Спосіб прогнозування землетрусів за даними тектонічних напруг в ізольованих флюїдоносних колекторах

Спосіб прогнозування землетрусів за даними тектонічних напруг в ізольованих флюїдоносних колекторах, що включає заміри в напружених породах, який відрізняється тим, що наростання тектонічних напруг А а х у в природних резервуарах визначається за величинами безпосередньо тектонічних напруг (в Па), які обчислюються за даними надлишкових пластових тисків (ДР) в ізольованих флюїдоносних колекторах в земній корі, і за наростанням величини А а х у в часі, судять про наближення землетрусу Винахід відноситься до галузі геологи, геотектоніки та геодинаміки Землетруси - це стресове розвантаження тектонічних напруг в земній корі, які накопичуються в ній еволюційно у результаті дії тектонічних сил До даного часу ще не існує окремих способів точного прогнозування наближення землетрусів і встановлення часу його проходження Існує вже багато способів, що розроблені при проведенні науково-дослідних робіт, технічних засобів, а також передвісників, що побічно вказують на наближення землетрусів До основних науково-дослідних способів відносяться наступні Спостереження за сейсмографами, які реєструють сейсмічні коливання в земній корі в спеціальних капітально побудованих підвальних приміщеннях (Чаригин М М Общая геология - М Госнаучтехиздат, 1963, с 348-361) Але сейсмографи фіксують коливання в земній корі, коли землетрус вже по суті справи розпочався і це є головним недоліком прогнозування землетрусів за даними цього приладу Практичне значення для прогнозу землетрусів має спосіб складення карт сейсмонебезпечності на поверхні землі, а також виявлення періодичності землетрусів у часі в сейсмонебезпечних районах (Евсеев С В Землетрясения Украины К Изд АН УССР, 1961, 75 с, Сагалова НА К вопросу о сейсмическом районировании территории Буковины В кн Сейсмичность Украины - К Изд "Наукова думка", 1969, с 70-80) Але вказані способи також не дають точних результатів в прогнозуванні землетрусів, тому, що ЦИКЛІЧНІСТЬ, яка спостерігається візуально, може бути "уявною" Так сталося і при прогнозуванні Карпатського землетрусу 4 березня 1977 року (Карпатское землетрясение 4 марта 1977г и его последствия- М АН СССР, Изд "НЕДРА", 1980, с 62) До інших численних існуючих ВІСНИКІВ прогнозування землетрусів відноситься поведінка птахів, тварин, акваріумних рибок тощо Непрямі віщування землетрусів приводяться в літературному джерелі Дж А Эйби Землетресения - М издательство "Недра", 1982, с 140-154 (переклад з англійської мови) Існує спосіб прогнозуваненя землетрусів за даними сейсморозвідки Проходження в гірських породах сейсмічних хвиль залежать від наростання тектонічних напруг Спостереженнями за швидкостями сейсмічних хвиль від слабких сейсмічних поштовхів, наприклад на геодинамічних полігонах обраних для спостережень в Середній Ази, показали, що перед початком сильного землетрусу швидкості пружних хвиль стають аномальними (Мамидалиев Ю А Об исследовании параметров сейсмического режима во времени и пространстве В кн Вопросы региональной сейсмичности Средней Азии -Фрунзе Изд Илим, 1964, с 92103, Лукк А А Пономарев В С Тенденция изменения сейсмического фона во времени - М Известия АН СССР, физ Земли, № 8, 1972, с 3-11 , Введенская А В , Рупрехтова Л Особенности на О о (О (О 61600 месторождений нефти и газа - М Изв АН СССР, пряженного состояния в очагах землетрясении у Ж Физики земли, 1973, №4, с 84-88 та в інших изгиба Восточных Карпат - М Известия АН літературних джерелах СССР, физ Земли, № 7, 1961, с 953-965 ) ПричоНами також спостерігалося збільшення пласму в напружених породах заміряють співвідношення розповсюдження швидкостей поперечних тових тисків і дебітності свердловин на нетрива(Vp) і повздовжніх (Vs) хвиль в порівнянні з співвідлий час в окремих свердловинах на родовищах ношенням Vp / Vs в ненапружених породах нафти Внутрішньої зони Передкарпатського проМи вважаємо спосіб сейсморозвідки за протогину Наприклад в Бориславському нафтовому тип нашого винаходу, так як він дає можливість родовищі, на складці Мері-Еквівалент-Польвін судити, хоч і побічно про тектонічні напруги (за (МЕП), на Старунському нафтовому родовищі де даними швидкостей розповсюдження сейсмічних навколо старих вже закритих свердловин, нами хвиль), але вже безпосередньо про характер зміни спостерігалася активізація грифонів після землесамих тектонічних напруг в земній корі, розвантатрусу 4 березня 1977 р ження яких і приводить до землетрусів Слід сказати, що в земній корі в продуктивній Але цей спосіб потребує постійного на протязі товщі існують напруги вертикального напрямку, які десятків років проведення сейсморозвідувальних обумовлюються геостатичним тиском вище заляробіт, шляхом провокування сейсмічних хвиль в гаючих гірських порід (Ргеос)- Вертикально направземній корі штучними вибухами з послідовною їх лені напруги вираховуються за формулою РГЄос реєстрацією пересувними і стаціонарними сейсміp-g-Н, де Н - глибина залягання продуктивної товчними станціями, що як правило, не робиться До щі, м, р - середнє значення густини гірських порід, даного часу вказані дослідження робляться "секг/м3, g - прискорення вільного падіння тіла (9,83 зонно" або коли Інші вісники починають свідчити м/с2) Дослідження показали, що крім вертикальпро наближення землетрусів Причому охопити них напруг в земній корі повсюди існують тектонічсейсмічними дослідженнями великі території з ні напруги із горизонтальним направленням (а ху ) певною густиною штучних вибухів потребує велиІнструментальні заміри а х у пов'язані з великиких витрат Крім того, на ділянки, що найбільш ми труднощами, так як дуже складно визначити небезпечні, попадають дуже часто населені пунккоефіцієнти Юнга і Пуассона, що пов'язані з не ти, що приводять до значних труднощів у проведенні штучних вибухів Також є можливість шляхом проведення штучних вибухів в сейсмоактивних районах спровокувати передчасне наближення землетрусу Слід також ВІДМІТИТИ, ЩО сейсморозвідка, яку ми обрали за прототип дозволяє судити тектонічні напруги в розмірностях за швидкостями розповсюдження сейсмічних хвиль (м/с) тобто в побічних розмірностях, в той час як тектонічні напруги мають розмірності в паскалях (Па) Це вагомий недолік прототипу Спосіб, що пропонується базується на підвищенні величин пластових тисків в окремих ізольованих природних резервуарах, які є реакцією на зростання тектонічних напруг в гірських породах, що його складають В глибоких свердловинах завжди в період землетрусів спостерігається підвищення рівня рідини, що обумовлено збільшенням пластового тиску в природному резервуарі В нафтових родовищах після землетрусів спостерігається також підвищення дебітів свердловин Це встановлюється замірами тисків пластовими манометрами і дебітомірами, що описані в багатьох підручниках, наприклад М А Жданов, Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа, - М Недра, 1970, с 196-217, 240-243 Фактичні дані про підвищення пластових тисків в природних резервуарах після землетрусів викладені в роботах Thompson О G Commitee on Underground Waters - Trans Amer Geophysical Union, part 2, July, 1940, p 433-439, Berry F A F Origin and tectonic significance of high fluid pressures in the California Coasts Ranges - J Petrol Technol , 1962, v21, № 1 (РЖГео 1969, 12K, 203, с 22), Шелкачев В Н Разработка нефтяных пластов при упругом режиме - М Гостоптехиздат, 1959, 467 с , Данодабедов А Т , Каровинна Т Л Изучение соотношений сейсмичности и динамических параметров МОНОЛІТНІСТЮ гірських порід за ЛІТОЛОГІЄЮ та змі ною їх елементів залягання Тому ми використовуємо спосіб визначення а х у за даними величин пластових тисків в ізольованих флюїдоносних пластах типу лінз, або в колекторах, що екрануються тектонічними порушеннями, тому, що підвищення пластового тиску в колекторі знаходиться в прямій залежності від напруги в скелеті колектора, що передається рідині, яка його насичує (Орлов О О , Карпенко О М Спосіб визначення тектонічних напруг за даними пластових тисків у природних резервуарах К Департамет промислової власності Міністерства освіти і науки України, Деклараційний патент на винахід № 45907, 2002 Суть визначення а х у в ізольованому колекторі, а також його збільшення, тобто Да х у , полягає в наступному якщо флюїдоносний колектор є ізольований (тобто є природним резервуаром обмеженим з усіх сторін непроникними породами), то прирощення пластового тиску ДР залежить від збільшення тектонічної напруги Да х у В таких пластах завжди існує так званий надпдростатичний пластовий тиск (НГПТ), або, як його називають на підприємствах нафтової промисловості аномально високий пластовий тиск (АВПТ) Виникнення АВПТ пов'язано з виникненням надлишкового пластового тиску в природному резервуарі (А Р) ДР - Рпл - Рпдр, де Роп - пластовий тиск, МПа, Рпдр - гідростатичний тиск в колекторі, МПа В ізольованих колекторах ДР залежить від Да х у , тобто ДР в даній точці в земній корі відрізняється від Да х у , що його обумовлює на величину коефіцієнта пружності породи (Р) Таким чином ДР = Аах Уі • р Р = т-р р + Рск де т - коефіцієнт пористості, рр коефіцієнт стиснення рідини, Рск - коефіцієнт стиснення зерен скелету колектора Таким чином можна рахувати ДР = Рпл - Рпдр є 61600 функція від Да х у , помножена на р = т-р р + рСк Тоді наш вираз прийме вигляд ДР=/[Да ху ] -р Звідси /(Даху,)=ДР/р, з цього виходить, що розмірність 1 2 [/(Даху,)]=Па/Па , тоді ДР=(Да ху ) , a (Орлов А А Тектонические условия формирования сверхгидростатических пластовых давлений в нефтегазоносных регионах Докторская диссертация - М Моек институт нефтехим Промышленности им И М Губкина, 1983, с 81-82) Для прикладу, визначимо Да х у , в природному резервуарі менілітових відкладів олігоцену нафтового родовища Гвізд у Внутрішній зоні Передкарпатського прогину на глибині 1985м Цей резервуар екранується повздовжніми тектонічними порушеннями насувного типу і поперечними скидопідкидами, перекритий він слабопроникними поляницькими відкладами При середньому значенні густини пластової води рв=1050гк/м3, РПдр=20,85МПа, заміряний пластовий тиск Рпл=40,2МПа Таким чином ДР=40,220,85=19,35МПа Середнє значення густини породи, що складена в основному середньо-окатаними 1П 1 зернами з глинистим цементом рск=7,5'10 Па , коефіцієнт стиснення пластової рідини рр=4,5-10 10 Па 1 , коефіцієнт пористості т=0,20 Підставимо значення параметрів у рівняння 3 5 - 1 0 6 / 8 4 - 1 0 " 1 0 =151 8МПа Це є Д(т Х і У = та величина збільшення тектонічної напруги Да х у , що обумовило величину ДР в природному резервуарі і виникнення тут аномально високого пластового тиску Таким чином, за даними ДР можна визначати Д а х у Крім визначення Да х у в природному резервуарі Гвізд, нами визначалося за способом, що пропонується, збільшення тектонічних напруг в природному резервуарі нафтового родовища ВигодаВитвиця в Карпатах, де ДР=0,004МПа виникло за рахунок Да ху =0,17МПа На родовищі ВигодаВитвиця Д а х у значно менше чим в родовищі Гвізд, це дуже добре пояснюється шляхом порівняння структурних карт складок вказаних родовищ Тектонічна структура родовища Гвізд значно більше стиснена, амплітуда складки цього родовища на 350м більша в порівнянні з родовищем ВигодаВитвиця В східному нафтогазоносному регіоні України ми розрахували Д а х у в газоконденсатному родовищі Шебелинка (Діпровсько-Донецька западина), де в природному резервуарі пермські відклади на глибині 2257м мають ДР=2,54МПа Вирахувана величина Даху=128,2МПа Нами проводились також визначення тектонічні напруги на глибині 900м в гірських породах небезпечних раптовими вибухами кам'яного матеріалу і газу в шахті їм А А Скочинського, де в пористих породах пластовий тиск Рпл-15,83МПа, гідростатичний тиск при середньому значенні густини води 1050кг/м3, гідростатичний тиск РПдр=9,15МПа, коефіцієнт стиснення пластової рідини рр=2,6-10 10Па \ стисненість газу, що знаходиться в розчиненому стані у воді P F 630-10 1 0 Па 1 , рск=2,2-1010Па1, коефіцієнт пористості т=0,10 Підраховані тектонічні напруги, що обумовили тут ДР=15,83-9,15=6,38МПа повинно бути 6 Д а х у = ^6 38-10 /[0і(2 6+630)+2 2]-1(Г 10 =31 2МПа Одержані нами величини Да х у , на різних ділянках земної кори по порядку узгоджуються з результатами інструментальних замірів тектонічних напруг у різних районах світу, викладених в літературних джерелах Марков Г А Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива - Ленинград Изд "Наука", 1977, 213 с, Булин НК Современные напряжения в горных выработках СССР - Новосибирск Журнал Геология и разведка Изд "Наука", 1972, № 8, с 56-66 Наш спосіб прогнозування землетрусів передбачає наступну схему проведення робіт (див Фіг) "Принципова схема проведення для здійснення прогнозування наближення землетрусу" вибір у сейсмонебезпечному районі ізольованого природного резервуару (1) на глибині серед непроникних порід (2) - лінзи або пласта екранованого тектонічними порушеннями (3) і розкриття його свердловиною (4), обсадка свердловини обсадною колоною (5) до глибини нижче покрівлі природного резервуару з послідовним цементуванням обсадної колони (6), спуск в свердловину пластового манометра (7) на трьохжильному кабелі (8) на глибину, що відповідає його находженню в природному резервуарі, ІЗОЛЯЦІЯ природного резервуару від внутрішнього простору обсадної колони встановленням цементного стакану (9), реєстрація пластового тиску Рпл і визначення АР на кінець кожної доби, а також визначення величин тектонічної напруги Да х у у об'єкті, що досліджується, побудова графіку наростання тектонічної напруги в часі Швидке наростання величин Да х у буде свідчити про небезпечність наближення землетрусу Якщо розташовувати декілька свердловин для досліджень у сейсмонебезпечному районі, то можна виявляти найбільш небезпечні ділянки безпосередньо по території району Спосіб, що пропонується може забезпечити постійне спостереження наростання тектонічних напруг в гірських породах на протязі довгого часу і виключає постійного проведення круглорічних штучних вибухів і незручності для громадян населених пунктів, а також небезпечності штучного провокування початку землетрусу В зв'язку з тим, що спостереження відрізняється простотою, не потребують постійних вибухових робіт, побудови спеціалізованих приміщень обладнаних сейсмографами і реєструючим обладнанням сейсмічних хвиль, спосіб, що пропонується набагато дешевше проведення круглорічних сейсморозвідувальних робіт Спосіб, при збільшенні небезпечності може бути використаний для термінового виклику і проведення досліджень іншими способами, в тому числі і сейсморозвідувальних робіт, для розробки висновків за комплексом досліджень 61600 Комп'ютерна верстка С Волобусв Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119