Jak znaleźć ropę naftową? Ale gdzie jej szukać? Metody geofizyczne.

Nasze auta napędzane są węglowodorami a mieszkania i domy ogrzewamy gazem. Gdzie znaleść te bogactwa naturalne no i w ogóle jak ich szukać? Dzisiaj opowiem więcej o tym jak szukać tych ( i nie tylko tych ) złóż mineralnych oraz jakie metody poszukiwawcze wykorzystywane są w geofizyce.

Cykl o poszukiwaniu złóż.

Ten wpis jest drugim z serii o poszukiwaniu surowców mineralnych ze szczególnym uwzględnieniem ropy i gazu. Poprzednio opisałem w skrócie jak jest zbudowana Ziemia, czym są struktury geologiczne i jak właściwie wygląda akumulacja węglowodorów we wnętrzu Ziemi. Dzisiaj trochę więcej o tym czego konkretnie szukamy w kontekście ropy i gazu oraz jakie metody stosowane są przy poszukiwaniach. Dużo ciekawego materiału 🙂

Struktury geologiczne.

Z poprzedniego wpisu wiemy już, że różne skały we wnętrzu Ziemi mogą przyjmować rozmaite struktury. Struktury te tworzą się pod wpływem różnic we właściwościach fizycznych poszczególnych skał (np. gęstość, odporność na spękania), temperatury, ciśnienia i ruchów tektonicznych. Wiemy też, że poszczególne skały mają różną porowatość czyli zdolność do akumulacji medium wypełniającego (np. ropa lub gaz) puste przestrzenie pomiędzy “ziarnami” skalnymi.

Skoro skały układają się w różnych sekwencjach i posiadają różną porowatość może dojść do sytuacji, że skały zdolne do akumulacji ropy mogą być przykryte skałami o niskiej porowatości przez które ropa czy gaz nie może migrować i nie unosi się ku powierzchni. Skały takie nazywają się skałami uszczelniającymi. Złoża są wtedy uwięzione…

Jeżeli zdarzy się, że skały wypełnione węglowodorami są przykryte skałami uszczelniającymi do tego odpowiednia struktura geologiczna uniemożliwia ucieczkę ropie czy gazu np. na boki to wtedy możemy mówić o złożu. Czego więc szukają geofizycy? Najpierw charakterystycznych struktur takich jak:

Antyklina

Najbardziej popularny rodzaj pułapki dla węglowodorów przybiera formę charakterystycznego łuku. Złoża kumulują się w grzbiecie antykliny. Wystarczy dostać się tego grzbietu i sprawa załatwiona 🙂

Wysad Solny

Tutaj sprawa jest już bardziej złożona. Skały solne o niskiej gęstości próbują migrować ku powierzchni i tworzą charakterystyczne “grzyby”. Co więcej skały te mają niską przepuszczalność więc węglowodory mogą zostać uwięzione przy “bokach” takiego wysadu.

Oczywiście istnieje jeszcze wiele innych struktur mogących być pułapkami dla ropy jednak dwa powyższe są najczęstszym “targetem” dla poszukiwań. Są bardzo charakterystyczne.

Jak znaleść te struktury?

Znalezienie struktur w których może być uwięzione złoże jest początkiem dla dalszej analizy czy w ogóle znajdują się tam jakieś węglowodory bo powiedzmy sobie szczerze- antyklin są miliony a złóż stosunkowo niewiele. Dlatego jest to robota na chybił trafił. Tak trochę… No ale żeby nie wiercić otworów na… chybił trafił… i wydawać dziesiątek milionów USD jak to się robiło kiedyś, do akcji wkraczają geofizycy. Są tańsi niż wiertacze 😛 Koszta zawsze ważne 🙂

To jakie karty w rękawie mają współcześni geofizycy? Jakich metod i wykorzystując jakie pola i właściwości fizyczne można skutecznie znaleść pożądane złoża?

Metody geofizyczne.

Opiszę Wam krótko najpopularniejsze metody, jak działają i do czego można ich użyć.

Magnetometria.

Ziemia posiada własne pole magnetyczne. Jego zadaniem poza nawigowaniem kompasu jest ochrona Naszej Planety przed szkodliwym promieniowanie kosmicznym- głównie słonecznym. Skąd się bierze to pole? Popularną jest teoria dynama która mówi o tym, że stałe jądro obraca się z inną prędkością niż płynny płaszcz ziemski przez co indukowane jest pole magnetyczne. Czy ta hipoteza jest słuszna…? Tak czy inaczej pomiary anomalii pola magnetycznego są domeną szeroko pojętej magnetometrii.

Z czym to się je? Niektóre minerały wewnątrz skał posiadają właściwości magnetyczne i mogą przyjmować np. odpowiednią orientację względem linii pola magnetycznego Ziemi (przykład: magnes i opiłki żelaza). Ziemskie linie pola magnetycznego nie są stałe i zmieniają się pod upływem czasu więc skały powstałe w innych okresach mają inne wartości pola. Podobno były na naszej planecie takie czasy kiedy bieguny magnetyczne były odwrócone… Brrr wyobrażacie sobie co by się stało współcześnie gdyby bieguny magnetyczne się nagle odwróciły…? Cała elektronika mogła by przestać działać… Nie ma komputerów… Nie ma kodzenia… Epoka start-upów dobiegła by chyba końca 🙁

Tak czy inaczej ta metoda jest pomocna archeologom gdzie zabytkowa wypalana ceramika wywołuje anomalie magnetyczne stosunkowo łatwe do wykrycia. Chcemy dowiedzieć się więcej np. na temat Naszych słowiańskich przodków? Zaangażujemy geofizyków 🙂

Geoelektryka.

Ta metoda może być wykorzystywana np. przy poszukiwaniu rud metali które posiadają wysoką przewodność elektryczną. Do pomiarów używamy zestawu elektrod które mierzą przepływ prądu elektrycznego przez skały. Aby otrzymać wymaganą dokładność pomiaru dostosowuje się geometrię rozstawu pomiarowego czyli np. odsuwa lub przysuwa elektrody pomiarowe 🙂 Jako wynik otrzymujemy strefy o większej przewodności np. złoża miedzi lub większej oporności np. złoża węgla.

Georadar

O tym słyszeliście przy okazji złotego pociągu 🙂 Elektrody generują fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Metoda dość precyzyjna przy lokalizowaniu obiektów na płytkiej głębokości (kilka, kilkadziesiąt metrów). Do ropy niemal bez użyteczna no ale dla poszukiwaczy skarbów…?

Grawimetria.

Ta metoda bazuje na anomaliach w gęstości Ziemi. Bez wdawania się w szczegóły, jest bardzo użyteczna do badania gruntów np. w strefach po-górniczych do określenia gdzie są stare sztolnie itp. Można też wykryć złoża o anomalnie niskiej (sól) lub wysokiej gęstości (złoto).

Tak wygląda w rzeczywistości nasza piękna “okrągła” Ziemia jeśli weźmiemy pod uwagę wartości gęstość skorupy Ziemskiej 🙂

Sejsmika.

No i mamy 🙂 Doszedłem do współczesnej królowej geofizyki jaką jest sejsmika 🙂 Dlaczego tak? Bo wyniki są najbardziej szczegółowe. Można w ten sposób stworzyć bardzo dokładną mapę wnętrza Ziemi która po szczegółowej analizie da nam dużą precyzję przy zlokalizowaniu pożądanego złoża. Technologia ta jest obecnie najczęściej rozwijana i stosowana. Sam się nią zajmuje bo jest ze wszystkich chyba najfajniejsza 🙂 O co chodzi?

Chodzi o rozchodzenie się fal sejsmicznych we wnętrzu Ziemi. Są to fale o niskiej częstotliwości 0-200 Hz ( nazwijmy ten zakres efektywnym ) które penetrują struktury skalne, odbijają się i na podstawie czasu powrotu danej fali określa się głębokość danej skały (reflektora) 🙂 Wygląda to mniej więcej tak:

Nie należy mylić sejsmiki z sejsmologią która zajmuje się badaniem faj sejsmicznych powstałych naturalnie, losowo i samoistnie (czyt. trzęsienia Ziemi). W sejsmice energia wzbudzana jest sztucznie przez człowieka w ściśle określonym celu.

Przykładowa mapa stworzona za pomocą sejsmiki wygląda tak:

Fajnie co nie? 🙂 Hehe można się do tego przyzwyczaić 🙂

Sejsmika może być uzupełniona o inne metody jeśli jest takie uzasadnienie jednak najnowocześniejsze technologie sejsmiczne pozwalają na dość szczegółowe określenie budowy wnętrza Ziemi do 10-12 km. Pozwala to na precyzyjną lokalizację otworów wiertniczych bo taki jeden może kosztować ze 30 mln USD 🙂 Nie chciał/abyś takich pieniędzy wtopić 🙂

Czy to wszystko?

Oczywiście nie. Ale na nasze potrzeby wystarczy. Chciałbym dodać, że metody geofizyczne często bazują na modelach które określają wartość danej właściwości i następnie do tego modelu odnoszony jest pomiar np. gęstość danej skały czy wartość pola magnetycznego w danym dniu. Modele otrzymuje się ze stałych stacji pomiarowych, satelit lub wartościach średnich/tabel. Biorąc pod uwagę, że wszystkie nasze pomiary i analizy są pewnego rodzaju aproksymacją to w geofizyce niczego nie możemy być pewni… Dopóki się nie dokopiemy do danego złoża 🙂 Sorry, not my fault…

Co dalej?

No to teraz wiemy, że jak chcemy znaleść ropę lub gaz i zostać polskim szejkiem to trzeba użyć sejsmiki 🙂 W następnym wpisie z serii zagłębię się bardziej w sejsmikę i opiszę jak wygląda proces eksploracji. Dowiecie się jak wygląda życie współczesnych poszukiwaczy. Bez jakiejś ściemy rodem z Hollywood! Oglądaliście nowego King-Konga? Jak widziałem jak używali “ładunków sejsmicznych” to mi pizza w gardle stanęła… Woda z mózgu…

  • Ciekawa seria wpisów 🙂 Ostatnio polskifrontend coś spowolnił (sam nie mam czasu na dokończenie paru wpisów u siebie) a tu patrz, seria o geofizyce 😀

    Ja jestem z wykształcenia inżynierem budownictwa i dla mnie analiza gruntów to odwiert kilkumetrowy i próbka gruntu, którą mogę wziąć z rękę 🙂 Niby oboje na studiach uczyliśmy się o mechanice gruntów… ale z jak różnej perspektywy 🙂
    Pozdrawiam

    • Bartłoś Ce

      Hehe dzięki. Ostatnio wszystko zwalnia (no chyba poza burzami) bo wakacje 🙂

      Rzeczywiście miałem coś o gruntach ale domyślam się, że sporo mniej niż Ty 🙂 Od tego jest inna specjalizacja tzn. geologia inżynierska. Pod gruntami jest jest jeszcze cały wielki świat skał i złóż 🙂 Tam też się sporo dzieje 🙂

      Pozdrawiam Kolegę 🙂