Проучване на нефт, сеизмично проучване, гравиметрия, магнитно изследване, електрическо проучване
Разбира се, ние не сме преминали през всички видове капани, известни на науката, не всички начини за тяхното образуване. Но дори тази информация е достатъчна, за да разбере една проста идея: човек, въоръжен със знания за структурата на Земята, трябва да отиде да търси подземни складове.
Още през първото десетилетие на 20 век никой не се осмелява да направи проучвателен сондаж без предварителна геоложка обосновка. Така заедно с производителите на нефт се появи нова професия - изследовател на нефт.
Повечето от големите петролни компании и концерни са придобили собствени геоложки проучвания или всеки път се обръщат за помощ към геолози-консултанти. Геоложкото проучване е широко разпространено. Човек с чук и раница премина през района, събра скални проби, описа характерните изблици на планински слоеве на повърхността ... И след това, въз основа на получените данни, беше съставена геоложка карта на района, която позволява да се прецени не само повърхностният релеф на района, но и естеството на появата на планински слоеве под него.
И резултатите не закъсняха. Ако по-рано нефтът се добива в най-добрия случай от един кладенец от 10 или дори от 20, тогава от сондажите, пробити като се вземат предвид геоложките прогнози, в САЩ например 85% се оказаха продуктивни.
Авторитетът на геолозите е нараснал толкова много, че всеки уважаващ себе си американец трябва да се консултира със специалист, когато купува парцел. И това далеч не беше излишно: собствениците на земя често се впускаха във всякакви измами, за да увеличат цената на земята. Например, пред очите на купувача, петролът започна да се изпомпва от кладенеца, мазни петна бяха открити на цялата територия ... И само опитен поглед на специалист можеше да определи, че тези петна са направени нарочно и петролът е излят в кладенецаденя преди.
И днес, въпреки разработването на нови методи за геоложко проучване, теренната работа на геолозите не е загубила практическото си значение. От година на година, всяка пролет, геоложки експедиции се изпращат в различни страни на планетата. В търсене на полезни изкопаеми те „разресват“ най-отдалечените ъгли педя по педя.
И тук обаче има изключения. Нови находища могат да се открият и там, където е изглеждало, че няма какво да се търси. Така беше установено, че под (буквално) Париж - столицата на Франция, се намира голямо нефтено находище.
Но такива случаи, разбира се, са редки. По-често геолозите все още отиват на „полето“. Така че, според традицията, се нарича пътуване до пустошта, въпреки че „полето“ може да се окаже тайга, тундра и пустиня ...
Ден след ден геолозите тръгват по маршрути, внимателно изучават скалите, които излизат на повърхността, вкаменените останки от праисторически животни и растения, копаят ями и разчистват търсещи канавки, така че структурата на слоевете да е по-видима. Тази работа е не само романтична, но и много трудна. Хлябът на романтиката често се оказва черен: само отстрани изглежда, че нощуването на палатки, вечерята край огъня е много забавно занимание. Едно е да излезеш сред природата, да си направиш пикник за ден-два, може би за седмица, а съвсем друго е да живееш такъв живот дълги месеци. И не просто да живеете, но и да работите усилено, да издържате на големи физически натоварвания.
Но такава работа е много необходима. В края на краищата, въз основа на събраните данни, въз основа на резултатите от последващата обработка в офиса, геолозите изготвят геоложка карта, на която са отбелязани всички възможни местонахождения на минерали. След това, както често се случва, хора с много други специалности следват стъпките на геолога пионер - сондажи и строители на пътища, монтажници и работници в петролни находища ... Впусто място расте гора от кули, село и дори град.
„Не можете да видите лице лице в лице - голямо се вижда от разстояние“, каза поетът и стигна, както се казва, до самата точка. Още първите космически полети показаха: издигайки се на няколкостотин километра, е възможно да видим това, което никога не можем да видим под краката си - структурата на земните недра, обикновено скрита под почвената покривка, под горните рохкави слоеве.
Каква полза може да донесе, говори поне такъв факт. Летецът-космонавт на СССР Олег Макаров, заминавайки за среща с жителите на Салехард, взе със себе си като сувенир снимка на покрайнините на този град, направена от борда на космическия кораб "Союз-22". Срещата беше успешна, но когато Макаров поднесе подаръка си на домакините, беше зададен неочакван въпрос:
- Колко струва тази снимка? Макаров беше изненадан: - Изобщо. Това е подарък. Питащият обаче (това беше един от геолозите) не се отказа: - Може ли снимката да бъде дешифрирана? - Да - отговори Макаров. - Ако искате, можете да определите точно кога и при какви обстоятелства е направен... Тук геологът въздъхна облекчено и се усмихна: - Благодаря. Ти току-що даде на нашия град двадесет милиона рубли! Това е сумата, която би струвала въздушната фотография и последващата интерпретация на снимките на района, които геолозите тъкмо се канеха да направят.
Физиката помага на геолозите
Разбира се, полевата и космическата фотография помагат на специалистите да научат много за подземната структура на скалите. Но това знание често все още не е достатъчно, за да се прецени със сигурност дали тук има петрол или не? За да "сондират" по-добре недрата, те използват геофизични методи за търсене на минерали.
Изглежда, че геофизиците виждат през земята на дълбочина5-6 километра. Как го правят? До известна степен геофизичните методи за изследване на недрата могат да бъдат сравнени с рентгеновата трансилюминация на човешкото тяло или по-скоро с ултразвуковата диагностика. Лъч от трептения се изстрелва в тялото на Земята и по отразяването на вълните от скалните слоеве се съди за геоложката структура на района.
В момента се използват четири основни геофизични метода: сеизмичен, гравиметричен, магнитен и електрически. Нека ги разгледаме по ред.
Сеизмичните изследвания се основават на изучаването на разпространението на еластични вибрации в земната кора. Еластичните трептения (или както ги наричат още сеизмични вълни) най-често се предизвикват изкуствено.
Сеизмичните вълни се разпространяват в скалите със скорост от 2 до 8 km/s – наистина космически скорости! - в зависимост от плътността на скалата: колкото по-висока е, толкова по-голяма е скоростта на разпространение на вълната.
На границата между две среди с различна плътност част от еластичните трептения се отразяват и се връщат към земната повърхност. Другата част се пречупва, преодолява интерфейса и навлиза по-дълбоко в недрата - до нов интерфейс. И така докато накрая изчезне.
Отразените сеизмични вълни, достигнали земната повърхност, се улавят от специални приемници и се записват на записващи устройства. След като дешифрират графиките, сеизмичните изследователи след това установяват границите на появата на определени скали. Въз основа на тези данни се изграждат карти на подземния релеф.
Този метод на отразени вълни е предложен от съветския геолог В. С. Воюцки през 1923 г. и се използва широко в целия свят. Понастоящем наред с този метод се използва и корелационният метод на пречупените вълни. Основава се на регистриране на пречупени вълни,образува се при падане на еластична вълна върху границата под определен предварително изчислен критичен ъгъл. Използва се в практиката на сеизмичните проучвания и други методи.
Преди това експлозиите най-често се използват като източник на еластични вибрации. Сега те се заменят с вибратори.
Вибраторът може да се монтира на камион и за един работен ден може да се изследва доста голяма площ. В допълнение, вибраторът ви позволява да работите в гъсто населени райони. Експлозиите със сигурност биха обезпокоили обитателите на близките къщи, а вибрациите могат да се уловят с такава честота, че да не се възприемат от човешкото ухо.
Единственият недостатък на този метод е малката дълбочина на изследване, не повече от 2-3 километра. Следователно, за по-задълбочени изследвания се използва преобразувател на експлозивна енергия. Източникът на вълните тук е по същество същата експлозия. Но вече не се среща в почвата, както преди, а в специална експлозивна камера. Експлозивният импулс се предава на земята чрез стоманена плоча, а вместо експлозиви често се използва смес от пропан и кислород. Всичко това, разбира се, дава възможност за значително ускоряване на процеса на подземно сондиране.
Гравиметричният метод се основава на изследване на промените в гравитацията в дадена област. Оказва се, че ако под повърхността на почвата има скала с ниска плътност, например каменна сол, тогава земната гравитация тук също намалява донякъде. Но плътните скали, като например базалт или гранит, напротив, увеличават силата на гравитацията.
Тези промени се задават със специално устройство - гравиметър. Един от най-простите му варианти е тежест, окачена на пружина. Гравитацията се увеличава - пружината се разтяга; това се фиксира със стрелка на скалата. Гравитацията намалява, пружината съответно се свива.
Добре каквокак находищата на нефт и газ влияят на гравитацията на земята? Нефтът е по-лек от водата, а скалите, наситени с нефт или неговия незаменим спътник, газ, имат по-ниска плътност, отколкото ако в тях се постави вода. И това, разбира се, маркира гравиметъра.
Вярно е, че такива гравитационни аномалии могат да бъдат причинени и от други причини, например от появата на слоеве каменна сол, както вече казахме. Следователно гравитационното изследване обикновено се допълва с магнитно изследване.
Нашата планета, както знаете, е огромен магнит, около който има магнитно поле. И това поле може да бъде ефективно повлияно, наред с други неща, от скалите, срещащи се в района. Може би сте чували или чели как са открити находища на желязна руда поради факта, че пилотите на самолети, летящи тук, са били изненадани от странното поведение на магнитната стрелка? Сега този принцип се използва и за търсене на други видове минерали, включително нефт и газ.
Факт е, че маслото много често съдържа примеси от метали. И, разбира се, присъствието на метал се усеща, макар и не с "магнитна стрелка", а със съвременни високочувствителни устройства - магнитометри. Те ви позволяват да изследвате недрата на земята на дълбочина до 7 километра.
През 1923 г. във Франция е разработен друг геофизичен метод за търсене на полезни изкопаеми - електропроучването, който се използва и до днес. Всъщност това е един вид магнитно разузнаване с единствената разлика, че промените се записват не в магнитното, а в електрическото поле.
Тъй като на Земята практически няма естествено електрическо поле, то се създава изкуствено, с помощта на специални генератори и с тяхна помощ се изследва желаната област. Обикновено скалите са диелектрици, тоест техните електрическисъпротивлението е голямо. Но маслото, както вече казахме, може да съдържа метали, които са добри проводници. Намаляването на електрическото съпротивление на подпочвата служи като косвен признак за наличието на нефт.
През последните години все по-широко се използва друг метод - електромагнитно изследване с помощта на магнитохидродинамични (MHD) генератори. Дълбочини от няколко километра са станали достъпни за електромагнитните вълни, когато се търсят минерали; до стотици километри, когато става въпрос за общи изследвания на земната кора.
Сърцето на модерен MHD генератор е ракетен двигател, задвижван от барут. Но този барут не е съвсем обикновен: електрическата проводимост на плазмата, която създава, е 16 000 пъти по-висока от тази на конвенционалното ракетно гориво. Плазмата преминава през MHD канала, разположен между намотките на магнита. Според законите на магнитодинамиката в движеща се плазма възниква електрически ток, който от своя страна възбужда електромагнитно поле в специален излъчвател - дипол. С помощта на дипол се осъществява сондирането на Земята.
Само за няколко секунди MHD съоръжението развива мощност от десетки милиони ватове. И в същото време той се справя без обемисти системи за охлаждане, които биха били неизбежни при използване на традиционни източници на радиация. А самата инсталация е няколко пъти по-лека от другите видове електрогенератори.
Ефективността на MHD блока е тествана за първи път в края на 70-те години в Таджикистан. Тогава, в района на хребета Петър I, учените проведоха първите експерименти върху MHD звучене, опитвайки се да уловят признаци на приближаващо земетресение. Сигналите на мощната 20-мегаватова инсталация "Памир-1" са регистрирани на разстояние до 30 километра от нея.
Малко по-късно MHD инсталациите бяха използвани за търсене на нефт и газдепозити. Като начало беше избран доста известен петролен район - Каспийската низина. Благодарение на MHD сондирането се появи още една възможност не само да се определи наличието на нефтени и газоносни слоеве, но и ясно да се очертаят находищата. Но обикновено за това трябва да пробиете няколко скъпи кладенци.
След като получиха първата надеждна информация за надеждността на метода MHD, учените не се ограничиха до проучване в Каспийската низина. Нов метод за геофизично изследване на недрата беше използван на Колския полуостров, на шелфа на Баренцово море - в райони с дебели слоеве седиментни скали, в които обикновено се крие нефт. Анализът на получените данни показа, че наличието на нефт тук е доста вероятно.