Геодинамический мониторинг. 
Экологический мониторинг

Строительство и эксплуатация объектов НГК в сейсмически активных зонах обусловливает необходимость оперативного прогноза пространственно-временных и энергетических характеристик землетрясений как ключевого элемента системы мер по снижению рисков, вызванных тектоническими процессами. Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований, а также достижения прецизионного приборостроения позволяют практически реализовать идею оперативного мониторинга и предупреждения сейсмической опасности на ранних стадиях развития землетрясения. Сейсмические воздействия наиболее неблагоприятны для морских подводных магистральных трубопроводов, аварии на которых имеют особо тяжелые экологические последствия.

Организация геодинамического ПЭМ должна осуществляться в соответствии с предусмотренной в каждом конкретном проекте программой, в которой предлагается концепция многофункционального геодинамического мониторинга^[1] (рис. 11.3).

• 1. Блок деформационного мониторинга включает совокупность методов наблюдений, обеспечивающих получение необходимой информации о современном напряженно-деформационном состоянии геологической среды. Основными методами являются:
  • • периодические спутниковые наблюдения с применением системы GPS с целью оценки компоненты горизонтальных смещений с точностью не ниже чем 10^-7 м. Результаты используются для геодинамического районирования, прогностики сейсмических событий, расположения сети эксплуатационных и наблюдательных скважин;
  • • периодическое точное нивелирование для оценки вертикальной компоненты современных движений земной коры с точностью не ниже ±1 мм/км. Используется для контроля современной активности разломов и их трассирования, оценки современных аномальных напряжений в разломных зонах, оценки деформаций поверхности на ранних стадиях их возникновения, прогностики сейсмичности.

Рис 11.3. Структура комплексного геодинамического мониторинга

согласно Концепции.

2. Блок сейсмологического мониторинга включает организацию сейсмических наблюдений с целью площадной регистрации землетрясений природного и техногеино-индуцированного генезиса, исследований сейсмического режима территории. Результаты наблюдений позволяют оценить пространственно-временные соотношения между проявлениями сейсмичности и деформационными процессами, параметрами освоения месторождений с выделением сейсмоопасных участков.

Главное требование к сейсмической аппаратуре — откликаться на изменения интенсивности объемных упругих волн от удаленного очага. Для этого сейсмическая аппаратура должна обладать частотно-избирательными свойствами, а также диаграммой направленности подобно радиолокационным антеннам. Сейсмоприемники, используемые в настоящее время, основаны на принципиальных схемах и технических средствах изготовления длиннопериодных маятников или широкополосных акселерометров. Эти приборы обладают векторными свойствами благодаря пространственной ориентации их осей чувствительности, но для решения задач оперативного прогноза сильных землетрясений этого недостаточно, так как частотноселективные свойства у этих приборов практически отсутствуют.

Радикальным способом решения указанной проблемы может стать использование в качестве сейсмоприемника высокочувствительного гравитационного вариометра, выполненного по схеме крутильных весов Кулона первого рода.

• 3. Блок геофизических методов включает совокупность методов и наблюдений, обеспечивающих получение информации о вариациях изменения геофизических полей, обусловленных природными и техногенными флюидодинамическими процессами. Наиболее часто применяются периодические высокоточные гравиметрические наблюдения для выявления локализации концентраторов напряженности и исследования процессов вертикальной миграции флюидов. Сейсмическое зондирование также преследует цель контроля за изменением напряженно-деформированного состояния геологической среды и развитием аномальных форм чрезвычайных геологических событий — главным образом местных землетрясений и суперинтенсивных деформационных процессов в зонах разломов.
• 4. Блок флюидогеохимического мониторинга включает совокупность методов и наблюдений об изменениях химического состава флюидов и динамическом состоянии флюидных систем тектогенного и техногенного генезиса. В состав наблюдений входят углеводородная, гелиометрическая и эманационная (радоновая) съемки, а также периодический контроль за уровнем, составом, газонасыщенностыо приповерхностных и пластовых вод. Дополнительные сведения дают съемки снегового покрова, почвенного воздуха, водных потоков с расширением видов, например ртутная (меркуриметрическая) съемка. Цель проведения таких исследований — выявление зависимостей между флюидодинамическими и сейсмодеформационными параметрами для прогнозирования чрезвычайных геологических ситуаций.
• 5. Блок промыслово-геологического мониторинга включает комплексное изучение техногенных изменений пласта (физико-химического состава добываемых флюидов, их количества, соотношение частей добываемой технологической жидкости, изменение пористости коллектора и покрышек, состояние скважинного фонда, изменение пластовых давлений и др.) на разных этапах освоения залежей. Объектами мониторинга являются природные резервуары-коллекторы, флюидоупоры и другие объекты.

Таким образом, основными контролируемыми параметрами современного геодинамического (напряженного) состояния недр являются:

• • сейсмический режим территории месторождения и сопредельных регионов;
• • вертикальные и горизонтальные движения массивов горных пород;
• • вариации параметров геофизических полей во времени (сейсмического, гравитационного, геомагнитного);
• • вариации во времени промыслово-геологических, гидродинамических, геохимических, эманационных характеристик флюидного режима недр (пластовое давление, дебиты, уровень грунтовых вод, метан, азот, водород, сероводород, гелий, радон и др.).

Для выделения участков повышенного эколого-геодинамического риска система ПЭМ должна состоять из трех уровней.

• • Мониторинг регионального уровня создается на первом этапе и должен обеспечивать оценку фонового современного геодинамического (напряженного) состояния недр территории месторождения, а также сопредельных районов. Результатом мониторинга является выделение крупных участков и протяженных зон земной коры с повышенным напряженным состоянием (сильные и слабые местные землетрясения, сейсмический шум, активные разломы, интенсивные просадки). Система регионального мониторинга требует постоянных наблюдений на выбранных пунктах в течение длительного времени, что позволяет получить сравнимые результаты при повторных наблюдениях. Плотность сети регионального мониторинга выбирается с учетом размеров месторождения. Кроме этого, пункты наблюдений размещаются за пределами месторождения на расстоянии половины ширины месторождения.
• • Мониторит зонального уровня соответствует второму этапу и должен обеспечивать оценку напряженного состояния среды в пределах конкретных протяженных зон и крупных участков с повышенной сейсмической, деформационной и флюидодинамической активностью. Результаты мониторинга позволяют конкретизировать положение этих участков и зон, а также выделить локальные участки, в пределах которых возможны максимальные эффекты проявления сейсмодеформационных и флюидодинамических процессов природного и техногенного генезиса. При организации системы мониторинга на данном уровне необходима постоянная сеть пунктов наблюдений с их последующим расширением в случае выделения новых зон и участков повышенного напряженного состояния. Плотность сети зонального мониторинга зависит от количества зон и участков с повышенным напряженным состоянием геологической среды.
• • Мониторинг локального уровня на третьем этапе должен обеспечивать систематический контроль за развитием потенциально опасных сейсмических и деформационных процессов природно-техногенного генезиса на локальных полигонах. Обязателен мониторинг аномалыю-деформируемых участков месторождения, в пределах которых расположены скважины, коммуникации, подземные хранилища сырья и отходов и другие объекты обустройства промысла. Системы мониторинга (локальные полигоны), их количество и плотность наблюдений зависят от числа локальных участков с аномальным проявлением, деформационных и флюидодинамических процессов природно-техногенного генезиса.

Совокупность основных факторов риска и форм их проявления определяет структуру эколого-геодинамического мониторинга. На всех уровнях проведения мониторинга она должна включать следующий обязательный комплекс базовых методов.

Непрерывные сейсмологические наблюдения с системами постоянных скважинных телеметрических станций (плотность — одна станция на 150— 200 км²), а также временных наземных станций с расстоянием между станциями не более 5 км для регистрации сейсмических событий с магнитудой М = 1 и меньше для изучения сейсмического режима и последующего проведения детального и микросейсморайонирования.

Сейсмическое просвечивание геологической среды в районах аномального развития сейсмодеформационных процессов (в пределах локальных полигонов) с поверхностными источниками невзрывного типа и скважинной системой регистрации. Участки сейсмического просвечивания выбираются исходя из результатов регионального и зонального мониторинга. Просвечивание проводится периодически 1—2 раза в месяц, а в период аномального развития сейсмодеформационных процессов — ежедневно.

Периодические спутниковые геодезические наблюдения с приемниками регистрации сигналов систем НАВСТАР или ГЛОНАСС. Назначение таких наблюдений — оценка напряженного состояния геологической среды, горизонтальных смещений массивов горных пород и современной активности зон разломов. Повторные наблюдения на региональной сети пунктов проводят с периодичностью 1—2 раза в год, а на зональной — не реже 1 раза в месяц при развитии аномальных сейсмодеформационных процессов. Расстояние между пунктами региональной сети должно быть не более 10—15 км, между пунктами зональной сети — не более 5 км. Параметры деформаций и смещений используют при выработке прогностических признаков сейсмических событий.

Повторное точное нивелирование используется при контроле современной активности разломов, просадок земной поверхности и развития аномальных деформаций в районах потенциальных очаговых зон. Региональные профили должны выходить за пределы месторождения на половину его ширины. Расстояние между профилями составляет 15—20 км при периодичности нивелирования 1—2 раза в год. Зональные профили должны пересекать протяженные зоны и крупные участки, где отмечаются аномальные проявления сейсмодеформационных и флюидодинамических процессов. Расстояние между профилями — 5—7 км, периодичность нивелирования — 3—4 раза в год. На основе результатов регионального и зонального нивелирования периодически проводится геодинамическое районирование территории месторождения. Площадь мониторинга локального уровня составляет около 75—100 км². Повторное нивелирование проводится не реже 1 раза в месяц в случае возрастания интенсивности современных деформационных процессов. Результаты зонального и локального мониторинга используют для выработки прогностических признаков сейсмических событий, аномальной активизации разломов и локальных просадок.

Повторные высокоточные геофизические наблюдения (гравиметрические, геомагнитные) проводятся для оценки вариаций геофизических полей во времени, а также контроля за деформационными и флюидодинамическими процессами природного и техногенного генезиса. Пункты геофизического мониторинга совмещают с геодезическими пунктами, так же как и режим геофизического мониторинга совмещается с геодезическим мониторингом.

Геохимический мониторинг проводится вместе с зональным и локальным геодезическим и геофизическим мониторингом в зонах потенциального экологогеодинамического риска. Выполняются повторные и квазирежимные наблюдения за составом подпочвенной атмосферы, спонтанных и растворенных газов, химизмом, минерализацией и дебитом флюидов. Наблюдения проводятся на основании систематического отбора и анализа проб газов, воды и почв из источников, самоизливающихся скважин и из скважин с устоявшимся уровнем. Результаты наблюдений используют для оценки фонового флюидодинамического состояния исследуемого региона, динамики флюидных систем в локальных участках и последующей выработки возможных прогностических признаков возникновения негативных эколого-геодинамических ситуаций.

Оценка энергетического состояния продуктивных горизонтов с использованием ежеквартальных изобарических карт может быть объективной основой геоэкологических прогнозов состояния подземной гидросферы, включая буферные защитные толщи, расположенные под региональными флюидоупорами.

Оценка гидрогеохимического состояния разрабатываемых газонефтеносных пластов производится в соответствии с утвержденным технологическим регламентом контроля разработки. При этом опробуются все контрольные по фонду глубокие скважины.

Экологическая интерпретация внутрипластового распределения энергетических потенциалов и гидрохимических полей производится ежеквартально с оценкой вероятности возможной активации восходящих перетоков глубинных рассолов.

В результате таких работ по наблюдениям за глубинными объектами количественно характеризуются изменения и наметившиеся тенденции энергетических и гидрогеохимических процессов.

• [1] См.: Концепция «Геодинамическая безопасность освоения углеводородного потенциаланедр России». М.: Изд-во ИГиРГИ, 2000.