Гравитационная геодинамика нефтегазоносных бассейнов подвижных зон земной коры

Новая сейсмогеологическая информация по осадочным нефтегазоносным бассейнам позволила установить и обосновать значительную роль субгоризонтальных срывов в геодинамической эволюции верхних зон земной коры. Известно, что в образовании структуры бассейнов едва ли не ведущую роль играют листрические разломы с их уходящей в глубины коры субгоризонтальной плоскостью срыва. В бортовых зонах бассейнов и в орогенных областях обычны пологие срывы аллох-тонных пластин и бескорневые структуры. Определяющее значение для подобных субгоризонтальных срывов имеют реологическая расслоен-ность литосферы и осадочного чехла, а также флюидодинамические эффекты, способствующие горизонтальным деформациям при весьма незначительных нагрузках. Действительно,—земная кора—расслоена зонами резкого изменения физико-механических свойств пород — это хрупко-вязкий раздел (чаще всего совпадающий с верхней границей Конрада), переходная гидродинамическая зона, реологически неустойчивые поверхности вблизи Мохо. Следует отметить, что эти физические границы не образуют единых общепланетарных поверхностей. Они всегда слабо наклонны из-за поверхностной неоднородности земной коры. То есть верхняя кора с преимущественно хрупкими свойствами породных масс расположена на наклонных флюидодинамически активных («скользких») поверхностях, что неизбежно заканчивается горизонтальными перемещениями верхней коры по региональным уклонам и образованием изостатически всплывающих тыловых зон срыва. Эти многоуровневые горизонтальные перемещения пластин расслоенной коры мы относим к классу гравитационно-геодинамических процессов, поскольку происходят они не под влиянием конвективных течений в мантии, а за счет гравитационного перераспределения расслоенных породных масс в коре. Особенно крупных масштабов достигают горизонтальные срывы в мезозойско-кайнозойских бассейнах подвижных зон земной коры, к каким относятся межгорные впадины Центрально-Азиатского орогенического пояса (внутриконтинентальная область) и окраинно-континентальные бассейны Западно-Тихоокеанской подвижного пояса. Эти одновозрастные рифтогенные осадочные бассейны характеризуют два типа региональных геоструктур и являются нефтегазоносными, поэтому их совместное рассмотрение позволит выявить основные закономерности, определяющие эволюцию и особенности генерации, аккумуляции и консервации углеводородов в осадочных бассейнах различного геодинамического происхождения. Учет субгоризонтальных срывов и гравитационно-геодинамических явлений в этих бассейнах является в настоящее время наиболее важной проблемой, без решения которой трудно расчитывать на эффективные поиски скоплений углеводородов в поднадвиговых поясах и односторонних узких грабенах континентальных окраин. Исследование геодинамических преобразований нефтематеринских толщ, природных резервуаров и ловушек с учетом значительных масштабов горизонтальных движений в осадочных бассейнах мобильных зон земной коры, а также разработка геодинамических критериев их нефтегазоносности и определяет актуальность работы.

Появление в середине XX века концепции тектоники литосферных плит или новой глобальной тектоники произвело переворот в геологии и создало впечатление, что все текущие проблемы могут быть легко и эффективно разрешены в рамках этой новой научной парадигмы. Сейчас предпринимаются многочисленные попытки привлечь методологический аппарат тектоники плит для поисков месторождений полезных ископаемых и прежде всего нефти и газа. В этой связи еледует выделить разработки К. А. Клещева, В. С. Шеина, Л. П. Зоненшайна, Л. М. Натапова, В. Е. Хаина, В. П. Гаврилова, а также многих ученых, развивающих геодинамические исследования применительно к отдельным нефтегазоносным провинциям (А.А.Абидов, В. Г. Варнавский, Р. Г. Гарецкий, Г. Ж. Жолтаев, М. А. Камалетдинов, Ю. В. Казанцев, Т. Т. Казанцева, Л. Э. Левин, В. И. Попков, Б. В. Сенин, Э. В. Шипилов, К. О. Соборнов, О. И. Супруненко, В. В. Харахинов и др.).Региональные геодинамические построения обладают достаточно высокими прогностическими возможностями. Сложнее обстоит дело с зональным, а тем более локальным прогнозом нефтегазоносности. Для этих задач тектоника плит является еще слишком общей теорией, не учитывающей некоторые важные геологические моменты.

Центральным постулатом тектоники плит является предположение о конвективных течениях в мантии, обеспечивающих энергетику тектонических процессов в земной коре. Действительно, надежно установленным фактом можно считать спрединг или расширение ложа океанов в глобальной системе срединно-океанических рифтов. Однако, второй необходимый элемент конвективной ячейки — погружающийся или субдуцирующий поток до сих пор остается лишь теоретическим предположением. С различной степенью уверенности разные авторы на роль зон субдукции выдвигают глубоководные желоба, но до сих пор эти предположения остаются дискуссионными. Поэтому гносеологически равноценной выглядит гипотеза расширяющейся Земли (Е.Е.Мила-новский, А. И. Летавин, У. Кэри и др.), согласно которой поверхность Земли испытывает только растяжение. Тогда как образовались оро-генные зоны с их характерной покровно-надвиговой тектоникой? Механизм коллизии или столкновения литосферных плит кажется однозначно объясняет их формирование. Однако и здесь не все так просто, Огромные массивы докембрийских кристаллических пород или, как их еще называют «гранитные ядра гор», могут оказаться тектонически денудированными зонами, с которых осадочный чехол переместился в периферийные складчато-надвиговые части орогенов (рис.1). Наиболее полно тектонические деформации фиксируются в расположении и структуре осадочных бассейнов. Внутри складчато-надвиговых поясов мезозойско-кайнозойские бассейны представляют собой сложную разобщенную мозаику тектонически ограниченных фрагментов, разделенных изостатически воздымающимися поясами метаморфических палеозойских и/или выступами докембрийских пород. Причем даже метаморфические складчато-надвиговые пояса порождены скольжением чешуйчатых пластин с возвышенных участков в пониженные по серпентини-товым и сланцевым реологическим разделам. Таким образом и орогены являются прежде всего зонами растяжения, а затем уже изостатичес-кого воздымания и локального сжатия. Возможно только этим объясняется изостатическая аномалия под горными хребтами, выявленная еще Дж.Эверестом. При такой модели развития складчато-надвиговых поясов палинспастические реконструкции должны полностью опираться на сейсмогеологический и структурно-формационный анализ мезозойс-ко-кайнозойских осадочных бассейнов, включенных в орогенные области и обрамляющих их.

Целью работы является исследование гравитационно-геодинамические моделей эволюции осадочных бассейнов, разработка на этой основе новых тектонических критериев нефтегазоносности осадочных бассейнов подвижных зон земной коры и выявление наиболее перспективных зон нефтегазонакопления в рассматриваемых регионах.

При этом предполагается решить следующие задачи: -обобщение современного материала и развитие представлений о геодинамической эволюции осадочных бассейнов Центрально-Азиатского орогенного и Западно-Тихоокеанского подвижного поясов;

INTRUSIVE.

Рис. 1 Гравитационно-геодинамическая модель эволюции внутри-континентальных осадочных бассейнов.

Верхний 10−15 километровый слой земной коры в геологическом масштабе времени ведет себя. как вязкая селевидная масса, легко пересещающаяся в горизонтальном направлении при наличии минимального уклона. Существенно способствует перемещению наличие хрупко-вязкого перехода в земной коре на уровне 10³ км, а также флюидо-динамические явления в этой же зоне. Гравитационный срыв осадочных пластин происходит по границам стршстурно-формационных комплексов. Обнажившиеся площади древнего фундамента изостатически всплывают вслед за фронтом гравитационного срыва. Существенное увеличение мощности осадочного клина в этом фронте определяют их повышенный нефтегазогенерациониый потенциал.

— сейсмогеологический анализ зон растяжения и сжатия в осадочном чехле нефтегазоносных бассейнов указанных регионов- -выявление зон реологической и флюидодинамической расслоенности земной коры и осадочного чехла;

— построение гравитационно-геодинамических моделей эволюции осадочных бассейнов различных типов;

— анализ влияния гравитационно-геодинамических явлений на особенности нефтегазоносности и размещения зон нефтегазонакопления в осадочных бассейнах подвижных поясов;

— сравнительная оценка перспектив нефтегазоносности осадочных бассейнов подвижных поясов с выделением основных зон нефтегазонакопления в различных структурно-формационных комплексах.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях:

1.Обосновано определяющее значение субгоризонтальных срывов для строения осадочных бассейнов подвижных зон земной коры.

2.Выделен новый тип тектонических движений, названных гравитационно-геодинамическими вследствие больших масштабов проявления и преобладания гравитационных сил в качестве первопричины тектонических деформаций крупных блоков земной коры.

3.Установлена связь взбросо-надвиговых зон орогенных областей с с растяжением земной коры, которое сопровождалось гравитацион-ногеодинамическими явлениями — субгоризонтальными срывами и изос-татическими поднятиями в тылу сорванных пластин.

4.Предложена гравитационно-геодинамическая модель эволюции осадочных бассейнов, объясняющая инверсию как результат срывов бортовых зон, возникающих после достижения бассейном определенной критической глубины (10±5 км.).

5.Показано, что системы межгорных впадин в Центрально-Азиатском орогенном поясе и зоны изолированных полуграбенов на активных континентальных окраинах Западно-Тихоокеанского подвижного пояса образованы в результате горизонтального растяжения и разрыва некогда единой осадочной депрессии в ходе гравитационно-геодинамического срыва пластин верхней коры в направлении к океанам.

6.Установлено, что максимальные перспективы нефтегазоносности связаны с передовыми по отношению к направлению гравитационно-геодинамического срыва зонами осадочных бассейнов. В тыловых зонах из-за сильного растяжения преобладает рассеяние УВ потока.

7.Разработаны гравитационно-геодинамические критерии прогноза нефтегазоносности недр.

8.Произведено ранжирование осадочных бассейнов изучаемых регионов и выделены наиболее перспективные зоны нефтегазонакопления внутри них.

Теоретические разработки автора использовались при планировании геологоразведочных работ в межгорных впадинах Средней Азии и Казахстана в рамках Комплексных проектов и учитывались при составлении документов по прогнозной оценке крупных регионов. Материалы использованы также при создании Карт нефтегазоносности СССР (1988, 1991 гг.), Обзорной карты нефтяных и газовых месторождений. Средняя Азия (1984, 1988 гг.), Petroleum Potential Map of Notheast Asia (1996).

Практическая значимость проведенных исследований определяется разработкой новых гравитационно-геодинамических критериев оценки нефтегазоносности малоизученных территорий и акваторий подвижных поясов и выделением на этой основе наиболее крупных возможных зон нефтегазонакопления. Это особенно важно для малоизученных акваторий, для которых определение участков с экономически оптимальной ресурсной базой является первоочередной задачей, в связи с большой стоимости морского бурения. Внедрение гравитационно-геодинамических исследований в практику нефтегазопоисковых работ позволит на региональном уровне выделить участки бассейна с максимальной концентрацией ресурсов в том числе и в поднадвиговых зонах, а на локальном уровне определить закономерности формирования отдельных месторождений, а значит и характер их нефтегазоносности.

По рассматриваемой проблеме опубликовано 43 работы, в том числе две монографии и один обзор. Основные положения докладывались на Всесоюзных семинарах и конференциях «Эволюция процессов нефтегазообразования» (Москва, 1984 г.), «Формации осадочных бассейнов» (Москва, 1985 г.), «Системный подход в геологии» (Москва, 1985,1989 гг.), «Нефтегазообразование на больших глубинах» (Москва, 1986 г.), «Тектоника и нефтегазоносность поднадвиговых зон» (Фрунзе, 1988 г.), Международной конференции «Рифтогенез и нефтегазоносность» (Чернигов, 1990 г.), III Международном совещании по тектонике плит (Звенигород, 1991 г.), Всесоюзном совещании «Шарьяжно-надвиговая тектоника и ее роль в формировании месторождений полезных ископаемых» (Уфа, 1991 г.), Конференции «Состояние и перспективы развития геологоразведочных работ в Туркменистане» (Ашхабад, 1991 г.), Международном симпозиуме «Геодинамическая эволюция осадочных бассейнов» (Москва, 1992 г.), Международном семинаре в Китае (Пекин, 1993 г.), XIY-ом Мировом нефтяном конгрессе (Ставангер, 1994), 28-ом «Тектоника осадочных бассейнов Северной Евразии» (Москва, 1995 г.) и 29-ом «Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов» (Москва, 1 996) Тектонических совещаниях, XIY Губкинских чтениях (Москва, 1996).

Материалы работы апробировались также на ежегодных совещаниях Миннефтегазпрома СССР и Минтопэнерго РФ по рассмотрению планов геологоразведочных работ предприятий отрасли.

В диссертации использованы результаты личных исследований автора (1976;1997 гг.) по изучению тектоники и нефтегазоносности межгорных впадин Центрально-Азиатского орогенного пояса, осадочных бассейнов Сахалина, Охотского и Берингова морей. Фактологической основой работы являются материалы региональной и поисковой сейсморазведки МОГТ. По всем рассматриваемым в диссертации бассейнам проведен подробный сейсмогеологический анализ с выделением структурно-формационных комплексов, определением типов тектонических деформаций и геодинамического режима.

Были использованы материалы глубокого бурения и результаты геохимических, палеогеотермических и литологических исследований для выявления нефтегеологических характеристик малоизученных регионов и/или отдельных литолого-формационных комплексов.

Значительным источником информации служили опубликованные и фондовые геолого-геофизические материалы по нефтегазоносным бассейнам подвижных поясов южной и восточной окраин Евразии. Широко привлекались данные зарубежных исследователей, в том числе и по осадочным бассейнам Китая, которые служат связующей цепью кайнозойских депрессий Средней-Центральной Азии и Западно-Тихоокеанской активной окраины. Настоящая работа была бы невозможна без использования построений и обобщений, проведенных исследователями из региональных НИПИ системы бывшего Миннефтегазпрома, ИГиРГИ, ВНИГНИ, МГУ, ВНИГРИ, ВНИИгаз, ИТиГ и многих других научно-исследовательских организаций, а также производственных объединений.

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и заключения объемом 378 страниц, включая 3 таблицы, 106 рисунков и список литературы из 284 наименований.