Введение к работе
Актуальность темы исследований. Развитие регионов страны, как в экономической, так и в социальной сфере, предполагает эффективное освоение перспективных нефтегазоносных объектов и территорий. Топливно-энергетический комплекс является важнейшей составной частью экономики России и его работоспособность определяется состоянием минерально-сырьевой базы.
В 60-80-е гг. XX столетия в Курганской области был выполнен большой объем геолого-разведочных работ по поиску месторождений нефти и газа (НиГ). По опыту аналогичных работ в Тюменской области эти поиски были направлены на изучение антиклинальных структур мезозойского осадочного чехла. Месторождений НиГ обнаружить не удалось и в 1985 г. поиски были прекращены. Геолого-геофизическая изученность территории оказалась невысокой.
К настоящему времени в соседних с Курганской - Свердловской и Тюменской областях, а также на территорий Казахстана открыты и введены в разработку месторождения НиГ. В связи с этим возросла необходимость выявления перспективных геоструктур в доюрском фундаменте (ДФ) и информативных признаков их нефтегазоносное, тем более что в Курганской области уже существует инфраструктура по транспортировке нефтепродуктов.
Решение такой задачи, принимая во внимание минимальное вложение денежных средств и охват большой территории с применением апробированной экспресс-оценки нефтеперспективности, возможно только при создании комплексной методики дешифрирования космических снимков (КС) и интерпретации геолого-геофизических материалов. Это и обусловило актуальность темы диссертации.
Для выявления информативных признаков нефтегазоносности недр был применен цифровой космический метод зондирования конвективного теплового потока (КМ КТП), базирующийся на материалах многократных тепловых космических съемок (ТКС) земной поверхности (ЗП) в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ). При этом для картографирования геоструктур были проанализированы материалы сейсморазведки, гравиразвед-ки, бурения и космические снимки в видимом, ближнем инфракрасном и радиолокационных диапазонах ЭМВ.
Физической основой применения ТКС являлась вертикальная миграция нефтяных флюидов по системам разломов в приповерхностные горизонты Земли с последующим окислением под действием атмосферного кислорода, грунтовых вод, популяций аэробных бактерий и других факторов. Все биохимические реакции окисления нефтепродуктов протекают экзотермическим путем (с выделением тепла). Данные процессы на ЗП отображаются в виде локальных тепловых аномалий, непосредственно связанных с залежами НиГ.
Методические основы КМ КТП были разработаны в лаборатории термодинамики природных и антропогенных воздействий Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской Академии наук (НИЦЭБ РАН) под руководством В.И. Горного.
При проведении диссертационных исследований на основе этого метода разработана комплексная методика, предусматривающая анализ геофизических и космогеологических материалов, мировые аналоги которой в настоящее время отсутствуют. Обоснованность ее применения подтверждена результатами поискового и разведочного бурения на юге Тюменской и Томской областей, в Удмуртии, Ханты-Мансийском и Ненецком автономных округах, что послужило основанием для применения цифровых методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) из космоса и интерпретации геолого-геофизических материалов для оценки нефтеперспективности глубинных геоструктур Курганской области.
Цель работы: разработка комплексной методики дешифрирования космических снимков и интерпретации геофизических данных для картографирования глубинных нефтеперспективных геоструктур доюрского фундамента.
Основные задачи исследования:
сбор, систематизация и анализ материалов ДЗЗ (МДЗЗ), данных гравиметрических и сейсмических съемок, бурения скважин и других геолого-геофизических материалов;
разработка методики дешифрирования КС с целью картографирования глубинных геоструктур в комплексе с данными о гравитационных аномалиях и сейсмических поверхностях;
анализ КС земной поверхности в видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ;
усовершенствование методики определения количественных характеристик земной поверхности на основе обработки и дешифрирования материалов многократных ТКС с привлечением геофизических данных;
анализ данных КМ КТП и других количественных характеристик совместно с материалами космогеологических и геофизических исследований для оценки нефтеперспективности исследуемой территории;
разработка методики комплексного дешифрирования МДЗЗ и интерпретации результатов геофизических исследований для диагностирования геоструктур ДФ Курганской области на нефтеперспективность.
Объектом исследований являются космические снимки земной поверхности в видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ, цифровые модели рельефа местности (ЦМР), гравитационные аномалии и сейсмические поверхности верхней части земной коры, результаты бурения геоструктур Курганской области.
Предметом исследований является методика дешифрирования КС земной поверхности в широком спектре ЭМВ и интерпретация геофизических полей для картографирования глубинных геоструктур и прогноза их нефтегазоносно-сти.
Методы исследования. При решении поставленных задач были применены: уровни обработки и нормализации МДЗЗ, метод космической радиолокационной интерферометрии (КРИ), методы анализа космических снимков, методы космогеологических исследований, методы обработки временных рядов, метод выделения аномалий, метод цветового кодирования, эталонная классификация, много-
мерный регрессионный анализ, качественный (визуальный) и количественный (цифровой) анализ тепловых изображений, методы вероятностной оценки.
Фактический материал. В настоящее время МДЗЗ доступны в архивах центров приема космической информации. Заказ космической снимков был выполнен на Московской станции приема спутниковой информации, в центральном архиве NOAA. Проанализировано 400 сцен тепловых изображений, из которых 15 отобраны для обработки. Для обработки МДЗЗ в работе использованы программные пакеты: ERDAS IMAGINE, Geomatica, ENVI, ER Mapper, Msphinx и OpenDragon.
Материалы гравиметрии масштаба 1 : 200 000 получены из банка данных «Гравимаг» СПЕЦ ИКЦ ПГ ВИРГ (г. Санкт-Петербург) и представлены в виде цифровых матриц размером 241 х 161 точек.
Структурные карты (сейсмические поверхности) предоставлены ФГУП За-пСибНИИГТ (г. Тюмень) и ОАО ЦГЭ (г. Новосибирск) в виде структурированных цифровых баз данных.
Результаты бурения скважин и дополнительная геолого-геофизическая информация получены автором в территориальных фондах геологической информации городов Екатеринбург, Тюмень, Курган, Новосибирск.
Теоретической базой для проведения исследований являлись математические методы обработки и анализа информации, методы дешифрирования цифровых изображений ДЗЗ из космоса, уравнения теплового баланса земной поверхности и теплопроводности среды, методы решения прямых и обратных задач геофизики.
Научная новизна проведенных исследований и личный вклад:
разработана комплексная методика дешифрирования МДЗЗ и интерпретации космогеологических и геофизических данных для картографирования глубинных геоструктур с последующей оценкой их нефтегазоперспективности (на примере Курганской области);
разработана методика космогеологических исследований (дешифрирования КС и интерпретации геофизических полей) для выделения глубинных геоструктур;
впервые (для Курганской области) осуществлено дешифрирование КС в широком диапазоне ЭМВ и применена усовершенствованная методика прогнозирования залежей НиГ, основанная на дешифрировании изображений КМ КТП и других количественных характеристик, определяемых по материалам многократных ТКС, с учетом геофизической информации;
Теоретическая и практическая значимость: обоснованы оптимальный набор космических материалов, количественные характеристики ЗП и методика космогеологических исследований для картографирования глубинных геоструктур, применена усовершенствованная методика КМ КТП для прогноза нефтегазоперспективности геоструктур по космическим тепловым и геофизическим данным, предложена и применена малозатратная комплексная методика прогнозирования залежей НиГ в ДФ Курганской области. Она является оперативной и экономически эффективной, что подтвердили результаты поискового бурения на юге Тюменской области за последние три года.
По комплексной методике проведено районирование глубинного строения ДФ восточной части Курганской области. В пределах Звериноголовско-Варгашинской палеодолины вьивлен первоочередной нефтеперспективный район, приуроченный к периферии погребенной палеовулканической геоструктуры, внутри которого выделено около 60 мелких перспективных участков.
Представлены рекомендации Региональному агентству по недропользованию «Уралнедра» (г. Екатеринбург) о нефтегазоперспективности недр Курганской области. Агентством проведены аукционы для привлечения нефтяных компаний к нефтегеологическому изучению территории. Федеральным агентством «Роснедра» (г. Москва) выделены средства из федерального бюджета на бурение параметрической скважины «Курган-Успенская-1» с целью изучения палеозойских отложений ДФ.
На защиту выносятся следующие положения:
для картографирования глубинных геоструктур целесообразно использовать разработанную методику космогеологических исследований, основанную на комплексировании результатов визуального дешифрирования КС в широком диапазоне электромагнитных волн и интерпретации гравитационных аномалий и сейсмических поверхностей;
усовершенствованная методика автоматизированного дешифрирования космических материалов (коэффициент спектральной яркости и статистические характеристики ЗП в оптическом диапазоне, температура, конвективный тепловой поток и другие тепловые характеристики ЗП в дальнем инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ) с привлечением распределений физических свойств верхней части земной коры, на основе эталонной классификации всех параметров позволила с высокой степенью достоверности выявлять нефтепер-спективные участки и площади;
применение разработанной малозатратной методики комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса, включающей интерпретацию космических и геофизических данных при диагностике нефтегазоносное глубинных геоструктур, позволяет эффективно (верификация геохимической съемкой или бурением) и в короткие сроки обосновывать местоположение новых нефтегазоносных районов на исследуемых территориях.
Апробация работы. Основные положения, выводы и практические рекомендации по теме диссертации докладывались и обсуждались на многочисленных международных симпозиумах, всероссийских, академических, научно-технических конференциях и научно-практических совещаниях, включая: Международный симпозиум «Тепловая эволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами» (Москва, 1989 г.); II Международный геофизический конгресс Казахстана (Алма-Ата, 1998 г.); Международный симпозиум «Тепловое поле Земли и методы его изучения» (Москва, 1998, 2002 гг.); XIV и XVII Международные симпозиумы «Дистанционные исследования в развитии стран Ближнего Востока» (Дамаск, Сирия, 2004, 2010 гг.); Международная конференция ЕАГО геофизиков и геологов (Париж, 2004 г., Тюмень, 2007 г.); Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2006» (Новосибирск, 2006 г.); Между-
народная конференция «Энергоресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России» (Тюмень, 2001 г.); Международная академическая конференция «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2008, 2009 гг.); Международный нефтяной форум (Тюмень, 2010 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века» (Санкт-Петербург, 2000 г.); Научно-практическая конференция «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО» (Ханты-Мансийск, 2001, 2003, 2005, 2006, 2007 гг.); Всероссийская научная школа-семинар «Новые методы высокопроизводительных вычислений в геофизике» (Новосибирск, 2009 г.); VII и VIII Всероссийские конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2009,2010 гг.).
По теме диссертации опубликовано 37 (из них 24 - в соавторстве) научных работ, в том числе 5 статей - в реферируемых изданиях, входящих в Перечень изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и списка использованных источников, включающего 98 наименований, в том числе 31 на иностранных языках. Общий объем работы составляет 139 страниц, включая 60 рисунков, 10 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность за методические рекомендации и научные консультации при написании диссертации научному руководителю -доктору технических наук Каленицкому Анатолию Ивановичу - советнику при ректорате ГОУ ВПО «СГГА» по науке.
Автор благодарит за постоянную поддержку и ценные советы заведующего лабораторией термодинамики природных и антропогенных воздействий НИЦЭБ РАН (г. Санкт-Петербург) - кандидата геолого-минералогических наук Горного В.И. и всех сотрудников этой лаборатории.
За помощь в проведении исследований, методическое и техническое сопровождение работы автор выражает признательность ведущему инженеру Научно-исследовательского института гидрогеологии и геотермии (НИИГИГ) Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ) Мартынову О.С. и старшему инженеру Западно-Сибирского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики (ЗСФ ИНГГ) СО РАН (г. Тюмень) Кудрявцеву А.Е.
