Геологическое строение геотермального резервуара (участок Дачный) Мутновского месторождения парогидротерм по данным гамма-каротажа скважин

       Мутновское месторождение парогидротерм – одно из наиболее изученных на Камчатке геотермальных месторождений. Расположено в 70 км к юго-западу от г. Петропавловск-Камчатский в пределах муниципального образования Елизовского района Камчатского края. Площадь месторождения составляет в пределах доступной части 22 км², в том числе участка Дачного – 10,7 км². Его территория представляет собой вулканическое нагорье с отметками 600-900 м, над которым на тысячу и более метров возвышаются конусы действующих вулканов и руины древних вулканических построек. Однако, из пробуренных здесь 92 скважин за период с  1978 по 1994 гг., не во всех из них производился отбор шлама, а керн отбирался секционно лишь в единичных скважинах. Из-за нехватки геологической информации по скважинам возрастает значение интерпретации данных каротажа [4]. На территории Мутновского месторождения верхние горизонты разреза сложены главным образом экструзивными и пирокластическими породами от андезито-дацитового до липаритового состава средне- и верхнеплейстоценового возраста. На юге эти отложения перекрыты более молодыми основными лавами и пирокластикой склонов вулкана Мутновского, на востоке и северо-востоке они прилегают к склонам древнего вулканического массива, сложенного нижнеплейстоценовыми лавами и туфами основного состава. Район месторождения является ареной многоэтажного базальтового, андезито-базальтового и кислого вулканизма и длительной гидротермальной деятельности [2, 3, 10].

       Дачные источники расположены в 9 км к северу от вулкана Мутновского на высокогорном плато у юго-восточного подножия вулкана Скалистого. Это типичный очаг разгрузки паровых высокотемпературных гидротерм. По данным Е. А. Вакина, Б. Г. Поляк Дачный участок представлен туфобрекчиями андезитового состава, липарито-дацитами, пемзовыми и псефитовыми туфами, игнимбритами, гидротермально измененными породами.

       Для построения модели верхней части резервуара Дачного участка использованы выполненные ранее результаты оцифровки 17 диаграмм гамма-каротажа (ГК) скважин. Разработанная методика оцифровки диаграмм (их перевод с бумажных носителей в векторное представление) была доложена на VI Региональной молодежной научной конференции исследования в области наук о Земле 2008 г. (Петропавловск-Камчатский) [7, С. 57-65].

          Выделяются следующие этапы:

1. Подготовка бумажных носителей.

          Для оцифровки и последующего анализа воспользовались каротажными диаграммами (бумажные носители) по скважинам: №1, 2, 4, 5, 6, 7, 10, 17, 22, 01, 04, 010, 011, 013, 015, 031, 032 [1].

          Подготовка бумажных носителей к сканированию заключается в проверке правильности масштабирования (отмечен масштаб по вертикальной шкале глубин через 100 м) для удобства компьютерной обработки данных диаграмм.

2. Сканирование диаграмм гамма-каротажа.

          В результате из 17 каротажных диаграмм получено 208 изображений.

3. Сшивка изображений.

          Осуществлялась с помощью компьютерной программы CorelDRAW 12. В результате этой операции получено 104 склеенных изображения.

4. Оцифровка каротажных диаграмм.

          В данной работе оцифровка каротажных диаграмм осуществлялась с помощью компьютерной программы GetData Graph Digitizer. Для удобства работы полученные данные (значение гамма–активности на соответствующей глубине) экспортировались в формат XLS. В результате оцифровки получено 110 файлов с векторным представлением  каротажных диаграмм.

          Обращено особое внимание на возможные ошибки при оцифровке бумажных носителей, поэтому реализован алгоритм коррекции таких ошибок.

          Поправка в диаграммах ГК на сдвиг шкалы радиоактивности (горизонтальная шкала) – это избавление от  отрицательных значений гамма-активности  γ (мкР/час): , где  - новое значение гамма–активности (мкР/час); - текущее значение гамма–активности (мкР/час), а - максимальное отрицательное значение гамма–активности (мкР/час).

         Поправка в диаграммах ГК на сдвиг глубин (вертикальная шкала) в их последовательности сверху вниз (последующее значение гамма–активности должно соответствовать увеличению глубины): для этого находим значения глубин, которые не соответствуют последовательности (увеличение глубины сверху вниз), а затем производим перерасчет. В новом столбце  z вычисляем , где  – расстояние между двумя точками  и  ;  – количество точек. После этого вычисляем значения  параметра , где  - расстояние, на котором должны располагаться точки  относительно друг друга, и определяем уточнённое значение глубины , где  – новая глубина, на которой будет располагаться точка.

          Для оценки уровня разброса данных для каждой скважины построены графики плотности распределения значений гамма-активности. Анализ графиков позволяет сделать вывод о том, что характерны следующие ярко выраженные виды распределений: нормальное, бимодальное, логнормальное и ассиметричное [5].

          Используя данные по керну и шламу [6] составлено геологическое описание скважин по выделенным профилям (Профиль I: скв. №6, 5, 22, 1, 011, 013, 4, 010, 10; Профиль III: скв. №5, 7, 031, 032).

          Исследуя геологическое описание каждого профиля, можно выделить общие геологические границы:

1.      Q₂ – туфы дацитов литовитрокластические с прослоями лав, игнимбритоподобные.

2.      Nal₂ – лавы и туфы андезито-базальтов, базальтов, андезитов. Породы карбонатизированы, пиритизированы, глинизированы.

3.      Nal₁ – липарито-дациты пропилитизированные. Участками отмечается цеолитизация, гидрослюдизация, аргиллизация.

4.      N₁¹br – туфы андезито-дацитов и дацитов с редкими прослоями лав. Породы пропилитизированы, участками окварцованы.

5.      N₁¹br – лавы и туфы андезитов пропилитизированные, единичные прослои туфоалевролитов. По трещинам – карбонат.

6.      N₁¹br – туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты, туффиты. Породы пропилитизированы, участками окварцованы.

          Первоочередной этап в эффективном изучении строения территории по данным геофизических исследований скважин (ГИС) – это сопоставление диаграмм гамма-каротажа (корреляция разреза скважин). Корреляция заключается в выделении характерных горизонтов (пластов) и в определении глубины их залегания в различных скважинах. Основой для корреляции разрезов является керновый материал, анализы шлама и промывочной жидкости. В качестве дополнительных данных привлекаются данные ГИС, которые становятся основными в случае малого выхода керна или при его отсутствии.

          Корреляция разрезов скважин по данным  каротажа начинается с выделения опорных горизонтов (реперов), прослеживаемых на каротажных диаграммах всех или большинства скважин на данной территории. В качестве каротажных реперов чаще всего используют пласты, отличающиеся устойчивыми признаками на диаграммах.

                      Корреляция разрезов по каротажным данным обязательно увязывается с геологическими данными и контролируется ими, в частности данными по литологии и возрасту горных пород [9].

          В данной работе по выделенным профилям установлены характерные реперные горизонты (максимальные и минимальные значения гамма-активности). Используя данные по керну и шламу, получено геологическое описание данных горизонтов.

          Для того чтобы увидеть расположение горизонтов, построен рельеф земной поверхности, реконструированный по высотам устьев скважин. Построения проводятся в многофункциональной компьютерной программе Surfer8.

          Относительно этого слоя построены:

1.      Рельеф кровли прослоя лавы андезитов и андезидацитов в толще среднеплейстоценовых туфов дацитов.

2.      Рельеф кровли горизонта дацитов, залегающего среди толщи плиоценовых лав и туфов липарито-дацитового и андезибазальтового составов.

3.      Рельеф кровли горизонта интенсивной аргиллизации, развитого в толще плиоценовых лав и туфов липарито-дацитового и андезибазальтового составов.

          По простиранию слоев прослежено изменение гамма-активности [8, С. 55-56].

          Выводы:

1.    Анализ графиков плотности распределения гамма-активности по скважинам позволяет сделать вывод о том, что имеются два типа графиков – одномодальные и бимодальные, которые представляют собой смесь из двух распределений. Скважины с модальным значением гамма-активности в пределах 0.1 – 0.3 расположены на флангах Мутновского вулкана, а в пределах 0.4 – 0.6 – в северной части Дачного участка. Бимодальные распределения характерны для скважин центральной участка и скважин, расположенных у вулканов Скалистая и Двугорбая.

2.    Сопоставление выявленных при анализе диаграмм гамма-каротажа реперных горизонтов, позволил сделать вывод о том, что одни из горизонтов соответствуют слоям горных пород, а другие – горизонтам наложенных изменений.

3.    Построены поверхности реперных горизонтов. Часть из них соотносится с конкретными геологическими телами, идентификация других требует дополнительных исследований.

4.    Показано, что изменение средних значений (по каждой из скважин, пересекающих горизонты) гамма-активности по простиранию горизонтов, согласуется с рельефом их кровли.  Объяснение этому будут получены в будущем, вероятно, это отражает условия накопления отложений.

Библиографический список:

1.        Блукке П.П. и др. Отчет о результатах предварительной разведки на участке Дачном Мутновского месторождения парогидротерм с подсчетом запасов теплоносителя для обоснования проекта строительства первой очереди геотермальной электростанции мощностью 50 МВт.  Термальный: ПГО “Сахалингеология”, 1987.17 с.

2.        Вакин Е.А., Леонов В.Л., Овсянников А.А. Путеводитель научных экскурсий. Мутновский геотермальный район. Петропавловск-Камчатский: Институт вулканологии ДВО РАН. 2008. 197 с.

3.        Вакин Е.А., Пилипенко Г.Ф. Мутновский геотермальный район на Камчатке // В кн.: Изучение и использование геотермальных ресурсов в вулканических областях. Москва: Наука, 1979. С. 36-46.    

4.        Гусев Д.Н., Делемень И.Ф., Кирюхин А.В. Высокотемпературные гидротермальные резервуары. Москва: Недра, 1991. 160 с.

5.        Дмитриев В.И. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике: Справочник геофизика. Москва: Недра, 1990. 498 с.

6.        Кожемяка Н.Н., Набоко С.И., Сугробов В.М., Словцов И.Б. Отчет по теме: Минералого-петрографическое описание скважин Мутновского месторождения парогидротерм (хоздоговор № 86-13/3). Петропавловск-Камчатский: Институт вулканологии ДВО АН СССР, 1988. 257 с.

7.        Павлова В.Ю. Исследования в области наук о Земле//Материалы VI региональной молодежной научной конференции "Исследования в области наук о Земле". 26-27 ноября 2008 г. Петропавловск-Камчатский: КамГУ им.В.Беринга. 2008. 126 с.

8.        Павлова В.Ю. Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: IV Сахалин. Молодеж.науч.школа, Южно-Сахалинск, 2-5 июня 2009 г.: тез.докл./ отв.ред. О.Н.Лихачева; Рос.акад.наук, Дальневост.отд-ние,Ин-т морской геологии и геофизики. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2009. - 166 с.

9.        Селиверстов Н.И. Геофизические методы исследования скважин // Учебное пособие для геологических специальностей вузов. Петропавловс-Камчатский: КамГУ им. В. Беринга, 2004. 93 с.

10.    Чернев И.И. Пакет геологической информации по Мутновскому месторождению парогидротерм (пояснительная записка). Петропавловск-Камчатский: ОАО “Геотерм”, 2003. 111 с.