Результаты геофизических исследований

Бурение СГ-4 сопровождается об­ширным комплексом геофизических исследований, включающим 28 методов электрического, сейсмоакустического, ядерно-физического, магнитного, тер­мического, газового и технико-техноло­гического каротажа. Существенных аномалий по результатам проведенных исследований не выявлено. Результаты ГИС наряду с литолого-петрографическими признаками использованы при расчленении разреза на слои, пачки, толщи.

По ряду физических параметров, за­фиксированных геофизическими исследованиями ствола и петрофизическими исследованиями керна, разрез дифференцирован в разной степени, что опре­деляется особенностями вещественного состава слагающих его образований,.различиями в степени их тектониче­ской и метаморфической переработки,. а также сложнонапряженным состоя­нием околоствольного массива.

После 10-месячного перерыва в бу­рении, обусловленного перемонтажом буровой установки, на глубине 3853 м установлена температура 60 °С, что от­вечает среднему значению геотермиче­ского градиента 1,5 °С на 100 м, и со­гласуется с особенностями поля дан­ной части Урала, характеризую­щейся низким значением теплового потока.

По результатам измере­ний плотности образцов керна СГ-4 хорошо видны вариации состава вулканитов разреза, в т.ч. обнаруживаются ритмы направ­ленных изменений этих параметров. На глубине 4000—2400 м такой ритм четко антидромный — вверх очень плавно растут плотности и основность вулканитов от риодацитового внизу ритма (2,65—2,75 г/см) до базальтового 2,85—2,95 г/cм, что независимо подтверждается и данными геохимического опробова­ния, а также согласованным нарастанием вверх на протяжении тех же 1600 м фоновой намагниченности пород (рис. 5).

На детальном разрезе плотностных вариаций четко устанавливается также положение контакта силицитов низов именновского комплекса и залегающих ниже внешне сходных алевропелитов кабанского комплекса: ему соответствует скачкооб­разное возрастание плотностей (состав сменяется вниз на базальтоидный). При этом в нижней (1 м) базальной части флишоидной толши плотности тех же силицитов, как оказа­лось, вниз с приближением к контакту прогрессивно возрас­тают, что обусловлено появлением во все большем количестве терригенной примеси материала размыва пород мафического основания. Это одно из объективных обоснований нормаль­ной седиментационной природы данного контакта — двух формаций двух стадий геодинамического цикла — офиолнтовой и постофиолитовой.

Породы по стволу СГ-4 в основном слабо намагничены. Выделяются на таком фоне различные дайки и интервалы по 5—30 м грубой пирокластики околожерловых фаций. Послед­ние выделяются в отличие от других туфов также обилием вулканических бомб и вишневых окисленных шлаковых ла-пиллей (инт. 1280-1315; 1986-2007; 2398-2460; 2494-2497 м и др.).

Приведенный на (рис. 5) скоростной разрез по СГ-4 показывает увеличение скоростей с глубиной: от 6 км/с вверху до 6,4 км/с ниже. Данные ВСП В.А.Силаева по стволу СГ-4 в деталях несколько иные. Сопоставления их с геологией показали, что в вариациях Vp значимы два фактора: состав пород — основной и средний (повышенные до 6,2—6,55 км/с) или же кислый — более низкие скоростные параметры (5,6—5,8 км/с). Усложняет картину резкими «провалами» в графике скоростей второй фактор — вариации степени тектонической нарушенности разреза. Вероятно, основная роль в этом принадлежит мелкой объемной трешиноватости, поскольку тектонические швы с более выраженной нарушенностью пород, но небольшой 2—5 м видимой мощностью (1918 м, 2506—2510 м и др.) в разных вариантах скоростного разреза ВСП не всегда проявляются. В основном же выделяются целики с максимальными для данного состав пород скоростями на протяжении до 600 м. С вариациями литологии корреляции нет (массивные туфы чередуются с пач­ками песчаных тефроидов того же и близкого составов), как и с вариациями состава от базальтового до андезитового. При этом плотности всех этих пород варьируют слабо — обычно от 2,82 до 2,88 г/см. Причина тому нивелирующее влияние повсеместного развития в туфовом материале метаморфогенной хлорит-пренитэпидотовой цементации. Она мало изменяет валовый состав пород,но сильно уменьшает их пористость (4-5% против 15-20% в кайнотипных базальтах, например. Камчатки) и повы­шает соответственно физические параметры плотности и, что особо важно, скоростные характеристики, создавая совер­шенно иную физическую среду по сравнению с молодыми вулканическими областями, где Vp в базальтовых разрезах мощностью до 5 км составляют 4,5—5,5 км/с (по Тюменской и Саатлинской сверхглубоким скважинам, на Камчатке, в Ислан­дии). По данным профилей МОВ—КМПВ, близ СГ-4 Vp в целиках практически с поверхности достигают 6 и 6,3 км/с. По результатам документации керна СГ-4, массивы пород в целиках монолитны, почти не трещиноваты, с выходом керна нередко 95—100% и длиной его кусков 50—80 см, иногда даже 2—4 м. Интенсивность вышеотмеченных метаморфических преобразо­ваний вулканитов с глубиной медленно нарастает, преобладающе землистые формы выделений сменяются ниже 3,5 км все лучше окристаллизованным эпидотом, что коррелируется с изменением некоторых физических параметров. Это также может иметь важ­ное значение в проблеме изучения теплопроводности и теплового потока по разрезу СГ-4. По изложенным причинам требуется постановка специальных детальных исследований по обозначен­ной проблематике. Помогут результаты их и в более точной реконструкции первичного химизма вулканитов разреза СГ-4.

Отметим, что разрез зеленосланцево- и более высоко метаморфизованных базальтов протерозоя Кольской СГ-3, при больших, чем в СГ-4 плотностях пород (вследствие большей их основности, до пикрит-базальтов), характеризуется близкими и большими Vp (6,5 и 6,8 км/с), которые снижаются до 5,8 км/с в разрезе осадочных пород ждановской свиты.

Высокоскоростные целики чередуются с интервалами с резко пониженными скоростями упругих волн и плотностей, видимо, зонами мелкой трешиноватости. Визуально в керне они невы­разительны, не имеют ясных границ и выделяются не всегда или неполно. Такие зоны наиболее выражены в интервалах 560—650;1800; 1850—1920; 2600—2750 м. Геологами некрупные, без милонитов, тектонические нарушения и зоны трещиноватости зафиксированы на глубинах 560—580; 1800; 2500—2510; 3480;3560 м. Предельно низкие Vp до 5,6 км/с присущи интервалам (3600—4300 м и др.), сложенным туфам и тефроидами кислого состава с плотностами около 2,75 г/см, вполне соответствую­щими составу пород и их скоростным характеристикам. Но на более поздних данных ВСП эта часть разреза по скоростям не выделилась.

Существуют и интерпретации, исходящие из того, что полученные для целиков на глубинах 1,2-3 км сейсмические скорости более 6,3 км/с слишком велики для андезитобазальто-вых вулканитов, даже уплотненных в результате метаморфиз­ма, и их следует связывать с повышенными значениями напряженного состояния в этих интервалах, чередующихся с таковыми тектонически разгруженного состояния, которые зачастую совпадают с интервалами повышенной динамичес­кой активности по данным сейсмоакустики. По данным глу­бинного сейсмоторпедирования (по В.А.Силаеву), для этих интервалов установлена скоростная анизотропия базальтоидов. Влияние последней и вариации напряженного состояния среды в связи с особенностями блоковой тектоники в каких-то частных проявлениях, безусловно, имеют место, в т. ч. создают большие сложности в проходке скважины (на глуби­нах 2500; 3700; 4980 м и др.), что делает их изучение и прогнозирование в подствольном пространстве по данным сейсмических зондирований особенно актуальными.

Данные сейсмоакустического каротажа (А.В.Троянов, 1997) в сопоставлении с другой геолого-геофизической информацией показывают, что по стволу выделяются целики с очень низкими шумами протяженностью чаще всего по 60—65; 130 и 200—230 м, на фоне которых выделяются отдельные узкие «шу­мящие» пики, в верхней части разреза чаще всего совпадающие с положением отражающих площадок на профиле ГСЗ (близ 850; 1700; 2005—2007 м), и/или с интервалами узких «провалов» в скоростном разрезе по ВСП, т. е. явно соответствуют тектони­чески ослабленным зонам, оказавшимся к тому же динамически активными в настоящее время (на 582—587;653—655; 834—848; 2175—2181; 2812—2882 м) либо же частота их встречаемости заметно повышена в широких интервалах пониженных Vp на 1025—1206; 1700-2185; 2600-2750; ниже 3480 м и др. Исклю­чение представляют интервалы (2500—2600 и 2730—3420 м), в которых наиболее высокие скорости сочетаются с частыми мощными зонами с интенсивными акустическими шумами; такая комбинация казалось бы несовместимых признаков (жест­кой, но тектонически нарушенной среды), возможно, как раз связана с тектонически напряженным состоянием этих блоков.

Изучение пластовых флюидов вклю­чало выяснение закономерностей изме­нения по разрезу состава газов и гид­рогеологические исследования.

Отбор газов производился как из ствола скважины, так и из образцов керна (газы открытых пор, глубокой сорбции). В результате установлено, что суммарное содержание газов уве­личивается с глубиной, достигая максимальных значений в интервале залег тания флишоидной толщи. Локальное увеличение газосодержания отмечено в зонах повышенной трещиноватости пород. В составе углеводородных га­дов разных форм нахождения домини­рует метан, концентрация его гомоло­гов на несколько порядков ниже. В пробах бурового раствора выявлено жезначительное содежание гелия (1,1—-2,7-10⁴ мл/л) с тенденцией к росту с глубиной и максимумом концентрации в трещиноватых, тектонически на­рушенных интервалах 2930—3080, 3450—3770 м (до 4,8—8,1.10-⁴ мл/л). В составе газово-жидких включений преобладает водород, в меньшем коли­честве содержатся метан и азот, содер­жание гелия незначительное.

Водоносные горизонты выявлялись на основе оперативного изучения ва­риаций химического состава промывочной жидкости и ее дифференциаль­ного расхода. Затем проводились спе­циальные исследования, обеспечивающие получение представительной про­бы пластового флюида и достоверных данных по пластовому давлению и емкостно-фильтрационным параметром водоносных горизонтов. Выяснено, что водоносные горизонты приурочены к донам интенсивной трещиноватости. Все опробованные водоносные горизонты до глубины 2553 м насыщены весьма пресной водой с минерализаци­ей менее 0,3 г/л, находящейся в условиях гидростатического давления. Специфика ее гидрохимического состава,.наряду с данными изотопных исследо­ваний, свидетельствует о ее метеорном происхождении. Результаты гидрогеологических и гидродинамических ис­следований свидетельствуют о значительной глубине распространения зон открытой трещиноватости.

При сопоставлении вскрытого сква­жиной разреза с результатами назем­ных сейсмических исследований уста­навливается, что практически все за­фиксированные вдоль оси скважины отражающие площадки (на глубинах 600, 1500, 2500, 2900, 3500 м) отвечают отмеченным выше крупным зонам тек­тонических нарушений и повышенной трещиноватости. При этом последняя из площадок совпадает с кровлей фли­шоидной толщи. Выявляется, что сей­сморазведка, чутко реагируя на раз­рывные дислокации и физическое со­стояние пород, слабо улавливает изме­нения в литологии разреза. Ответ на вопрос, что собой представляют установленные ниже по разрезу отражающие поверхности, можно получить только при дальнейшем углублении скважины. В этом плане показательно высказывание президента Международной   программы «Литосфера» К. Фукса: «У нас есть тысячи километров профилей сейсмического отражения, но мы не знаем, что они показывают».                     

В 1989 г. в рамках программы исследований на геотраверсе Уренгой-Верхняя Тура — Кривой Рог («Гранит») Баженовской геофизической экспедицией выполнены детализационные сейсмические наблюдения методом ре­гулируемого направленного возбужде­ния.

Характеризуя общее состояние ис­следований, следует отметить, что од­ной из наиболее острых проблем явля­ется выполнение предусмотренного программой комплекса исследований в околоскважинном пространстве, ко­торые пока ведутся в неполном объ­еме, без сопровождения структурного бурения достаточной координации. Не­обходимо ускорить обоснование и реа­лизацию геолого-геофизического (гео­динамического) полигона вокруг СГ-4.

В направлении повышения научной эффективности сверхглубокого буре­ния необходимо существенно усилий исследовательские возможности на са­мой скважине, особенно систематиче­ских замеров на больших глубинах флюидного трещинно-порового давле­ния и других гидродинамических пара­метров, оценки напряженного состоя­ния околоствольного массива, непре­рывной регистрации всех компонентов флюидной составляющей, совершенст­вования комплекса ГИС, ориентированного отбора керна с установлением палеомагнитных характеристик и др.