Роль сейсмичности в формировании геологических структур в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль сейсмичности в формировании геологических структур в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области

Александров Борис Леонтьевич

д.г.-м.н., профессор

Гацаева Светлана Саид-Алиевна

ст. преподаватель

Хасанов Муса Амазаевич

к.г.-м.н, доцент

Гермаханова Диана Умаровна

ст. преподаватель

Моллаев Зелимхан Хусейнович

к.г.-м.н., гл. геолог

1. Характеристика объекта исследования

Терско-Сунженская нефтегазоносная область является одним из старейших районов нефтегазодобычи Северного Кавказа и Российской Федерации в целом. Нефтяные выходы использовались местным населением еще с начала девятнадцатого века. С 1833 года начались поиски и добыча нефти колодезным способом в пределах Старогрозненского месторождения. В августе 1893 года скважина № 1/1 при опробовании караганских отложений дала нефтяной фонтан с дебитом 274 т/сут. Через два года из скважины №7/977 получен фонтан нефти с суточным дебитом 1600 тонн. Старогрозненский нефтепромысловый район приобрел мировую известность. В настоящее время промышленная нефтеносность этой области установлена в карагано-чокракских, фораминиферовых, верхнемеловых, нижнемеловых и верхнеюрских отложениях. Практически все выявленные структуры Терско-Сунженской нефтегазоносной области разбиты сетью разломов на блоки, сдвиги между которыми порой достигают сотен и даже более тысячи метров. Наиболее типичными в этом отношении являются Старогрозненское и Малгобек-Вознесенское месторождения. В разрезах этих месторождений можно выделить два структурных этажа: верхний, представленный миоценовыми отложениями, и нижний, сложенный породами нижнемайкопского, форамениферового и мелового возраста. Промежуточной толщей, залегающей между верхним и нижним структурными этажами, являются верхнемайкопские глины, увеличивающие свою мощность от крыльев к своду структуры. Отложения нижнего структурного этажа сложены в сравнительно пологую антиклиналь с углами наклона крыльев от 25 до 45°. Складки по этим отложениям имеет незначительные по амплитуде (порядка 100 -200 м) нарушения сбросового типа. Тектоника этих антиклиналей в пределах верхнего структурного этажа значительно сложнее тектоники нижнего этажа (рисунок 1).

Рис. 1. Профильный геологический разрез месторождения Малгобек-Вознесенское

Основными продуктивными горизонтами этих месторождений являются песчаные пласты карагано-чокракского возраста (I-XII, XIV, XVI и XVII) и верхнемеловая толща известняков.

Условия образования Старогрозненской и Малгобек-Вознесенской антиклиналей, время и очередность образования разрывных нарушений и роль этих нарушений в формировании залежей нефти и газа рассматривались рядом исследователей. Было установлено, что область Передовых хребтов претерпела две основные фазы складчатости: предакчагыльскую и предбакинскую. Одни исследователи, как, например, В.А. Алферов [19], считали, что в предакчагыльскую фазу складчатости в пределах современного расположения этих антиклиналей были образованы сравнительно простые складки без разрывных нарушений. Последние появились лишь в послеакчагыльское время, в основном в период предбакинской фазы складчатости.

В.П. Куцевым [23] был сделан вывод о том, что ряд разрывных нарушений, образовались в основном в предакчагыльское время, а другие разрывы образовались в послеакчагыльское время. М.И. Жемеричко [20] образование одних разрывов приурочивает к предакчагыльской фазе складчатости, а других - к предбакинской фазе.

На основании анализа изменения формы Старогрозненской и Малгобек-Вознесенской структур в обе фазы складчатости можно сделать вывод о том, что эти структуры претерпели несколько стадий своего развития. В каждую из этих стадий происходило формирование и переформирование залежей нефти и газа.

Первая стадия, выделенная несколько условно, приурочена к началу предакчагыльской фазы складчатости, когда, видимо, образовались гармоничные, весьма пологие антиклинали, не осложненные разрывными нарушениями.

В ту же фазу складчатости в результате перемещения миоценовых отложений относительно нижележащего комплекса пород из прилегающих синклиналей в сторону антиклинального поднятия началось превращение гармоничных структур в дисгармоничные. Перемещение миоценовых отложений в пределах антиклиналей выражалось во встречном движении крыльев структур, сложенных миоценовыми породами. Таким образом, образование антиклиналей происходило в три стадии. Первые две относятся к предакчагыльской фазе складчатости, последняя - к предбакинской.

2. Исходные данные распределения землетрясений в региональном масштабе

Естественно считать, что образование и развитие разрывных нарушений происходило за счет разгрузки возникающих напряжений в толщах пород, то есть, в моменты проявления землетрясений. Известно, что землетрясения происходят в результате быстрого разряжения накапливающихся в недрах Земли напряжений, сопровождающих тектонические движения. Скорость смещения пород в пределах разлома и соответственно колебаний почвы обычно очень высока. Кроме того, землетрясения сопровождаются не только подземными толчками и колебаниями земной поверхности, но и значительными смещениями толщ пород относительно друг друга по тектоническим разломам, причем при повторении землетрясений величина смещения пород по разломам увеличивается. Сила землетрясения очень различна и оценивается в баллах (J). В РФ применяется 12-бальная шкала и, как видно из таблицы №1, она отражает степень разрушения зданий и сооружений и определяется величиной максимального смещения маятника сейсмометра (, в мм), период и затухание которого приближается к таковым у зданий обычного типа [24]. Часто пользуются также понятием интенсивность землетрясения, называемой магнитудой (М). В этой шкале интенсивность силы землетрясения принимается пропорциональной логарифму максимальной амплитуды смещения почвы [24]. Считается, что магнитуда землетрясения характеризует количество упругой энергии колебаний, выделяемой во все стороны очагом землетрясения. Распределение землетрясений на земном шаре неравномерно. Наиболее сильные землетрясения проявляются в областях молодых складчатых гор и зон крупных тектонических разломов; на платформах очаги землетрясений обычно отсутствуют.

Таблица 1. Сейсмическая шкала (схематизировано)

Наиболее сильные и частые землетрясения происходят в пределах Тихоокеанской и Средиземноморско-Гималайской тектонических зон. В РФ сейсмические территории находятся на юге и протягиваются вдоль границы, включая Крым, Кавказ, Алтай, Саяны, Прибайкалье, Забайкалье, Курильские острова и Камчатку. В работе [22] приводится информация по сильным землетрясениям с бальностью более 6 единиц, зарегистрированным в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области Восточного Предкавказья за период 1688-2008 г. Эта территория относится к сейсмически активной альпийской зоны складчатости. Статистическая обработка данных землетрясений, приведенных в работе [22], свидетельствует, что проявляются определенные закономерности. Так отмечается тенденция увеличения как бальности, так и магнитуды сильных землетрясений с глубиной проявления очага землетрясения (рис. 2), причем максимальная глубина проявления землетрясений достигала 50 км.

а б

Рис. 2. Графики связи глубины (Н) очага проявления сильных землетрясений с их бальностью (J) (а) и магнитудой (М) (б) в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области

При этом, максимальное количество землетрясений приходится на интервал глубин 5-12 км (рис. 3). Характер распределения бальности сильных землетрясений в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области можно описать уравнением вида

dN=4 ,

где m - масса перемещаемой породы (кг); ? - скорость перемещения этой массы породы (м/с); причем ? =, а F - сила, воздействующая на рвущуюся и перемещающуюся породу, равная сумме веса поднимающейся и перемещающейся породы (Р=mg) и силы трения (Fтр) пород по плоскости сдвига (н); t - время проявления этой силы, равное половине периода первой волны землетрясения (с).

Рис. 3. Статистический график распределения бальности сильных землетрясений в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области

Из рисунков 2, 3 видно, что максимальное значение бальности землетрясений в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области Восточного Предкавказья достигает 8 единиц, а магнитуды - до 5,7 единиц. Однако это не означает, что в прошлые геологические времена как в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной области, так и в целом на территории Кавказа не было ещё более сильных землетрясений, которые сопровождались сильными деформациями земной коры и способствовали формированию мощных разломов.

3. Анализ планетарных землетрясений

При тектонических землетрясениях происходят разрывы горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли с выделением кинетической энергии. Последняя при сильном землетрясении силой 11-12 баллов и интенсивностью 8,5 достигает 1•10¹⁵ киловатт, что примерно в 500 раз превышает мощность Куйбышевской ГЭС. Иногда нарушения в земной коре в виде трещин, сбросов достигают поверхности Земли с образованием трещин, обвалов и оползней. Так, например, с бальностью порядка 11 единиц большие разрушения причинили землетрясения городам Лисабону в 1755 г, Сан-Франциско в 1906 г, Мессине в 1908 г, Токио в 1923 г, Ашхабаду в 1948 г. При землетрясении в Калифорнии в 1906 г. образовалась трещина протяженностью в 450 км. Участки дороги около трещины сместились на 5-6 м. Во время Гобийского землетрясения (Монголия) 4 декабря 1957 г. возникли трещины общей протяженностью 250 км. Вдоль них образовались уступы до 10 м. В мае 1960 г. на Тихоокеанском побережье Южной Америки, в Чили, произошло несколько очень сильных землетрясений. Самое сильное из них, в 11-12 баллов, наблюдалось 22 мая: в течение 1-10 секунд было израсходовано колоссальное количество энергии, таившейся в недрах Земли. Землетрясение произвело тяжелые разрушения на большой территории. Пострадало более половины провинций Чили, погибло не менее 10 тыс. человек и более 2 млн. осталось без крова. Разрушения охватили Тихоокеанское побережье на протяжении более 1000 км. Были разрушены крупные города - Вальдивия, Пуэрто-Монт и др. В результате чилийских землетрясений начали действовать четырнадцать вулканов. Когда очаг землетрясения находится под морским дном, на море могут возникнуть огромные волны - цунами, которые иногда приносят разрушений больше, чем само землетрясение. Волны, вызванные 22 мая 1960 г. чилийским землетрясением, распространились по Тихому океану и достигли через сутки противоположных его берегов. В Японии высота их достигла 10 м. Прибрежная полоса была затоплена. Суда, находившиеся у берегов, были выброшены на сушу, а часть построек унесена в океан. Крупная катастрофа, постигшая человечество, случилась также 28 марта 1964 г. у побережья полуострова Аляска. Это сильнейшее землетрясение разрушило г. Анкоридж, расположенный в 100 км от эпицентра землетрясения. Почва была вспахана серией взрывов и оползней. Крупные разрывы и перемещения по ним блоков земной коры дна залива вызвали огромные морские волны, достигающие у побережья США 9-10 м высоты. Эти волны со скоростью реактивного самолета прошли вдоль побережья Канады и США, сметая все на своем пути.

Из этой информации следует, что за период 1755-1964 г в среднем через 30 лет на земном шаре происходили сильные землетрясения с разрушением крупных городов, а в период 1906-1964 г произошло 6 крупных разрушительных землетрясения, т.е. с периодом около 10 лет. Как правило, сильные землетрясения сопровождаются повторными толчками, мощность которых постепенно уменьшается. Сила проявления землетрясения на поверхности Земли в большей степени зависит от глубины очага: чем ближе очаг к поверхности Земли, тем сила землетрясения в эпицентре больше. Как же часто на Земле происходят землетрясения? Современные точные приборы фиксируют ежегодно более 100000 землетрясений. Но люди ощущают около 10000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают с бальностью 8 и более единиц и являются разрушительными. Среднее число землетрясений, происходящих ежегодно на земном шаре, приведено в таблице 2.

Таблица 2. Среднее число землетрясений, происходящих ежегодно на Земном шаре

Таким образом, масштаб землетрясения и степень его воздействия на людей, природную среду, а также на рукотворные сооружения определяют разными показателями. Однако амплитуда колебания почвы является первичной величиной, определяющей бальность, магнитуду и последствия землетрясения. В связи с этим, для прогнозирования количественной оценки амплитуды смещения почвы при соответствующей бальности землетрясения больше 10 единиц, на рис. 4 по данным таблицы 1 представлена графическая зависимость логарифма амплитуды смещения почвы от бальности землетрясения. Как видно, все точки ложатся на прямолинейную зависимость, описываемую уравнением

Это позволяет уверенно экстраполировать её в область высоких (больше 11 единиц) бальности землетрясений. Так величина смещения почвы при бальности в 11 единиц составляет порядка 50 мм, а при бальности в 12 единиц - порядка 130 мм. Видимо в тех случаях, когда при землетрясении происходит смещение почвы до 5-10 м, то фактическая бальность землетрясения достигает до 13-14 или более единиц, хотя предельная величина бальности принята в 12 единиц.

Рис. 4. Зависимость логарифма амплитуды смещения почвы от бальности землетрясения

При этом необходимо иметь в виду, что общее смещение почвы есть результат суммарного её смещения за несколько циклов колебательного процесса. О возможной бальностью более 12 единиц свидетельствуют случаи проявления землетрясений на Тихоокеанском побережье Южной Америки, в Чили и др.

Представление данных таблицы 2 в графическом виде (рис. 5) показывает, что, в области бальности более 5 единиц, связь между логарифмом количества землетрясений (N) в течение одного года в целом на Земном шаре и их бальностью является прямолинейной и описывается уравнением вида

0,71•J = 7,8129 -

Рис. 5. Связь бальности землетрясений с их количеством, происходящим на Земном шаре в течение одного года

Используя это уравнение, можно оценить периоды проявления землетрясений с бальностью более 11 единиц. Так количество землетрясений с бальностью 12 единиц в течение одного года составляет порядка 0,2, то есть периодичность проявления таких землетрясений порядка 5 лет. Количество землетрясений с бальностью 13 единиц в течение одного года составляет порядка 0,033, то есть периодичность проявления таких землетрясений порядка 30 лет. Как видим, это согласуется с периодичностью фактического проявления сильных катастрофических землетрясений.

4. Результаты и их обсуждение

Полученные результаты статистической обработки можно отнести на большой геологический период времени, в течение которого происходило формирование некоторых структур в определенном геологическом регионе. Принимая известные условия, что предельная величина бальности землетрясения составляет 12 единиц, можно оценить общее количество землетрясений с такой бальностью, происшедших на Земном шаре за одну тысячу лет, один миллион лет или даже 10 миллионов лет. Принимая периодичность проявления таких землетрясений 5 лет, можно считать, что на Земном шаре за одну тысячу лет могло произойти 200 землетрясений, за один миллион лет - 200000 таких землетрясений, а за 10 миллионов лет - 2 миллиона землетрясений с бальностью 12 единиц. Даже, если эти цифры разделить на число нефтегазоносных бассейнов с активной тектонической деятельностью, то среднее число сильно катастрофических землетрясений с бальностью 12 единиц, приходящееся на один бассейн, будет весьма внушительным. Так, например, с периода предакчагыльской (плиоцен) фазы складчатости прошло более 5 млн. лет. Следовательно, за этот промежуток времени на Земном шаре могло произойти порядка 1миллиона землетрясений с бальностью 12 единиц, т.е. со смещением пород по плоскости 130 мм (0,13 м) при каждом таком землетрясении. Если принять общее количество таких активных бассейнов равным 100, то в каждом из них за этот период могло в среднем произойти 10000 таких землетрясений и смещение пород по плоскости могло достигать 1300 м. Подобные величины смещений пород по тектоническим разломам имеют место на Старогрозненской и Малгобек-Вознесенской площадях Терско-Сунженской нефтегазоносной области. Кроме того, по величине смещений блоков пород относительно друг друга , с учетом времени формирования этих разломов, можно оценить количество землетрясений с максимальной бальностью, которые имели место в данном конкретном регионе.

Следует отметить, что напряженное состояние пород и их периодическое стравливание в виде проявления землетрясений, наряду с формированием разломной тектоники и формы самой структуры [27], оказывает влияние на: формирование коллекторских свойств пород в виде системы вторичной (трещинной) пористости [6, 7, 11, 17, 29], на перемещение пластичных пород, влияющее на формирование и изменение аномальности пластовых и поровых давлений в этих толщах [1-5, 8-10, 12-16, 18, 21], на технологию бурения скважин, в том числе, буримость пород [25], устойчивость открытого ствола и смятие обсадных колонн [1, 26, 28], а также на разработку продуктивных пластов в связи с воздействием колебательных процессов [30].

Литература

землетрясение порода антиклиналь

1. Александров Б.Л. Аномально высокие пластовые давления в нефтегазоносных бассейнах. М., Издательство «Недра», 1987 г., 216 с.

2. Александров Б.Л., Антипов Б.Д. Определение пластовых давлений по деформационным характеристикам при дифференцированном учете коэффициента разгрузки. Журнал «Нефтяное хозяйство», 7 № 2, 1982 г., с. 22-24.

3. Александров Б.Л., Афанасьев В.С. Комплексное определение пластовых давлений по кернам. Журнал «Нефтяное хозяйство», № 8, 1983 г.

4. Александров Б.Л., Беркович Э.А., Тагунов Э.М. Оценка и прогнозирование аномально-высоких пластовых давлений на Октябрьском месторождении ЧИАССР. Журнал «Нефтяное хозяйство», № 12, 1975 г.

5. Александров Б.Л., Голланд Р.В. О характере изменения мощности и литологии эоцен-миоценовых отложений Предкавказья в связи с природой и проявлениями АВПД. Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы, естественные науки, № 1, 1979 г.

6. Александров Б.Л., Дахкильгов Т.Д., Хасанов М.А., Эльжаев А.С. Определение коэффициента пластической деформации пород как фактора времени. Научно-технический вестник «Каротажник», г. Тверь, 2011, № 12 (210), с. 39-45.

7. Александров Б.Л., Дахкильгов Т.Д., Хасанов М.А., Эльжаев А.С. Теоретическое обоснование механизма образования трещинной пористости. Научно-технический вестник «Каротажник», выпуск № 5 (182), Тверь, 2009 г. с. 140-151.

8. Александров Б.Л., Дурьмишьян А.Г., Асланов В.Д. Закономерности изменения пластовых давлений в мезозойско-кайнозойских отложениях Восточного Предкавказья. Журнал «Геология нефти и газа», № 10, 1976 г.

9. Александров Б.Л., Дурьмишьян А.Г. О природе аномально - высоких пластовых давлений в мезокайнозойских отложениях Восточного Предкавказья. Ж, «Нефтегазовая геология и геофизика», № 7, 1976 г.

10. Александров Б.Л., Есипко О.А., Афанасьев В.С. Повышение достоверности определения и прогнозирования АВПД при бурении глубоких скважин. Журнал «Бурение», вып. 12, 1982 г.

11. Александров Б.Л., Есипко О. А., Гулый С.В., Дмитриенко И.М. Влияние глубины погружения и АВПД на степень уплотнения известняков. Журнал «Нефть и газ» №12, 1987 г.

12. Александров Б.Л., Есипко О.А, Дахкильгов Т.Д. Особенности прогнозирования давлений флюидов по результатам промыслово-геофизических исследований в сложных геологических условиях. Журнал «Нефть и газ», Изд. ВУЗов №12,1981 г.

13. Александров Б.Л., Есипко О.А. Изменение петрофизических параметров глин в связи с прогнозом АВПД. Журнал «Нефтегазовая геология и геофизика» № 5, 1980 г.

14. Александров Б.Л., Крысанова Л.В., Дулерайн Г.Р. Выделение зон аномально-высоких давлений по электрометрическим данным (на примере месторождений Восточного Предкавказья). Журнал «Нефтяное хозяйство», № 9, 1973 г.

15. Александров Б.Л., Крысанова Л.В., Уляшова С.А. Зоны АВПД в разрезах Возейского, Усинского, Пашнинского месторождений Тимано-Печорской провинции. Журнал «Геология нефти и газа», № 1, 1979 г.

16. Александров Б.Л., Масленников В.В., Голланд Р.В. Природа и закономерности изменения давлений в толще-покрышке месторождений ЧИАССР. Журнал «Геология нефти и газа», № 11, 1975 г.

17. Александров Б.Л., Николенко К.К., Лозгачев Е.Г. Типы карбонатных коллекторов мезозоя Северо-Восточного Предкавказья по данным промыслово-геофизических исследований. Журнал «Нефть и газ». Изд. высш. учебн. завед., № 4, 1972 г.

18. Александров Б.Л. Определение и прогнозирование аномально высоких пластовых давлений геофизическими методами. ВНИИОЭНГ. Тематический научно-технический обзор, М. 1973 г., 80 с.

19. Алферов Б.А., Грозненский нефтеносный район. Геологическое строение и перспективы нефтеносности. Труды ВНИИГРИ, вып. 12, 1954 г.

20. Жемеричко М.И. Возраст разрывных нарушений и время формирования залежей нефти в карагано-чокракских отложениях Передовых хребтов. Труды ГрозНИИ, вып. VIII, Гостоптехиздат, 1960 г.

21. Касумов К.А., Александров Б.Л., Дергунов Э.Н. Природа аномально-высоких пластовых давлений в разрезах месторождений Кюровдаг и Карабаглы Прикуринской низменности. Журнал «Геология нефти и газа», № 8, 1976 г.

22. Керимов И.А., Гайсумов М.Я. Сильные землетрясения на территории Чеченской Республики. Вестник Академии наук Чеченской Республики, № 1 (12), 2010, с. 57-62.

23. Куцев В.И. Типы и формирование залежей нефти и газа западной части Терской антиклинальной зоны Восточного Предкавказья. Материалы по геологии и нефтегазоносности Восточного Предкавказья. 1960 г.

24. Малая Советская энциклопедия, том 3, Третье издание. Государственное научное издательство «Большая советская энциклопедия», 1959 г., с. 1087.

25. Способ определения буримости пород в процессе проводки скважин. А.с. № 1388557 от 15.12.87/Фурсин С.Г., Александров Б.Л.

26. Способ определения состояния ствола скважины. А.с. №1074991 от 22.10.83/Александров Б.Л.

27. Способ оценки коэффициента пластической деформации пород. Патент на изобретение № 2437122 от 20.12.2011 /Александров Б.Л., Дахкильгов Т.Д., Хасанов М.А., Эльжаев А.С.

28. Способ прогнозирования устойчивости ствола скважины во времени. А.с. № 1298359 от 22.11.86/ Александров Б.Л.

29. Способ прогнозирования зон развития вторичных коллекторов трещинного типа в осадочном чехле. Патент № 2520067 от 18.04.2014 г./ Александров Б.Л., Керимов И.А., Хасанов М.А., Эльжаев А.С.

30. Способ разработки нефтяной залежи. Патент на изобретение № 2184842 от 10.07.02 / Бабешко В.А., Александров Б.Л., Гортинская В.В., Мухин А.С.

Размещено на Allbest.ru