Способ оценки возраста и состава пород осадочных бассейнов в арктическом регионе Российский патент 2025 года по МПК G01V11/00 G01V1/38 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области нефтегазогеологических исследований и может быть использовано при оценке возраста и состава пород осадочного чехла малоизученных осадочных бассейнов арктического региона (арктический шельф) по результатам проведенного малоглубинного стратиграфического бурения.

Уровень техники

Оценка возраста и состава пород осадочного чехла является важнейшей частью работ по региональной геологии и оценке перспектив нефтегазоносности изучаемого участка недр. От точности его проведения и полученных результатов зависит качество построения региональных сейсмогеологических и геологических (литолого-фациальная, седиментационная, углеводородных (УВ) систем и др.) моделей и дальнейшая стратегия геологоразведочных работ в пределах изучаемой площади. Осадочные бассейны акваторий арктического региона России являются одними из самых слабоизученных в мире в связи со сложными природно-климатическими условиями (моря покрыты льдом большую часть календарного года, освобождаются от ледового покрова только на короткий период), труднодоступностью (удаленность от береговой линии, крупных поселений, сложная логистика), глубоководными условиями. Имеющиеся геолого-геофизические данные и результаты их интерпретации свидетельствуют о том, что для арктического шельфа характерно развитие крупных бассейнов с мощным осадочным выполнением. Ряд геолого-геофизических и геохимических признаков указывают на их потенциальную нефтегазоносность. Однако без прямых данных морского бурения в пределах акватории невозможно однозначно установить возраст и состав пород осадочного чехла, поэтому долгое время он был дискуссионным и основывался на косвенных данных.

Определение возраста и состава пород осадочного чехла основано на комплексном анализе и интерпретации данных по акватории и континентальному обрамлению, включая результаты предшествующих полевых экспедиционных работ, опубликованные геологические карты России разных масштабов, данные грави-/магнито-/электроразведки, морской сейсморазведки МОГТ-2D и/или МОГТ-3D (метод общей глубинной точки), результаты лабораторно-аналитических исследований отобранных образцов горных пород и кернового материала. На основании полученных данных проводят сейсмостратиграфическое расчленение разреза (выделение сейсмостратиграфических комплексов (ССК)), корреляцию отражающих горизонтов (ОГ) и трассирование тектонических нарушений, реконструкцию палеообстановок осадконакопления, уточняют наличие и распространение в разрезе осадочного чехла элементов УВ-систем -нефтегазоматеринская толща, порода-коллектор, флюидоупор, проводят построение региональных сейсмогеологических и геологических моделей, делают вывод о нефтегазовом потенциале участка недр. При этом на точность определения возраста осадочного бассейна (ОБ) (чехла) влияет множество факторов на всех этапах проводимых исследований осадочных бассейнов, включая этапы проведения сейсморазведки, определения количества и местоположения скважин для стратиграфического бурения, бурения с отбором кернового материала, обеспечивающего проведение необходимого и достаточного комплекса исследований для получения точных данных, по которым может быть сделан вывод о возрасте осадочного бассейна с минимально возможными погрешностями и рисками получения недостоверного результата.

Перечисленные причины диктуют необходимость поиска новых способов проведения исследований с целью оценки возраста и состава пород осадочного бассейна в пределах акваторий морей арктического региона (арктический шельф), содержащих оптимальный комплекс работ, необходимый и достаточный для получения достоверного результата и при этом обеспечивающий возможность проведения геолого-геофизических работ в период полевого сезона, когда акватория свободна ото льда.

Известны различные способы и методы исследования осадочного бассейна, в т.ч. в арктическом регионе. Из уровня техники известен способ построения сейсмостратиграфической модели разреза среды (патент на изобретение RU 2180128 С1), который используют для прогнозирования и разведки нефтяных и газовых месторождений. Для построения модели разреза изучаемой площади проводят на поверхности сейсмические исследования. На основании полученных волновых полей преломляющих и отражающих поверхностей изучаемой площади (методы отраженных волн (MOB) и преломленных волн (МПВ)) проводят сейсмостратиграфический анализ изучаемой территории и всего бассейна в целом. На основании анализа выделяют однородные участки бассейна. Выбор "аналогов" для геологической интерпретации изучаемой площади производят среди изученных бурением площадей по совпадению критериев, полученных МОГТ-2D и МПВ. Проводят анализ и интерпретацию полученных данных и строят по ним сейсмостратиграфическую модель изучаемой площади. Линейные размеры региональной сети профилей для обработки выбирают соизмеримыми с предполагаемой глубиной залегания резервуаров в соотношении 1:10, а на изучаемой площади 1:3. Технический результат известного способа заключается в повышении достоверности, точности и надежности получаемой сейсмостратиграфической модели. Однако описанный выше способ характеризует общие принципы построения сейсмостратиграфической модели в любых условиях и не учитывает специфику морских осадочных бассейнов арктического региона.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения возрастного диапазона и состава пород Северо-Карского осадочного бассейна (Стратиграфическое бурение на севере Карского моря: первый опыт реализации проекта и предварительные результаты, Н.А. Малышев, В.Е. Вержбицкий, М.В. Скарятин, М.Д. Балагуров, Д.В. Илюшин, А.А. Колюбакин, О.А. Губарева, Ю.А. Гатовский, В.Г. Лакеев, Р.В. Лукашев, А.В. Ступакова, А.А. Суслова, В.В. Обметко, Д.К. Комиссаров, Геология и геофизика, 2023, doi: 10.15372/GiG2022131). Известный способ основан на проведении малоглубинного стратиграфического бурения в акватории Карского моря. При этом для уточнения местоположения проектных морских малоглубинных стратиграфических скважин проводят сейсморазведочные работы сверхвысокого разрешения. Сейсмическую съемку высокого разрешения (ССВР) 2D проводят вдоль ранее имеющихся профилей МОГТ-2Б, проходящих через проектные точки бурения морских малоглубинных стратиграфических скважин, с целью повышения качества сейсмического изображения верхней части разреза (ВЧР) и минимизации рисков, связанных с опасностями ВЧР при бурении. Данные ССВР непосредственно после оперативной набортной обработки передают для увязки с данными сейсмической съемки МОГТ-2D и интерпретации сейсмических отражающих горизонтов (ОГ). Далее проводят бурение морских малоглубинных (до 100 м) стратиграфических скважин с отбором керна, выполняют привязку результатов бурения к геолого-геофизическим данным. Во время проведения бурения на утвержденной точке в случае необходимости проводят корректировку последующих проектных точек по результатам экспресс-интерпретации данных ССВР, оперативного анализа получаемого каменного материала и природно-климатических условий. Бурение проводят стандартными бурильными трубами API с породоразрушающим инструментом. В дисперсных грунтах отбор образцов осуществляют вдавливаемыми и поршневыми пробоотборниками. В скальных и полускальных породах бурение выполняют колонковым вращательным способом с использованием съемных керноприемников. В случае бурения без отбора керна используют шарошечную вставку в долото. Далее проводят лабораторно-аналитические исследования каменного материала, включая изучение литологических, седиментологических, биостратиграфических, геохимических, фильтрационно-емкостных характеристик. На основании полученных и имеющихся данных проводят сейсмостратиграфическое расчленение разреза, выделяют основные ССК, выполняют прогноз возраста и состава пород в пределах всего осадочного бассейна.

Выбор местоположения морских малоглубинных стратиграфических скважин в пределах Северо-Карского осадочного бассейна основывался на возможности вскрытия скважинами максимально широкого стратиграфического диапазона отложений осадочного чехла. Необходимо отметить, что базовая геологическая модель была построена с использованием сейсмических профилей МОГТ-2D и других региональных геолого-геофизических данных, при этом в известном способе отсутствуют алгоритмы определения зон (или областей) проведения бурения и выбора оптимального количества проектных морских малоглубинных стратиграфических скважин, которые вскрывают максимально полный стратиграфический диапазон с учетом особенностей, связанных с возможностью проведения полевых геологических работ (изысканий) в арктических условиях.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в преодолении недостатков, присущих уже известным аналогам, раскрытым при описании уровня техники, за счет разработки способа, обеспечивающего получение достоверных данных о возрасте и составе отложений малоизученного осадочного бассейна в арктическом регионе.

Раскрытие изобретения

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в получении достоверных данных о возрасте и составе пород осадочных бассейнов в арктическом регионе в пределах акватории по результатам проведения малоглубинного стратиграфического бурения в оптимальном объеме для каждого исследуемого участка недр.

Получение достоверных данных о возрасте и составе пород осадочного чехла необходимо для построения детальных сейсмогеологической и геологической моделей изучаемого участка, снижения рисков по наличию элементов УВ-систем и повышения эффективности геологоразведочных работ для малоизученных площадей. Заявленный способ позволяет подобрать возможные зоны для проведения малоглубинного стратиграфического бурения и оптимальное количество проектных морских малоглубинных стратиграфических скважин для каждого изучаемого участка на арктическом шельфе.

Технический результат достигается последовательным выполнением следующих этапов с целью оценки возраста и состава пород осадочного бассейна в арктическом регионе на изучаемом участке недр:

на первом этапе проводят сбор и обобщение всех имеющихся геолого-геофизических данных по акватории, включая батиметрическую карту и карты ледовой обстановки; в границах исследуемого участка проводят морскую сейсморазведку, на основании полученных временных сейсмических профилей по результатам сейсморазведки, выполняют корреляцию целевых отражающих горизонтов (ОГ) и строят структурные карты по ОГ и карты толщин;

на втором этапе определяют зоны в границах исследуемого участка, доступные для проведения морского малоглубинного стратиграфического бурения, и координаты скважин-кандидатов, при этом по батиметрической карте определяют зоны со значениями изобат менее 300 м, которые обозначают как «зона 1», оценивают карты ледовой обстановки за период не менее 10 последних лет и выделяют зоны свободные ото льда в течение не менее 20 дней, которые обозначают как «зона 2», определяют по картам толщин между батиметрической картой и структурной картой по каждому целевому ОГ зоны со значениями изогипс менее 500 м - «зона ОГ_N», где N- наименование выделенного целевого отражающего горизонта, после чего последовательно накладывают полученную область пересечения зон 1 и 2 на каждую зону ОГ_N и выявляют области пересечения для каждого ОГ, на которых определяют положение по меньшей мере четырех точек, расположенных на временных сейсмических профилях, и их географические координаты для бурения морских малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов, каждая из которых удовлетворяет по меньшей мере одному из перечисленных условий: вскрывает наиболее полный стратиграфический диапазон; вскрывает отложения осадочного чехла и породы фундамента, складчатого основания; вскрывает по меньшей мере одно угловое или стратиграфическое несогласие, выделяемое на сейсмических разрезах; после чего выполняют ранжирование скважин-кандидатов, при этом приоритетными для бурения определяют скважины-кандидаты, соответствующие критерию коррелируемости (К1) -возможности передачи коррелируемых ОГ в пределы осадочного бассейна, и критерию (К2) полноты стратиграфического диапазона осадочного чехла;

на третьем этапе после выбора скважин-кандидатов на основании сейсмических данных проводят высокочастотную сейсмоакустическую съемку (ССВР), включающую по меньшей мере три профиля на одну точку скважины-кандидата, при этом один из профилей выбирают совпадающим с уже имеющимся профилем морской сейсморазведки, два других расположены с образованием угла между соседними профилями не менее 45 градусов;

по результатам ССВР корректируют количество и географические координаты малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов, полученные на втором этапе, исключая координаты скважин, характеризующиеся сейсмическими аномалиями волнового поля, потенциально связанными с опасными геологическими процессами и явлениями, включая тектонические нарушения, скопления приповерхностного газа, многолетнемерзлые породы (ММП), оставшиеся проектные скважины ранжируют для определения последовательности бурения, выбирая в качестве приоритетных для бурения скважины, характеризующиеся возможностью передачи корреляции отражающих горизонтов в пределах осадочных бассейнов и полнотой вскрываемого стратиграфического диапазона осадочного чехла, и в том числе с учетом статистических за последние 10 лет данных по природно-климатическим условиям региона работ: скоростью ветра не более 25 м/с и высотой волны не более 3 м;

на четвертом этапе по полученным на третьем этапе координатам проводят бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин с одновременным отбором кернового материала и проведением геофизических исследований скважин (ГИС) с использованием методов вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и термометрии, основанных на применении оптоволоконного способа регистрации обратного рэлеевского и рамановского рассеяния;

на пятом этапе выполняют лабораторно-аналитические исследования кернового материала с определением возраста и состава пород, вскрытых в пробуренных малоглубинных стратиграфических скважинах, с последующей сейсмостратиграфической привязкой разрезов морских малоглубинных скважин к региональным сейсмическим профилям и построением сводных литолого-стратиграфических разрезов через пробуренные скважины.

1. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сейсморазведку на первом этапе проводят с глубиной исследования не менее 20 км в глубинном масштабе или 12 сек. во временном масштабе.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сейсморазведку на третьем этапе проводят с использованием сейсмоакустического комплекса с накопителем энергии с максимальной скоростью заряда 5 кДж/сек, и приповерхностной системы буксировки приемно-излучающей линии вдоль профиля исследований, включая электроискровой источник и многоканальную телеметрическую приемную косу длиной не менее 30 м, содержащую не менее 16 активных каналов, с использованием центральной частоты источника 500-700 Гц с достижением вертикальной разрешающей способности не менее 2,5 м и глубинностью полученных данных от 5 м до 100 м от дна.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что малоглубинное стратиграфическое бурение на четвертом этапе выполняют с использованием модуля высокоскоростного бурения и полимер-глинистого раствора плотностью 1100 кг/м³-1200 кг/м³, при этом для морского малоглубинного стратиграфического бурения в грунтах от мягкопластичной до текучей консистенции используют скважинный пробоотборник с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1.1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 1,5 мм, оснащенный лепестковым кернорвателем с механической скоростью вращения 9 м/ч; в грунтах от полутвердой до тугопластичной консистенции, включая пески любой плотности сложения, используют скважинный пробоотборник с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1.1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 4 мм с механической скоростью вращения 9 м/ч; в скальных, полускальных и твердых грунтах используют скважинный обуривающий пробоотборник с внутренним диаметром не менее 82 мм и длиной не менее 3 м, который оснащают цанговым или лепестковым кернорвателем.

4. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что отбор керна проводят для всех стратиграфических уровней осадочного чехла с выносом не менее 50% керна от общей длины скважины на глубинах до 500 м.

Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для сейсмостратиграфической привязки разрезов морских малоглубинных скважин к региональным сейсмическим профилям выполняют одномерное сейсмическое моделирование с использованием материалов ВСП, рассчитывают синтетическую трассу и сравнивают с реальными сейсмическими трассами, полученными при проведении морской сейсморазведки, а построение точечных литолого-стратиграфических разрезов проводят с учетом результатов лабораторно-аналитических исследований кернового материала морских малоглубинных стратиграфических скважин.

Заявленный способ описывает необходимую для достижения технического результата последовательность выполняемых этапов и действий, включая выбор комплекса методов и режимов, необходимых для проведения сейсморазведки на арктическом шельфе, определение зон местоположения скважин для малоглубинного стратиграфического бурения, уточнение оптимального количества малоглубинных стратиграфических скважин, выбора параметров в процессе бурения с отбором кернового материала высокого качества, проведения лабораторно-аналитических исследований кернового материала, выполнения сейсмостратиграфической привязки и построения литолого-стратиграфических разрезов через пробуренные скважины, а так же ключевые структурные элементы изучаемого участка.

Заявленное изобретение обеспечивает проведение необходимого и достаточного комплекса исследований для получения данных, по которым может быть сделан вывод о возрасте и составе пород осадочного бассейна в арктическом регионе в пределах акватории, где возраст осадочного чехла оставался достоверно не установленным. Разработанный способ основан на применении методики морского малоглубинного стратиграфического бурения скважин с учетом особенностей и специфики арктического региона.

Например, акватория северной части Карского моря и моря Лаптевых (арктический регион) характеризуется очень сложными ледовыми условиями, максимальной толщиной льда 3,9 м и коротким периодом «открытой воды», в течение которого должны быть проведены перечисленные выше этапы исследований по определению возраста и состава пород осадочного бассейна, что не всегда представляется возможным при использовании уже известных способов. Практика показывает, что благоприятные для бурения с инженерно-геологических судов метеоусловия в Арктических морях РФ сохраняются в течение максимум 10-12 дней подряд, далее может наступить период штормов от 1-21 суток. Использование стандартных методов морского бурения на выбранных участках заложения морских стратиграфических скважин глубиной до 500 м с отбором кернового материала, как правило, не позволяет уложиться в период, благоприятный для проведения работ. Разработанная схема проведения работ на втором и третьем этапах заявленного способа позволяет определить необходимое и достаточное количество проектных скважин с вскрытием полного стратиграфического диапазона осадочного чехла, подобрав при этом оптимальные зоны для бурения малоглубинных стратиграфических скважин в условиях арктического региона. Верхняя часть разреза осадочного чехла в районе арктического шельфа преимущественно имеет сложное и тяжело прогнозируемое строение: верхи морской осадочной толщи в большинстве случаев сложены текучими и слабыми грунтами, мощность которых может варьироваться до первых сотен метров. В этой связи, бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин с забором кернового материала, проведение ГИС, связаны с риском обрушения стенок скважин, неполучением достаточного количества кернового материала или его низким качеством.

Разработанный способ содержит определенный набор критериев и характеристик, позволяющих снизить перечисленные выше риски и провести необходимые полевые работы - выбрать возможные зоны для заложения морских малоглубинных стратиграфических скважин, подобрать оптимальное количество морских малоглубинных стратиграфических скважин и выполнить бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин глубиной до 500 м, за период менее 1 месяца. Бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин проводят с использованием керноотборника с малым диаметром и выносом кернового материала, достаточного для проведения лабораторно-аналитических исследований по определению возраста и состава пород осадочного чехла. Результаты геофизических методов исследований - стандартной сейсморазведки МОГТ 2D/3D, высокочастотной сейсмоакустической съемки, скважинной термометрии и вертикального сейсмического профилирования (ВСП), используют для точной стратиграфической привязки отражающих горизонтов к интервалам отбора кернового материала, полученного по результатам бурения стратиграфических скважин.

В частности, комплекс используемых методов морской сейсморазведки и параметров ее проведения, последующая комплексная интерпретация всего массива имеющихся геолого-геофизических данных и методика определения зон для заложения стратиграфических скважин, позволяет более точно определить местоположение скважин и подобрать их оптимальное количество с последующим отбором кернового материала с целью вскрытия наиболее полного стратиграфического диапазона осадочного чехла, что в свою очередь повышает точность сейсмогелогических и геологических моделей и, соответственно, прогноза нефте газоносности изучаемого участка и повышает эффективность геологоразведочных работ.

Российский сектор Арктики, особенно его восточная часть, является малоисследованным перспективным или потенциально перспективным нефтегазоносным регионом, при этом осадочные бассейны характеризуются сложным тектоническим строением с разновозрастным осадочным чехлом. Определение оптимального количества стратиграфических скважин для каждого осадочного бассейна и зон их возможного заложения дает возможность получать максимально полное представление о стратиграфическом объеме геологического разреза. Получаемый в результате морского малоглубинного стратиграфического бурения керновый материал является фактической геологической информацией и прямой основой для стратиграфического расчленения разреза, определения состава пород и характеристик элементов нефтегазовых систем (коллекторов, флюидоупоров, нефтегазоматеринских толщ). Из известного количества методик измерения геофизических параметров для арктического региона для получения достоверных данных оптимальным (необходимым и достаточным) является использование МОГТ-2D с проведением сейсморазведки в два этапа. Проведение еще одного дополнительного этапа сейсморазведочных работ на третьем этапе позволяет уточнить местоположение проектных скважин, исключив возможность их попадания в потенциально опасные зоны для бурения, характерные для арктических акваторий, связанные с возможным скоплением газа, тектоническими нарушениями, наличием многолетнемерзлых пород, зонами аномально-высокого пластового давления и т.д.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет по результатам аналитических лабораторных исследований кернового материала, полученного при бурении морских малоглубинных стратиграфических скважин, определять возраст и состав пород малоизученных осадочных бассейнов арктического региона в пределах акваторий и в дальнейшем оценивать перспективные на углеводороды участки, определять внутри них зоны для бурения поисково-оценочных скважин, повышая эффективность геологоразведочных работ за счет ранее полученных достоверных данных по керну морских малоглубинных стратиграфических скважин.

Получение и использование данных о возрасте и составе осадочных пород тесно связано с решением ряда фундаментальных научных задач для всего арктического региона. Важнейшим прикладным аспектом установления возраста и состава пород осадочного чехла является создание комплексных сейсмогеологических и геологических моделей для обоснованного прогноза нефтегазоносности и снижения геологических рисков при проведении геологоразведочных работ (ГРР) на углеводородное сырье.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется иллюстративным материалом.

На фигуре 1 представлена схема расположения сейсмических профилей (М) для проведения морской сейсморазведки с использованием МОГТ-2D пределах исследуемого участка в Карском море. Черными пунктирными линиями А-Б и В-Г обозначены положения соответствующих сейсмических профилей МОГТ-2D, представленных на фиг. 4, 5 и фиг. 10, соответственно, при этом линия В-Е представляет собой составной композитный профиль, проходящий через профиль сейсморазведки МОГТ 2D (В-Г) и прогнозный геологический разрез Архипелага Северная Земля (Д-Е), при этом участок Г-Д характеризуются отсутствием геолого-геофизических данных.

На фигуре 2 приведен пример схемы буксировки забортного оборудования, используемой при морской сейсморазведке МОГТ-2D, где С - судно, И - источник сигнала, СКоса - сейсмическая коса.

На фигуре 3 представлен пример геологической карты России с изображением на географической основе геологических объектов, выходящих на дневную поверхность указанием возраста отложений, используемая на этапе 1.

На фигуре 4 представлен временной сейсмический профиль MOFT-2D по линии А-Б (схема расположения профиля на фиг. 1), полученный по результатам обработки сейсморазведочных данных. На вертикальной шкале указано значение времен в секундах (от 0 до 17 сек.). Палитра значений справа от изображения профиля обозначает значения амплитуд в условных единицах (от -3,839 до 3,839 у.е.). Яркие границы в волновом сейсмическом поле соответствуют значимым (основным реперным или целевым) геологическим границам.

На фигуре 5 представлен временной сейсмический профиль МОГТ-2D по линии А-Б (схема расположения профиля на фиг. 1), полученный по результатам обработки сейсморазведочных данных с результатами комплексной интерпретации геолого-геофизических данных - корреляцией отражающих горизонтов (ОГ) и выделением сейсмостратиграфических комплексов (ССК): ССК 1 - ССК6.

На фигуре 6 представлен пример определения зоны 1 на батиметрической карте: зона 1 характеризуется глубиной моря менее 300 м.

На фигуре 7 представлен пример определения прогнозной концентрации льда в заданный период времени с определением по ней зоны 2, характеризующейся свободными от льда участками в период проведения работ по бурению морских малоглубинных стратиграфических скважин по материалам мониторинга ледовой обстановки (ААНИИ).

На фигуре 8 представлен пример определения границ зон ОГ_N, (например, зон распространения мезозой-кайнозойских отложений, палеозойских - девонских, силурийских, ордовикских и кембрийских отложений, и складчатого фундамента) глубиной залегания не более 500 м от морского дна) (схематично).

На фигуре 9 представлена схема зонирования исследуемого участка в пределах морской акватории с целью определения областей размещения проектных морских малоглубинных стратиграфических скважин СК1, СК2, СК3, CK_N, где I - Зона 1, II - Зона 2, III - определение зоны возможной для проведения малоглубинного стратиграфического бурения с учетом зоны 1 и зоны 2, IV - определение местоположения скважин-кандидатов.

На фигуре 10 показана схема выбора местоположения скважин-кандидатов по линии В-Г фигуры 1. Продемонстрирован вариант выбора скважин-кандидатов для бурения малоглубинных стратиграфических скважин, согласно которому одна скважина (СК2) вскрывает ССК1 MZ-KZ и три палеозойских интервала (ССК2, ССК3, ССК4), и одна скважина (СК1) вскрывает ССК1, ССК5 и породы складчатого основания.

На фигуре 11 пунктирными линиями (П) показан пример проектирования профилей ССВР, проходящие через скважины-кандидаты и расположенные на имеющихся в сейсмическом проекте сейсмических профилях МОГТ-2D (М).

На фигуре 12 представлен сейсмический профиль сейсморазведки сверхвысокого разрешения (ССВР), проходящий через скважину-кандидат СК3. Красным пунктиром выделены области, характеризующиеся наличием аномалий волнового поля, не рекомендованные для постановки скважин.

На фигуре 13 представлен алгоритм для определения возраста и состава пород осадочных бассейнов в арктическом регионе.

На фигуре 14 представлен пример технологической схемы бурения малоглубинных стратиграфических скважин с отбором кернового материала.

На фигуре 15 представлен пример технологической схемы проведения геофизических исследований скважин (ГИС) с использованием методов вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и термометрии.

На фигуре 16 представлен пример технологической схемы проведения лабораторных аналитических исследований кернового материала для определения возраста и состава отложений осадочного бассейна.

На фигуре 17 представлен результат определения возраста и состава отложений осадочного чехла в арктическом регионе по итогам лабораторно-аналитических исследований. Слева цветом показана геохронологическая шкала с указанием системы, отдела, яруса. Справа показаны литологические колонки и расшифровка условных обозначений о составе пород.

Осуществление изобретения

Заявленный способ оценки возраста и состава пород осадочного бассейна в арктическом регионе на исследуемом участке в пределах акватории основан на получении данных морской сейсморазведки и их интерпретации, проведении морского малоглубинного стратиграфического бурения с отбором кернового материала, проведении лабораторно-аналитических исследований полученного кернового материала и обновлении сейсмогеологических и геологических моделей.

Описание осуществления изобретения носит пояснительный характер, демонстрирующий возможность достижения заявленного технического результата. Настоящее техническое решение может подвергаться различным изменениям и модификациям, понятным специалисту на основе прочтения данного описания. Такие изменения не ограничивают объем притязаний. Например, могут изменяться природно-климатические условия, глубинность исследований, механическая скорость проходки, процент выхода кернового материала, виды и последовательность лабораторных аналитических исследований в зависимости от объема и особенностей кернового материала.

Для наилучшего понимания сущности заявленного способа представлен перечень определений, сокращений и терминов, используемых в настоящем описании, а также краткие характеристики используемых методов со ссылками на общедоступные источники информации, в которых раскрыты возможные варианты их реализации.

DAS (Distributed Acoustic Sensing) - распределенные акустические датчики, измеряющие акустическое поле на каждом метре оптоволокна длиной до 50-ти километров. Это достигается путем посылки оптического сигнала в волокно и отслеживания возникающих обратно рассеиваемых отражений по всей длине оптоволокна. Анализ этих отражений и измерение времени между посылкой лазерного импульса и получением отраженного сигнала позволяет измерять акустический сигнал во всех точках по длине волокна. Датчик DAS подключается к одной стороне стандартного одномодового телекоммуникационного волокна. Возможно его использование на существующих волоконно-оптических линиях связи. (https://avencom.com/service/raspredelennye-volokonno-opticheskie-akusticheskie-das-i-temperaturnye-dts-sensory; Шнеерсон М.Б. Распределенные акустические сейсмические системы при работах ВСП // Экспозиция Нефть Газ. 2017. №1 (54). С. 23-25)).

DTS (Distributed Temperature Sensing) - распределенные температурные датчики, где измерения температур методом скважинной термометрии производятся с помощью опускаемого в скважину оптоволоконного кабеля, используемого в качестве измерительной линии. При использовании технологии DTS в регистрирующую линию с определенной периодичностью посылается лазерный импульс, который в результате неэластичного взаимодействия падающего света с молекулами материала оптического волокна формирует отклик обратно-рассеянного Рамановского излучения (Groβwig S., Hurtig Е., Kiihn К. Fibre optic temperature sensing: A new tool for temperature measurements in boreholes // Geophysics. 1996. Vol.61. Is. 4. P. 1065-1067 doi: 10.1190/1.1444027). Отношение интенсивностей компонент данного отклика (Стоксовская - слабо зависящая от температуры; и анти-Стоксовская - строго зависящая от температуры) после калибровки в референсных точках на регистрирующей линии (значение температур в которых известно) конвертируются в значения абсолютных температур вдоль линии приема (Hurtig Е., Groβwig S., Kiihn К. Fibre optic temperature sensing: application for subsurface and ground temperature measurements // Tectonophysics. 1996. Vol.257. Is. 1. P. 101-109. doi: 10.1016/0040-1951(95)00124-7, Гидрогеологический фактор и его возможное влияние на температурные измерения в скважинах. Опыт термометрических исследований в акватории Восточно-Сибирского моря. Тулапин А.В., и др.; Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Выпуск 9. 2022.).

SSD (Shallow stratigraphy drilling) - морские (шельфовые) малоглубинные стратиграфические скважины. Главная задача бурения стратиграфических скважин - определение возраста, вещественного состава и физических свойств горных пород арктического шельфа. (Rise L., Saettem J., 1994 Shallow stratigraphic wireline coring in bedrock offshore Norway Scientific Drilling (1994) 4: 243-257).

Акустический фундамент - прослеживающийся в земной коре океанов сейсмический горизонт, ниже поверхности которого не регистрируются (либо проявлены крайне слабо) отраженные сейсмические волны. Считают, что верхняя часть акустического фундамента соответствует второму слою земной коры, а его поверхность, характеризующаяся резкими перепадами рельефа, интерпретируется как подошва осадочного слоя, хотя местами может фиксироваться и на более высоких уровнях (https://vsegei.ru/ru/public/sprav/geodictionary/article.php?ELEMENT_ID=41686).

Батиметрическая карта - карта, отображающая рельеф дна водоемов с помощью изобат (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского, https://karpinskyinstitute.ru/ru/public/sprav/geodictionary/).

ВСП (вертикальное сейсмическое профилирование) - один из методов скважинной сейсморазведки, в основе которого лежит изучение особенностей волнового поля во внутренних точках среды применительно к решению целого ряда задач по геологическому строению в зоне, близлежащей к скважине (Вертикальное сейсмическое профилирование нефтяных и газовых скважин: учебное пособие / А.С. Баянов, В.П. Меркулов, Д.Ю. Степанов. Томск: Изд-во ТПУ, 2009).

Гравиразведка - совокупность гравиметрических наблюдений и определений координат на море с целью изучения гравитационного поля Земли. (ГКИНП 11-140-81: Руководящий технический материал. Топографо-геодезические работы на шельфе и внутренних водоемах. Термины и определения. В.Н. Баландин, Б.Д. Яровой, А.И. Спиридонов. https://meganorm.ru/Data2/l/4293849/4293849156.htm).

ГИС (геофизические исследования скважин) - комплекс методов разведочной геофизики, используемых для изучения свойств горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, а также для контроля технического состояния скважин (Калинникова М.В., Головин Б.А., Головин К.Б. Учебное пособие по геофизическим исследованиям скважин, Саратов, 2005, Мейер В.А. «Геофизические исследования скважин» 1981 г.).

Геологическая модель - совокупность всей геолого-геофизической информации: данные региональной геологии, сейсморазведочных работ, скважинной геофизики, результатов лабораторно-аналитических исследований керна.

Интерпретация геологическая геофизических данных - извлечение геологической информации из геофизических данных. Задача ее - представить выводы о геологическом строении района (площади исследований); основана на закономерной связи геофизических аномалий с геологическими факторами (структурами определенных типов и размеров, составом горных пород, концентрациями полезных ископаемых). (Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др. 1978.)

Керн - цилиндрический столбик горной породы, остающийся внутри бурового снаряда (колонковой трубе) при колонковом бурении и поднимаемый со снарядом на поверхность (Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др. 1978.).

Композитный сейсмогеологический профиль - профиль, состоящий из соединенных между собой сейсмогеологических профилей, пересекающих друг друга, имеющих разное физико-географическое расположение и/или созданных в разное время. (Геофизика при изучении земных недр: Учебное пособие. - М, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2015 г. Воскресенский Ю.Н., Рыжков В.И.).

Литотип (литологический тип) тип породы, идентифицируемый по набору литологических признаков ("ГОСТ Р 53375-2009. Скважины нефтяные и газовые. Геолого-технологические исследования. Общие требования" (утв. Приказом Ростехрегулирования от 19.08.2009 N 295-ст).

Магниторазведка - геофизический метод разведки, основанный на различиях магнитных свойств горных пород и руд (Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др.. 1978).

Метод отраженных волн (MOB) - наиболее востребованный метод сейсморазведки, основанный на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Позволяет изучать геологический разрез с детальностью до 0,5% от глубины залегания границы. Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс. Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ). Метод общей глубинной точки (МОГТ) значительно расширяет возможности MOB и применяется в большинстве сейсморазведочных работ. (Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка. Учебник для вузов. Тверь: Издательство АИС, 2006. 744 с.; Александр Николаевич Телегин. Сейсморазведка нефтегазоносных структур Сахалина. - ДВНЦ АН СССР, 1986-01-01. - 206).

Многолетнемерзлые породы (или вечная мерзлота, многолетняя мерзлота) - породы, Характеризующиеся многолетним циклом промерзания - протаивания, аградационная фаза развития многолетнекриогенных пород (Алексеев В.Р., Волков Н.В., Втюрин Б.И., Втюрина Е.А., Гросвальд М.Г., Донченко Р.В., Дюнин А.К., Канаев Л.А., Котляков В.М., Кренке А.Н., Лосев К.С., Перов В.Ф., Цуриков В.Л. Гляциологический словарь. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1984 г., 564 стр. , УДК: 551.32 (03).

Нефтегазоматеринские породы (НГМП) - осадочные толщи, способные в определенных геологических условиях выделять свободные углеводородные флюиды, которые образованы в процессе диа- и катагенетических преобразований заключенного в них рассеянного органического вещества. (Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «литология» Морозов В.П., Кольчугин А.Н., Казань 2012 г.).

Осадочный чехол - верхний структурный ярус платформы, сложенный обычно неметаморфизованными осадочными и вулканогенно-осадочными породами, глинами, глиняными сланцами, песчаными, вулканогенными и карбонатными горными породами (Волож, Ю.А., Шлезингер, А.Е., Юров, Ю.Г. Консолидированная кора (фундамент) и чехол: принципы выделения и геолого-геофизическая характеристика. Вестник ОГГГГН РАН, №1(11). 2000). http://www.lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:0129274).

Порода- коллектор - горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их в промышленных количествах при разработке. (Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «литология» Морозов В.П., Кольчугин А.Н., Казань 2012 г.)

Порода-флюидоупор - породы, плохо проницаемые для нефти, газа и воды, способны играть роль экранов (покрышек), препятствующих разубоживанию углеводородов в пространстве и способствующих их накоплению в породах-коллекторах. (Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «литология» Морозов В.П., Кольчугин А.Н., Казань 2012 г.)

Стратиграфический диапазон - интервал распространения вида, рода или более высокого таксона палеонтологической систематики в геологическом времени, определяемый по первому и последнему фактическому нахождению ископаемых остатков в стратиграфических разрезах (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского).

Сейсмогеологическая модель - совокупность карт, полученных в результате структурной интерпретации данных (структурные карты, карты тектонических нарушений), динамической интерпретации (карты сейсмических атрибутов и результаты инверсии).

Стратиграфическое несогласие- нарушение хронологической последовательности залегания слоев, обусловленное выпадением из разреза определенного стратиграфического интервала. При этом более молодые слои залегают на размытой поверх, более древних (или на их первичной поверхности, где не происходило осадконакопление), без заметного различия в залегании выше- и нижележащих отложений (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского, https://kaepinsyinstitute.ru/ru/public/sprav/geodictionary/).

Складчатое основание - фундамент платформы (Геологическая энциклопедия, ttps://dic.academic.ru/contents.nsf/enc_geolog/).

УВ (углеводородная) система - естественная флюидальная углеводородная система, которая включает глубокопогруженный очаг активных нефтегазоматеринских пород (основной источник), все связанные с ним залежи нефти и газа и нефтегазопроявления, элементы и процессы, необходимые для формирования и сохранения аккумуляций углеводородов. (Magoon L.B., Dow W.G. The Petroleum System - from Source to Trap // AAPG Mem. 1994. Vol.60 (Tulsa). 644 p.)

Угловое несогласие - несогласие, разделяющее два различно залегающих комплекса слоистых горных пород. При этом нижележащие слои более древних пород чаще наклонены под более крутым углом, чем более молодые вышележащие, что обычно отражает затухание тектонических деформаций (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского).

Шельф - область, затопленная морем, находящаяся на периферии континента, т.е. обширная материковая отмель (затопленная окраина материка). (Словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др.. 1978.).

Электроразведка - геофизический метод разведки, основанный на изучении естественных и искусственно созданных в недрах электрических (электромагнитных) полей постоянного и переменного тока (Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др.. 1978.).

Заявленный способ оценки возраста и состава пород осадочного бассейна в арктическом регионе включает пять этапов.

На первом этапе в пределах изучаемого участка акватории проводят сбор, анализ и обобщение всех имеющихся геолого-геофизических данных, включая материалы по соседним площадям и регионам-аналогам. После чего в границах исследуемого участка проводят морскую сейсморазведку с использованием метода общей глубинной точки морской двухмерной сейсморазведки (2D) и/или морской трехмерной сейсморазведки (3D).

Морская сейсморазведка может быть проведена с использованием методов, известных из уровня техники (Методические рекомендации по использованию данных сейсморазведки 2D, 3D, для подсчета запасов нефти и газа В.Б. Левянт и др. Москва 2006 г.). При этом предпочтительным является проведение морской сейсморазведки с глубиной исследования не менее 20 км (во временном масштабе не менее 12 сек) с обеспечением плотности профилей не менее 0,20 км/км², предпочтительно не менее 0,26 км/км², при площади исследуемого участка более 600 км². Плотность профилей определяется суммарной длиной профилей (км), деленной на площадь участка (км²). Расстояние между проектируемыми профилями может достигать от 20 км и более (в наименее перспективных областях - по краям). В наиболее перспективных областях участка расстояние между проектируемыми профилями может достигать до 6 км, что является достаточным для выявления и локализации объектов, перспективных на нефть и газ, с целью их подготовки под поисковое бурение. Пример схемы расположения линий сейсмических профилей морской сейсморазведки МОГТ-2D в арктическом регионе в районе Карского моря представлен на фиг. 1. На схеме выделена граница исследуемого участка. Черной пунктирной линией на фиг. 1 обозначено положение сейсмического профиля МОГТ-2D, представленного на фиг. 4 и фиг. 5 (линия А-Б).

На фиг. 2 приведена одна из возможных схем буксировки забортного оборудования за судном С при проведении морской сейсморазведки: расположение пневмопушек в источнике И и конфигурация сейсмической косы СКоса. Буксировка сейсмической косы и пневмоисточников осуществляется на разных глубинах для возможности восстановления частотного состава записи на этапе обработки. Глубина погружения пневмоисточников на схеме выбрана 6±1 метров, глубина погружения косы - 10±1 метров, с учетом анализа частотного состава сейсмической записи полезных отражений и получения провалов в спектре (волны-спутники) за счет заглубления оборудования.

На данном этапе проводят сейсмические работы различных видов и модификаций, в том числе комплексируют их между собой для достижения различных целей - например, детального расчленения верхней части разреза осадочного чехла, или, наоборот, получения более четкой волновой картины в целевой части разреза, с последующей обработкой полученных данных по заданному графу для получения кинематических и динамических параметров разреза (амплитуда, частота) (Основы обработки и интерпретации данных сейсморазведки, Бондарев, 2001).

Полученные в результате проведенных сейсмических работ временные разрезы (профили 2D), пример профиля приведен на фиг. 4, или временные кубы данных (3D) загружают в специализированное программное обеспечение (ПО) для интерпретации сейсмических данных. В качестве такого программного обеспечения может быть использовано, например, ПО Геоплат (https://www.geoplat.pro/) с использованием которого создают сейсмический проект, в который так же подгружают уже имеющиеся доступные геолого-геофизические данные, включая результаты ранее проведенных полевых экспедиционных работ, геологические карты (фиг. 3), электро/грави/магнитосъемки, результаты изучения и интерпретации соседних площадей и регионов-аналогов, проводят их совместную интерпретацию (см., например, Интерпретация данных сейсморазведки: Справочник / (О.А. Потапов и др.). - Москва: Недра, 1990. - 447, (1) с: ил.; 22 см.; ISBN 5-247-00580-5 (В пер.)). Для изучения особенностей геологического строения, возраста и состава пород на континентальном обрамлении и островах могут быть использованы государственные геологические карты разных масштабов (см., например, Государственная геологическая карта России. Масштаб 1:1000000 (новая серия) (geolkarta.ru) (фиг. 3). С учетом волновой картины, а также данных по геологии региона, выделяют ССК, выполняют корреляцию ОГ, приуроченных к определенному возрасту (прогнозному разрезу осадочного чехла), трассирую тектонические нарушения.

Результаты корреляции отражающих горизонтов внутри ССК представлены на фиг. 5 и в Таблице 1. Представленный на фиг. 5 временной сейсмический профиль МОГТ 2D соответствует линии А-Б схемы фиг. 1. Сейсмостратиграфические комплексы ССК1 - ССК6 датированы по результатам анализа волновой картины и стратиграфической привязки по доступным материалам по обрамляющей суше и островам (где по результатам полевых экспедиционных работ и аналитическим исследованиям отобранного каменного материала определен возраст пород, выходящих на дневную поверхность), а так же соседним площадям и регионам-аналогам. На временном сейсмическом разрезе корреляция ОГ внутри значимых сейсмостратиграфических комплексов показана цветными линиями.

Далее, выполняют построение комплектов карт: карт изохрон (во временном масштабе), структурных карт (в глубинном масштабе) и карт толщин для каждого выделенного ССК и между ОГ.

Карту изохрон для каждого отражающего горизонта получают с учетом проведения непрерывной корреляции ОГ по сейсмическим данным (МОГТ-2D и/или МОГТ-3D) во временном масштабе.

Для расчета структурных карт может быть использован известный способ ТО (Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка: учебник для вузов. Тверь: Изд-во АИС, 2006. 744 с.). В процессе корреляции ОГ по временным разрезам определяют зависимости времен ТО (X) для каждого отражающего горизонта. В дальнейшем строят карты изохрон ТО (X, У) отражающих границ, путем умножения значений времен на значения средней скорости. В результате получают структурную карту для каждого отражающего горизонта. Таким образом, структурные карты (H1) могут быть получены по материалам обработки сейсмических профилей МОГТ-2D, проведения корреляции отражающего горизонта и построению карты изохрон (Т1) во временном масштабе, используя значения средней скорости распространения упругих волн (V1) и пересчетом в глубинный масштаб по формуле (H1=V1*T1/2).

Карту толщин между отражающими горизонтами получают путем вычитания из структурной карты нижележащего ОГ структурную карту вышележащего ОГ по формуле DH=Н2-Н1. Пример полученных карт толщин с определением границ зон ОГ_N представлен на фиг 8.

На основе результатов комплексного анализа этапа 1 строят базовую геологическую модель изучаемого участка, уточняют обстановки осадконакопления, делают прогноз возраста и состава пород осадочного чехла. По структурным картам выделяют перспективные геологические объекты для дальнейшего изучения, выполняют предварительную оценку перспектив нефтегазоносности осадочного бассейна. После чего, определяют целевые отражающие горизонты - наиболее важные геологические границы, которые необходимо вскрыть стратиграфической скважиной - границы каждого ССК, потенциально важная граница для характеристики УВ-систем и т.д.

На втором этапе определяют зоны для возможного проведения стратиграфического бурения и рассчитывают оптимальное количество скважин.

Для этого анализируют результаты первого этапа: структурные карты и карты толщин, сейсмические разрезы, батиметрическую карту и прогнозные карты ледовой обстановки для арктической акватории:

1. Батиметрическая карта поверхности дна может быть получена по опубликованным данным карты Мирового океана или по сейсмическим данным путем проведения корреляции отражающего горизонта, приуроченного к дну моря и последующего построения структурной карты. По карте определяют зоны, характеризующиеся значением изобаты менее 300 м - множество полученных данных обозначают как зона 1 (фиг. 6).

2. Прогнозную карту ледовой обстановки строят с учетом статистических наблюдений в течении продолжительного периода (около 10 лет) за льдом (открытость ото льда, сплоченность, толщина льда) в районе работ. Для этого используют спутниковые снимки из открытых источников (например, https://seaice.uni-bremen.de/data/amsr2/asi_daygrid_swath/n6250/, детальная кромка льда https://masie_web.apps.nsidc.org/pub/DATASETS/NOAA/G02186/geotiff/4km/ice_only и т.д.), которые публикуются на ежедневной основе. Данные карты загружают в специализированное ПО, в качестве которого может быть использовано QGIS (https://qgis.org/ru/site/), и обрабатывают путем наложения друг на друга. Далее определяют наилучшие временные промежутки для проведения полевых работ в Арктических морях, однако многие участки частично открываются или не открываются ото льда вовсе. После чего определяют зоны с высокой вероятностью свободные от ледового покрова - зона 2, в пределах которых возможно выполнять работы по стратиграфическому бурению с учетом времени полевого периода не менее 20 дней подряд (фиг. 7).

3. Карту распространения целевых отложений, приуроченных к целевым ОГ, выделенным на этапе 1, строят на основании карт толщин (DH) по формуле DH=Н_ог-Н_дно, где Н_ог - структурная карта по целевому отражающему горизонту, а Н_дно-батиметрическая карта поверхности дна моря (структурная карта). На каждой полученной карте определяют зоны со значениями изогипс менее 500 м - зона ОГ_N (где N - соответствует названию каждого выделенного целевого отражающего горизонта) (фиг. 8).

Далее определяют области (фиг. 9), где совпали комбинации вышеперечисленных зон 1 и 2, после чего последовательно изучают их пересечения с каждой из зон ОГ_N и таким образом определяют зоны возможного проведения работ по малоглубинному стратиграфическому бурению. На основании сейсмических данных, в зонах доступных для проведения малоглубинного стратиграфического бурения, с учетом выделенных ранее на этапе 1 геологических объектов для изучения, выбирают предварительные точки для бурения (с определением географических координат) - по меньшей мере четырех малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов (в каждой области пересечения), обязательно расположенных на временных сейсмических разрезах, по меньшей мере одному из перечисленных условий: вскрывает наиболее полный стратиграфический диапазон (скважина-кандидат (СК) 1), вскрывает отложения осадочного чехла и породы фундамента (складчатого основания) (СК 2), вскрывает по меньшей мере одно угловое несогласие (СК 3), выделяемое на сейсмических разрезах, вскрывает по меньшей мере одно стратиграфическое несогласие (СК 4). Количество проектных скважин-кандидатов для каждого осадочного бассейна отличается с учетом количества выделенных целевых горизонтов, а также особенностями прогнозного стратиграфического разреза осадочного чехла (фиг. 10). Для каждой скважины-кандидата определяют проектную глубину забоя и определяют интервалы выноса кернового материала. В конце этапа 2 выполняют ранжирование скважин-кандидатов на основе критерия (К1) коррелируемости -возможности передачи коррелируемых ОГ в пределы всего ОБ, и критерия полноты стратиграфического диапазона осадочного чехла, для получения полной информации о вскрываемом разрезе осадочного чехла бассейна.

На третьем этапе после выбора и ранжирования скважин-кандидатов выполняют высокочастотную сейсмоакустическую съемку (ССВР (сейсморазведка сверхвысокого разрешения/СУВР (сейсморазведка ультравысокого разрешения) (см., например, Свод правил СП 446.1325800.2019. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства (gostassistent.ru)), включающую по меньшей мере три профиля на одну точку СК, при этом один из профилей совпадает с уже имеющимся профилем морской сейсморазведки МОГТ-2D, два других расположены с образованием угла между соседними линиями не менее 45 градусов. Пример проектирования линий расположения профилей ССВР в районе двух выбранных проектных скважин представлен на фиг. 11. ССВР проводят с использованием сейсмоакустического комплекса с накопителем энергии с максимальной скоростью заряда 5 кДж/сек, и приповерхностной системы буксировки приемно-излучающей линии вдоль профиля исследований, включая электроискровой источник и многоканальную телеметрическую приемную косу длиной не менее 30 м, содержащую не менее 16 активных каналов, с использованием центральной частоты источника 500-700 Гц с достижением вертикальной разрешающей способности не менее 2,5 м и глубинностью полученных данных от 5 м до 100 м от дна.

После обработки сейсмических данных, профили подгружают в созданный на этапе 1 сейсмический проект, далее проводят анализ полученных данных - выполняют интерпретацию верхней части разреза (ВЧР) с целью минимизации рисков, связанных с инженерно-геологическими опасностями (скопление газа, тектонические нарушения, ММП и др.) и уточняют корреляцию отражающих горизонтов с учетом полученного более детального сейсмического разреза. Сейсмические аномалии могут быть определены с использованием известных из уровня техники средств и методов (см., например, Свод правил СП 446.1325800.2019. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства (gostassistent.ru), Опасные газонасыщенные объекты на акваториях Мирового океана: море Лаптевых - Бурение и Нефть - журнал про газ и нефть (burneft.ru)). Далее анализируют положение каждой СК на данных ССВР/СУВР, в случае если СК попадает в зону с возможным наличием опасностей в ВЧР ее сдвигают или исключают. На фиг. 12 показан разрез ССВР во временном масштабе (шкала времен показана справа от 0 до 400 миллисекунд), на котором приведен пример выделения аномалии волнового поля «яркое пятно», связанное, по всей видимости, со скоплением приповерхностного газа.

Далее с учетом полученных данных ССВР/СУВР для каждой СК уточняют глубину проектного забоя и интервалы выноса керна, проводят дополнительное ранжирование скважин, выбирая в качестве приоритетных для бурения скважины, характеризующиеся возможностью передачи корреляции отражающих горизонтов в пределах осадочных бассейнов и полнотой вскрываемого стратиграфического диапазона осадочного чехла. При этом, в случае сложного структурно-тектонического строения осадочного бассейна (блокового), когда невозможна однозначная корреляция от скважины в пределы всего осадочного бассейна, каждый обособленный блок должен быть охарактеризован минимум одной скважиной. Далее определяют последовательность проведения малоглубинного стратиграфического бурения с учетом необходимости достижения геологических целей, а так же статистических за последние 10 лет данных по природно-климатическим условиям региона работ: количество дней без льда не менее 20, скорость ветра не более 25 м/с и высотой волны не более 3 м, которое определяют на этапе 2 и с учетом справочных данных (см., например, Справочные данные по режиму ветра и волнения шельфа Баренцева и Карского морей, Санкт-Петербург 2013, опубликовано: https://rs-class.org/upload/iblock/dec/dec3552b2a5284a51c71721567db10b6.pdf). Максимальная глубина проектной скважины не должна превышать 500 м, а интервалы для выноса керна должны быть не менее 50% от длины скважины для обеспечения проведения детальных лабораторно-аналитических исследований.

Таким образом, этапы 2 и 3 направлены на определение зон для возможного проведения стратиграфического бурения и выбора оптимального количества скважин для получения достаточного количества геологической информации с учетом арктических условий проведения работ.

На четвертом этапе проводят бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин с учетом определенной на этапе 3 последовательности бурения с одновременным отбором кернового материала и проведением геофизических исследований скважин (ГИС) (фиг. 14). При бурении морских малоглубинных стратиграфических скважин ГИС проводят двумя методами: DAS-ВСП и скважинной DTS-термометрией (SSD shallow stratigraphy drilling L.Rise, J.Saettem, 1994.)

Для задач ГИС (фиг. 15) в морских малоглубинных стратиграфических скважинах использование технологии оптоволоконной регистрации является оптимальным и позволяет измерять такие физические характеристики как давление, деформацию и температуру. Предпочтительным является проведение измерений деформации и температуры с использованием DAS (Distributed Acoustic Sensing - распределенные акустические датчики) и DTS (Distributed Temperature Sensing - распределенные температурные датчики). Данные методы позволяют использовать высокочувствительный оптоволоконный кабель в качестве геофизических сенсоров для регистрации данных ВСП и термометрии. Важной особенностью является возможность использования одной регистрирующей линии для проведения обоих вышеупомянутых скважинных методов. Технологии DAS основана на принципе оптической рефлектометрии (optical time domain reflectometry - OTDR). Регистрирующий блок посылает в измерительный оптоволоконный кабель лазерные импульсы (с предустановленной периодичностью). Незначительная часть лазерного импульса обратно-рассеивается (обратное рэлеевское рассеяние) от микронеоднородностей, которые по своей природе присутствуют в оптоволокне. Будучи чувствительным к продольной деформации, обратно-рассеянный сигнал характеризуется временной задержкой, которая регистрируется системой сбора. Частота опроса оптоволоконного кабеля характеризует частоту дискретизации фазовой задержки сигнала измеряемой деформации оптического волокна (регистрирующей линии) в каждой точке условного приемного датчика.

Стратиграфическое бурение на исследуемом участке выполняют с использованием модуля высокоскоростного бурения (диапазон частоты вращения породоразрушающего инструмента до 1000 об/мин) и традиционного силового привода (диапазон частоты вращения до 120 об/мин), а также полимер-глинистого раствора, сосав которого представлен в Таблице 2, характеризующийся плотностью 1100 кг/м3-1200 кг/м3. В процессе бурения осуществляют отбор керна без обсадной колонны бурголовкой диаметром 96,5 и 215,9 мм по технологии бурения залавливаемыми снарядами или снарядами со съемным керноприемником, характеристики и условия применения которых представлены ниже.

При стратиграфическом бурении в грунтах от мягкопластичной до текучей консистенции применяют поршневые залавливаемые снаряды, например, Orca push piston sampler, с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1,1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 1,5 мм (тонкостенный), оснащенный лепестковым кернорвателем.

В грунтах от полутвердой до тугопластичной консистенции, включая пески любой плотности сложения, используют залавливаемые снаряды, например, Orca push sampler, с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1,1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 4 мм (толстостенный);

В скальных, полускальных и твердых грунтах используют скважинный обуривающий пробоотборник, например, «Соге Barrels PQ3», с внутренним диаметром не менее 82 мм и длиной не менее 3 м (тройной колонковый набор), который оснащают цанговым или лепестковым кернорвателями. Внутренняя колонковая труба при проходке интервала пробоотбора не вращается за счет установленного в верхней части снаряда специального подшипника. Спуск и извлечение внутренней колонковой трубы осуществляется с помощью овершота на тросе вспомогательной лебедки. Интервал проходки составляет от 1 до 3 метров. Извлечение керна из грунтоноса осуществляют посредством извлечения внутреннего разделяемого лайнера.

Стратиграфическое бурение может выполняться также с помощью модуля высокоскоростного бурения ZBO U10, используя бурильный инструмент ∅95,6 мм типоразмера (Н) системы ССК (снаряд со съемным керноприемником). Данная технология позволяет осуществлять комбинированное бурение скважины. Для увеличения скорости проходки в скальных породах может быть использована дополнительная высокоскоростная буровая установка, которую устанавливают над вертлюгом основной буровой колонны, и которая позволяет выполнять буровые операции внутри стандартной колонны API 5 DP 5 1/2 FH. Увеличение скорости вращения (до 5 раз) в совокупности с использованием бурильной колонны малого диаметра (89 мм), оснащенной алмазной коронкой, позволяет кратно увеличить скорость проходки по скальным грунтам с их отбором. При этом использование набора бурильных труб API в качестве направляющей (обсадной) колонны позволяет максимально увеличить качество кернового материала (выход керна составляет до 97-99%) за счет снижения воздействия внешних факторов на снаряд.

Предпочтительным при бурении морских малоглубинных стратиграфических скважин является использование системы Piggy-Back, которая представляет собой комбинацию двух буровых установок - стационарные морские буровые установки с низкочастотным, но высокомоментным модулем, и высокоскоростные модули бурения (https://www.sintef.no/projectweb/ik-stratigraphic-drilling/drilling-information/).

Отбор кернового материала производят из ненарушенной части скважины, т.е. там, где толща отложений еще не подвергалась воздействию породоразрушающего инструмента. Для отбора керна используют инструмент «wire line» технологии: в верхней части разреза используют гидравлические скважинные пробоотборники залавливаемого типа, в твердых породах - колонковые снаряды обуривающего типа, которые минимально нарушают получаемый фрагмент керна. В зависимости от разреза выбирают скорость вращения рабочей части инструмента, пенетрации, осевую нагрузку, параметры бурового раствора, длину рейса таковыми, чтобы получить минимально нарушенный керн (см. например, РД 39-2-399-80. Методическое руководство по бурению с отбором керна). Для стратиграфических и палеонтологических исследований необходимо получение максимального выхода керна высокого качества, которое может быть достигнуто с использованием бурового раствора определенного состава (Таблица 2), не «загрязняющего» истинную флору и фауну изучаемых отложений.

На пятом этапе выполняют комплексные лабораторно-аналитические исследования кернового материала с определением возраста и состава пород, вскрытых малоглубинными стратиграфическими скважинами (см., например, Исследование керна нефтегазовых скважин. Недоливко, Томск, 2006 г., 170 стр.), включая литолого-седиментологическое описание и петрографический анализ, гранулометрический анализ, определение фильтрационно-емкостных свойств, биостратиграфические и магнитостратиграфические исследования, геохимические и изотопно-геохимические исследования органического вещества, геохимические, изотопно-геохимические и изотопно-геохронологические исследования пород и минералов. Пример последовательности проведения лабораторно-аналитических исследований кернового материала малоглубинных стратиграфических скважин с целью определения возраста и состава пород представлен на фиг. 16.

Стратиграфические скважины бурят по возможности с полным (не менее 50%) выносом керна, поэтому полученный керновый материал представлен как скальными породами, так и неконсолидированными осадками верхней части разреза. При бурении важно получить максимальную представительность и сохранность колонок керна с первичными структурами и текстурами. Для выполнения наиболее полного комплекса лабораторно-аналитических исследований для определения возраста и состава пород необходимо получить керн диаметром не менее 70 мм. Отбор керна и проведение исследований могут быть проведены в соответствии с соответствующими методическими рекомендациями (Макфи К., Рид Дж., Зубизаретта И. Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам / пер. с англ. - М. - И.: изд-во «ИКИ», 2018. - 924 с., Методические рекомендации по обработке, инвентаризации, систематизации, хранению и аналитическим исследованиям керна опорных и параметрических скважин. - М.: ВНИГНИ, 2008. - 160 с.).

Первичное описание керна - основное начальное исследование, позволяющее предварительно оценить характеристики керна и предложить необходимый комплекс работ для получения информации о возрасте и составе пород. В связи с тем, что арктический регион малоизучен, затруднительно выбрать программу исследований до проведения бурения. Поэтому первичное описание керна позволяет своевременно выбрать порядок исследований для получения максимально возможного количества данных для решения комплекса задач по изучаемому региону. Первичное краткое описание и фотографирование керна проводят на борту судна в непрерывном режиме, после транспортировки его в лабораторию данное исследование проводят уже детально. Первичное описание полноразмерного не распиленного керна позволяет выделить схожие седиментационные комплексы и наметить интервалы для более детальных исследований. Параллельно с описанием керн изучают на предмет наличия в нем фаунистических остатков. После первичного осмотра керна программу исследований уточняют. При этом для каждой стратиграфической скважины создают свою программу лабораторно-аналитических исследований с учетом специфики вскрытого скважиной разреза.

Программа лабораторно-аналитических исследований керна делится на две основные части: исследования, проводимые на полноразмерном керне и на распиленном. Как правило, на полноразмерном керне выполняют томографические исследования и гаммаспектрометрию. После проведения исследований на полноразмерном керне производят распиловку колонок керна и отбор образцов в соответствии с запланированной программой исследований.

Количество и места отбора образцов из колонки керна выбирают с учетом того, чтобы свойства образцов в полной мере отражали свойства всего разреза. Можно отбирать образцы таким образом, чтобы каждый образец характеризовал собой каждый литологический тип породы, встречаемый в керне.

Далее приступают к выполнению программы исследований для определения возраста и состава пород осадочного чехла.

Одной из главных задач при определении возраста и состава пород, является установление литотипов пород и характера их чередований. Информация, полученная при изучении породы, может свидетельствовать как об условиях накопления осадка (способе и обстановке), так и об условиях его дальнейшего существования (превращения в породу, тектонических деформациях и др.). Уточнение литотипов проводят по петрографическим и аналитическим данным.

Исследования кернового материала скважин включают следующие этапы:

- фотографирование керна в дневном и ультрафиолетовом свете;

- детальное послойное описание керна с выделением более крупных интервалов (пластов, пачек), отличающихся от выше- и нижележащих частей разреза определенным набором пород, характером переслаивания, мощностями слоев или другими признаками;

- выделение в разрезах скважин крупных циклов седиментации (объединяющих несколько пачек), приуроченных к литолого-стратиграфическим комплексам;

- анализ генетических признаков пород: структурных и текстурных особенностей, окраски пород, включений и т.д.;

- отбор макрообразцов для коллекции;

- изготовление, описание и фотографирование шлифов;

- выделение различных типов пород на основании макро- и микроисследований отложений;

- определение минерального состава потенциальных пород-коллекторов;

- выполнение гранулометрического анализа пород;

- уточнение вещественного состава породообразующих компонентов и цемента пород: РФА (рентгено-флуоресцентный анализ), РСА (рентгено-спектральный анализ), карбонатометрия, изотопия;

- выделение тяжелой фракции;

- построение литолого-стратиграфических разрезов скважин.

Методы, используемые определения состава пород

Для определения состава пород, слагающих осадочный бассейн, применяют комплексные литолого-фациальные исследования, включая литолого-седиментологическое описание и петрографический анализ, гранулометрический анализ, геохимические исследования и другие (перечень исследований в программе лабораторно-аналитических работ может скорректирован с учетом фактически полученного кернового материала) (см., например Макфи К., Рид Дж., Зубизаретта И. Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам / пер. с англ. - М. - И.: изд-во «ИКИ», 2018. - 924 с.).

Литологические исследования начинают с послойного описания керна. Описание разреза выполняют снизу-вверх, так как в этом направлении происходит развитие бассейна осадконакопления, смена седиментационных процессов и смена одних обстановок осадконакопления другими.

Детальное описание керна проводят по интервально (по долблениям) и начинают с его общего просмотра и предварительного разделения на слои. Выделенный слой представляет собой интервал керна, сложенный горной породой, отличающейся от вмещающих отложений цветом, составом, структурно-текстурными признаками и т.д., отделенный от перекрывающего и подстилающего слоев границами раздела-поверхностями напластования.

Изучение на микроскопическом уровне проводят с целью детализации структуры породы, выявленной при макроскопическом описании керна. Образцы пород отбирают из каждого изучаемого литотипа таким образом, чтобы характеризовать различия физических свойств в его пределах.

В зависимости от состава и происхождения отложений, элементы плана микроописания пород различных литотипов включают в себя разные характеристики - для терригенных и карбонатных пород.

Далее выполняют геохимические исследования керна для определения состава пород, например, рентгенструктурный анализ (см., например, А.В. Зиньков, В.Н. Макишин Цифровизация керна, 2023 г., 73 стр.) - современный метод качественного и количественного определения фазового (минералогического) состава породы. Он основан на исследовании дифракции рентгеновского излучения на поликристаллических образцах и расшифровке полученных данных - так называемых дифрактограмм. Регистрация дифрактограмм представляет собой исследование углового распределения интенсивности дифрагированного (т.е. когерентно рассеянного на упорядоченных участках кристаллических фаз) излучения. Исходные данные и результаты определения общего минерального состава образцов горных пород заносят в журнал, приведенный в Таблице 3.

Анализ главных оксидов и микроэлементов в пробах выполняют рентгенофлуоресцентным методом (РФлА) по методикам, утвержденным Научным советом по аналитическим методам Всероссийского научно-исследовательского института минерального сырья (НСАМ ВИМС). Шифры примененных методик: 439-РС, 313-РС, 309-РС, 308-РС, 244-РС, 243-РС, 212-РС, 205-РС, 81-РС, 80-РС. Выполнение анализа по данным методикам обеспечивает получение результатов 3-ей категории точности количественного анализа по ОСТ РФ 41-08-205-04. (Стандарт отрасли. Управление качеством аналитических работ. Методики количественного химического анализа.). Рентгеноспектральное флуоресцентное определение концентрации элементов основано на зависимости между интенсивностью излучения рентгеновской характеристической флуоресценции каждого из определяемых элементов и содержанием этого элемента в анализируемой пробе.

Методы определения возраста пород

Для определения возраста пород керна, извлеченного из арктических акваторий, используют методики по биостратиграфическим, магнитостратиграфическим, изотопно-геохронологическим исследованиям пород и минералов изотопно-геохронологическим исследованиям (перечень методов может быть изменен в зависимости от целей работ и объектов изучения). Надежное датирование событий прошлого, запечатленных в геологических и геоморфологических образованиях, часто служит залогом успеха в решении проблем палеогеографии. Решение задач геологической и палеогеографической корреляции получает серьезную поддержку при определении абсолютного возраста отложений.

Методика по макропалеонтологическим исследованиям довольно детально описана (см., например, Н.М. Недоливко, Исследование керна нефтегазовых скважин, Томск, 2008)). В макропалеонтологии накоплен большой опыт применения различных технических приемов при сборе, упаковке, транспортировке и последующей препарировке окаменел остей. Последние содержатся практически во всех типах осадочных пород, не подвергшихся сильной метаморфизации. В каждом случае техника извлечения окаменелостей имеет свои особенности, зависящие от характера их сохранности, их размеров и литологии вмещающих пород. Сбор палеонтологического материала проводят в соответствии с целями и задачами дальнейших исследований.

Под макроостатками понимают обычные, встречающиеся повсеместно окаменелости, визуально различимые в породе. К ним относят беспозвоночным организмов различных групп, представленные как полными скелетами (раковинами, колониями, панцирями), так и отпечатками, и ядрами, и растительными остатками (фрагменты стволов, веток, отпечатков листьев, побегов и др., обычно унифицированных или замещенных вторичными минералами).

Идентификация макропалеонтологических остатков и их систематизация осуществляют путем сопоставление полученных результатов с опубликованными в многочисленных справочных, научных и учебных изданиях.

Спорово-пыльцевой (палинологический) анализ - это метод исследования, позволяющий определять таксономическую принадлежность растений по характерным морфологическим особенностям спор и пыльцевых зерен (см., например, Рудая Н.А. Палинологический анализ, НГУ, 2010). Палинологический анализ имеет большое значение при определении возраста континентальных отложений, не содержащих остатков флоры и фауны.

Суть метода состоит в следующем - все высшие растения продуцируют пыльцевые зерна или споры, наружные оболочки которых стойки и почти не разрушаются, даже при окаменении или фоссилизации, выдерживают нагревание до 300°С, обработку щелочами или концентрированными кислотами. Благодаря мелким размерам (десятки, а в редких случаях - сотни микрон) и специальным приспособлениям для переноса ветром и водой, пыльца и споры разносятся на большие расстояния. Поэтому спорово-пыльцевые комплексы отражают не местную растительность, а растительный покров огромных территорий, позволяя реконструировать палеогеографическую и палеоклиматическую обстановку в широких масштабах.

Для палинологического анализа собирают образцы, исследуют их под микроскопом, после чего интерпретируют результаты. Частота отбора образцов для проведения анализа связана с особенностями вскрытого скважиной разреза осадочного чехла, должна быть достаточной для его детального изучения. Исследование возможно выполнять сначала широкой сеткой, отбирая образцы из каждого ССК, затем сгущая. Химическая обработка образцов на анализ палиноморф палеозоя проводят по методике Ашарсона и Гранлунда (Assarson & Granlund, 1924), протокол которой был модифицирован российскими исследователями (Методические рекомендации... 1986; Шурекова, Раевская, 2011). Использованный метод эффективен и с успехом опробован при мацерации образцов девонского, каменноугольного, пермского возраста из Центральных районов Русской плиты (Московская синеклиза), Баренцева моря, Печорской синеклизы, Казахстана, Ирландии, Великобритании, Южного Урала и Южной Африки (Mamontov, Orlova, 2014; Orlova, Mamontov, Snigirevsky, 2015; Mamontov et al., 2019). Обилие полученных в пробах пыльцы и спор позволяет определить таксономическую принадлежность большинства из них, что дает возможность судить о флоре определенного региона, существовавшей во время отложения вмещающей породы. Статистическая обработка результатов определения и регистрации спор и пыльцы приводит к выявлению спорово-пыльцевых спектров или спорово-пыльцевых комплексов, позволяющих судить о растительности региона. Результаты палинологического анализа документируют, по ним составляют первичную базу данных в виде сводных цифровых таблиц, строят диаграммы спорово-пыльцевых спектров и комплексов, показывающие состав комплексов и их изменение в разрезе осадочных пород.

Микропалеонтологические исследования в основном направлены на обнаружения конодонтов, которые позволяют более точно датировать вмещающие отложения. Помимо конодонтов в образцах могут быть встречены остатки раковин брахиопод, ракообразные, криноидеи, иглокожие голотурии, фораминиферы, радиолярии, тентакулиты, остракоды, костные части рыб, водоросли и др. Для проведения лабораторных микропалеонтологических исследований по определению возраста карбонатных и карбонатно-терригенных отложений широко используют методику химического препарирования пород. Идентификацию микропалеонтологических остатков и их систематизацию осуществляют путем сопоставления полученных результатов с опубликованными в многочисленных справочных, научных и учебных изданиях.

Изотопно-геохронологический метод основан на естественном радиоактивном распаде урана и тория с образование стабильных изотопов свинца. Датировка уран- и торий содержащих минералов рассчитывают по трем независимым уравнениям, основанных на трех отдельных схемах распада (²⁰⁶Pb/²³⁸U, ²⁰⁷Pb/²³⁵U и ²⁰⁸Pb/²³²Th) (см. напраимер Black L.P., Kamo S.L., Allen С.М., Aleinikoff J.N., Davis D.W., Korsch R.J., Foudoulis C., 2003. TEMORA 1: A New Zircon Standard for U-Pb Geochronology. Chemical Geology 200 (1-2), 155-170. https://doi.org/10.1016/S0009-2541 (03) 00165-7.).

Однако во многих случаях датировки, вычисленные для уран- и торийсодержащих минералов, не согласуются. Это связано с тем, что зачастую минералы не являются замкнутыми системами и происходит потеря и приобретение после кристаллизации урана, тория, свинца и промежуточных дочерних продуктов. Влияние потери свинца уменьшается при вычислении значения возраста по соотношению ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb.

Таким образом, применяя уран-торий-свинцовый метод значение возраста исследуемого образца можно вычислить по четырем изотопным отношениям, три из которых являются независимыми. Это является большим преимуществом уран-торий свинцового метода по сравнению с другими изотопными методами, так как позволяет оценить степень надежности получаемых значений возраста. Конкордатные значения, вычисленные по различным изотопным отношениям, свидетельствуют о получении достоверного возраста, так как все эти отношения связаны с различными рядами радиоактивного распада, различными промежуточными продуктами и их концентрациями, и, следовательно, соответствие между ними является веским доказательством хорошей сохранности образца и надежности вычисленного значения возраста.

Для проведения геохронологических исследований необходимо выделить монофракции исследуемых минералов. Выделение мономинеральных фракций широко используют в геологии для решения разнообразных задач, как научных, так и чисто производственных. В первую очередь они необходимы для установления количественного минерального состава горных пород и руд, дальнейшего расчета баланса распределения элементов по составляющим породу минералам.

Измерения U-Pb отношений проводят по принятой в методике, описанной в работе Williams I.S., 1998. U-Th-Pb Geochronology by Ion Microprobe. In: M.A. McKibben, W.C. Shanks III, W.I. Ridley (Eds), Applications of Microanalytical Techniques to Understanding Mineralizing Processes. Reviews in Economic Geology, Vol.7, p.1-35, Williams J.A. Characterization of oil types in Williams Basin // American Association of Petroleum Geologists Bulletin. - 1974. - V. 58. - P. 1243-1252).

Трековое датирование базируется на классическом уравнении, описывающем скорость распада радионуклида (см., например, Фор Г. Методы датирования, основанные на исследовании треков осколков деления и других радиационных нарушений // В кн. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. С. 353-375):

Для определения трекового возраста применяют две аналитические методики: 1. анализ навесок (grain-population method) и 2. анализ отдельных зерен (grain-by-grain method) (см., например, Wagner G.A., Van Den Haute P. Fission-Track Dating // Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. 1992. 285 p.; Gallagher K., Brown R., Johnson C. Fission track analysis and its applications to geological problems // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1998. V. 26. P. 519-572).

Главное допущение первой методики состоит в том, что распределение урана в кристаллах одинаково. Этот метод не может использоваться, если в образце предполагается наличие гетерогенных минералов с анизотропным распределением урана, имевших различную термальную историю. Вторая методика позволяет датировать отдельные зерна. В современном трековом анализе чаще всего используют метод внешнего детектора (см., например, Hurford A.J., Carter A. The role of fission track dating in discrimination of provenance // In Developments in Sedimentary Provenance Studies, ed. A.C. Morton, S.P. Todd, P.D.W. Haughton. Geol. Soc. London Spec. Publ. 57. 1991. P. 67-78.), который применим для датирования кристаллов с анизотропным распределением урана и для образцов, в которых встречаются разновозрастные зерна, например, детритовых.

Магнитостратиграфические исследования заключаются в определении магнитной фракции (минералов-носителей намагниченности) (см., например, Магнитостратиграфия и ее значение в геологии, Э.А. Молостовский, А.Н. Храмов, Москва 1997).

Применяемые вышеперечисленные методы (как и другие известные), количество исследований и образцов для определения возраста и состава пород осадочного чехла подбирают для каждого изучаемого осадочного бассейна с учетом особенностей вскрытых в скважине отложений, а также достижения поставленных геологических целей.

Исследования кернового материала проводят комплексно, после чего на основании совокупности всех результатов обосновывают каждый возрастной интервал.

Далее проводят интеграцию полученных данных в сейсмический проект, разработанный на этапе 1, в котором проводят сейсмостратиграфическую привязку разрезов новых морских малоглубинных стратиграфических скважин к региональным сейсмическим профилям МОГТ-2D и/или МОГТ 3D с использованием данных этапа 4 (ГИС, ВСП) (см., например, Сейсмическая стратиграфия. Использование при поисках и разведке нефти и газа, Вейл П.Р., Грегори А.П., Митчем P.M. мл. Шерифф Р. под ред. Ч. Пейтона, 1982, Москва, изд-во Мир).

С учетом сейсмостратиграфической привязки результатов малоглубинного стратиграфического бурения к имеющимся сейсмическим данных выполняют уточнение положения ССК, уточняют корреляцию ОГ, сначала вблизи малоглубинных стратиграфических скважин, затем ее распространяют в пределы всего осадочного бассейна изучаемого участка, проводят актуализацию выполненной ранее на этапе 1 интерпретации геолого-геофизических данных, строят сводные литолого-стратиграфические разрезы через пробуренные скважины и ключевые структурные элементы изучаемого осадочного бассейна и обновляют детальные сейсмогеологические и геологические модели (лито-фациальная, седиментационная, УВ-систем). На основании проведенной работы уточняют выделенные ранее перспективные геологические объекты, проводят их ранжирование и определяют наиболее перспективные структуры для дальнейшего изучения, актуализируют стратегию геологоразведочных работ на изучаемом участке недр. Пример сводного литолого-стратиграфического разреза по малоглубинным скважинам приведен на фиг. 17.

На блок-схеме фиг. 13 наглядно продемонстрирован алгоритм осуществления всех этапов заявленного способа.

Достижение заявленного технического результата при использовании предлагаемого способа подтверждается исследованиями, проведенными в арктическом регионе на лицензионных участках Карского моря и моря Лаптевых, которые по прогнозным оценкам являются нефтегазоперспективными. Для оценки возраста и состава пород осадочного бассейна на данных участках в пределах морской акватории были проведены работы по всем описанным выше этапам. Для построения достоверных сейсмогеологической и геологической модели образования отложений в регионе были проведены детальные лабораторно-аналитические исследования в части определения возраста и состава пород осадочного чехла, выполнены сейсмостратиграфическая привязка и актуализация интерпретации, построены сводные литостратиграфические разрезы.

Пример 1. Способ оценки возраста и состава пород осадочных бассейнов в арктическом регионе на лицензионном участке ПАО «НК «Роснефть» в Карском море. Приведенный иллюстративный материал на фиг. 1-17 демонстрирует реализацию всех этапов заявленного способа на данном лицензионном участке.

Базовая геологическая модель на первом этапе по заявленному способу была построена с использованием более 37000 пог км сейсмических профилей МОГТ-2D и большого массива региональных геолого-геофизических данных, включая материалы полевых геологических экспедиций, выполненных на архипелаге Северная Земля, материалы аэрогравимагниторазведочной съемки в объеме 70000 км, набора геологических карт России, данных соседних лицензионных участков в Карском и Баренцевом морях, а так же общих представлениях об истории геологического развития региона.

Морскую сейсморазведку проводили с глубиной исследования до кровли акустического фундамента с обеспечением плотности сейсмических профилей не менее 0,20 км/км², с глубиной исследования не менее 20 км в глубинном масштабе, или 12 сек. во временном масштабе. В результате комплексной интерпретации геолого-геофизических данных было выделено 5 ССК, проведена интерпретация 10 ОГ, построены карты (изохрон, мощностей, структурные), создана базовая региональная геологическая модель - палеозойская модель, основной части осадочного чехла, возраст складчатого основания-ордовик (прогноз). На основании работ этапа 1 выделены геологические объекты, представляющие интерес для дальнейшего изучения и определены целевые отражающие горизонты.

Зоны для заложения малоглубинных стратиграфических скважин на втором этапе исследований определялись доступной глубиной залегания целевых отражающих горизонтов, а также возможностью проведения работ с учетом глубины моря и ледовой остановки на шельфе Карского моря. В результате было выбрано 15 скважин-кандидатов, после чего выполнено их ранжирование на основе критерия коррелируемости (возможности передачи коррелируемых ОГ на значительные расстояния в пределах ОБ) и критерия полноты стратиграфического диапазона.

На третьем этапе по заявленному способу выполнена инженерная малоглубинная сейсморазведка высокого разрешения с помощью сейсмоакустического комплекса (накопитель энергии «SplitMultiSeis Source 5000» с максимальной скоростью заряда 5 кДж/с, приповерхностной системы буксировки электроискрового источника типа «Спаркер» (300 электродов)), многоканальной телеметрической приемной косы «XZone® Bottom Fish» с 96 активными каналами. Общая протяженность выполненных 16 профилей ССВР составила 298 км. При центральной частоте источника 330 Гц качество полученных материалов получилось высоким (вертикальная разрешающая способность 2,5 м, глубинность полученных данных от 5 до 270 м от дна моря). С учетом интерпретации полученных данных выявлено, что две скважины-кандидаты попали в области распространения аномалий типа «яркое пятно», возможно представляющие опасности при бурении, и их положение изменено, сняв риски возможных аварий. Далее проведено ранжирование скважин-кандидатов на основании критерия стратиграфической полноты и критерия коррелируемости, отобрано 10 скважин для бурения, для каждой скважины определен забой и интервалы выноса керна, утверждена последовательность их бурения с учетом ранга и погодных условий.

С целью определения возраста и состава пород осадочных комплексов Карского моря в 2020 г. на четвертом этапе по заявленному способу было проведено морское малоглубинное стратиграфическое бурение. Все скважины были заложены в пределах «Северо-Карского» ЛУ ПАО «НК «Роснефть», расположенного западнее архипелага Северная Земля. Количество и координаты скважин были определены в соответствии с заявленным способом. Всего было пробурено 10 скважин, вскрывших от 22,5 до 90 м осадочного разреза, и получено 314,6 м керна, характеризующего различные стратиграфические уровни осадочного чехла. При этом положение скважин на карте, а так же их количество являлись оптимальными для проведения работ на шельфе Карского моря с целью вскрытия максимально полного стратиграфического диапазона.

Бурение проводилось бурильными трубами API с породоразрушающим инструментом 215,9 мм. В дисперсных грунтах отбор образцов осуществлялся вдавливаемыми и поршневыми пробоотборниками. В скальных и полускальных породах бурение выполнялось колонковым вращательным способом с использованием съемных керноприемников. В случае бурения без отбора керна использовалась шарошечная вставка в долото. Скорость отбора скального и полускального керна составила в среднем 1 м/ч.

Результаты проведенных на пятом этапе лабораторно-аналитических исследований полученного кернового материала уточнили базовую палеозойскую модель основной части стратиграфического разреза Северо-Карского бассейна с полученными возрастными датировками в интервале от позднего кембрия до позднего девона. В разрезах изученных скважин были обнаружены и определены многочисленные фаунистические остатки и палиноморфы.

Мезозойские отложения определены в верхних частях разрезов скважин SSD31 и SSD33. В разрезе скв. SSD31 обнаружен среднетриасовый палинокомплекс, в котором доминируют споры, присутствуют пыльца и зеленые водоросли. Ключевыми для определения возраста являются таксоны: Perotrilites minor, Stellapollenites thiergartii, Triadispora crassa.

С учетом сейсмостратиграфической привязки разрезов малоглубинных стратиграфических скважин к сейсмическим профилям уточнено выделение и положение сейсмостратиграфических комплексов (6 ССК), уточнена корреляция 19 отражающих горизонтов, актуализирована история геологического развития Северо-Карского осадочного бассейна, построены сейсмогеологические и геологические модели. С учетом комплексного анализа построены литолого-стратиграфические разрезы через пробуренные скважины и ключевые структурные элементы изучаемого осадочного бассейна, уточнены контура перспективных объектов.

На основании проведенных работ определена стратегия геологоразведочных работ для Карского моря.

Изобретение относится к области нефтегазогеологических исследований и может быть использовано при оценке возраста и состава пород осадочного чехла малоизученных осадочных бассейнов арктического региона (арктический шельф) по результатам проведенного малоглубинного стратиграфического бурения. Способ оценки возраста и состава пород осадочных бассейнов в арктическом регионе на исследуемом участке в пределах морской акватории включает пять этапов. На первом этапе проводят сбор и обобщение всех имеющихся геолого-геофизических данных по акватории, включая батиметрическую карту и карты ледовой обстановки. После чего в границах исследуемого участка проводят морскую сейсморазведку, на основании полученных временных сейсмических профилей по результатам сейсморазведки выполняют корреляцию целевых отражающих горизонтов и строят структурные карты и карты толщин. На втором этапе определяют зоны в границах исследуемого участка, доступные для проведения морского малоглубинного стратиграфического бурения и координаты скважин-кандидатов. После чего выполняют ранжирование скважин-кандидатов, при этом приоритетными для бурения определяют скважины-кандидаты, соответствующие определенным критериям. На третьем этапе после выбора скважин-кандидатов на основании сейсмических данных проводят высокочастотную сейсмоакустическую съемку. По результатам высокочастотной сейсмоакустической съемки корректируют количество и географические координаты малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов, полученные на втором этапе, исключая координаты скважин, характеризующиеся сейсмическими аномалиями волнового поля, потенциально связанными с опасными геологическими процессами и явлениями. При этом учитывают статистические за последние 10 лет данных по природно-климатическим условиям региона работ: скоростью ветра не более 25 м/с и высотой волны не более 3 м. На четвертом этапе по полученным на третьем этапе координатам проводят бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин с одновременным отбором кернового материала и проведением геофизических исследований скважин (ГИС) с использованием методов вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и термометрии. На пятом этапе выполняют лабораторно-аналитические исследования кернового материала с определением возраста и состава пород, вскрытых в пробуренных малоглубинных стратиграфических скважинах. Технический результат - заявленное изобретение обеспечивает проведение необходимого и достаточного комплекса исследований для получения данных, по которым может быть сделан вывод о возрасте и составе пород осадочного бассейна в арктическом регионе в пределах акватории, где возраст осадочного чехла оставался достоверно не установленным. 5 з.п. ф-лы, 17 ил., 3 табл.

1. Способ оценки возраста и состава пород осадочных бассейнов в арктическом регионе на исследуемом участке в пределах морской акватории, включающий выполнение следующих этапов, где:

на первом этапе проводят сбор и обобщение всех имеющихся геолого-геофизических данных по акватории, включая батиметрическую карту и карты ледовой обстановки; в границах исследуемого участка проводят морскую сейсморазведку, на основании полученных временных сейсмических профилей по результатам сейсморазведки выполняют корреляцию целевых отражающих горизонтов (ОГ) и строят структурные карты по ОГ и карты толщин;

на втором этапе определяют зоны в границах исследуемого участка, доступные для проведения морского малоглубинного стратиграфического бурения, и координаты скважин-кандидатов, при этом по батиметрической карте определяют зоны со значениями изобат менее 300 м, которые обозначают как «зона 1», оценивают карты ледовой обстановки за период не менее 10 последних лет и выделяют зоны, свободные ото льда в течение не менее 20 дней, которые обозначают как «зона 2», определяют по картам толщин между батиметрической картой и структурной картой по каждому целевому ОГ зоны со значениями изогипс менее 500 м - «зона ОГ_N», где N - наименование выделенного целевого отражающего горизонта, после чего последовательно накладывают полученную область пересечения зон 1 и 2 на каждую зону OГ_N и выявляют области пересечения для каждого ОГ, на которых определяют положение по меньшей мере четырех точек, расположенных на временных сейсмических профилях, и их географические координаты для бурения морских малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов, каждая из которых удовлетворяет по меньшей мере одному из перечисленных условий: вскрывает наиболее полный стратиграфический диапазон; вскрывает отложения осадочного чехла и породы фундамента, складчатого основания; вскрывает по меньшей мере одно угловое или стратиграфическое несогласие, выделяемое на сейсмических разрезах; после чего выполняют ранжирование скважин-кандидатов, при этом приоритетными для бурения определяют скважины-кандидаты, соответствующие критерию коррелируемости (К1) - возможности передачи коррелируемых ОГ в пределы осадочного бассейна, и критерию (К2) полноты стратиграфического диапазона осадочного чехла;

на третьем этапе после выбора скважин-кандидатов на основании сейсмических данных проводят высокочастотную сейсмоакустическую съемку (ССВР), включающую по меньшей мере три профиля на одну точку скважины-кандидата, при этом один из профилей выбирают совпадающим с уже имеющимся профилем морской сейсморазведки, два других расположены с образованием угла между соседними профилями не менее 45 градусов;

по результатам ССВР корректируют количество и географические координаты малоглубинных стратиграфических скважин-кандидатов, полученные на втором этапе, исключая координаты скважин, характеризующиеся сейсмическими аномалиями волнового поля, потенциально связанными с опасными геологическими процессами и явлениями, включая тектонические нарушения, скопления приповерхностного газа, многолетнемерзлые породы (ММП), оставшиеся проектные скважины ранжируют для определения последовательности бурения, выбирая в качестве приоритетных для бурения скважины, характеризующиеся возможностью передачи корреляции отражающих горизонтов в пределах осадочных бассейнов и полнотой вскрываемого стратиграфического диапазона осадочного чехла, и в том числе с учетом статистических за последние 10 лет данных по природно-климатическим условиям региона работ: скоростью ветра не более 25 м/с и высотой волны не более 3 м;

на четвертом этапе по полученным на третьем этапе координатам проводят бурение морских малоглубинных стратиграфических скважин с одновременным отбором кернового материала и проведением геофизических исследований скважин (ГИС) с использованием методов вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и термометрии, основанных на применении оптоволоконного способа регистрации обратного рэлеевского и рамановского рассеяния;

на пятом этапе выполняют лабораторно-аналитические исследования кернового материала с определением возраста и состава пород, вскрытых в пробуренных малоглубинных стратиграфических скважинах, с последующей сейсмостратиграфической привязкой разрезов морских малоглубинных скважин к региональным сейсмическим профилям и построением сводных литолого-стратиграфических разрезов через пробуренные скважины.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сейсморазведку на первом этапе проводят с глубиной исследования не менее 20 км в глубинном масштабе или 12 сек во временном масштабе.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сейсморазведку на третьем этапе проводят с использованием сейсмоакустического комплекса с накопителем энергии с максимальной скоростью заряда 5 кДж/сек, и приповерхностной системы буксировки приемно-излучающей линии вдоль профиля исследований, включая электроискровой источник и многоканальную телеметрическую приемную косу длиной не менее 30 м, содержащую не менее 16 активных каналов, с использованием центральной частоты источника 500-700 Гц с достижением вертикальной разрешающей способности не менее 2,5 м и глубинностью полученных данных от 5 м до 100 м от дна.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что малоглубинное стратиграфическое бурение на четвертом этапе выполняют с использованием модуля высокоскоростного бурения и полимер-глинистого раствора плотностью 1100 кг/м³-1200 кг/м³, при этом для морского малоглубинного стратиграфического бурения в грунтах от мягкопластичной до текучей консистенции используют скважинный пробоотборник с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1,1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 1,5 мм, оснащенный лепестковым кернорвателем с механической скоростью вращения 9 м/ч; в грунтах от полутвердой до тугопластичной консистенции, включая пески любой плотности сложения, используют скважинный пробоотборник с керноприемником в виде металлического цилиндра длиной не менее 1,1 м, внутренним диаметром не менее 73 мм и толщиной стенки не менее 4 мм с механической скоростью вращения 9 м/ч; в скальных, полускальных и твердых грунтах используют скважинный обуривающий пробоотборник с внутренним диаметром не менее 82 мм и длиной не менее 3 м, который оснащают цанговым или лепестковым кернорвателем.

5. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что отбор керна проводят для всех стратиграфических уровней осадочного чехла с выносом не менее 50% керна от общей длины скважины на глубинах до 500 м.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для сейсмостратиграфической привязки разрезов морских малоглубинных скважин к региональным сейсмическим профилям выполняют одномерное сейсмическое моделирование с использованием материалов ВСП, рассчитывают синтетическую трассу и сравнивают с реальными сейсмическими трассами, полученными при проведении морской сейсморазведки, а построение точечных литолого-стратиграфических разрезов проводят с учетом результатов лабораторно-аналитических исследований кернового материала морских малоглубинных стратиграфических скважин.