуется кальцит и др. [1, 2]. Все эти вторичные минералы имеют меньшие значения плотности, параметров упругости, большую пористость. Так, если плотность кварца 2,65 г/см, то халцедона – 2,60 г/см³, а опала – 2,10 г/см³; тот же параметр у глинистых минералов – гидрослюды, хлорита, каолинита, вермикулита и других – изменяется в пределах 2,40–2,79 г/см³, а у монтмориллонита – 2,0 г/см³. Таким образом, процесс идет в направлении разрушения, разуплотнения пород и отложений продуктивного горизонта за контуром залежи, которые становятся здесь значительно менее акустически жесткими и плотными.

В волновых сейсмических полях эти участки разреза выделяются измененными кинематическими и динамическими характеристиками отражений. Здесь поглощаются высокочастотные составляющие спектра ОВ, в волновых полях появляются ослабленные зоны – “слепые” пятна. Часто наблюдаемые на практике смещения максимумов частотного спектра ОВ в сторону нижних частот в направлении от центра залежи к периферии можно объяснить этими явлениями.

На контактах залежи – в месте резкой смены геохимического потенциала с восстановительного в залежи на повышенно окислительный за контуром, создается так называемый “геохимический барьер” [3], который в зависимости от типа и качества мигрировавших УВ, состава пород, температуры, расстояния от залежи и других факторов, приводит к образованию различного вида литолого-минералогических барьеров [2, 3].

Механизм преобразования отложений вокруг залежи можно описать химическими уравнениями-типа:

и др., где СаСО₃ – кальцит, FeСО₃ – сидерит, FeS₂ – пирит.

Увеличение интенсивности отражений от ВНК и ГВК и горизонтальность этих контактов могут быть обусловлены не только различием акустической жесткости отложений продуктивного горизонта, заполненных УВ и пластовой жидкостью, но и увеличением акустической жесткости самих контактов.

Таким образом, весь разрез осадочного чехла, включающий скопления УВ, характеризуется неравномерной акустической дифференциацией. На рис. 1 представлена модель разреза с нефтегазовой залежью. На графиках усредненных сейсмограмм от отражающих горизонтов в разных частях разреза видно различие волнового сейсмического поля. В волновом поле для интервала разреза со скоплениями УВ максимумами энергии и высокочастотными спектрами выделяются контакты залежи и горизонты в восстановительной зоне СДП, особенно совпадающие с покрышкой залежи (график для DТ-III). Для отражающего горизонта, относящегося к подошве залежи, ее контакты на сейсмограмме выделяются интенсивными высокочастотными сигналами, а сама залежь и законтурные участки продуктивного горизонта – низкочастотными волнами пониженной амплитуды (энергии) – график для DТ-IV. На отражающих горизонтах в окислительной зоне СДП вся область разреза над залежью характеризуется минимумом энергии и частот ОВ, особенно в верхней ее части – в “верхней геохимической зоне”. В пределах последней на сейсмограммах четко отображаются все детали продуктивного горизонта со скоплениями УВ: интенсивными высокочастотными колебаниями – участки над контактами залежи, низкочастотными сигналами с минимумами энергии – участки над залежью и над законтурными частями продуктивного горизонта.

Локальные признаки залежи – проявления самой залежи и эпигенетически преобразованных отложений вокруг нее – хорошо выделяются по изменениям динамических параметров волнового поля в разрезе мощного неглубоко залегающего (до 1400 м) Радченковского месторождения УВ в пределах Днепрово-Донецкой впадины (рис. 2, рис.3, рис.4). На профиле, пересекающем Радченковскую брахиантиклиналь и примыкающую к ней Сорочинскую моноклиналь в пределах южного борта впадины, Радченковская залежь выделяется минимумами интенсивности ОВ и превалирующей частоты. На первых двух графиках залежь отмечается в пределах расстановок приборов R=3–4, на двух нижних – R=3–6. На контактах залежи вскрыты эпигенетически измененные плотные породы, которым в волновом поле соответствуют интенсивные максимумы амплитуд ОВ (R==5,6 на верхних графиках, R=7,8 – на нижнем). Измененные породы за контактами залежи отмечаются понижением амплитуды ОВ и уменьшением их превалирующей частоты.

В то же время более глубокозалегающие (свыше 3–4 км) скопления УВ, вскрытые в том же районе в пределах Сорочинской моноклинали, почти не отражаются на интенсивности волнового сейсмического поля: газоконденсатная литологически экранированная залежь в визейских песчаниках нижнего карбона выделяется небольшим минимумом амплитуд ОВ (см. рис. 2, график 3, R =14,15), соизмеримым с аномалиями иной геологической природы. По частотной характеристике (см. рис. 4) эта залежь выделяется даже небольшим повышением превалирующей частоты (>18 Гц), что объясняется повышением акустической жесткости эпигенетически измененных отложений в покрышке залежи. В то же время над этим небольшим скоплением УВ в волновом поле по интегральным признакам отчетливо выделяется область СДП, особенно ее окислительная зона. На схеме относительных изменений амплитуд ОВ (относительно “нормаль- ного” поля, полученного осреднением интенсивностей отражений по профилю), область понижения амплитуд на втором и третьем графиках в центре Сорочинской моноклинали (см. рис. 3, R=14–17) соответствует окислительной зоне области СДП над этой маломощной небольшой газоконденсатной залежью. В верхних частях области СДП отмечается и аномалия пониженных значений превалирующих частот ОВ (см. рис. 4).

Повышенная интенсивность отражений вокруг прогнозируемой залежи (см. рис. 2, рис.3, R=14– 19 нижний график) вызвана, очевидно, значительной акустичеcкой жесткостью эпигенетически преобразованных отложений в области контактов – литолого-минералогических – “геохимических барьеров” вокруг нее, а области пониженной интенсивности OВ за предполагаемыми контактами – эпигенетически преобразованными отложениями продуктивного горизонта в законтурных участках его с повышенным окислительным потенциалом пластовых вод.

Распределение интенсивности ОВ над рассмотренными залежами УВ вдоль верхних отражающих горизонтов соответствует положению различных частей залежи (см. рис. 2); над самой залежью, откуда происходит диффузия УВ, интенсивность ОВ минимальна, минимумы амплитуд ОВ наблюдаются и над законтурными участками продуктивного горизонта; над контактами интенсивность отражений резко повышается. Эти закономерности установлены для шести исследованных залежей УВ и соответствуют приведенной модели нефтегазовой залежи. Чередование минимумов и максимумов интенсивности отражений вокруг залежей УВ, вызванное различными видами эпигенетического преобразования отложений, соответствующие геохимическому потенциалу среды, объясняет также наблюдаемые кольцевые аномалии геофизических полей над месторождениями УВ.

При наличии в продуктивных отложениях сильного отражающего горизонта, связанного с химически активными, породами, результаты эпигенетических преобразований отложений на контактах залежи и вокруг нее проявляются в сейсмических волновых полях в виде локальных признаков залежи. В остальных случаях прогноз залежи осуществим по интегральным показателям – косвенным признакам, связанным с эпигенетически измененными отложениями в области СДП над скоплениями УВ,

Часто информативными являются, верхние горизонты, что объясняется не только повышенной точностью наблюдений – более низким уровнем технических помех, но и тем, что в “верхней геохимический зоне” диффундирующие из залежи УВ полностью распадаются, окисляются, приводя к аномальному повышению окислительного потенциала пластовых вод и интенсивной эпигенетической переработке отложений.

1. 3арипов О.Г., Ушатинский И.Н., Конюхов В.И. Карбонатная цементация коллекторов в нефтяных и газовых залежах Западной Сибири в связи с их образованием // Методика и результаты изучения минералогии глин продуктивных отложений Западно-Сибирской низменности в связи с их нефтегазоносностью // Тр. Зап.-Сиб. НИГРИ.– 1970.–Вып. 35.– С. 193–210.
2. Козлов В.Ф. О поясах вторичного кальцита вокруг залежей нефти и газа в гипогенных условиях // Тр. ВНИГНИ.–1974.– Вып.– 160.– С. 117–124.
3. Перельман А.И. Геохимические барьеры // Природа.–1975.– № 10.– С. 55–62,
4. Семенова С.Г., Скворцова Э.А. Геохимическая и физическая модель разреза осадочного чехла в пределах месторождений углеводородов и над ними // Прикладная геофизика.– 1988.– Вып. 119.– С. 82–89.
5. Тимошин Ю.В., Семенова С.Г., Скворцова Э.А. Влияние диффузионного потока на параметры сейсмического волнового поля над месторождением нефти // Прикладная геофизика.– 1984,– Вып. 109.– С. 50–56.
6. Трапезникова Н.А. Прогноз и интерпретация динамики сейсмических волн // Линейно-неупругие тонкослоистые геологические среды.– М.; Наука, 1985.
7. Харитонов О.М. Спектральные свойства объемных интерференционных воли в литосфере.– Киев: Наук. думка, 1988.

Zones of diffusion flow trace, wich are differently shown at seismic wave fields and specifically at its dynamic characteristics, are discribed. It is possible to predict an occurence of hydrocarbon pools of different sizes at great depths by regularities chage of dynamic parameters of seismic wave field.

1–нефтегазовая залежь; 2–пластовая вода; 3–ВНК (ГВК); 4 – восстановительная зона области СДП; 5 – окислительная зона области СДП и участки продуктивного горизонта за контуром залежи с повышенным окислительным потенциалом; 6 – временные интервалы, в которых исследованы динамические характеристики; 7 – график энергии отраженных волн в разрезе залежи и области следа диффузионного потока над ней в интервале времен DT; 8 – участки графика энергии, соответствующие: 1–залежи, 2, 3–ВНК (ГВК), 4, 5–законтурные участки продуктивного горизонта

1 – графики усредненных значений амплитуд ОВ; 2 – графики амплитуд ОВ

Пределы изменения амплитуд: 1 – >0; 2 – 0 – (-20%)

Пределы изменения частот, Гц: 1 – <16; 2 – 16–30; 3 – >30