СПОСОБ ПОИСКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2002 года по МПК G01V9/00 

Предлагаемое изобретение относится к области обнаружения скрытых масс, а именно к атмогеохимическим способам поисков месторождений полезных ископаемых, и может найти применение при прогнозировании и поисках месторождений полезных ископаемых, преимущественно месторождений углеводородов, а также при выявлении и изучении геологических структур.

Известны атмогеохимические (газовые, газометрические) способы поисков месторождений нерудных и рудных полезных ископаемых [1].

Сущность этих способов заключается в следующем. На первом этапе посредством геофизической разведки и структурно-геологических исследований в пределах нефтегазоносной или рудоносной площади выявляют участки, на которых с учетом конкретной геологической и ландшафтно-геохимической обстановки известны или возможны газопроявления в виде отдельных выходов природных газов или газовых ореолов рассеяния. На втором этапе производится отбор проб газа, мигрирующего из недр к поверхности земли в свободном состоянии, с флюидами или водой. На третьем этапе проводят количественный и вещественный анализ состава газа. По результатам анализа составляют карты, планы и другую геологическую документацию, судят о наличии в недрах земли месторождения полезного ископаемого и определяют места заложения буровых поисково-разведочных скважин.

По методу отбора газовых проб различают следующие модификации атмогеохимических способов: атмосферная, свободногазовая, подземно-воздушная, почвенно-воздушная, подпочвенно-воздушная, водно-газовая и некоторые другие. При этом отбор газа может производиться из приземных слоев атмосферы, буровых скважин, образцов (керна) горных пород, бурового раствора, пластовых флюидов, воды и т.п. [2].

Несмотря на эффективность применения атмогеохимических способов для поиска месторождений нефти, газа, ртути, мышьяка и ряда других полезных ископаемых, эти способы имеют существенный недостаток.

Он заключается в следующем. Атмогеохимическая съемка производится, как правило, на значительной по площади территории, измеряемой многими десятками и сотнями квадратных километров. Отсюда значительные затраты времени и средств на отбор проб газа. Кроме того, как показывает практика из-за недостатка данных для прогнозирования газопроявлений, большой процент взятых проб газа не оказывает какого-либо влияния на конечные результаты газовой съемки, что удорожает поисковые работы.

При поиске месторождений нефти и газа довольно широкое распространение получила одна из модификаций атмогеохимических способов, при котором пробы нефтяного или природного газа отбирают из мелких скважин [3]. С этой целью сначала посредством геофизических и структурно-геологических исследований выявляют площади, на которых возможны выходы газа из недр на поверхность земли. Затем пo заданной геометрической сетке бурят определенное количество скважин глубиной до 25-30 м и специальным газоотборником производят забор газа, поступившего в скважину из горных пород ее стенок и забоя. Собранный газ подвергают вещественному и количественному анализам на переносном газоанализаторе либо в специализированной газохимической лаборатории. На основании результатов анализа строят карты и планы, делают прогноз относительно нахождения в недрах земли залежи полезного ископаемого и планируют буровые поисково-разведочные работы.

Недостатками вышеприведенного способа являются:
- значительные трудовые и финансовые затраты, связанные с необходимостью проведения большого объема буровых работ;
- сложность использования в труднодоступной местности, к примеру, в нефтегазоносном регионе Томской области, в условиях таежно-болотисто-озерной местности, применение этой разновидности атмогеохимического способа крайне затруднено, а зачастую практически невозможно.

Поставлена задача расширить территориально область применения атмогеохимического способа поиска месторождений полезных ископаемых и снизить трудовые и финансовые затраты на его проведение.

Поставленная задача решена следующим образом.

В период ледостава производят оптическую фиксацию ледовой поверхности непроточных и слабопроточных водоемов и выявляют места скопления газовых образований под льдом. Отбирают пробы газа из оледеневших газовых образований и проводят вещественный и количественный анализы газа. По вещественному составу газа и площади, занимаемой газовыми образованиями под ледовым покровом водоемов, делают вывод о наличии в недрах земли залежи полезного ископаемого и выбирают места заложения буровых поисково-разведочных скважин.

Далее сущность изобретений поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - схема реализации предлагаемого способа поиска месторождения полезного ископаемого;
на фиг. 2 - схема расположения подледных газовых образований в системе водоемов;
на фиг. 3, 4 и 5 - фотографии участков ледовой поверхности протоки реки Оби с "прилипшими" к нижней поверхности ледового покрова единичными газовыми пузырями и скоплениями (агрегатами) газовых пузырей;
на фиг. 6 - перспективная фотография ледовой поверхности протоки реки Оби в районе Трубачевского газопроявления на участке интенсивного выхода газов.

Природные газы 1, выделившиеся из залежи 2 полезного ископаемого, по зонам разломов и смятия, трещинам и межпластовым контактам горных пород, в свободном состоянии или с пластовыми флюидами и подземными водами мигрируют в верхние слои литосферы (фиг. 1). Если на пути движения газов находятся непроточные (озеро, старица, пруд) водоемы или слабопроточные (речной затон, боковая протока реки, родник) водоемы 3, покрытые льдом 4, то под ледовым покровом водоема накапливаются газовые образования 5 в виде отдельных пузырьков и пузырей и их скоплений (агрегатов). Указанные подледные газовые образования при визуальном наблюдении и оптической фиксации, например при фотосъемке, выделяются светлыми тонами на более темном фоне ледового покрова водоема.

На этих закономерностях и основан предлагаемый способ поиска месторождений полезных ископаемых.

Способ осуществляется следующим образом.

В начальный период ледостава, когда толщина льда на непроточных и слабопроточных водоемах составляет 5-20 мм, а ледовый покров водоемов не закрыт снегом, производят оптическую фиксацию поверхности исследуемой площади, на которой отмечены или возможны газопроявления. Для этой цели используют любые летательные аппараты 6 (ИСЗ, самолеты, вертолеты, дельтапланы, дирижабли и т.п.), оснащенные фиксирующей (регистрирующей) аппаратурой 7 (фото-кино-видео и другие оптические приборы). На белом снежном покрове 8 более темным фоном четко выделяются ледовый покров 4 водоемов 3 (фиг. 1, 2). В свою очередь, в пределах водоема по более светлому тону выделяются газовые образования 5 под льдом 4.

Здесь следует отметить, что если позволяет местность, то можно использовать наземные средства наблюдения и фиксации при выполнении пешеходных маршрутов, в том числе и визуальные методы.

Так как атмогеохимическая съемка обычно проводится на значительной территории, измеряемой десятками и сотнями квадратных километров, на которой находится некоторое количество водоем, то анализ тонов ледового покрова позволяет установить наличие и закономерность распределения подледных газовых образований в пределах исследуемой площади. Это проиллюстрировано на фиг. 2, где водоемы изображены в виде окружностей 4 и выделяются на снежном фоне 8 исследуемой площади. Участки водоемов с газовыми подледными образованиями 5, в свою очередь, выделяются более светлым тоном на темном фоне льда 4 водоема 3. Пользуясь математическими методами обработки площадного распределения газопроявлений, можно составить соответствующие карты и планы и выявить участки с аномально высокими выходами природных газов.

После того, как выявлены водоемы и участки водоемов с подледными газовыми образованиями, из обледеневших газовых пузырей отбирают пробы газа и проводят его вещественный анализ. При этом устанавливают компонентный состав и генезис газа. Это дает основания предполагать о наличии в недрах земли залежи того или иного полезного ископаемого или искомой геологической структуры. Далее, с учетом данных геофизической разведки и геолого-структурных исследований намечают точки заложения буровых поисково-разведочных скважин.

Практическая возможность реализации предлагаемого способа поиска месторождений полезных ископаемых доказана полевыми исследованиями, проведенными специалистами ОАО "Востокгазпром" и Томского политехнического университета. Время проведения исследований - середина ноября 1999г., место проведения - Трубачевское газопроявление в Шегарском районе Томской области (газопроявление территориально находится южнее группы Северо-Васюганских газонефтеконденсатных месторождений), объект исследований - боковые протоки реки Оби. Ландшафтно-климатическая обстановка: поверхность земли покрыта слоем снега толщиной 5-10 см, ледовый покров проток свободен от снега, толщина льда на протоках - около 1 см, среднесуточные температуры воздуха -10-15^oС.

Исследованиями установлено следующее.

Пузырьки и пузыри газа диаметром от 1 - 5 до 50 и более мм, поднимаясь с дна протоки, достигают нижней границы ледового покрова водоема и "прилипают" ко льду. При этом мелкие пузыри газа довольно быстро обрастают ледовой оболочкой. У более крупных пузырей по их периметру образуются ледяные наросты в виде стенок и газ как бы попадает в ловушку. За счет этого газовые пузыри закрепляются на ледовом покрове в местах их выхода со дна водоема. Наличие подледных газовых пузырей легко устанавливается по более светлому тону на темном фоне льда (фиг. 3). Всплывающие со дна водоема новые газовые пузыри также "прилипают" к свободной поверхности ледового покрова, либо накладываются на обледеневшие пузыри. С течением времени образуются большие пузыри и скопления (агрегаты) пузырей, разделенные ледяными перегородками (фиг. 4 и 5). На участках водоема с сильными газопроявлениями значительная часть ледового покрова окрашивается в светлые тона, что свидетельствует о накоплении большого количества газа. На фиг. 6 приведена фотография одной из проток р. Оби, 850-ти метровый участок которой под ледовым покровом содержит практически сплошной слой газа. Очевидно, что на этом участке водоема, протянувшегося в общей сложности на несколько километров, имеет место интенсивный выход подземных газов.

С целью определения вещественного состава газа были взяты образцы (сколы) льда с оледеневшими газовыми пузырями. Химический анализ отобранных проб газа показал, что он состоит, в основном, из метана с примесями углеводородов нафтенового ряда. В состав газа пузырей входят также двуокись углерода и воздух. Для уточнения генезиса газа хроматографическому анализу была подвергнута радужная (нефтяная) пленка, отложившаяся в прибрежной полосе протоки. Анализы показали, что вещество пленки соответствует нафтеновым углеводородам палеозойского возраста. Исходя из этого сделан вывод, что Трубачевское газопроявление вызвано выходом природного газа из находящегося в недрах земли газоконденсатнонефтяной залежи, аналогичной Мыльджинскому и Северо-Васюганскому газоконденсатнонефтяным месторождениям. На основании проведенных исследований поставлен вопрос о целесообразности проведения в районе Трубачевского газопроявления разведочных буровых работ.

Таким образом, проведенными полевыми исследованиями установлено, что
- выходы природного газа из недр на поверхность земли, скапливающегося под ледовой поверхностью непроточных и слабопроточных водоемов, выявляются визуально или посредством фотосъемки ледового покрова водоема, а по площади, занимаемой подледными газовыми образованиями, можно судить об интенсивности выхода газа в отдельных водоемах и на конкретных участках их дна;
- отбор газа для проведения химического анализа на предмет вещественного состава и генезиса газа можно производить из обледеневших подледных газовых образований.

Все это свидетельствует о практической возможности реализации предлагаемого способа поиска месторождений полезных ископаемых, в частности месторождений нефти и газа.

Предлагаемый способ поиска месторождений полезных ископаемых, основанный на атмогеохимической съемке, обладает следующими преимуществами:
- территориально расширяется область применения атмогеохимических методов съемки за счет возможности их использования в труднодоступной местности, например в условиях таежно-болотистого ландшафта;
- способ позволяет значительно снизить трудовые и финансовые затраты на проведение геолого-поисковых работ благодаря отсутствию необходимости проходки газозаборных буровых скважин.

Источники информации
1. М. А. Карасик и др. Атмогеохимические методы поисков рудных месторождений. М.: Недра, 1986.

2. Техника и технология отбора проб, применяемых при геохимических исследованиях на нефть и газ. Обзорная информация. Серия "Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства". Мингеологии СССР, ВИЭМС, 1983.

3. В.А. Алексеенко. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Высшая школа, 1989.

Использование: при поисках месторождений полезных ископаемых, а также для выявления и изучения геологических структур. Сущность: в период ледостава производят оптическую фиксацию ледовой поверхности непроточных и слабопроточных водоемов и выявляют места скопления газовых образований под льдом, являющихся результатом выхода природных газов из недр на поверхность земли. Отбирают пробы газа из оледеневших газовых скоплений, контролируемых ледяными ловушками, сформированными дискретным потоком газа, и проводят вещественный и количественный анализ газа. По вещественному составу газа и площади, занимаемой газовыми образованиями под ледовым покровом водоемов, делают вывод о наличии в недрах земли залежи полезного ископаемого и выбирают места заложения буровых поисково-разведочных скважин. Технический результат: территориальное расширение области применения атмогеохимических методов съемки за счет возможности их использования в труднодоступной местности, например в условиях таежно-болотистого ландшафта, снижение трудовых и финансовых затрат на проведение геолого-поисковых работ благодаря отказу от использования газозаборных буровых скважин. 6 ил.

Способ поиска месторождений полезных ископаемых, заключающийся в том, что в пределах исследуемой площади, перспективной для поиска месторождения полезного ископаемого, выявляют участки выхода природных газов из недр на поверхность земли, отбирают пробы газа и проводят его вещественный и количественный анализ, отличающийся тем, что в период ледостава производят оптическую фиксацию ледовой поверхности непроточных и слабопроточных водоемов, расположенных на участках газопроявлений, выявляют места скопления газовых образований под ледовым покровом, отбирают для анализа пробы газа из сформировавшейся за счет дискретного поступления из недр газа ледяной ловушки, по форме соответствующей брахиантиклинальной структуре, и по вещественному составу газа и площади газовых образований делают вывод о наличии в недрах земли залежи полезного ископаемого и выбирают места заложения буровых поисково-разведочных скважин.