Особенности тектонического строения и историяформирования Покровского поднятия
П.Г. ТРУШКИН
Покровское месторождение, открытое в 1949 г., расположено в южной части Куйбышевского Заволжья близ г. Чапаевск и приурочено к антиклинальному поднятию.
В рельефе поднятие занимает слабо выраженный водораздел между р. Чапаевка и р. Чагра, расчлененный неглубокими долами. Абсолютные отметки поверхности этого водораздела лежат в пределах от 35 до 110 м.
Месторождение многопластовое. Из открытых к настоящему времени девяти промышленных залежей две приурочены к алевролито-песчаным коллекторам и семь к карбонатным. К алевролито-песчаным коллекторам приурочены залежи пласта Б2 в угленосном горизонте и пласта Б0 в тульском горизонте. В карбонатных доломитово-известняковых породах залежи содержатся в данково-лебедянских слоях фаменского яруса верхнего девона - пласт ДЛ-1, турнейском ярусе - пласты В-III и В-I, окском подъярусе - пласт O-2 (расположен в кровле), башкирском ярусе-пласт А4, верейском горизонте - пласт А3 и каширском горизонте (в 20 м от кровли) - пласт А2.
В геологическом строении Покровского месторождения принимают участие девонские, каменноугольные, пермские, юрские, третичные и четвертичные образования.
В северной части площади на дневную поверхность выходят породы верхнеказанского подъяруса, отдельными пятнами - батского яруса и покровные образования третичной и четвертичной систем.
Нормальный разрез схематично представляется в следующем виде (сверху вниз).
1. Четвертичные аллювиальные и сыртовые глинисто-песчаные отложения до 50 м.
2. Плиоценовые отложения третичной системы: серые глины и зеленовато-серые песчаники мощностью до 75 м и более. Плиоцен лежит на размытой поверхности пермских и юрских пород, их нижняя граница находится на абсолютной высоте от плюс 15-89 м до минус 20-240 м.
3. Батские отложения средней юры. Кварцевые среднезернистые пески и песчаники мощностью до 28 м, трансгрессивно покрывающие различные горизонты верхней перми.
4. Пермские отложения.
а. Верхнеказанский подъярус. Глины, мергели, доломиты; последние иногда разрушены до мучнистого состояния и щебня. Мощность до 40 м.
б. Нижнеказанский подъярус. Преимущественно известняки, в верхней части оолитового строения доломиты, в подошве серая глина. Мощность до 70-85 м.
в. Артинский ярус. Доломиты с прослоями мергелей. Мощность до 20 м.
г. Верхнесакмарский подъярус. Породы доломито-ангидритового состава. Мощность до 100 м.
д. Нижнесакмарский подъярус (надшвагеринвая пачка и швагериновый горизонт). Доломиты и доломитизированные известняки. Мощность до 35 м.
5. Верхний карбон. Псевдофузулиновый и тритицитовый комплексы. Доломиты с включением гипса, прослоями оолитовые, реже известняки. Мощность до 315 м.
6. Средний карбон.
а. Мячковский и подольский горизонты. Известняки, реже доломиты. Мощность до 360 м.
б. Каширский горизонт. Известняки с прослоями глин в нижней части. Мощность до 80 м.
в. Верейский горизонт. В кровле и подошве глины черные, в средней части переслаивание последних с темно-серыми пористыми и кавернозными песчанистыми известняками. Мощность до 84 м.
г. Башкирский ярус. Известняки органогенно-обломочные, среди которых встречаются псамитовые разности, иногда оолитовые, трещиноватые. Мощность до 62 м.
7. Нижний карбон.
а. Намюрский ярус. Известняки микрозернистые. Мощность до 82 м.
б. Серпуховский подъярус. Известняки и доломиты; в подошве глины черные с прослоями: известняков (тарусский горизонт - 30 м). Общая мощность до 124 м.
в. Окский подъярус. Преимущественно доломиты с включением гипса. Мощность до 1.74 м.
г. Тульский горизонт. В нижней части чередование глинистых известняков с прослоями алевролитистых глин, реже песчаников, в верхней - преимущественно известняки. Мощность до- 66 м.
д. Угленосный горизонт. Кварцевые песчаники и алевролиты, встречаются прослои глин. Мощность до 30 м.
8. Турнейский ярус. Серые кавернозные известняки, реже доломиты. Мощность до 65 м.
9. Верхний девон.
а. Фаменский ярус. Доломиты и известняки. Мощность до 325-345 м.
б. Верхнефранский подъярус. Евлано-ливенекие и воронежские слои. Известняки, частью додомитизированные. Мощность до 38-58 м.
в. Нижнефранский подъярус (?). Алевролито-песчаные породы (развиты на западном крыле поднятия). Мощность до 21 м.
г. Верхнеживетский подъярус (?). Алевролито-песчаные породы с прослоями известняков (развиты на западном крыле поднятия). Мощность до 11 м.
Покровское поднятие приурочено к Покровско-Пугачевской тектонической зоне.
Общее направление зоны северо-восточное, совпадающее с укоренившимся в литературе понятием об основной полосе дислокации юго-запада Куйбышевского Заволжья, которая известна как «Пермская ось Заволжья» (А.Д. Архангельский, 1911 г.), «Палеозойский вал Южного Заволжья» (А.Н. Розанов, 1931 г.), «Палеозойское поднятие Южного Заволжья» (Н.И. Николаев, 1933 г.), «Пугачевское поднятие» (А.Н. Мазарович, 1936 г.), «Палеозойская ось Заволжья» (Н.С. Шатский, 1945 г.).
Согласно новейшим данным (П.Г. Трушкин, 1956 г.) Покровско-Пугачевская структурная зона расположена на юго-восточном погружении Жигулевско-Пугачевского свода.
Зона начинается близ г. Куйбышев. С ундуляцией оси ее связано несколько поднятий - Покровское и Красавское на территории Куйбышевской области, Ивантеевское, Пугачевское, Березовское, Кушумское на территории Саратовской области. В своей южной части она изменяет простирание на западно-юго-западное, затем на широтное и смыкается с поднятиями Саратовского нефтегазоносного района. Максимум поднятия данной зоны находится между г. Пугачев и р. Верхний Кушум.
В основании осадочной толщи верхнего девона Покровского месторождения лежит кристаллическая гряда, принимающая участие в строении поднятия и являющаяся его ядром.
Покровская гряда кристаллического фундамента (рис. 1, в) имеет относительно крутое северо-западное крыло и более пологое юго-восточное. Углы наклона соответственно 5-6° и 1,5°.
Установленные максимальные абсолютные отметки свода поднятия равны минус 1941 -1991,6 м. На периферии свода отметки изменяются следующим образом: на северо-западном крыле минус 2114 м, на юго-восточном минус 2048 м. Следовательно, амплитуда колебания отметок находится в пределах от 107 до 173 м.
По кровле швагеринового горизонта нижней перми (рис. 1, б) Покровское поднятие имеет форму асимметричной антиклинали длиной около 30 км, шириной 6 км.
Углы падения по северо-западному крылу более 2°, по юго-восточному менее 1°. Высшая отметка в своде по кровле швагеринового горизонта минус 117 м. Выявленная амплитуда погружения равна: по юго-восточному крылу 112 м, северо-западному 78 м, по северо-восточной периклинали 56 м и юго-западной периклинали 24 м.
Свод поднятия сравнительно небольшой и узкий; периклинали вытянутые, пологие, с углами погружения 15-20'. В погруженной части юго-западной периклинали в сторону юго-востока углы увеличиваются до 1,5°.
Покровское поднятие является возрожденным подобно Туймазинскому, Краснокамскому, Иссинскому, группе Жигулевских структур (за исключением Жигулевского) и другим поднятиям Волго-Уральской области. Для таких структур (Н.Ю. Успенская, 1952 г.) характерна многофазность процесса формирования, обусловленная возобновлением тектонических движений, имевших место одновременно с осадкообразованием, а также наличие перерывов в разрезе и утонение отдельных свит в сводах.
Изучение материалов по Покровскому месторождению показывает, что во всех этих горизонтах, включая и девон, повторяется один структурный план строения, постепенно усложняющийся от верхних горизонтов к нижним (см. рис. 1). Так, в отложениях башкирского яруса среднего карбона в отличие от швагеринового горизонта поднятие разобщено пережимом на два купола незначительной амплитуды. По угленосному горизонту пережим становится более выражен, а купола приобретают более резкие очертания. При этом угол наклона крутого крыла в сравнении со швагериновым горизонтом увеличивается до 4,1°, угол наклона пологого до 1,2°.
Важно отметить, что толща осадочных пород повторяет структуру кристаллического фундамента. С учетом других приводимых ниже данных это и дает основание рассматривать Покровскую структуру как возрожденную, обусловленную волнообразными колебательными движениями северо-восточного направления с преемственностью структурных форм во всех стратиграфических горизонтах и, по- видимому, нарушенную сбросом в его теле по западному крылу.
Это допущение основано на том, что северо-западное крыло поднятия против юго-восточного является крутым, флексурообразным, и это, по-видимому, связано с наличием сброса в породах фундамента. Однако возможно дизъюнктивное нарушение фундамента незначительной амплитуды в своде поднятия. На существование такого нарушения указывает наличие в осадочной толще двух куполов, как бы сдвинутых относительно друг друга по оси поднятия.
Имеют ли место разрывы сплошности слоев в лежащей над фундаментом осадочной толще, трудно сказать из-за отсутствия достоверных геологических данных. По мнению геолога Гипровостокнефти К.Б. Аширова, в осадочной толще существуют сбросы, захватывающие отложения до угленосного и башкирского продуктивных горизонтов включительно. Аргументируется это косвенными признаками, основанными на эксплуатационных данных, например, уменьшением пластовых давлений на крутом крыле поднятия, изменениями водонефтяного контакта с севера на юг в угленосном горизонте, сменой карбонатного цемента на ангидритовый в карбонатных органогенно-обломочных породах башкирского яруса в зоне крутого крыла и т. д.
Историю развития тектонических движений фундамента Покровского поднятия и его формирования можно проследить на профилях компенсации (рис. 2 и 3). От нижнебавлинского или, возможно, живетского до верхнефранского времени участок Покровского месторождения являлся поднятием.
В этот же период на участках Зольненского и Сызранского месторождений, втянутых в общее погружение Самарской луки, происходило накопление живетских и нижнефранских отложений. В приближении к Покровскому поднятию они утоняются и выклиниваются. Погружение Покровского участка началось только в воронежское время верхнефранского века. К концу этого века район Покровки отставал в погружении и оставался в структурном отношении выше района Зольного на 300 м и выше района Сызрани на 120 м. К концу девона по кристаллическому фундаменту Покровка оставалась выше Зольного на 250 м и выше Сызрани на 65 м, к концу карбона выше Зольного на 220 м, но ниже Сызрани на 265 м. В современном структурном плане картина резко меняется: Покровка стала ниже Зольного на 150 м и ниже Сызрани на 520 м с лишним (Весь приведенный порядок цифр превышений берется для сводовых частей структур.).
Приведенный порядок цифр дает достаточное представление не только об амплитуде колебательных движений, испытанных отдельными блоками кристаллического фундамента, но и о значительной дифференциации этих движений по их знаку в различное время.
Прямым указанием на сложный характер тектонического развития Покровского поднятия во времени является план распределения мощностей отложений разного возраста в его различных структурных участках. С учетом данных по скважинам, пробуренным за последнее время на Покровском поднятии, мощности верхнефранских отложений изменяются от 38 м (скв. 90) в центре южного купола до 54-58 м на его периферии. Мощность отложений фаменского яруса колеблется в пределах до 20 м, при этом минимальные мощности (325 м) соответствуют южному куполу поднятия, а максимальные (340-345 м) - отвечают погруженным частям структуры.
В известняках верхнефранского подъяруса отмечены следы размыва и наличие в них линз и прослоев песчаника (Новожилова С.Н. и Егорова Л.З. Геология и нефтеносность девонских отложений Куйбышевской и Чкаловской областей. Инст. Гипровостокнефть, отчет за 1953 г.). Отсюда можно заключить, что начало формирования Покровского поднятия в осадочном покрове относится к верхнефранскому времени, что подтверждается отмеченным сокращением мощностей верхнефранских и фаменских отложений верхнего девона в своде поднятия.
Небольшое уменьшение мощностей от периферии к своду наблюдается в породах турнейского яруса.
Анализ мощностей наиболее хорошо выделяющихся терригенных отложений нижнего и среднего карбона и толщ карбонатных пород, заключенных между ними, показал следующее. Мощность угленосного горизонта изменяется от 25-26 м в своде до 32- 33 м на крыльях, тарусского горизонта соответственно от 30-31 м до 33 м. Мощность верейского горизонта колеблется от 84 до 86-90 м, причем максимальное значение относится к юго-восточному крылу (скв. 20). Мощности стратиграфически более крупных интервалов от свода к периферии испытывают сравнительно небольшие изменения. Так, мощность интервала от кровли угленосного до подошвы тарусского горизонта изменяется на 9 м (248-259 м).
Мощность вышележащих отложений от кровли тарусского горизонта до подошвы верейского равна 245-259 м, т.е. в своде уменьшается на 14 м. Столь же незначительно (от 754 до 756 м) изменяется в пределах поднятия суммарная мощность от кровли верейского горизонта до подошвы маркирующего швагеринового горизонта самарского яруса.
Таким образом, в породах карбона наибольшее увеличение мощности на крыльях дают турнейский ярус, угленосный, тарусский и отчасти верейский горизонты. Мощности других отложений изменяются меньше.
Такое более или менее равномерное распределение мощностей в пределах рассматриваемого поднятия могло получиться при устойчивом нисходящем движении.
Характер вертикальных движений на Покровской площади отвечает общим подъемам платформы, происходящим в конце турнейского и конце башкирского времени. Кровли отложений турнейского и башкирского ярусов, по-видимому, размыты и несут следы закарстованности, что указывает на континентальные перерывы, предшествующие накоплению угленосного и верейского горизонтов.
По данным М.И. Фадеева (Фадеев М.И. Геология и нефтеносность карбона Куйбышевской и Чкаловской областей. Инст. Гипровостокнефть, отчет за 1953 г.) размывы отмечаются в верейских отложениях. Более значительный размыв в подошве угленосного и верейского горизонтов отмечен на Сызранском поднятии.
Перерыв местного значения (Положительные движения в конце окского времени отмечаются в северной части Жигулевско-Пугачевского свода (Самарская Лука и южная часть Куйбышевского Заволжья) по наличию в разрезе тарусского горизонта, сложенного глинами, в основании серпуховского подъяруса.) на границе окского и серпуховского времени визейского века фиксируется в подошве тарусского горизонта по присутствию известняковой гальки (скв. 43).
Таким образом, на основании анализа колебательных движений карбона и учета перерывов в разрезе приходим к заключению, что следующая фаза формирования Покровского поднятия отвечает концу турнейского века и угленосному времени. Эта фаза характеризуется сокращением мощностей отложений в своде поднятия, что особенно относится к угленосному горизонту. Мощность последнего на периферии поднятия на 27% больше по сравнению со сводом.
Оживление восходящих движений кристаллического фундамента отмечается перед отложением тарусского к верейского горизонтов. Это определяется изменением мощностей подстилающих отложений и наличием следов перерыва в основании каждого из горизонтов. Положительные движения улавливаются для тарусского и верейского горизонтов: в своде мощность первого меньше, чем на периферии, на 3 м, второго - на 2 м по северо-западному крылу и на 6 м по юго-восточному. Подобную, но менее заметную картину следует отметить для крупного отрезка времени от верея до начала сакмарского века.
Установленные закономерности того или иного увеличения мощностей отдельных стратиграфических единиц от свода к периферии более отчетливо выявляются по суммарным мощностям отложений девона и карбона. Так, суммарная мощность пород девона в своде меньше чем на периферии на 67 м, а карбона - на 46 м.
Мощности нижнепермских отложений изменяются от 98-107 м в своде до 125-152. м на юго-восточном крыле и 118-142 м на северо-западном. Это изменение, по-видимому, связано с поднятием в нижнепермское время и с размывом нижнепермских осадков в своде в результате очередной фазы поднятия благодаря интенсивному движению кристаллического фундамента в конце нижнепермского времени. Наступивший затем на Покровском участке континентальный перерыв продолжался в течение кунгурского и уфимского времени.
Под уровень моря Покровское поднятие погрузилось только с наступлением казанской трансгрессии. Но уже в конце пермской эпохи здесь начались положительные волнообразно-колебательные движения и продолжались до среднеюрского времени. Очередной континентальный перерыв документируется трансгрессивным залеганием среднеюрских пород батского яруса на казанских отложениях. Мощность последних в своде поднятия 77-101 м, а на крыльях 114-125 м на юго-восточном и 93-105 м на северо-западном. Надо считать, что мощность на северо-западном крыле неполная, так как казанские отложения эродированы в доплиоценовое время и перекрыты акчагылом.
Не оставляет сомнения, что возобновление структурного роста Покровского поднятия имело место в течение мезозоя перед нижневолжской трансгрессией и в более позднее время. Известно, например, что на юге Куйбышевского Заволжья, к востоку от Покровки, амплитуда донижневолжского размыва достигает 110-195 м для различных пунктов. Размытыми оказались отложения оксфорд-киммериджа, келловея, бата, триаса и частично татарского яруса. На Покровской площади с этим размывом, видимо, связано также отсутствие отложений келловея и верхней части бата. К востоку от Покровки, в районе Западного Общего Сырта, также известен большой по времени континентальный перерыв в осадконакоплении между нижневолжскими и нижнемеловыми (аптскими) породами. Последние отсутствуют на Покровском поднятии, но установлены (Кукуев А.И. и Егоров Н.А. Результаты аэрогеологических работ Безенчукской партии. Отчет за 1949 г) в 25 км юго-западнее от него в межструктурном прогибе. Это обстоятельство наряду с учетом распространения апата на Западном Сырте свидетельствует о первоначальном присутствии его и на Покровском поднятии.
Наиболее значительным этапом формирования Покровского поднятия явилась предакчагыльская фаза альпийского тектогенеза. За время ее район Покровки поднялся на значительную высоту, о чем свидетельствуют колебания в залегании подошвы отложений плиоцена на абсолютных высотах от плюс 15-89 м до минус 20-240 м в долине Палеоволги, расположенной восточнее.
Доакчагыльская фаза значительно усилила локальные поднятия, придала им современный вид. Но на этом их развитие не закончилось: процесс формирования, связанный с восходящими движениями, продолжался и в древнечетвертичное время. Движения древнечетвертичного времени запечатлены в сокращении мощностей аллювиальных отложений в сводах Безенчукской, Звенигородской, Натальинской и других структур, расположенных в западу от Покровки. В своде Покровского поднятия мощность этих отложений 0-5 м, на крыльях 20-50 м.
Таким образом, анализ расположения мощностей девона, карбона и перми на Покровском поднятии, а также учета перерывов в разрезе дает основание для следующих выводов.
1. Формирование Покровского поднятия связано с многофазными неравномерно колебательными вертикальными движениями фундамента, происходившими одновременно с накоплением осадков в течение палеозоя, мезокайнозоя и древнечетвертичного времени. Начало этих движений относится к верхнефранскому времени.
2. Относительно энергичные движения, образующие поднятия, связанные с герцинским циклом тектогенеза, имели место в верхнефранский век, в конце турнейского века и в угленосное время, в конце окского века и в тарусское время, в конце башкирского века и верейское время, в конце нижнепермской эпохи.
3. Более мощные движения, с которыми было связано усиление поднятия, относятся к альпийскому циклу тектогенеза. Отдельные фазы его проявились в период от конца верхнепермской до среднеюрской эпохи - батского века, к концу оксфорд-киммериджского века, к концу нижневолжского века, к доакчагыльскому веку.
Только что отмеченные положения, касающиеся Покровского поднятия, полностью согласуются с представлениями А.А. Бакирова (1951 г.) и Н.Ю. Успенской (1952 г.) о ведущей роли фундамента в образовании структур третьего порядка и подтверждают правильность их взглядов.
Не оставляет сомнения, что многопластовые залежи Покровского месторождения обусловлены многофазными волнообразными колебательными движениями.
В свете этого перспективность нефтеносности Покровского месторождения отмеченными выше девятью пластами не исчерпывается. Согласно показаниям газового кароттажа заслуживают внимания как объекты для опробования отложения нижней части серпуховского подъяруса, основание каширского горизонта и верхняя половина верейского горизонта.
По аналогии с Покровским месторождением многопластовые залежи можно ожидать на ближайших к нему хорошо выраженных поднятиях (Краснополянская и Хворостянская зоны). Такое предположение следует из того, что их формирование проходило в идентичных условиях с Покровским поднятием. Но в отличие от последнего в районе Хворостянки и Красной Поляны нефтеносным может быть терригенный девон.
ЛИТЕРАТУРА
1. Архангельский А.Д. Среднее и Нижнее Поволжье. Материалы к его тектонике. Землеведение, кн. IV, 1911.
2. Бакиров А.А. Главнейшие черты геотектонического развития внутренней части Русской платформы. Сб. «К геол. центр, обл. Русской платформы». Гостехиздат, 1949.
3. Губкин И.М. Урало-Волжская нефтеносная область «Второе Баку». Изд. АН СССР, 1940.
4. Мазарович А.Н. Геологическое строение между г. Куйбышевым и Оренбургом. БМОИП, нов. сер., отд. геол., т. XIV (6), 1936.
5. Николаев Н.И. К вопросу о тектонике и стратиграфии Саратовского и Самарского Заволжья. БМОИП, т. XI (2), 1933.
6. Трушкин П.Г. Тектоническое строение и нефтеносность палеозойских отложений юга Куйбышевского Заволжья. Автореферат.
7. Шатский Н.С. Очерки тектоники Волго-Уральской нефтеносной области и смежной части западного склона Южного Урала. Изд. МОИП, 1943.
8. Успенская Н.Ю. Некоторые закономерности нефтегазонакопления на платформах. Гостоптехиздат, 1952.
Рис. 1. Сопоставление структурных карт Покровской площади.
а - структурная карта кров и I пласта угленосного горизонта C12h (по данным треста ,,Куйбышевнефтеразведка“); б - структурная карта швагеринового горизонта сакмарского яруса P1S1. в - карта поверхности кристаллического фундамента.
Рис. 2. Профили компенсаций палеозойских отложений по линии Сызрань -Покровка - Красная поляна. (Сост. П.Г. Трушкин, 1955 г.)
I - к концу франского времени; II - к концу девона; III - к концу карбона; IV - современный вид; 1 - карбон; 2- верхний карбон; 3 - средний карбон; 4 - нижний карбон, 5 - фаменский ярус; 6 - франский ярус; 7 - верхнеживетский подъярус; 8 - кристаллический фундамент.
Рис. 3. Профили компенсаций палеозойских отложений по линии Зольный Овраг-Аркулы- Покровка-Красная Поляна.
I-к концу франского времени; II-к концу девона; III -к концу карбона; IV - современный вид; 1 - карбон; 2- верхний карбон; 3 - средний карбон; 4 - нижний карбон; 5 - фаменский ярус; 6 - франский ярус; 7 верхнеживетский подъярус; 8 - кристаллический фундамент.