Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние методологии исследования геологической среды с применением эманацноппых технологий
1.1. Геолого-геофизические предпосылки использования радонового эманационного метода при мониторинге геодинамических процессов и
картировании структурных неоднородностей чехла осадочных отложений 9
1.2. Краткий обзор развития и современного состояния аппаратурно- методических разработок радонового эманационного метода. Исследования геоструктурных и геодинамических особенностей геологической среды радоновым методом 12
1.3.. Водородный эманационныи метод исследования геологической среды и мониторинга геодинамических процессов. Аппаратура и методика водородометрических исследований 19
1.4. Прочие методы геофизического мониторинга геоструктурных образований 26
Глава II. Современные геодинамические процессы на Восточно-Европейской платформе и геоструктурные особенности исследуемых природных объектов 32
2.1. Территория Касимовского подземного хранилища газа (КПХГ) 36
2.2. Территория Пелагиадинского подземного хранилища газа (ППХГ) 40
2.3. Территория Щелковского подземного хранилища газа (ЩПХГ) 46
2,4. Структурно-тектоническое строение территории Московского мегаполиса 48
Глава III. Результаты площадного картирования и комплексных исследований геодеформационных процессов на территориях природных объектов
3.1, Комплексные эманационные исследования геоструктурпых неоднородностей и анизотропных свойств пород на территории Щелковского подземного хранилища газа 54
3.2. Комплексные геофизические исследования на площади Касимовского подземного хранилища газа 64
3.3. Результаты комплексных исследований Пелагиадинской газоконденсирующей структуры 80
3.4. Результаты комплексных исследований и мониторинга геодеформа ционных процессов на территории Московского мегаполиса 103
3.5. Комплексный анализ природы аварий на линиях газопроводных сетей в пределах Восточно-Европейской платформы 128
Заключение 135
Список литературы
- Краткий обзор развития и современного состояния аппаратурно- методических разработок радонового эманационного метода. Исследования геоструктурных и геодинамических особенностей геологической среды радоновым методом
- Водородный эманационныи метод исследования геологической среды и мониторинга геодинамических процессов. Аппаратура и методика водородометрических исследований
- Территория Пелагиадинского подземного хранилища газа (ППХГ)
- Комплексные геофизические исследования на площади Касимовского подземного хранилища газа
Введение к работе
Изучение современных геодинамических процессов, вызывающих катастрофические последствия, является одним из приоритетных направлений в науках о Земле и важной научно-технической проблемой промышленного и гражданского значения. Интенсивное техногенное воздействие на геологическую среду приводит к ускоренной деградации и нарушению равновесия в установившихся комплексах горных пород. Это определяет актуальность исследований зон геоэкологического риска, прогнозирования природных катастроф и разработки мер по уменьшению наносимого ими ущерба.
Техногенное воздействие объектов экологического риска (АЭС, ГЭС, нефтеперерабатывающие заводы и т.д.) на геологическую среду может активизировать локальные геодинамические явления (оползни, карстообразование, горные удары, наведенную сейсмичность и т.д.), вызывая технологические и экологические катастрофы. Прогрессирующее техногенное воздействие человека на верхние геосферы твердой Земли оказывает влияние на устойчивость геологической среды. В этой связи все более актуальными становятся работы, связанные с изучением флюидообменных процессов в литосфере и приземном слое атмосферы.
Флюидные системы, находясь в непрерывном движении, участвуют в перераспределении напряженно-деформированного состояния земной коры. Они определяют современную активность разломов, расположенных в сейсмоактивных и платформенных областях. Активизация флюидодинамических процессов вызывает интенсивное изменение физических и химических свойств среды, способствует повышенному тепло- и флюидопереносу и фиксируется значительными аномалиями геофизических и эманационных полей.
Среди современных методов исследования флюидо-динамических процессов земной коры наиболее эффективным является радоновый эманационный мониторинг. В последнее время начинает внедряться в практику полевых измерений новый водородный метод. Комплексное применение эманационных (радонового и водородного) и некоторых геофизических методов позволило решить задачи, поставленные в диссертационной работе.
Целью работы являлось изучение пространственно-временных вариаций радоновых и водородных эманационных полей в осадочном чехле над погребенными техногенно нагруженными геоструктурными образованиями.
Основными задачами исследований являлось:
изучение возможностей эманационных (радонового и водородного) методов при картировании разуплотненных и литологически дифференцированных пород осадочных отложений над некоторыми погребенными геоструктурами;
изучение особенностей формирования анизотропии проницаемости осадочных отложений над изучаемыми структурами с использованием эманационных съемок;
3) изучение вариаций эманационных полей в условиях разрывных структур
осадочного комплекса техногенно нагруженной геологической среды мегаполиса.
Научная новизна заключается в том, что впервые в практике эманациоипых (радоновых) измерений осуществлено целенаправленное картирование геодинамически активных зон на площадях подземных хранилищ газа (ПХГ) (Московской и Рязанской областей, Ставропольского края) и на территории мегаполиса в комплексе с водородометрическим и сейсмоэмиссионным методами.
Установлена связь аномалий эманационных полей над флгоидопроводящими каналами геодинамических зон с процессами генерации и рассеяния в них сейсмических шумов.
Осуществлен комплексный (сейсмоэмиссионный и эманациопный) мониторинг геодеформационных процессов в зоне динамического влияния геоструктурного образования на территории г. Москвы. Оценены влияние геодеформационных процессов на рассеяние городского сейсмического шума и влияние последнего на вариации эманационных полей.
В результате анализа геодинамических процессов и данных по авариям на линиях газопроводных сетей, установлена связь аварий на газопроводах с геодеформационными процессами и структурно-тектоническими особенностями платформы.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработаны и внедрены в практику геологоразведки технологии поиска зон геоэкологического риска и мониторинга геодеформационных процессов эманационпыми и сейсмоэмиссионным методами на территориях городских агломераций и объекгов нефтегазовой отрасли.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В зонах геодинамической активности осадочного чехла формируются
флгоидопроводящис каналы, которые проявляются в эманационных и
сейсмоэмиссионных полях. Эти каналы являются источником повышенного
геоэкологического риска на территориях объектов гражданского и промышленного
назначения.
2. Анизотропия осадочных пород отображает пространственную ориентацию
основных геоструктурных элементов региона. Сформированная под влиянием
современных геодеформационных процессов она проявляется в данных радиалыю-
азимутальных эманационных съемок.
3. Мониторинг эманационных и сейсмоэмиссионных полей во
флюидопроводящих каналах геодинамически активных зон позволяет контроли
ровать локальные и региональные геодеформационные процессы. Изменение
интенсивности эманационных полей определяется реакцией структурных элементов
геологической среды на геодеформации разных иерархических уровней.
Представление результатов и обсуждение основных положений диссертационной работы и ее отдельных частей проходило на: Международных конференциях «Риск-2000», «Риск-2003» (Москва); Международной геофизической конференции посвященной 300-летию горно-геологической службы (Санкт-Петербург, 2000г.); Международной конференции «Прогноз нефтегазоносное фундамента молодых и древних платформ» (Казань, 2001г.); Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2001г.); иа сессии IV уральской молодежной научной школы по геофизике (Пермь, 2003г.); годичной сессии научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (Москва, 2001г.).
По основным результатам диссертации опубликовано 21 статей в сборниках трудов научных конференций, в ведущих журналах, а также написаны главы в трех научно-производственных отчетах.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Первая глава посвящена развитию и использованию в геологоразведке эманационных (радонового и водородного) и некоторых геофизических методов. Приводится краї кий обзор развития и внедрения новых разработок радонового и водородного методов, а также описание аппаратурно-методических решений, используемых при исследовании выбранных объектов промышленного и гражданского назначения.
Во второй, на основе литературных данных, анализируется современное геодинамическое состояние платформы и приводится геолого-тектоническое описание изучаемых территорий. Дается краткая характеристика особенностей формирования структурных ловушек, используемых под газохранилища, и коллекторских свойств их породного комплекса.
В третьей, проводится анализ полученных данных комплексных эманационных и сейсмоэмиссионных исследований, используемых при построении физико-геологических моделей (ФГМ) исследуемых территорий. Приведенные результаты компьютерных обработок экспериментального материала, отображают структурные и геодинамические особенности исследуемых природных объектов.
Результаты, изложенные в диссертации, получены соискателем самостоятельно или на равных правах с соавторами.
Автор глубоко благодарна научным руководителям д.г.-м.н Войтову V.V, и д.ф.-м.н. Рудакову В.П., за помощь в выполнении исследований и обсуждении результатов. Искренне признательна за сотрудничество, ценные советы и консультации при написании диссертационной работы д.т.н. Николаеву И.П., д.г.-м.н. Сывороткину В.Л., к.ф.-м.н. Цыплакову В.В., сотрудникам ВНИИГАЗа к.т.н. Есикову А.Д., к.г.-м.н. Гончарову B.C. и к.т.н. Ракитиной Г.С. Автор благодарит сотрудников ИФЗ РАН и товарищей по работе за постоянное внимание, поддержку и помощь.
Основные термины используемые в диссертационной работе
В различных литературных источниках термин «флюид» имеет несколько определений. В представленной работе Флюид (от лат. fluidus - текучий) - жидкие и газообразные компоненты, циркулирующие в земных глубинах (Новый энциклопедически словарь. - М., 2001.)
Флюидопроводящий канал - линейно-вьітяігутая, вертикально-восходящая зона | пород осадочных отложений, разуплотненных геодеформационными процессами, насыщенная флюидами (формулировка В.П. Рудакова).
Понятие «Физико-геологическая модель» (ФГМ) имеет достаточно строіую формулировку и включает определенные требования к описанию модели (Тархов А.Г. и др. Комплексирование геофизических методов. - М., 1982). Но для характеристики, проводимых в работе исследований, автор использует более упрощенную трактовку, ФГМ - обобщенное и формализованное представление об основных геологических и геодинамических особенностях объекта. Формализованное -наиболее приближенное к реальному состоянию объекта исследования.
Построение модели осуществлялось на участках, с достоверно изученной геологической компонентой, подтвержденной бурением. В качестве геофизических компонент для описания модели использовались данные эманационных и сейсмоэмиссионных измерений, химический и изотопный состав газов, а также результаты обработки данных современными компьютерными технологиями (в частности программным комплексом «Koskad»),
«Koskad» - комплекс цифровой обрабогки и спектрально-статистического анализа геофизических наблюдений (разработка МГРУ под руковод. проф. Никитина А.А.).
Эманационный метод - метод исследования поведения в природных средах радиоактивного газа радона. В представленной работе под эманационным, также понимается новый, водородометрический метод, имеющий схожие характеристики, 1
Краткий обзор развития и современного состояния аппаратурно- методических разработок радонового эманационного метода. Исследования геоструктурных и геодинамических особенностей геологической среды радоновым методом
В практике геологоразведочных работ радоновый эманационный метод применяется с 20-х годов, как наиболее глубинный и высокочувствительный из геофизических методов. В эти же годы было установлено, что метод позволяет «обнаруживать» тектонические разломы, перекрытые слоем осадочных отложений, мощностью до первого десятка метров.
Наибольший вклад в разработку теоретических и прикладных основ метола внесли А.Г.Граммаков, В.И.Баранов, В,Л.Шашкин,Ю.П.Булашсвич, И.М.Хайкович, П.И.Тверской, Л.В.Горбушина, А.С.Сердюкова, и др. [17, 18, 30, 54, 126]. Ими были заложены основы, на которых строятся все современные радоновые исследования. Согласно классической теории эманационной съемки, хорошо объясняющей модели образования радоновых аномалий над радиоактивными рудными телами, глубинность метода не превышает 8 м [57, 143].
В сферу сейсмопрогностических исследований, радоновый метод начали внедрять после Ташкентского землетрясения (1966 г.), когда были обнаружены прогностические свойства радона. С этого времени начинается период активных исследований по поиску прогностических параметров в геохимических, геофизических и гидродинамических полях сейсмоактивных областей - Средней Азии, Туркмении, Камчатки, Западной Ферганы, Крыма, Армении и других регионов [1, 2, 4, 14, 15, 21, 25, 33, 38, 40, 41, 52, 55, 63, 67, 101, 124, 127, 133, 147, 153, 158, 160, 162, 163, 166, 168, 181, 182, 187, 192, 193]. В результате этих исследований были установлены связи пространственно-временных аномалий подпочвенного радона с геодинамическими процессами, что способствовало вовлечению метода в сейсмологию, вулканологию и инженерную геофизику, с целью изучения геодинамики и катастрофических явлений. В значительной степени это направление разрабатывала Л.В.Горбушина, которая совместно с Ю.С.Рябош-таном, используя традиционный вариант профильной эманационной съемки, установила связь поля подпочвенного радона с проявлением региональных геодинамических процессов [54, 55].
В дальнейшем было показано, что естественные и техногенные деформации земной коры приводят к значительным изменениям концентрации эманации в приповерхностном слое горных пород. На основании этого радоновый метод стали использовать для изучения нарушений геологической среды, вызванных инженерной деятельностью человека [11, 72, 105, 107, 120, 122].
Изучением приливных вариаций эманационных полей радона занимались многие советские и зарубежные ученые, которые показали, что приливные деформации вызывают колебания уровня подземных вод, объема порового пространства, его конфигурацию и флюидного режима наиболее проницаемых зон [52, 55, 85, 87, 123, 153, 167, 186, 189, 193]. Рудаковым В.П., в работах [129 - 132] было установлено, что изменение напряженно-деформированного состояния горных пород, происходит под влиянием глобальных волновых гсодеформационных процессов. Особую роль играет сезонная геодеформационная волна, которая, распространяясь в земной коре со скоростью 7км/сут., определяет динамику сезонного хода эманационных полей в регионе [10, 130]. Гипотетическая модель переноса радона при глобальных геодеформационных процессах связанных с изменением ротационного режима Земли рассматривалась также И.Н.Анохиным. Он предположил, что сжатие тектонических зон приводит к интенсивному выделению радона из закрывающихся микротрещин и пор, а растяжение к уменьшению плотности потока, вследствие засасывания атмосферного воздуха по шюпь открывающимся трещинам [11].
Установленные в результате многочисленных экспериментальных исследований связи пространственно-временных характеристик подпочвенного радона с глобальными геодинамическими процессами, в том числе в асейсмических районах [11, 36, 73, 85, 131], повлекли массовое использование радонового метода в разных отраслях промышленного производства.
В насгоящее время эманационный радоновый метод используется в нефтегазопоисковых исследованиях. Поведение и распределение естественных эманации радона в органоминеральном слое и пластовых водах нефтегазоносных структур, позволяют получать информацию о характере их формирования и условиях залегания. Также вариации эманации способствуют выделению тектонически разуплотненных зон, пересекающих геологические структуры [48, 62, 115, 116, 119, 144, 157]. Исследованиями распределения радона в пластовых водах нефтяных и газовых залежей установлено, что его концентрация в водах нефтяных залежей содержится на порядок выше (до 10 8 г/л), чем в газовых [65].
Водородный эманационныи метод исследования геологической среды и мониторинга геодинамических процессов. Аппаратура и методика водородометрических исследований
Природные газы, являясь наиболее динамичной составляющей флюидов земной коры, остро реагируют на изменение физико-химических условий эндогенной и экзогенной природы. Из всего состава природных газов наибольший интерес представляет водород, который является главным энергетическим фактором всех природных процессов.
Водород - первый, наиболее легкий и простейший элемент периодической системы В.И. Менделеева с атомным номером 1 и массой 1,00797. При обычных условиях водород - газ, не имеющий вкуса, цвета и запаха. Он в 14,32 раза лспге воздуха, а его плотность составляет 0,089870 г/л. Водород был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавепдиш Г. установил его физико-химические свойства и указал на отличия от других газов, Лавуазье А. первым в 1783 г. получил водород из воды. Свойства водорода довольно хорошо изучены и представлены в работах [35, 44, 49, 82, 86, 88, 150, 178].
Водород имеет три изотопа: протий (Н1), дейтерий (D, или Н2) и тритий (Т, или II ), с массовыми числами 1, 2 и 3, соответственно. Протий и дейтерий -стабильные изотопы, тритий — радиоактивный изотоп с периодом полураспада 12,3л.
Среднее время жизни молекулы водорода в атмосфере Земли составляет порядка 3-5 лет, а весь водородный ресурс атмосферы Земли обменивается за время менее 1 млн. лет. Под действием солнечного излучения пары воды разлагаются на водород и кислород со скоростью около 7,7-10" 6 моль НаО в секунду [141].
Водород весьма широко распространен в природе в виде соединений, а в свободном состоянии встречается лишь в незначительных количествах в природных газах, в растворенном виде в подземных водах и в сорбированном состоянии в горных породах. В химических реакциях обладает большой подвижностью и является главнейшим минерал о- и породообразующим элементом земной коры. Входит в состав глин, воды, каменного и бурого угля, нефти, природных газов и минералов, а также содержится в растительных и животных организмах [86, 88].
Содержание водорода в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет 1%, в морской воде 10,72 %, в воздухе 3-Ю 6 %, в природных газах от тысячных долей до 60 % и более. В ископаемом органическом веществе содержание Нг существенно зависит от его генетического типа и колеблегся от 5,5 % для гумусовых разностей до 24 % в природном газе [146, 150]. Наиболее высокое содержание Н2 харакггерно для вулканических, фумарольных и других глубинных газов, выделяясь вместе с которыми улетучивается за пределы атмосферы Земли. В космосе, водород является главным и самым распространенным элементом, присутствуя в атмосфере ряда планет, в кометах, газовых туманностях и межзвездном газе [63, 86].
Основным источником свободного водорода в земной коре является вода, взаимодействующая в условиях высоких температур с низшими окислителями металлов. Возможно, также образование части свободного водорода при биогенном или радиоактивном разложении органического вещества пород, а в некоторых случаях может иметь техногенное происхождение [35, 88].
Существование водорода в атомарном состоянии длится очень короткое время. Обладая повышенной химической активностью, по сравнению с молекулярным, он является сильным восстановителем и сразу вступает в химические реакции. Активное взаимодействие практически со всеми металлами и уникальная растворимость, позволяет водороду диффундировать через них. Химическое взаимодействие водорода с различными элементами, приводит к образованию качественно новых соединений - гидридов [49, 150].
Отличительной чертой Нг, является исключительно высокая теплоемкость, которая позволяет его использовать в некоторых технологических процессах в качестве теплоносителя. В связи с этим качеством объясняется механизм формирования экстремальных тепловых потоков в мантии Земли. Еще в 30-е годы Вернадский В.И. подчеркнул глубинное происхождение водорода и избирательную миграцию его по более прогретым зонам [35, 86].
Вследствие своего физического состояния Н2 обладает высокой способностью к миграции, которая происходит за счет диффузии, пластовой и вертикальной миграций. Пластовая миграция, протекающая вследствие всплывания газа в крупнопористых породах, играет важную роль в образовании газовых и нефтяных залежей. Диффузионная миграция имеет большое значение в образовании водных и газовых растворов, движение которых обуславливает перемещение газа. Значение коэффициента диффузии для различных осадочных пород имеет довольно широкий диапазон, от 10"6 до 10"9 см2/сек [146]. В ассоциациях с другими газами водород выноситься в приповерхностную атмосферу также за счет субвертикальных потоков локализующихся в тектонически ослабленных зонах.
Интенсивность и масштабы миграции Нг четко обусловлены сейсмической активностью геоструктурных образований [42, 70, 112, 116, 136, 154, 161]. Например, в пределах Тырнаузского глубинного разлома в составе природных газов было найдено 83,8 % Нг, также он обнаружен и в зонах тектонических нарушений, горных выработках рудников Хибин, Кривого Рога и Печенгской структуры [79, 164]. Чрезвычайно высокие содержания водорода в природных газах обнаружены в Южной Африке, Канаде, Австралии, Скандинавии и Исландии.
В зонах современного вулканизма, водород является основным компонентом, выделяющихся непосредственно из жидкой лавы в среднем порядка 36 %. Фумаролы в течение года выделяют 1250 тыс.т. хлористого и 200 тыс.т. фтористого водорода [12]. Содержащийся в вулканических газах водород, попадая в атмосферу, окисляется и образует воду. В результате чего по подсчетам Соколова В.Г. [150] за последние 500-600 млн. лет, превратился в 3,6-10 т. воды, что составляет около 0,26 % всей воды, имеющейся сейчас в океанах (1,4-1018 т.).
Территория Пелагиадинского подземного хранилища газа (ППХГ)
Пелагиадинское ПХГ организованное на базе крупного истощенного Ссвсро Ставропольского газового месторождения, введено в эксплуатацию в 1984 г.
Площадь ППХГ приурочена к Ссверо-Ставропольскому куполовидному поднятию, осложняющему Ставропольский свод. Северо-Ставропольское поднятие представляет собой антиклинальную структуру юго-западного - северо-восточного простирания, с размерами в пределах контура газоносности - 33,5x18,5 км и амплитудой платформенного поднятия 280 м. Юго-восточная часть структуры осложнена Пелагиадинским поднятием с размерами по изогипсе (-570 м.)- 16,5x11 км и амплитудой около 125 м.
Характерной особенностью этих поднятий являются широкие своды, пологие крылья и большая площадь, что указывает на незначительную деформацию пород осадочного чехла. Северо-Ставропольское и Пелагиадинское поднятия (рис. 4) представляют собой локальные антиклинальные структуры платформенного липа, разделенные между собой неглубокой седловиной и имеют единую водно-газовую поверхность (рис. 5). Свод Пелагиадинской структуры на 100 м ниже свода Северо-Ставропольского поднятия [7].
Крупных дезъюктивных нарушений в пределах ППХГ не зафиксировано, однако это не означает, что в массиве горных пород они отсутствуют. Об их наличии можно судить по возникшим в последние годы газовым грифонам и по степени появления очаговых зон повышенных значений эман анионных полей.
Геологическая среда. Наиболее древними образованиями, являются палеозойские породы фундамента, предоставленные темно-серыми, твердыми, метаморфизованными сланцами.
Осадочный чехол, общей мощностью в своде струкгуры 1850 м, залегает на складчатом палеозойском фундаменте. Толща осадочных пород, представлена мезокайнозойскими отложениями — песчаником, мергелями, известняком и глиной, кварцевыми песками и гипсом.
Четвертичные отложения, сплошным чехлом покрывают коренные породы по всей площади и представлены супесями и суглинками, на некоторых участках песками. Мощность их колеблется от 5-6 до 60 м, достигая максимальных значений в северной части района. В центральной и южной частях Северо-Ставропольского поднятия мощность четвертичных отложений порядка 14-16 м (рис. 6).
ППХГ, так же как и выработанное Северо-Ставропольское газовое месторождение, относится к типу многопластовых и характеризуется сравнительно неглубоким залеганием продуктивных горизонтов; Имеется два основных объекта хранения газа - хадумский горизонт и зеленая свита, которые существенно отличаются по своим характеристикам и режимам работы [19].
Пласт-коллектор хадумского газового горизонта ППХГ, представляет собой систему часто чередующихся макро-, микропрослоев и линз алевритов и глин, выделяющихся в две основные продуктивные пачки: «алевритовую» и «переслаивания». Коллекторами газа являются алевриты и рыхлые, или слабо уплотненные алевролиты, залегающие среди глин в виде тонких и частных прослоев различной мощности. Средняя эффективная пористость пород-коллекторов для Пелагиадинской площади составляет 18,7%. Обладая более высокими коллек-торскими свойствами, газонасыщенностью до 80-85% и мощностью порядка 100 м, горизонт является основным резервуаром для хранения газа [19].
Газ хадумского горизонта преимущественно метановый (98%), содержание тяжелых углеводородов, С02 и N2 незначительное (С02 - 0,4%, N2 - 0,8%, СН„ 0,08%). Залежь является водоплавающей и контакт газ-вода представляет собой наклонную поверхность, общим наклоном около 50 м. В связи с этим наиболее эффективная мощность хадумского горизонта для Пелагиадинской структуры составляет 44 м, при общей мощности водоносного пласга 100 - 110 м. [7, 164].
В литолого-стратиграфическом отношении, отложения зеленой свиты, имеют четко выраженное двучленное строение. Верхняя часть представлена в основном мергелями и известковистыми глинами с тонкими прослоями глауконитовых песчаников, мощностью около 150 м; нижняя - сложена пссчано-алевролитовыми отложениями.
Газовые залежи газохранилища перекрываются майкопскими отложениями, представленные мощной (от 450 м на своде, до 500-510 м на погружении) толщей плотных, слоистых, темных глин, обладающих различной степенью песчанистости.
Высокая степень анизотропности резервуаров ППХГ, позволяет предполагать о наличие в пласте сложной системы пустот, что подтверждается повышенными значениями пористости. Считается, что возникновение дугообразных зон высокопористых коллекторов обусловлено вторичными процессами разрушения и вымывания глинистого материала под действием циклической геодинамической нагрузки. За счет этого, возможно, и в настоящее время продолжаегся увеличение объема порового пространства.
Закачка и отбор газа, осуществляют с помощью скважин унаследованных от месторождения и сопровождаются деформационными процессами. В связи с этим в центральной части газохранилища обнаружены просадки земной поверхности. Аналитическая оценка просадки составляет 23,7 мм, а фактические данные, полученные в результате геодезического нивелирования, значительно выше [7,64],
Комплексные геофизические исследования на площади Касимовского подземного хранилища газа
Исследования на территории Пелагиадинского ПХГ (ППХГ) были проведены в октябре 2001 г. и июне 2002 г. Работы проводились с использованием накопленного в предыдущие годы (при работах на территориях Щелковского и Касимовского ПХГ) опыта, по расчленению тектонически сложно построенных геологических структур и выделению в их пределах зон повышенной проницаемости геологической среды, в которых концентрируются субвертикальные газовые потоки. Для этого использованы возможности комплекса геофизических и геохимических методов и методик, а эмапационные измерения проводились по системе профилей и площадок.
Комплекс включал эманационные методы (радоновый и водородный), отбор проб природного газа из контрольных и разгрузочных скважин газохранилища. Полученные результаты эманационных съемок подтверждались, проводимым параллельно, измерением потенциала приземного электрического поля (АЭП) с использованием датчика «Полс-2», разработанного и изготовленного ЭПМ ГГО им. А.И. Воейкова, по методике описанной в [173, 174].
Эманационная съемка проводилась по методике, описанной в первой главе и отработанной при исследовании первых двух газохранилищ. Отличием, в измерениях подпочвенного радона, являлось использование эманометра РГА-01 (в место «Радона»), технические характеристики которого, несколько отличаются. Допустимый рабочий диапазон температур окружающей среды от +5С до +50С, относительная ошибка единичного отсчета данных прибора составляет 40 % при работе в диапазоне 10"1 - 10 Бк/л. По ходу выполнения наблюдений в каждой пробе отобранного подпочвенного воздуха, осуществлялось четыре отсчета объемной активности радона, таким образом ошибка в измерениях, снижалась до уровня 20%. Измерительный прибор РГА-01, был отлажен и откалиброван в лаборатории метрологии радиометрических наблюдений ВНИИФТРИ. Для измерения содержания водорода использовался (как и в предыдущих исследованиях) водородный сигнализатор геофизический ВСГ-0], разработанный и откалиброванный в МИФИ.
Схема расположения наблюдательных профилей и площадок на территории Пелагиадинского ПХГ.
Комплексные эманационные наблюдения за изменением концентраций радона и водорода подпочвенного воздуха, проводились на чегырех основных профилях, проложенных равномерно по исследуемой территории, а также на участке ул.Клубничной и двух грифонных площадках. Протяженность первого профиля составила 2000 м, второго - 2400 м, третьего - 2500 м, четвертого - 850 м. Масштаб эманационной съемки на трех профилях составил 100 метров, на четвертом с 1 по 6 пикет - 20 м, с 6 по 23 - 40 м, в связи с особенностью рельефа Из рисунка 27 и данных приведенных в таблице следует, что на фоне средних значений концентрации исследуемых газовых параметров, выделяются участки с повышенными значениями. Аномальными величинами концентрации подпочвенного водорода, характеризуются участки на пикетах 7-Ю, 11-15 и 15-17 на первом профиле (рис. 27а), на пикетах 5-10,17-19 и 21-25 на профиле 2 (рис. 276), на 3 профиле пикеты 1-4, 8-11, 14-16 и 21-25 (рис. 27в), а на 4 профиле выделяются два участка между пикетами 3-10 (140 м.) и 18-20 (рис. 27г).
Наибольшими значениями концентраций подпочвенного водорода характеризуется первый профиль, где максимальное значение достигает 2,5 ррт (9 пикет), при среднем значении 0,53 ррт, а наименьшими - профиль 3, где максимальное значение 1,25 ррт (3 пикет), при среднем 0,37 ррт. На втором профиле максимальное значение составляет 2,08 ррт (9 пикет), при среднем значении 0,66 ррт, а на четвертом профиле зафиксировано самое высокое значение - 18,8 ррт, при среднем значении 2,6 ррт.
Распределение подпочвенного радона на ППХГ неоднозначно и на RCCM протяжении профилей выделяются отдельные участки и точки с повышенными значениями концентрации. Наиболее неравномерным распределением, характеризуется первый профиль, на котором обнаружены отдельные пикеты: 2, 4, 7, 11, 14, 17-21 пикеты (400 м.), с максимальным значением 5,6 Бк/л, зафиксированном на пикете 21 (рис. 27а), при среднем 3,07 Бк/л, на втором - повышенные значения на пикетах 4, 8, 11-12,18-19, 22-25, с максимальным значением 6,4 Бк/л (пикет 12), что превышает среднее значение почти в два раза (рис. 276). Третий и четвертый профили, характеризуются наиболее высокими значениями подпочвенного радона, которые концентрируются в 3 аномальных участка, расположенных на 3 профиле между 1-8, 11-13 и 26 пикетами. Максимальное значение (Стах) зафиксировано па 3 пикете - 18,5 Бк/л, при среднем 7,8 (рис. 27в), а на 4 профиле на пикетах 1-6, 12-13 и 16-17, с Стак= 17,92 Бк/л (2 пикет), что превосходит в четыре раза среднее значение на этом профиле (рис. 27г).
Анализ графиков и нанесение результатов эманационной съемки на карту-схему (рис. 26), свидетельствуют о том, что на исследуемой территории ПХГ существуют три, параллельные друг другу, глубоко проникающие зоны повышенной флюидопроводимости, по которым осуществляется вынос подземных газов в приповерхностные слои грунта и атмосферы (рис. 28).
Ширина выделенных участков примерно одинакова на всех трех профилях и составляет: 1-ой зоны около 300 м, 2-ой зоны - 300-400 м: на I профиле (11-15 пикеты), на 3-ем (8-І 1 пикеты), 3-ей зоны - 200 м (рис. 29).
Не исключено, и даже с большой вероятностью можно предположить, что существует еще ряд флюидопроводящих каналов с интенсивным газообменом, учитывая рельеф и сейсмичность местности.
