Скважинная магнитометрия дает возможность получать непрерывную информацию по стволу скважины о магнитных свойствах пород в условиях их естественного залегания. Магнитометрические исследования применялись при изучении траппов Восточной Сибири, океанических базальтов в Тихом и Атлантическом океанах, и при исследовании разрезов сверхглубоких и нефтегазовых скважин. Для выявления закономерностей размещения нефтегазовых месторождений и глубинного структурного прогноза необходимо всестороннее изучение траппов, встречающихся в осадочных отложениях Сибирской платформы, а также интрузий в разрезах Тюменской, Тимано — Печорской, Колвинской, Саатлинской и Уральской сверхглубоких скважинах [6-8] .
По геологическим данным [3 -5] интрузии разделяются по степени дифференциации. Недифференцированные и слабо дифференцированные интрузии пород нормального ряда представлены собой отдельными дериватами дифференциации магмы и включают в себя субвулканические тела и подводящие каналы к лавам. Большая часть таких интрузий сложена нормальными долеритами с пойкилитовой, пойкилоофитовой, офитовой, гломеро-офитовой, реже толеитовыми структурами. Минеральный состав их колеблется в пределах: плагиоклаз ( 30-50 % ) , клинопироксен ( 20-45 % ) ; оливин ( от 0-2 до 10% ) : рудный минерал ( 1-3, реже 10 % ) и мезостазис .
Дифференцированные интрузии значительно разнообразнее по составу. Широко распространены дифференцированные интрузии от долеритов до гранофировых габбро-долеритов. Габбро-долериты, амфиболизированные и кварцевые диориты, характеризующиеся наиболее полной дифференциацией (от долеритов до кварцевых диоритов), довольно редки. Для интрузий характерны признаки горизонтальной расслоенности, проявляющиеся в появлении слойков габбро-долеритов, несущих следы более позднего авто метасоматического изменения. Основные структуры – призматически зернистые, габбровые, до пегматоидных. В направлении увеличения степени дифференциации (до пегматоидных габбро — долеритов) отмечается некоторое повышение железистости (при относительном постоянстве MgO и некотором возрастании содержания Fe2O3 по отношению к FeO) и увеличение щелочности [3]. Наличие зональности наиболее мощных интрузий, которая по геологическим данным выражается в лучшей раскристаллизации центральных частей интрузивных тел по сравнению с кровлей и подошвой, находит отражение и в изучаемых скважинной магнитометрией параметрах .
Впервые взаимосвязь зональности трапповой интрузии с магнитными характеристиками была изучена на примере глубокой скважины ВН-6 Верхне — Нимдимской площади Сибирской платформы [10] .
По характеру распределения структурных слойков в вертикальном разрезе керна и, в частности, по положению шлиров, ориентированных перпендикулярно к оси керна, эти интрузии представляют собой горизонтальные или субгоризонтальные тела [3] .
Силл, вскрытый ВН-6 в интервале 365-550 м имеет следующее строение ( рис.1.): 355-362 м — зона верхнего эндоконтакта интрузива – микродолериты афанитовые, переходящие постепенно в пойкиллитовые и пойкилоофитовые разности; 362-380 м — долериты гломеропорфировые; 380-397 м — горизонт габбро-долеритов оливиновых, порфировидных и пегматоидных, содержащих в своем составе до 10-12 % магнетита; 397-414м — долериты оливиносодержащие и оливиновые гломеропорфировые; 414-434 м — долериты оливиновые до троктолитовых, офито-коккитовые; 434-525 м — долериты оливиносодержащие и оливиновые, гломеро-порфировые; 525-537 м — долериты оливиносодержащие, тонко-гломеропорфировые, постепенно переходящие в долериты пойкилитовой структуры; 537-547м — долериты оливиносодержащие и безоливиновые, пойкилитовые; 546-552 м — микродолериты афанитовые – нижнего эндоконтакта.
Зависимость магнитных свойств от состава и взаимоотношений магнитных и немагнитных минералов в породах трапповой формации сибирской платформы изучалась многими исследователями [2,3,11]. Однако, все они базировались на изучении вещественного состава трапповых тел. Вполне очевидно, что значение метода скважинной магнитометрии трудно переоценить. Отсутствие интрузивного кернового материала по глубоким скважинам выдвигает этот метод в качестве основного, позволяющего выделять, расчленять, а, следовательно, и сопоставлять вскрываемые скважинами интрузивные тела. Очевидно, также, что данная стадия изученности возможностей метода позволяет сделать только предположительные выводы о составе и строении долеритовых тел.
Рисунок 1. Результаты расчленения мощной трапповой интрузии с учетом данных скважинной магнитометрии. Скв. ВН-6 (интервал глубин 360 — 570 м), Сибирская платформа.
1- афанитовые долериты и микродолериты; 2- пойкилитовые и пойкилофитовые долериты; 3- гломеропорфировые долериты; 4- офито- коккитовые троктолитовые долериты до пикритовых; 5 – оливиновые разности; 6 – габбро-долериты , ферро-габбродолериты; 7- границы структурной однородности долеритового тела по керну с учетом магнитных характеристик, 8 – роговики; 9 – известняки; 10 – песчаники.
Пересчет химических анализов долеритов из коллекции геолога ВНИГРИ Т.В.Афанасьевой , по методу А.Н.Заварицкого, показал , что в целом, породы эти можно отнести к слабо дифференцированным телам нормального ряда (химический состав близок к среднему составу Сибирских траппов). Отмечается увеличение железистости (в пегматоидных габбро-долеритах – F до 81,8%) и одновременное уменьшение магнезиальной цветного минерала М до 27,7% [10].
Неоднородность данной интрузии наблюдается и по данным скважинной магнитометрии. Долеритовые силлы большой мощности характеризуются дифференцированностью магнитной восприимчивости c и магнитного поля. Связано это, прежде всего, с вариациями состава интрузий, проявляющимися в их структурно-текстурных особенностях пород, а также с режимом тектонической обстановки, существующей в момент становления интрузива. Верхняя ее часть, до глубины 434 м, представленная гломеропорфировыми, оливиновыми и офито-коккитовыми долеритами и оливиновыми, порфировидными и пегматоидными магнетитсодержащими габбро — долеритами более магнитная. Магнитная восприимчивость сильно дифференцирована и изменяется от 4000 до 12000*10–5 ед. СИ (рис.1). Максимальная ее величина связана с горизонтом пегматоидных габбро — долеритов. Отрицательная аномалия вертикальной составляющей поля Za достигает величины -1500 – -2000 нТл. Средняя часть интрузии (434 –480 м) характеризуется пониженной магнитной восприимчивостью до 1000 * 10 –5 ед. СИ. По геологическому описанию преобладают гломеропорфировые долериты с оливиновыми разностями. Изменение вертикальной составляющей магнитного поля в долеритах от –800 нТл до 1000 нТл. Увеличение магнитной восприимчивости до 4000-5000*10–5ед. СИ отмечается в 480 –537 м (долериты оливинсодержащие, тонко-гломеропорфировые). Нижний эндоконтакт интрузии, представленный пойкилитовыми долеритами и практически немагнитен. Намагниченность долеритов неоднородна, на что указывает и характер кривой Za , величина поля изменяется от – 800 нТл до 1000 нТл . Аналогичное поведение естественной остаточной намагниченности и фактора Qz для этой интрузии также подтверждает расслоенное строение интрузии .
Расслоенность трапповой интрузии, вскрытой в интервале 743-964 м (скважина ВН-6) по характеру магнитных характеристик, хорошо видна на рис. 2. Также, как и описанный выше долеритовый силл, эта мощная трапповая интрузия неоднородна по магнитным свойствам. Отмечается сходство и различие в поведении кривых c и Za. В приконтактовых зонах наблюдается увеличение магнитной восприимчивости и вертикальной составляющей поля по абсолютной величине. В этих зонах, особенно в верхней части, c достигает
Рисунок 2 . Результаты расчленения мощной трапповой интрузии с учетом данных скважинной магнитометрии. Скв. ВН-6 (интервал глубин 743 — 964 м), Сибирская платформа .
1- афанитовые долериты и микродолериты; 2- пойкилитовые и пойкилофитовые долериты; 3- гломеропорфировые долериты; 4- офито- коккитовые троктолитовые долериты до пикритовых; 5 – оливиновые разности; 6 – габбро-долериты , ферро-габбродолериты; 7- границы структурной неоднородности долеритового тела по керну с учетом магнитных характеристик,8 – роговики.
14000 * 10–5 ед. СИ, Za до – 5000 нТл. Такое поведение кривых c и Za свойственно для гломеро — порфировых долеритов. Средняя часть, представленная долеритами оффито — коккитовой структуры, по магнитным свойствам однородна. Магнитная восприимчивость имеет величину около 5000*10–5 ед. СИ, величина внутреннего магнитного поля не превышает 500 нТл, кривая Za менее изрезана. Долериты оливиносодержащие и оливиновые гломеро-порфировые имеют величину магнитной восприимчивости, не намного превышающую величину c для долеритов оффито-коккитовых, и являются как бы переходным звеном от гломеро-порфировых долеритов к долеритам оффито-коккитовым. Гломеро-порфировые долериты обладают меньшим значением фактора Qz, несколько большими значениями c, чем долериты оффито- коккитовой структуры и оливиновые долериты , т.е. породы, составляющие центральные части интрузий, более раскристаллизованные (рис.3 ) [ 10 ] .
Как показали исследования Т.Нагаты [9] и Л.Е. Шолпо [12], по распределению значений Q можно устанавливать изменения в составе и структуре пород, связанные с зонами окисления или иных вторичных изменений и показано что чем более крупнозернистым является ферромагнитный материал, тем ниже его магнитная жесткость и, следовательно, ниже стабильность и меньше сохранность первичной остаточной намагниченности.
Рисунок 3. Вариационные кривые магнитной восприимчивости c(а), естественной остаточной намагниченности Jnz (b) ,фактора Qz (c) и зависимости фактора Qz от намагниченности Jnz (d) по Верхне — Нимдинской площади.
1- громеро-порфировые долериты, 2- долериты гломеро-порфировые (оливиновые разности), 3-долериты оффито-коккитовые троктолитолые.
Возможно, что причина изменения намагниченности долеритов связана не только с увеличением степени раскристаллизованности пород, но и с внешними условиями существования породы.
Для изучения расслоенности интрузий необходимо использовать анализ вариационных кривых магнитной восприимчивости, естественной остаточной намагниченности Jn или Jnz, фактора Q или Qz, а также корреляционные зависимости фактора Qz от намагниченности Jnz (рис.3) .
Для долеритов с различной структурой построены вариационные кривые, приведенные на рис.3. Долериты обратной полярности с различной структурой и минеральным составом по характеру распределения Jnz неоднородны, но диапазон изменения у них небольшой. Для обратно намагниченных долеритов характерно ассиметричное строение вариационных кривых, рис.3 (b,c). Преимущественное распространение их на исследуемой территории хорошо видно из величины выборок. Прямонамагниченные долериты имеют гломеро-порфировую структуру.
Как видно на рис.3 (c ) гломеро — порфировые долериты обладают меньшим значением фактора , поскольку большими значениями и большим разбросом величины , чем долериты оффито-коккитовой структуры и оливиновые долериты (т.е. породы, составляющие центральные части интрузий и более раскристаллизованные). Действительно в общем случае, чем более крупнозернистым является ферромагнитный материал, тем ниже его магнитная жесткость и, следовательно, ниже стабильность и меньше сохранность первичной остаточной намагниченности [12]. Но возможно, что причина изменения намагниченности долеритов связана не только с увеличением степени раскристаллизованности пород, но и с внешними условиями существования породы.
В Тимано-Печорской сверхглубокой скважине СГ-5 интрузии долеритов сосредоточены главным образом в нижне — и среднедевонских отложениях [5] . Внутреннее строение тел, структура и текстура магматических пород, свидетельствуют о гипабиссальных условиях застывания расплавов и интрузивной природе тел. Внутрикамерная дифференциация расплавов от базальтового (долериты) до гранитного (гранофиры) состава с закономерной сменой пород в разрезе интрузий хорошо прослеживается [5] .
В скважине СГ — 5 по результатам скважинной магнитометрии выделены две интрузии долеритов на глубине 3900 -3928.6 м и 4186 — 4225 м. Вновь, как и у траппов, отмечено различие магнитных свойств долеритов. Основные отличия в том, что верхний пласт долеритов однороден по магнитным характеристикам и имеет мягкую намагниченность, присущую магнетитовой минерализации, а для нижнего пласта характерна неоднородность и знакопеременность кривой магнитного поля Zа , величина которой достигает +18000 нТл. Кроме того, произошло увеличение вклада остаточной намагниченности в общую Jz (Jnz около 4-7А/м, Q >5), что может быть обусловлено более жесткой титано — магнетитовой минерализацией. По-видимому, верхние долериты являются более окисленными, т.е. произошло окисление титано — магнетита до магнетита. Этот факт свидетельствует о разных геологических условиях образования долеритовых тел.
Долериты на глубине 4556-4604м отличаются дифференцированностью c, изрезанной, знакопеременной аномалией Zа, достигающей 10000 нТл, что говорит о расслоенности долеритовой интрузии в период ее становления. Магнитным носителем в данном случае является титано — магнетит и пирротин. По результатам геолого-геофизических исследований (НПО “Недра”) этот пласт является локальной покрышкой газоносного пласта.
Интрузии, вскрытые Тимано-Печорской скважиной, представлены меланократовыми долеритами, кварцевыми долеритами, гранодиоритами, гранофирами с преобладанием долеритов. Более мощные интрузии имеют зональное строение, а более мелкие тела однородны. Сближенные в разрезе тела, наиболее вероятно, представляют собой апофизы одной, более мощной, интрузии, так как часто при этом видна закономерная смена их состава [1,2,5].
Геологическое строение и вещественный состав мощной интрузии, вскрытой на глубине 5594-5703 м, показан на рис.4. Вмещающими породами являются
Рисунок 4 . Результаты расчленения долеритовой интрузии Тимано-Печорской СГ-5 с учетом данных ГИС .
1-метааргиллиты; 2-долериты; 3-меланократовые долериты; 4-кварцевые долериты; 5-гранофиры и гранодиориты.
аргиллиты и известняки, превращенные под ее влиянием в метааргиллиты, скарноиды и известковые скарны. Вмещающие породы характеризуются низкими значениями магнитной восприимчивости c, дифференцированностью удельного электрического сопротивления и относительно высокой гамма — активностью, что связано с обилием калиевых слюд, заместивших глинистую составляющую первичных аргиллитов [1,5]. В верхней части интрузии наблюдаются породы мощностью до 2 метров по составу, структуре и текстуре близкие к базальтам. Это тонкозернистые или стекловатые микропорфировые или афировые породы с фонокристаллами и микролитами плагиоклаза и клинопироксенов. Ниже по разрезу скважины встречены каврцевые долериты мощностью до 10м. Величина магнитной восприимчивости близка к величине c базальтов. Это породы базальтового состава с типичными долеритовыми или толеритовыми структурами. Еще ниже по величине магнитной восприимчивости однозначно выделяются долериты, где замещенное вулканическое стекло содержит все больше кварца и появляются микропегматитовые агрегаты кварц-альбитового, кварц-ортоклазового состава. Гранофиры и гранодиориты, отмеченные внутри интрузии долеритов, слабомагнитны и четко выделяются на кривых магнитной восприимчивости [5].
Выводы
- Установлено, что расслоенность мощных интрузивных тел хорошо проявляется в поведении магнитной восприимчивости и внутреннего магнитного поля, измеренным в скважине, величине и знаке намагниченности.
- Показано, что применение метода скважинной магнитометрии при отсутствие или неполный выход кернового материала по сверхглубоким скважинам в комплексе с геологическими методами изучения позволяет:
- Выделять в разрезах сверхглубоких и глубоких скважин интрузивные тела, устанавливать местоположение кровли и подошвы долеритовых интрузий, локализовать и определять их мощность.
- Расчленять долериты по литологическим разностям, уточнять их местонахождение и мощность в разрезе.
Особенно важно это в практике нефтегазопоисковых работ, когда проходка скважин идет без отбора керна и проблемой становится литологическое расчленение разреза.
Работа частично выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований по Отделению наук о Земле РАН ,проект № 15-2-5-25-29.
ЛИТЕРАТУРА
- Белякова Л.Т., Кушнарева Т.И. Магматические образования в нефтегазоносных комплексах Тимано-Печорской провинции // Закономерности расмещения зон нефтегазонакопления в Тимано-Печорской провинции /Тр. ВНИГРИ.-Л., 1986.- С.57-66.
- Вассерман Б.Я., Богатский В.И. Нефтегазоносность северных районов Тимано-Печорской провинции //Геология и нефтегазоносность северных районов Тимано- Печорской провинции .М.,1979 .Вып 4.-С.49-51.
- Виленский А.М. Петрология интрузивных траппов севера Сибирской платформы. М.: Наука,1967 . -260 с.
- Диковский А.А.. Седых А.В. О состоянии выполнения программы исследований Тюменской сверхглубокой скважины // Результаты бурения и исследования Тюменской сверхглубокой скважины. Тез. Доклада. Пермь, 1995.-С.28.
- Ехлаков Ю.А., ГорбачевВ.И., Карасева Т.В., Богатский В.И. и др. Геологическое строение и нефтегазоносность глубокозалегающих отложений Тимано-Печорской нефтегазовой провинции (по результатам исследования Тимано-Печорской глубокой опорной и Колвинской параметрической скважин).- Пермь: КамНИИКИГС.2000г. -330с.
- Иголкина Г.В. Сопоставление магнитных свойств траппов сибирской платформы, океанических базальтов и долеритовых интрузий по магнитометрическим измерениям в скважинах//Геофизика, 2014.№ 2. -С.54-60.
- Иголкина Г.В. Изучение намагниченности горных пород в естественном залегании по данным измерений в сверхглубоких и глубоких скважинах //Вестник МГТУ. Труды Мурманского Государственного Технического Университета. Т.10, №2, 2007.-С.244-250.
- Иголкина Г.В. Скважинная магнитометрия при исследовании сверхглубоких и глубоких скважин. Екатеринбург: УрО РАН.2002.-215 с.
- Нагата Т. Магнетизм горных пород. М.: Мир , 1965. -346 с.
- Прусская С.Н., Иголкина Г.В. К вопросу расчленения интрузивных тел с использованием данных скважинной магнитометрии // Геология и нефтегазоносность Красноярского края. Красноярск , 1983 .-С.69-71.
- Феоктистов Г.Д. Петрология и условия формирования трапповых силлов. Новосибирск: Наука,1978.-168с.
- Шолпо Л.Е. Использование магнетизма горных пород для решения геологических задач. Л.: Недра, 1977. -182 с.[schema type=»book» name=»ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С РАССЛОЕННОСТЬЮ МОЩНЫХ ИНТРУЗИЙ ТРАППОВ И ДОЛЕРИТОВ» description=»Скважинная магнитометрия дает возможность получать непрерывную информацию по стволу скважины о магнитных свойствах пород в условиях их естественного залегания. Приведены примеры исследования взаимосвязи магнитных характеристик с расслоенностью мощных интрузий траппов и долеритов. Особенно важно это в практике нефтегазопоисковых работ, когда проходка скважин идет без отбора керна и проблемой становится литологическое расчленение разреза.» author=»Иголкина Галина Валентиновна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-28″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]