Геология
Высокоточная инновационная аэромагнитная съемка Прикаспийской впадины
Л. Киинов, К. Исказиев, С. Каримов (АО «НК «КазМунайГаз», г. Астана); П. Коврижных, Б. Шагиров(ТОО «НПЦ «Геокен», г. Алматы)
Западный Казахстан является главным нефтегазодобывающим и одновременно нефтегазоперспективным регионом страны. Для дальнейшего уточнения качественных и количественных оценок перспектив нефтегазоносности Прикаспийской впадины, ранжирования зон по степени перспективности и величине прогнозных ресурсов углеводородов необходима детализация геологических моделей бассейна на основе комплекса геолого-геофизических исследований, включающих в себя сейсморазведочные, гравиметрические, магнитометрические, электроразведочные и другие виды геологоразведочных работ.
Сейсморазведка, бесспорно, является главным и наиболее результативным геофизическим методом изучения структурных особенностей осадочного чехла при поисках и разведке месторождений углеводородов. Однако, задача всестороннего изучения геологического строения среды не может решаться только одним геофизическим методом. Целесообразность и эффективность проведения системных комплексных исследований убедительно доказана многолетней успешной практикой поисковых работ в Прикаспийском и других бассейнах в пределах Казахстана, России и других стран.
В составе комплекса геофизических методов при изучении нефтегазоносных провинций магниторазведка считается основным геофизическим методом исследования кристаллического фундамента. Магнитное поле является источником сведений не только о геологическом строении фундамента, но содержит в себе и весьма ценную информацию о строении осадочного чехла, однако аномалии от слабомагнитных пород осадочного чехла имеют амплитуды, не превышающие единицы – первые десятки нТл. В таких условиях решить задачу расчленения осадочного чехла по магнитометрическим данным можно только с помощью высокоточных работ с погрешностью - доли нТл, максимум 1-2 нТл.
В развитии аэромагнитных съемок на территории Прикаспийской впадины можно выделить 4 основных периода по технологии исполнения и степени разрешающей способности оборудования.
Современный, IV период, начинается с 2006 г. с проведением высокоточных морских магнитометрических съемок акватории казахстанского сектора Каспийского моря. Цифровые измерения магнитного поля квантовым магнитометром G-882, чувствительность 0,001 нТл, интервал регистрации магнитного поля 0.01-0,1 секунды, что соответствует расстоянию между точками наблюдения 0,03-0,3 м.
Современные навигационные GPS-системы с дифференциальной коррекцией обеспечивают субметровую точность определения координат точек наблюдений в реальном времени. Регистрация вариаций геомагнитного поля с интервалом 1 минута. Погрешность магнитной съемки ±(0.5 – 2,1) нТл, плановой привязки ± 1м.
На основе материалов ранее выполненных съемок I-III периодов, в 2010 г. в рамках проекта «Комплексное изучение осадочных бассейнов» сформирована сводная цифровая карта аномального магнитного поля Прикаспийского региона. Отметим, что эффективность применения современных технологий анализа и геологической интерпретации зависит от качества, полноты и детальности исходной магнитометрической информации.
Поэтому, несмотря на применение современных технологий магнитной картографии, в этом проекте не удалось устранить дефекты, связанные с увязкой и приведением к единому уровню разновременных съемок, проводимых в Прикаспийской впадине на протяжении нескольких десятилетий.
В 2011-2012 гг. за счет средств АО «НК «КазМунайГаз» компания ТОО «НПЦ «Геокен» выполнила аэромагнитную съемку казахстанской части Прикаспийской впадины, включая северную часть акватории Каспийского моря. В результате проведенной аэромагнитной съемки масштаба 1:1 000 000 для всей территории казахстанской части Прикаспийской впадины (505 000 км2) создана по единой технологии каркасная сеть 10х10 км (на акватории 8х16 км) опорных магнитометрических маршрутов, по своему качеству соответствующая современному мировому уровню.
Созданная каркасная сеть является надежной опорной основой, как для ранее выполненных, так и для последующих аэромагнитных съемок Прикаспийской впадины. На базе новой магнитометрической опорной сети выполнена оценка качества, увязка и приведение к единому уровню результатов съемок прошлых лет, устранены внутренние неувязки в массивах аэромагнитных данных.
Новыми детализационными аэромагнитными съемками изучено 218 000 км2 нефтеперспективных площадей северной, восточной и южной бортовых зон Прикаспийской впадины, в том числе съемкой масштаба 1:200 000 – 175 000 км2 и масштаба 1:100 000 – 43 000 км2.
На основе новых данных каркасной опорной сети и детализационных съемок бортовых зон, материалов кондиционных съемок крупного и среднего масштабов прошлых лет создана инновационная цифровая магнитометрическая основа в помощь структурно-тектоническому и нефтегазогеологическому районированию Прикаспийской впадины.
Графический образ сводной модели аномального магнитного поля Прикаспийской впадины представлен на Рис. 1 в виде карты изодинам, построенной в соответствии с инструктивными требованиями. Карта раскрашена гаммой оттенков красного (отрицательные значения аномального магнитного поля) и синего (положительные значения) цветов.
Для сопоставления та же сводная модель магнитного поля показана на Рис. 2 в виде цветного имиджа с использованием эквивалентной палитры, когда разные оттенки цвета занимают на карте примерно равные площади. Повышенные значения магнитного поля отображаются оттенками «теплых» тонов (желтый, оранжевый, красный), а пониженные – оттенками «холодных» тонов (голубой, синий, фиолетовый). Для повышения информативности зрительного образа, карта построена в виде псевдорельефа с эффектом направленного освещения.
В региональном плане магнитное поле Прикаспийской впадины (Рис.1, Рис. 2) отрицательное и лежит в диапазоне от -300 нТл до 0 нТл. Морфология аномального магнитного поля указывает на то, что его источники расположены на разных структурных этажах, поэтому, одной из основных задач, требующих решения при интерпретации, является задача разделения полей от разных источников по глубине.
По интенсивности, наличию локальных аномалий, степени изрезанности (дисперсии) магнитное поле Прикаспийской впадины можно районировать, по крайней мере, на 5 относительно однородных классов.
К первому классу относятся участки отрицательного (менее -250 нТл) слабоградиентного магнитного поля; ко второму классу – области спокойного поля среднего уровня (от -200 до -100 нТл); третий класс – участки поля повышенного уровня (от -100 нТл до 0 нТл), осложненные локальными положительными аномалиями интенсивностью до 150-200 нТл, создающие ячеистую структуру поля. Четвертый класс – зоны интенсивных высокоградиентных положительных аномалий; пятый класс – участки интенсивных положительных аномалий с умеренными горизонтальными градиентами.

Области спокойного отрицательного поля (1 класса) наблюдаются над наиболее погруженной Центрально-Прикаспийской зоной депрессии, а также в западной и северо-западной частях Прикаспийской впадины (Сарпинский прогиб, Волгоградская система моноклиналей, западная часть Оренбургской системы моноклиналей).
Участок повышенного магнитного поля ячеистой структуры (3 класс), соответствующий Эмбинско-Актюбинской зоне дислокаций, с западной внутренней стороны Прикаспийской впадины ограничен полосой отрицательных значений магнитного поля, линейно вытянутой в северо-восточном направлении (юго-западное продолжение Ново-Алексеевского прогиба).
Восточная граница (по фундаменту) Прикаспийской впадины в магнитном поле уверенно выделяется ступенчатым уменьшением уровня регионального фона от 0 нТл до -200 нТл. На отрицательном фоне уральской аномальной зоны выделяются узкие цепочки положительных локальных аномалий магнитного поля интенсивностью до 200 - 500 нТл (класс 4) картирующие дайки гипербазитов вдоль зоны разломов, офиолиты Кокпектинского массива.
Юго-восточная граница Прикаспийской впадины – зона сочленения Восточно-Европейской и Скифско-Туранской платформ (переход к Северо-Устюртско-Аральской системе прогибов и поднятий) также отмечается ступенчатым уменьшением уровня магнитного поля на 100 – 150 нТл.

Различный характер магнитного поля подтверждает существенное отличие строения по фундаменту Северо-Каспийской зоны сводовых поднятий и Эмбинско-Актюбинской зоны дислокаций, объединяемых большинством исследователей в единую зону (Астрахано-Актюбинская система поднятий, Восточно-Прикаспийский сегмент). Обращает внимание неоднородный характер магнитного поля в пределах Оренбургской и Северо-Атырауской систем моноклиналей, свидетельствующий о достаточно условном отнесении этих областей к категории моноклиналей. Вполне вероятно наличие в их пределах локальных поднятий и прогибов по кровле фундамента.
Магнитное поле юга Прикаспийской впадины характеризуется развитием интенсивных резко выраженных положительных аномалий, которые на востоке тяготеют к Южно-Эмбинской зоне, с юга огибают Прикаспийскую впадину, охватывая Донецко-Каспийскую складчатую зону (кряж Карпинского – Северо-Бозашинское поднятие), частично надвинутую на Прикаспийскую впадину.
Далее на запад и северо-запад полоса максимумов магнитного поля прослеживается через Днепрово-Донецкую впадину в район Курской магнитной аномалии, охватывая краевую часть Восточно-Европейской платформы. Полоса положительных аномалий магнитного поля, огибающая с юга Прикаспийскую впадину, характеризуется высокой сложностью, как по пространственному размещению аномалий разного знака, так и по интенсивности аномалий, достигающей 350-500 нТл.
Большинство аномалий по форме близки к изометричным и, в целом, в пределах рассматриваемой зоны создают ячеистую структуру поля. Ширина полосы в среднем составляет 200 км, протяженность её, если считать от дельты Волги в восточном направлении, переходящем по дуге в северо-восточное, а затем в северное направление, превышает 1200 км.
Вероятно, южная граница этой зоны может быть принята в качестве границы раздела между фундаментом юго-восточной окраины Восточно-Европейской платформы и Скифско-Туранской плиты.
На базе новых магнитометрических данных, с применением современных технологий анализа (Geosoft Oasis Montaj, GMSYS-3DModeling, СИГМА 3Д, КОСКАД 3Д и др.) разработана схема блокового строения фундамента Прикаспийской впадины (Рис. 3), существенно отличающаяся своей новизной от существующих.
По результатам выполненного линеаментного анализа магнитного поля строение Прикаспийского региона носит четко выраженный блоковый характер; уверенно прослеживаются границы Прикаспийской впадины; Бузачи-Северо-Устюртско-Аральской систем прогибов и поднятий; отчетливо выделяются мегаблоки, охватывающие крупные положительные и отрицательные структуры. Вычисленная система линеамент магнитного поля позволяет уточнить границы Прикаспийской впадины, положение глубинных разломов, разделяющих фундамент на отдельные блоки.
Фиксируемые магнитометрией геоблоки дифференцированы по особенностям структуры поверхности фундамента и делятся системой тектонических нарушений на дополнительные блоки: Северо-Западный, Северный, Восточный, Южный и Центрально-Прикаспийский. Выделяемые геоблоки, очевидно, различаются строением фундамента, возрастом и особенностями развития доплитного и плитного комплексов.
Полученные по данным магнитометрии новые сведения о глубинах магнитоактивных границ и их морфологии существенным образом меняют сложившиеся представления о глубинах как поверхности фундамента, так и додевонской поверхности осадочного чехла; о границах Прикаспийского бассейна в допалеозойское и ранне-среднепалеозойское время, что, в свою очередь, влечет переоценку перспектив глубокозалегающих осадочных комплексов, в частности, Южного и Восточного геоблоков.
Полученная на основе новых магнитометрических данных информация требует комплексного анализа и интерпретации совместно с материалами сейсморазведки, гравиразведки, бурения, в рамках специальных тематических исследований, что позволит более обосновано подойти к решению вопросов детализации и корректировки существующих схем структурно-тектонического и нефтегазогеологического районирования Прикаспийской впадины.

Проведенные работы по выявлению связи крупнейших подсолевых месторождений углеводородов Прикаспийской впадины с особенностями магнитного поля позволили получить дополнительные критерии прогнозирования нефтегазоперспективных участков. Анализ характера магнитного поля в районах крупнейших подсолевых месторождений углеводородов Прикаспийской впадины показал определенную пространственную связь месторождений Карачаганак, Тенгиз, Жанажол, Урихтау, Кашаган с локальными отрицательными магнитными аномалиями (Рис. 4).

Аномальные эффекты магнитного поля от нефтегазоперспективных структур подсолевой секции разреза хотя и незначительны по амплитуде (от нескольких единиц до 10 нТл) на фоне аномалий, отражающих геологическое строение кристаллического фундамента, но всё же существенно превышают достигнутую погрешность аэромагнитной съемки (СКО < ±0,2 нТл), что создаёт принципиальные предпосылки для их выделения и прослеживания. Частотный спектр аномалий различен, и на этой основе может быть выполнено их разделение по глубине источников.
По результатам анализа магнитного поля для оценки перспектив нефтегазоносности по комплексу геолого-геофизических параметров выделено 19 участков локальных отрицательных аномалий. Суммарная площадь выделенных аномалий составляет примерно 30 000 кв. км, или 6% от общей площади (500 000 км2), охваченной аэромагнитными исследованиями 2011-2012 гг. Из выделенных 19 аномальных зон магнитного поля в качестве первоочередных для дальнейшего изучения рекомендуются 11 аномальных участков общей площадью 16 350 км2.
Для исследования геологической природы выделенных магнитных аномалий и их вероятной связи с нефтегазоносностью рекомендуется в пределах выделенных зон (Октябрьская, Манаш-Новобогатинск, Байчунас-Сагизская, Маткен – Арман Вост., Тортколь-Лактыбай, Каскыртау–Караулкельды, Перелюбовская, Березовско-Кобландинская) выполнить интерпретацию магнитометрии с привлечением других геолого-геофизических данных, включая сейсморазведку и бурение с целью уточнения контуров перспективных участков для нефтепоисковых работ.
Созданная инновационная цифровая карта пространственного распределения аномального магнитного поля является важным новым элементом комплексной геофизической основы и служит исходным материалом при обновлении схем структурно-тектонического и нефтегазогеологического районирования, составлении прогнозно-геофизических карт Прикаспийской впадины регионального и зонального уровней.
Полученные магнитометрические материалы, в комплексе с другими геолого-геофизическими данными, позволяют более обоснованно подойти к решению вопросов детализации и корректировки существующих схем структурно-тектонического и нефтегазогеологического районирования, выработать дополнительные критерии прогнозирования нефтегазоперспективных участков, оптимизировать программы последующих геологоразведочных работ в пределах Прикаспийской впадины и прилегающих областях.
В условиях Прикаспийской впадины современная магниторазведка успешно решает следующие геологические задачи:
- Картирование литологического состава и морфологии, оценка глубины залегания поверхности кристаллического фундамента. При этом сведения о строении фундамента помогают приблизиться к пониманию истории формирования осадочного чехла и закономерностей размещения нефтяных и газовых месторождений.
- Выделение аномалий от геологических образований в осадочном чехле и их количественная интерпретация. В Прикаспийской впадине установлена закономерная приуроченность локальных отрицательных слабоинтенсивных магнитных аномалий к сводам соляных антиклиналей, выклинивание терригенных образований пермо-триаса на крутые склоны соли надежно картируется положительными «всплесками» магнитного поля.
- Картирование разрывной тектоники, расшифровка блокового строения на основе линеаментного анализа структуры магнитного поля.
Учитывая высокую информативность результатов магниторазведки Прикаспийской впадины, представляется целесообразным продолжить изучение аэромагнитной съемкой прилегающих перспективных районов: Устюрт-Бозашинского и Мангышлакского осадочных бассейнов, а в перспективе – и других территорий Казахстана.
При дальнейшем анализе данных аэромагнитной съемки важно использовать международный опыт. Так, в районе кряжа Карпинского по материалам аэромагнитной съемки (Россия), применяя интерпретационную томографию, удалось расчленить толщи складчатого палеозоя на ряд вещественных комплексов, расшифровать их внутреннюю структуру. Интересен опыт компании «ЭксонМобил» по картированию карбонатных образований по магнитному полю.