ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2011, № 3, с. 65-72
УДК 550.348.+550.837
ВАРИАЦИИ КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, СВЯЗАННЫЕ С ГЕОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В РАЙОНЕ НЕФТЕГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
© 2011 г. Ш.-С. О. Абдуллаев1, Ш. Г. Идармачев1, М. М. Алиев2, И. А. Алиев1, А. Г. Магомедов1
Институт геологии Дагестанского научного центра РАН 367030 Махачкала, ул. Ярагского, 75, e-mail: idarmachev@iwt.ru 2Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН 367030 Махачкала, проспект Шамиля, 39А Поступила в редакцию 20.08.2008 г.
Рассматриваются вариации кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород, за период наблюдений 2000—2005 гг., полученные вертикальным электрическим зондированием на постоянном токе с разносами питающих электродов АВ = 300 м на нефтегазовом месторождении Димитров-ское, которое расположено на Западном побережье Каспия в сейсмоактивном районе Дагестана. Перед сильными землетрясениями в Каспийском регионе с магнитудами М = 6.8—7.4 зарегистрированы импульсные увеличения кажущегося сопротивления, превышающие в десятки раз погрешность измерительной установки. Анализ данных показал, что импульсные увеличения кажущегося сопротивления не связаны с атмосферными осадками. Длительные атмосферные осадки вызывают уменьшение кажущегося сопротивления на период несколько месяцев. Увеличение кажущегося сопротивления перед сильными землетрясениями связывается с выходом газа из месторождения по трещинным зонам горных пород, проницаемость которых меняется под воздействием меняющихся в зоне подготовки землетрясения тектонических напряжений.
ВВЕДЕНИЕ
В 60—70 годах XX столетия на Гармском прогностическом полигоне в СССР были получены первые результаты по изменению кажущегося электрического сопротивления (КС) перед землетрясениями, которые в дальнейшем получили свое подтверждение в различных сейсмоактивных районах [Барсуков, Сорокин, 1973; Идармачев, 1981; Нерсе-сов и др., 1979; Avagimov, Ataev, 1994].
Дальнейшее развитие этого метода электрического зондирования получило в Китае, где главной особенностью исследований являлось охват больших площадей. Было задействовано более 120 режимных станций для электрического зондирования. Результаты наблюдений за вариациями КС в комплексе с другими данными, такие как изменения деформаций горных пород, наклонов земной поверхности, уровня воды в скважине, а также концентрации радона были использованы для предсказания катастрофического землетрясения в Хайчен-ге, Китай в 1975 г. [Zhang et al., 1996].
Предполагается, что вариации КС перед землетрясением связаны с деформацией горных пород, в частности для установок с небольшой глубиной зондирования до первых сотен метров вариации обусловлены изменением уровня грунтовых вод или гидрогеологическим режимом, при этом в ос-
новном наблюдается уменьшение КС бухтообраз-ной формы.
Впервые нами в сейсмоактивном районе были зарегистрированы скачкообразные увеличения КС перед сильными землетрясениями в акватории Каспийского моря. Отличительной особенностью данных наблюдений является то, что установка электрического зондирования расположена в зоне нефтегазового месторождения Димитровское. Поэтому в настоящей работе сделана попытка интерпретации полученных данных с помощью модели криповой подвижки в области подготовки сильного землетрясения.
При катастрофических землетрясениях сильные импульсные движения в отдельных частях земной коры, вызванные снятием накопленной упругой энергии, приводят к значительному перераспределению напряжений и, как следствие, к изменению скорости деформации в различных частях земной коры. Катастрофическое землетрясение в Чилийско-Аргентинских Андах 18 апреля 1932 г., когда почти одновременно пришли в действие 25 крупных вулканов, образующих ряд, длиной в 800 км (от Сант-Яго до Касепскан) объясняется быстро распространяющимся тектоническим импульсом, охватившим огромную площадь [Николаев, 1988].
После катастрофических землетрясений в Чили 21 и 22 мая 1960 г. с магнитудой М = 7.5 и 8.5 смеще-
Динамика объема отбора газа и величины пластового давления нефтегазового месторождения Димитровское в 2000-2005 гг.
Год Объем отбора газа, млн. м3 Пластовое давление, МПа
2000 589.7 31.39
2001 601.9 30.30
2002 574.5 29.20
2003 561.7 28.13
2004 530.3 27.07
2005 487.2 25.95
ния затронули площадь 130000 км2. При Аляскинском землетрясении 1964 г. (М = 8.4-8.6) деформации были отмечены на обширной территории, длиной 800 км и шириной около 400 км. Область подвижек вытянута вдоль Алеутского глубинного желоба, отдельные участки в центральной части желоба испытали поднятие до 10 м, а края опустились на 2 м [Николаев, 1988].
Приведенные примеры показывают, что, если в какой-то сейсмической зоне на Земле происходит разрушительное землетрясение, оно вызывает изменение напряженного состояния на обширной территории за счет выделившейся упругой энергии. Так как в целом Земля представляет собой одну гигантскую систему напряжений, то изменение их в одном месте неизбежно вызывает перестройку в других зонах.
Статистика краткосрочных предвестников землетрясений, которые регистрируются в интервалах времени от нескольких месяцев до нескольких часов, показывает, что перед землетрясением также происходит быстрое перераспределение упругих напряжений на больших удалениях от очаговой зоны. Так, например, за несколько месяцев до Аляскинского землетрясения 1964 г. (М = 8.4) на станции Талгар (Средняя Азия), расположенной на расстоянии 7000 км от эпицентра землетрясения, общее направление деформирования сменилось от сжатия к растяжению [Рикитаки, 1979, с. 172]. Данные, полученные высокочувствительным электровариометром сопротивления на обсерватории Абу-рацубо в Японии [Шккак!, Уша2ак1, 1985], показали, что перед многими сильными землетрясениями (30 случаев), происшедшими на эпицентральных расстояниях до 1000 км, за несколько часов до толчков наблюдались аномальные изменения электрического сопротивления горных пород, которые после толчка землетрясения быстро восстанавливались. Скачкообразные изменения сопротивления представляют собой не что иное, как отображение скачков деформации горных пород, на которых расположен измерительный пункт.
Предполагается, что краткосрочные предвестники обусловлены ускоренной ползучестью на завершающей стадии землетрясения, т.е. криповыми подвижками в области подготовки землетрясения [Моргунов, 2001; ШкИаМ, Уша2ак1, 1985].
Авторы [Соболев, Любушин, 2007] также допускают возможность неупругих подвижек в очагах готовящихся землетрясений. Основанием этому послужили результаты исследования записей широкополосных сейсмических станций. Было обнаружено, что перед сильными землетрясениями на Камчатке возникали импульсные колебания длительностью несколько минут, разделенные интервалами в несколько десятков минут. По мере приближения момента землетрясения усиливалась асимметрия импульсов, а также возрастала их частота.
Таким образом, исследование краткосрочных предвестников сильных землетрясений, регистрируемых на больших удалениях от очага, возможно, позволит более глубоко изучить процесс импульсных движений в земной коре как перед землетрясением, так и после него.
В настоящей работе рассматривается ряд данных режимных наблюдений за вариациями КС горных пород, полученный на Западном побережье Каспийского моря за период 01.01.2000-31.12.2005 гг. В 2000 г. на акватории Каспийского моря произошли три сильных землетрясения.
Анализ данных наблюдений за вариациями КС показывает, что перед вышеуказанными землетрясениями наблюдались флуктуации, превышающие в десятки раз точность измерений. Ниже приводится описание района и методики наблюдений, а также анализ результатов.
РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ
Пункт наблюдений за вариациями КС расположен в окрестности г. Махачкала в районе нефтегазового месторождения (рис. 1). Данное месторождение эксплуатируется с 1980 г. Добыча газа осуществляется сетью скважин с глубинами 3-3.5 км каждая. Средняя годовая добыча составляет 500-600 млн м3. По мере отбора газа величина пластового давления уменьшается. Так, например, с 1980 по 2008 гг. давление газа снизилось с 48.58 МПа до 22.80 МПа. Данные по объему добычи газа и по величине пластового давления за рассматриваемый период наблюдений приведены в таблице. В 2004 г. один из продуктивных пластов начал обводняться, что привело к падению добычи газа.
Димитровское нефтегазовое месторождение расположено на периферии Дагестанского клина (см. рис. 1а, квадрат № 9), который имеет генетическую связь с областью активного сочленения Кав-каз-Копетдагской альпийской структуры и Скиф-ско-Туранской платформы. Для составления рис. 1
42°
б — Чг- Мах Каспийское море ачкала
0 20 | | 40 км |
□ 1 И 2 О3 Е04
40°
38°
36°
48° 50° 52° 54° в.д.
Рис. 1. Схема разломов Кавказ-Копетдагской альпийской геологической структуры (а), квадрат № 9 — район Дагестанского клина [Иванов, Трифонов, 2002]; активные разломы в районе Дагестанского клина (б). 1 — пункт электрометрических наблюдений; 2 — разломы; 3 — нефтегазовое месторождение Димитровское; 4 — эпицентры землетрясений М > 6.
за основу взята схема разломов из работы [Иванов, Трифонов, 2002]. На рис. 1б приведены активные разломы в районе Дагестанского клина, а также ореол нефтегазового месторождения и пункт элек-
трометрических наблюдений. Особенностью района исследований является то, что он расположен в зоне крупного разлома Кавказа (Срединный разлом), простирающегося вдоль западного побережья
Каспийского моря. Породы в районе пункта наблюдений представлены увлажненными глинами с прослойками песка. Величина КС, которая характеризует суммарное удельное электрическое сопротивление всех слоев геологического разреза горных пород, измеренное четырехэлектродной установкой с размерами диполей АВ = 300 м, MN = 100 м, равна 5 Ом м. Коренные породы залегают на глубине 30-35 м и состоят из сарматских глин мощностью 600-700 м. Ниже залегают песчаники с прослойками глин. Уровень грунтовых вод расположен на глубине 40-45 м.
МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ
Измерения КС производятся стационарной че-тырехэлектр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.