Применение ядерно-геофизических методовпри изучении нефтегазоперспективных территорий.

Ядерная геофизика объединяет физические методы поисков и разведки радиоактивных руд по их естественной радиоактивности (радиометрия) и поэлементного анализа горных пород путем изучения вызванной радиоактивности (ядерно-геофизические методы). Находясь на стыке между геофизикой и геохимией, она по своей сущности, методике и технике наблюдений относится к геофизическим методам, хотя решает некоторые геохимические задачи. Ядерная геофизика отличается "близкодействием", т.е. малой глубинностью исследований (десятки см по породе) вследствие быстрого поглощения ядерных излучений окружающими породами и воздухом. Однако продукты радиоактивного распада способны мигрировать, образуя вокруг пород и руд газовые, водные и механические ореолы рассеяния, по которым можно судить о радиоактивности коренных пород.

Основными методами радиометрии являются гамма-съемка (ГС), предназначенная для изучения интенсивности гамма-излучения, и эманационная съемка (ЭС), при которой по естественному альфа излучению почвенного воздуха определяют концентрацию в нем радиоактивного газа - радона. Гамма-методы (ГМ) служат для поисков и разведки не только радиоактивных руд урана, радия, тория и других элементов, но и парагенетически или пространственно связанных с ними нерадиоактивных полезных ископаемых (редкоземельных, металлических, фосфатных и др.). С их помощью можно определять абсолютный возраст горных пород. Гамма- и эманационную съемки используют также для литологического и тектонического картирования и решения других задач.

К ядерной геофизике относится так называемый геокосмический метод, основанный на подземной регистрации космических мюонов (мю-мезонов).

Искусственная радиоактивность возникает при облучении горных пород и сред гамма-квантами или нейтронами. Измеряя те или иные характеристики наведенного поля, можно судить о гамма- и нейтронных свойствах горных пород, которые определяются химическим составом элементов и физическими свойствами пород. Существует множество искусственных ядерно-физических методов определения химического состава и физических свойств горных пород, основанных на использовании либо нейтронов (нейтрон-нейтронные, нейтрон-гамма и др.), либо гамма-излучений (гамма-гамма, гамма-нейтронный, рентгенорадиометрический и др.).

Над многими известными месторождениями нефти и газа наблюдается понижение γ – активности ( в основном ее радиевой составляющей). Это явление объясняется тем, что в районах с неотектоникой породы над сводами структур более грубозернистые, чем на крыльях этих структур, поскольку в момент отложения осадков глубина бассейна на своде была меньше. Построение карт радиоактивности глубоких отложений по данным γ – каротажа позволяет выделять зоны тектонических нарушений, по которым поднимались радиоактивные воды ил жидкие углеводороды. Из-за изменения термобарических условий уран, растворенный в водах или входящий в состав металлоорганических соединений, выпадает в осадок и обеспечивает повышенную активность зон разломов.

Метод радиометрической съемки для поисков нефтяных мес­торождений впервые был применен Л.Н. Богоявлинским и А.А. Ломаки­ным в 1926 г. в Майкопском нефте­носном районе. Использовав иони­зационную камеру, они получили аномальное поле радиоактивности над нефтяной залежью, не связан­ной со структурой (шнурковая за­лежь).

Теоретические предпосылки возможности применения методов радиогеохимии при прогнозирова­нии и поисках месторождений не­фти и газа, сформулированные ря­дом российских и иностранных уче­ных (Х.Лаунберг, С.Хаддет, Л.Мил­лер, У.Кревс, Д.Пирсон, Д.Сикка, А.Ф.Алексеев, Р.П.Готтих и др.), основываются на теории вертикаль­ной миграции УВ из залежей.

Продукты распада УВ — угле­кислый газ, вода, сероводород и другие мигрирующие в результате диффузии и фильтрации из залежи газы и воды — стимулируют эпигене­тические процессы, приводящие к изменению физико-химических па­раметров среды, что выражается в преобразовании пород надпродуктивного комплекса, возникновении специфичных минеральных ассоциа­ций, нарушении окислительно-вос­становительных обстановок и пере­распределении некоторых химиче­ских элементов, в том числе радио­активных.

Под воздействием эпигенетиче­ских процессов, вызванных влияни­ем УВ-залежей, над месторождени­ями нефти и газа на протяжении длительного геологического време­ни происходит формирование спе­цифического радиогеохимического поля, характеризующегося своеоб­разными полями распределения об­щей радиоактивности, уровнями на­копления радиоактивных элементов и характером их взаимосвязи.

Практика показывает, что радиа­ционная производная (мощность экс­позиционной дозы) над и вокруг за­лежей УВ варьирует в незначитель­ном диапазоне по сравнению с фо­новыми значениями. В свое время этот факт во многом обусловил ограничение применения радиогео­химических методов. Появление со­временной лабораторно-аналитической базы и измерительной аппара­туры, новых типов детекторов и ме­тодических приемов, позволяющих выявлять слабые изменения радио­геохимического поля, возродило ин­терес к применению радиогеохими­ческих методов для прогнозирова­ния и поисков месторождений не­фти и газа.

Комплекс радиогеохимическо­го картирования включает термолю­минесцентную, радиометрическую и гамма-спектрометрическую съемки по поверхности. Плотность измере­ний выбирается согласно решае­мым геологическим задачам, дета­льности исследований, масштабу объекта.

Методика термолюминесцент­ной радиометрической съемки раз­работана в Институте разведочной геофизики и геохимии (КНР)*. В ка­честве измерительных элементов применяются поликристаллические термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) на основе LiF, позволяющие фиксировать суммарную составляю­щую радиоактивности (α, β, γ) и об­ладающие высокой чувствительно­стью. Применяемые для измерений ТЛД помещаются в водонепроницае­мую упаковку. Для получения стати­стически достоверных результатов число дозиметров на точке измере­ний равно 10. Все дозиметры пред­варительно калибруются по чувстви­тельности. Термолюминесцентные дозиметры на точках измерения уста­навливаются на глубину 0,5-0,7 м. Время экспозиции измерительных элементов в среднем составляет 15-30 сут.

Гамма-спектрометрическая съем­ка проводится с применением поле­вых гамма-спектометров-концентрометров типа РКП-305М, РСП-101М. Измерения осуществляются в точ­ках установки ТЛД с определением содержания К, U (по ²²⁶Ra), Th. Для статистической достоверности на каждой точке опробования произво­дится троекратное измерение пара­метров.

Пункты исследований привязы­ваются с помощью топографиче­ских карт и JPS-приемника. Ведет­ся необходимая геологическая до­кументация.

Полученные в результате ра­диогеохимической съемки данные проходят многоцелевую статистиче­скую обработку. Значения интенсив­ности термолюминесценции градуи­руются и нормализуются. Строятся карты дозовых вариаций поля ра­диоактивности и распределения ра­диоактивных элементов, но, как пра­вило, эти карты носят вспомогатель­ный характер.

В качестве основных критери­ев при выделении прогнозных уча­стков нефтегазоносности использу­ются:

торий-урановое отношение (Th/U);

показатель интенсивности пере­распределения естественных радио­нуклидов;

интенсивность термолюминес­ценции.

Построение прогнозных схем нефтегазоносности осуществля­ется по комплексному радиогеохи­мическому показателю, рассчитыва­емому по оригинальной методике. По степени перспективности нефте­газоносности выделяются три типа участков: с высокими, средними и низкими перспективами нефтегазо­носности.

Результаты комплексного ра­диогеохимического картирования показывают, что радиогеохимическое поле в пределах исследованных нефтегазоносных структур имеет довольно ярко выраженные специ­фические особенности распределе­ния анализируемых радиоэлемен­тов и их интегрированного показате­ля — интенсивности термолюминес­ценции. Необходимо отметить, что поля анализируемых параметров каждого объекта при наличии ряда общих закономерностей в характе­ре распределения радиогеохимиче­ских показателей имеют и отличите­льные особенности, что в каждом случае требует индивидуального подхода. Эти различия в значе­ниях радиогеохимических показате­лей вызваны как размерами и глуби­ной залегания залежей, а соответственно, и степенью интенсивности эпигенетических преобразований пород надпродуктивного комплек­са, так и литолого-ландшафтными особенностями территорий, текто­ническим строением, гидродинами­ческим режимом подземных вод и другими факторами.

Поля концентраций радиоактив­ных элементов над нефтегазовыми месторождениями характеризуются высокой степенью дифференциа­ции в распределении К, Th, U и име­ют более сложное строение, чем за их границами.

В пределах исследованных пло­щадей четко фиксируются оси, от­носительно которых намечается ра­диогеохимическая зональность. Учитывая довольно выдержанный литолого-фациальный состав под­почвенных геологических образова­ний, можно с большой долей уве­ренности сказать, что строение ра­диогеохимического поля на участке локализации УВ-залежей в первую очередь обусловлено особенностя­ми глубинного строения (в том числе тектонического) и проявлен­ностью эпигенетических процессов (прежде всего окислительно-восста­новительного характера). Тем не ме­нее анализ только моноэлементных карт не позволяет с высокой степе­нью достоверности оконтуривать положение УВ-залежей.

Более четко неоднородности строения радиогеохимического поля, вызванные влиянием УВ-зале­жей, просматриваются при анализе основных компонентов комплексно­го радиогеохимического показате­ля — Th/U, интенсивности перерас­пределения естественных радионук­лидов и интенсивности термолюми­несценции.

Существование зон, характери­зующихся аномальными значения­ми Th/U, по всей видимости, связа­но с резкими изменениями физи­ко-химических параметров среды, произошедшими в результате эпиге­нетического воздействия мигри­рующих из залежи жидких и газооб­разных компонентов. Изменение окислительно-восстановительных обстановок в свою очередь послужило причиной перераспределения урана.

Выявленные зоны высокой ин­тенсивности перераспределения ес­тественных радионуклидов, про­странственно совпадающие с поля­ми аномальных значений Th/U, так­же подтверждают существование геохимических барьеров и, очевид­но, фиксируют структуры, вмещаю­щие залежи УВ.

Наиболее контрастно области проявления наложенных процес­сов, связанных с воздействием неф­тегазовых залежей, отражаются в по­лях интенсивности термолюминес­ценции. Необходимо отметить, что ли­нейные размеры выделяемых ано­малий в некоторых случаях превос­ходят горизонтальные проекции за­лежей. Это связано с концентра­цией элементов-индикаторов в гори­зонте опробования, определяемой интенсивностью окислительно-вос­становительных реакций в зоне миг­рации УВ.

Учиты­вая эпигенетическую природу ра­диогеохимических аномалий, фор­мирующихся над местами локализа­ции УВ-залежей, можно говорить, что по значениям радиоактивной производной будут фиксироваться нефтегазоносные залежи любого типа (в том числе литологически и тектонически экранированные).

Выполненные исследования по­казали, что комплексное радиогеохимиче­ское картирование с применением методов полевой термолюминесцент­ной радиометрии и гамма-спектро­метрии позволяет с высокой степенью вероятности выявлять нефтега­зоносные структуры.

Радиогеохимическое поле над нефтегазовыми месторождениями характеризуется высокой степенью неоднородности. Максимальные ва­риации содержаний анализируемых радиоэлементов и значений комп­лексных показателей в большинст­ве случаев фиксируются в пределах ГВК, ГНК, ВНК и областях локализа­ции основных запасов УВ.

Анализ моноэлементных карт не позволяет четко выделять гра­ницы зон влияния УВ-залежей. Для обнаружения участков скоплений УВ с максимальной вероятностью их выявления (> 0,7) целесообраз­но применять комплексные радио­геохимические показатели, учиты­вающие поведение всех радиоэле­ментов.

При интерпретации результа­тов необходимо учитывать различ­ные особенности ландшафтов (в ча­стности, условия заболоченности и др.). Наличие локальных вариаций значений содержаний элементов и интенсивности термолюминесцен­ции, совпадающих с профилями ис­следований, позволяет говорить о том, что в более крупном масштабе радиогеохимическое поле имеет более сложный характер. Локаль­ные дифференциации значений различных показателей, на наш взгляд, вызваны неоднородностями строения залежи УВ и различной проницаемостью экранирующих по­род. По-видимому, при проведении крупномасштабных работ 1:25 000 — 1:10000 возможен более локаль­ный прогноз, более точное выделе­ние ГВК, ГНК, ВНК и ориентировоч­ное определение глубины залега­ния залежей.

Материалы радиогеохимиче­ского картирования показывают, что благоприятные предпосылки для получения положительных результатов существуют и в вари­анте аэрогаммасъемки.