Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии

Современные микроамплитудные  
тектонические движения, дистанционные  
методы их изучения и значение  
для нефтегазовой геологии

Modern low-amplitudinal tectonically induced 
moves, their remote studying methods  
and their value for petroleum-gas geology

Д.М. Трофимов

Инфра-Инженерия
Москва
2016

УДК 622.323.002.5
ББК 33.131я73
Т76

 
Трофимов Д.М.
Т76 
Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные
 
методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии. – М.:Инфра- 
 
Инженерия, 2016. – 80 с.

ISBN 978-5-9729-0099-2

Работа посвящена обобщению первого опыта практического использования  нового метода изучения современных тектонических движений – радиолокационной 
интерферометрии в комплексе с многоспектральными и тепловыми инфракрасными 
съемками применительно к решению ряда задач при поисках, разведке и разработке месторождений нефти и газа. Рассмотрены полученные результаты для каждого 
этапа геолого-разведочных работ. Новая геологическая информация по сравнению с 
традиционными методами обеспечивается за счет высочайшего пространственного 
разрешения дистанционных методов, измеряемого непрерывного поля данных и их 
мониторинга во времени. В частности регистрируется амплитуда смещений земной 
поверхности, индуцированная тектоническими и техногенными движениями при 
разработке месторождений, определяемая в диапазоне миллиметров – сантиметров. 
Обработка данных осуществляется в комплексе с геолого-геофизической и промысловой информацией.
Книга предназначена для специалистов в области нефтяной и газовой геологии, 
преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений геологического 
профиля.

© Трофимов Д.М., 2016
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2016

ISBN 978-5-9729-0099-2

UDK 622.323.002.5
BBK 33.131я73
Т76

 
Trofimov D.M.
Т76 
Modern low-amplitudinal tectonically induced moves, their remote studying
 
methods and their value for petroleum-gas geology. – M.:Infra-engineering,  
 
2016. – 80 с.

ISBN 978-5-9729-0099-2

This work deals with generalization of the initial experience dealing with practical use 
of the new study method of modern tectonically induced moves –m it sheds the light on 
radio-location interferometry in one package with multi-spectral and heat infra-red mapping 
procedures applicable to further solution of several tasks – prospecting, exploration 
and development of oil and gas fields. This work considered the obtained results as per 
each individual stage of carried out geological-prospecting operations. As compared to 
traditional methods, newly obtained geological information can be assured at the expense 
of highest dimensional resolution provided by remote methods, of measured continuous 
data field and of data monitoring through time. Among other things, this approach enables 
to register the zero-to-peak displacement of the Earth crust, induced by tectonics and by 
technogenic moves during the field development phase, determined in the mm-cm range. 
Data processing takes place in one package with processing of collected geologicalgeophysical and field information. 
The book addresses specialists in the field of petroleum and gas geology, instructors, 
postgraduates and students attending high schools of geological profile. 

© Trofimov D.M., 2016
© Infra-Engineering , 2016

ISBN 978-5-9729-0099-2

Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии

Предисловие

Уважаемые коллеги!

Можете ли Вы представить, что с высоты орбиты космического аппарата     (700800 км):
– можно определять амплитуду современных тектонических и техногенных подвижек структур, блоков и разрывных нарушений величиной от первых миллиметров 
в заданный интервал времени.
– фиксировать подъем и опускание земной поверхности с миллиметровой амплитудой при закачках и отборах углеводородов в залежах, на фоне которых находит 
отражение тонкая структура резервуара.
– возможно произвести оценку наличия мигрирующих к поверхности углеводородов в ареале месторождения при их концентрации на уровне тысячных долей в 
объеме почвенного слоя через растительно-почвенный покров.
– определять на земной поверхности распределение теплового потока с точностью до десятых долей градуса от месторождений углеводородов.

Этот результат использования высоких технологий XXI века и если Вам это интересно, то эта книга для Вас.

Предисловие

Preamble

Esteemed colleagues,

Can you imagine that the orbital altitude of a space module (700-800-km) enables us to 
take following stems itemized below? 
-To measure the amplitude of modern tectonics and technogenic moves, affecting 
structures, blocks and discontinuous faults, fluctuating from first mm within the scope of a 
given time interval; 
-To fix rising and descending of the Earth surface (with a mm amplitude) during 
injection and depletion of hydrocarbons in HC pools, where the sensitive structure of the 
reservoir is reflected on their background?
-To undertake a possible evaluation of present hydrocarbons, migrating towards the 
surface within the bounds of the field, assuming that the HC concentration amounts to 
the thousandth of one percent within the scope of a soil layer through the vegetation-soil 
covering? 
-To determine on the Earth surface the distribution extent of the heat flow with accuracy 
amounting to a tenth of one degree from hydrocarbon fields?

The above demonstrates the results of applied high technologies of the XXI century. If 
these ideas seem to be interesting for you, this book is devoted to you.

Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии

Введение

В данной публикации была осуществлена попытка осмысления результатов практического применения космической радиолокационной интерферометрии совместно 
с другими дистанционными методами и обобщен первый опыт ее применения для 
установления роли и значимости современных тектонических движений в комплексе 
работ на нефть и газ. Появление этой технологии можно сравнить с открытием микроскопа.
Целью публикации является информирование геологической общественности 
о новой дистанционной технологии, способствующей повышению геологической и 
экономической эффективности работ по поискам, разведке, разработке месторождений нефти и газа, а также эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ).
Основные решаемые задачи.   Определение современной подвижности структур 
осадочного чехла и разрывных нарушений для выявления открытых каналов связи 
между земной поверхностью и продуктивными горизонтами; оценка амплитуды вертикальных движений локальных структур и осложняющих их дислокаций, влияющих на переформирование ловушек и залежей углеводородов; установление «барьеров» и «каналов» на разрабатываемых месторождениях, оказывающих воздействие 
на фильтрационно-емкостные свойства резервуаров.
Актуальность. В условиях частичного исчерпания разрешающих возможностей 
геофизических методов и неоднозначных решений задачи прогнозирования нефтегазоносности при традиционном подходе возникает необходимость привлечения новых высокоразрешающих видов исследований, в частности методов дистанционного 
зондирования, имеющих другие физические основы. Это является особо актуальным, так как нефтегазовые компании за рубежом широко применяют дистанционное 
зондирование  при решении задач нефтегазовой геологии. Исключение составляют 
российские компании. Несмотря на более чем 20-летний период их практического 
использования, хотя и в ограниченном объеме, они не получили широкого применения. Комплексирование этих методов на основе новейших специализированных 
программных продуктов повышает результативность геолого-разведочных  работ на 
нефть и газ.
Технические средства реализации. Использование легкодоступных и относительно недорогих высокоразрешающих радиолокационных, многоспектральных и 
инфракрасных съемок обеспечивает построение трехмерных структурных и геоди

Введение

намических моделей локальных структур и резервуаров. Они являются основой для 
создания фильтрационных моделей при обосновании проекта разработки, корректировке эксплуатации месторождений углеводородов и подземных газовых хранилищ.
Обоснование применения. Обоснованием для рекомендаций к применению предлагаемой технологии являются положительные результаты, полученные при поисках, 
разведке и разработке месторождений нефти и газа, а также эксплуатации ПХГ. Традиционный подход к работам на ПХГ и разработке месторождений углеводородов 
основан на положении, что резервуары в пределах ловушек являются квазиоднородными по фильтрационным свойствам и частично осложнены разрывными нарушениями, которым не придается должного значения. Дистанционные методы являются 
наиболее эффективными для прогнозирования блоковой структуры резервуаров нефти и газа. Они позволяют выделять микро- и малоамплитудные активные разрывные 
нарушения со свойствами каналов или барьеров, знание которых необходимо для повышения полноты извлечения углеводородов.
Возможность использования относительно нового метода дистанционного зондирования – радиолокационной съемки из космоса и ее интерферометрической обработки открывает широкие и далеко неисчерпанные возможности ее применения 
в нефтегазовой геологии от поисков до разработки месторождений нефти и газа. 
Сущность метода заключается в количественном определении величин современной 
микроамплитудной подвижности структур осадочного чехла и составляющих их элементов (блоков и разрывных нарушений) с точностью до первых миллиметров или 
сантиметров. К микроамплитудным движениям можно отнести подвижки земной поверхности с амплитудой менее 1 метра. Они находятся за пределами разрешающих 
возможностей сейсморазведки. Впервые термин «микроамплитудные тектонические 
движения» был использован в 2005 г. польскими специалистами [1].
Статистически установлено, что локальные структуры, проявляющие в течение 
многих лет тектоническую активность в виде вертикальных движений, вызывают их 
перестройку и соответственно переформирование залежей углеводородов [2]. Новейшая перестройка структурных ловушек, образованных на палеотектонических 
этапах, приводит к изменению их форм и осложненности разрывными микроамплитудными нарушениями, которые не всегда выявляются сейсморазведкой. Это приводит к бурению скважин в неблагоприятных структурных условиях и соответственно 
отсутствию положительных результатов. Проведенные исследования в разных нефтегазоносных бассейнах показывают, что использование дистанционных методов 
существенно повышает вероятность прогноза при геолого-разведочных работах на 
нефть и газ.
При разработке и частично разведке залежей углеводородов, резервуары подвергаются воздействию малоамплитудных смещений, вызываемых тектогенными и техногенными факторами в реальном масштабе времени. В конечном счете, они влияют 
на эффективность добычи нефти и газа.
Основной вопрос, встающий при планировании геолого-разведочных работ – 
стоимость необходимого объема дистанционных исследований.  Она в любом вари

Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии

анте на порядок меньше стоимости одной поисковой или эксплуатационной скважины при высокой оперативности использования. Кроме того, уменьшение пустых 
скважин полностью окупает затраты на дистанционные съемки и их обработку совместно с геологической интерпретацией всего комплекса данных.
Качество проводимых работ определяется количеством использованных снимков, 
выбираемой длиной волны или подбором оптимального вида съемочной техники, 
устанавливаемой на спутнике, детальностью обработки и интервалом между съемками. Последний фиксирует изменения, произошедшие за этот период времени [3].
В процессе работ для более достоверного истолкования результатов используются многоспектральные и тепловые инфракрасные космические снимки. Они обеспечивают получение дополнительной информации о деталях структуры изучаемого 
объекта, процессах тепломассопереноса в его ареале и потенциальной нефтегазоносности.
С целью доказательности высказанных положений в работе приводятся примеры 
современной структурной подвижности:
– локальных поднятий, не введенных в поисковое бурение;
– не разрабатываемых в настоящее время месторождений или находящихся в начальной стадии;
– разрабатываемых месторождений;
– подземных хранилищ газа (ПХГ).
Важнейшей составляющей работы, проводимой как для поискового этапа, так и 
для разработки, является интерпретация всего комплекса дистанционных, геологических и геофизических данных, предназначенных в первую очередь, для выбора оптимального положения скважин.
 Предлагаемая читателям работа состоит из 2-х частей. Первая – предназначена в 
качестве информационного сопровождения для специалистов не знакомых с дистанционными методами. Вторая – посвящена результатам проведенных работ.
Данная публикация подготовлена в компании «РЕСЕНОЙЛ» при содействии 
М.К. Шуваевой, А.В. Емельяновой, И.Н. Поташовой и С.А. Сидоровой. Интерферометрическая обработка космических радиолокационных снимков выполнена А.Н. Захаровым. Идея использования дистанционных методов для разработки принадлежит 
Л.Б. Берману. Автор выражает этим коллегам глубокую благодарность.

I. Методы изучения современных движений и их воздействие на структуры осадочного чехла и нефтегазовые резервуары

I. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ 
ДВИЖЕНИЙ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ  
НА СТРУКТУРЫ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА  
И НЕФТЕГАЗОВЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ

Изучение современных движений относится к области геодинамики и связано 
не только с мгновенно протекающими землетрясениями, но и медленными микроамплитудными движениями земной поверхности. В последние десятилетия произошло резкое увеличение дистанционных инструментов детальных исследований геодинамических явлений. В практику внедрены новые спутниково-топографические 
системы (GPS), космическая радиолокационная интерферометрия и лазерное сканирование, что позволило исследовать периодичность, скорость, амплитуду и направленность современных тектонических движений.

1.1. Краткие сведения о геомеханических процессах в осадочном чехле, вызванных палеотектоническими и современными движениями

Проблема геомеханических процессов в осадочном чехле крайне сложна и слабо 
изучена. Многие годы специалисты располагали косвенными и дискретными данными, получаемыми при обобщении результатов движения плит, геоморфолого-геодезических и буровых работ, а также экспериментальных исследований и  моделирования. В XXI веке получили распространения новые, уже измерительные методы: 
трещинометрия в скважинах и шахтах, лазерные съемки, дистанционное зондирование и ряд других. В значительной степени получение этой информации определялось необходимостью изучения и измерения современных движений земной коры, 
которые было необходимо обосновать с точки зрения механики горных пород и термодинамических процессов, находящихся с ними во взаимосвязанной системе.
Изложенные здесь представления являются обобщенным и наиболее обоснованным мнением коллектива специалистов, серьезно занимавшихся рассматриваемой 
проблемой применительно к нефтегазовой геологии [4-7]. В первую очередь это относится к современному динамическому состоянию осадочного чехла, соответственно нефтегазоносных бассейнов и составляющих их структур разного порядка.
Нефтегазоносный бассейн – это механически активный в настоящее время комплекс пород осадочного чехла, управляемый внутренними и внешними энергетиче

Современные микроамплитудные тектонические движения, дистанционные методы их изучения и значение для нефтегазовой геологии

скими источниками. Они вызывают изменения напряжений и деформации в массивах пород, порождая постоянную микроамплитудную подвижность. Она свойственна 
разнопорядковым структурам, включая локальные, представляющие наибольший 
практический интерес. Каждая  из них обладает определенной индивидуальностью, 
обусловленной многочисленными факторами: тектоническими особенностями, литологическим составом, палео – и современной активностью, напряженным состоянием и другими. Учесть вклад каждого фактора трудно или невозможно, исходя из 
этого, в работе делается попытка определения состояния резервуаров на основании 
анализа полей поверхностных деформаций и дискретных геолого-геофизических 
данных.
Осадочный чехол относительно пассивен, экранируя, ослабляя и рассеивая передаваемую через фундамент эндогенную энергию, и воспринимая менее значимое 
внешнее энергетическое воздействие. Тем не менее, на этом фоне отмечается дифференцированная подвижность структур и нарушений чехла, обусловленная разной 
скоростью их перемещения, структурной расположенностью,  физическими свойствами и индивидуальной энергетикой.
На нестабильное состояние чехла накладывается техногенное воздействие, вызывая активизацию в основном ранее заложенных или новообразованных структурных 
неоднородностей. В этом случае техногенные проявления могут служить дополнительным источником возбуждения современной  подвижности структурных элементов на разрабатываемых месторождениях углеводородов. Исходя из этого, целесообразно рассмотреть некоторые причины и взаимосвязи тектогенных и техногенных 
движений.
Тектогенные движения определяются внутренними эндогенными и внешними 
группами факторов. Первые характеризуются периодической активизацией, вторые 
являются постоянно действующими и как бы фоновыми.
Геомеханические процессы в осадочном чехле не могут рассматриваться изолированно от напряженного состояния фундамента. Он находится, по видимому, в 
состоянии предельного равновесия, так что различные виды динамического воздействия на него приводят к активизации деформаций по ранее заложенным ослабленным зонам. В первую очередь они связаны с разломами, что требует, по сравнению со 
складкообразованием, меньших усилий.
Породы фундамента под воздействием гравитационных и эндогенных сил находятся в состоянии всестороннего сжатия. Замеры напряженного состояния Хибинского и Лавозерского плутонов на Кольском полуострове колеблются от 340 до 780 
кг/см2, а на Украинском щите в районе Кривого Рога на глубине 500м – 600 кг/см2 
[8,9]. При этом активные разрывные нарушения вызывают резкие колебания напряжений. Необходимо подчеркнуть, что в этих районах отсутствует осадочный чехол. В 
нем, по осредненным данным, эта величина составляет порядка 100 кг/см2. При проявлении избыточных напряжений, свойственных фундаменту, происходит преобладающая разрядка в виде дислокаций разрывного типа и сопровождающих их блоковых 
подвижек. При высоких температурах, сопровождающихся текучестью, формируют