Гипсометрия фундамента Днепровско-Донецкой впадины
Р.И. АНДРЕЕВА, М. В. ЧИРВИНСКАЯ
Значительный объем выполненных в пределах Днепровско-Донецкой впадины геологических и геофизических исследований позволяет установить тесную связь тектоники осадочного чехла с разломами в кристаллическом фундаменте.
Достоверно эта зависимость устанавливается на участках относительно неглубокого, доступного для бурения залегания фундамента и предполагается по комплексу геофизических данных в пределах глубоко погруженных его участков.
В связи с этим изучение структурных особенностей и гипсометрии докембрийского фундамента имеет большое значение для прогноза полезных ископаемых и в первую очередь таких, как нефть и газ.
Первая схема гипсометрии поверхности докембрийского фундамента Днепровско-Донецкой впадины была составлена в 1939 г. [4]. В то время докембрийский фундамент в пределах погруженных частей Днепровско-Донецкой впадины еще не был вскрыт ни одной глубокой скважиной. Построения основывались на данных совместной интерпретации маятниковых наблюдений и единичных профилей, выполненных при помощи сейсморазведки методом преломленных волн. Осевая часть Днепровско-Донецкой впадины намечалась в районе Нежина-Зенькова. Наибольшие отметки глубины поверхности фундамента составляли 5 км вблизи г. Нежин. Далее к юго-востоку намечался подъем кристаллического фундамента, глубина которого в районе Полтава - Валки - Артемовск предполагалась 3,5 км.
В 1945 г. И.А. Балабушевич несколько видоизменил первоначальную схему, отразив в ней предполагаемые региональные разломы в докембрийском фундаменте, по которым опускался центральный грабен впадины [1].
В последние годы построены более точные гипсометрические схемы отдельных участков южного борта впадины [5]. Однако для всей территории Днепровско-Донецкой впадины нет пока единой гипсометрической схемы.
При составлении предлагаемой гипсометрической схемы докембрийского фундамента Днепровско-Донецкой впадины использованы, помимо данных бурения и корреляционного метода преломленных волн, результаты массовых количественных расчетов глубины залегания поверхности возмущающих масс по графикам Za, а для бортовых частей также построения 3.А. Крутиховской и Б.С. Ковалева. Гипсометрическая схема построена на основе тектонической схемы Днепровско-Донецкой впадины [7, 8].
Под Днепровско-Донецкой впадиной понимается обширная область, включающая различные тектонические элементы, генетически связанные между собой. Основными из них являются склоны Украинского и Воронежского кристаллических массивов или бортовые части впадины и заключенный между ними Днепровский грабен, граничащий на востоке с северо-западными окраинами Донбасса. В пределах Днепровского грабена выделены краевые части (северная и южная зоны окаймляющих грабен нарушений) и центральная часть.
Бортовые части впадины
В пределах бортовых частей впадины, помимо скважин, вскрывших докембрийский фундамент, и профилей КМПВ, имеется значительное число магнитных аномалий. Результаты количественных расчетов, выполненных по графикам Za, и сравнение их для 58 аномалий с данными бурения показали, что теоретически рассчитанные глубины залегания возмущающих масс совпадают в пределах 15- 20% погрешности с поверхностью докембрийского фундамента. Эти данные использованы при составлении гипсометрической схемы фундамента бортовых частей впадины (рис. 1).
Рассмотрение схемы показывает, что погружение поверхности кристаллических пород фундамента юго-западного борта происходит в северо- восточном направлении. Углы наклона поверхности фундамента изменяются на 1 км от 1-1,5° в северо-западной части борта до 1-2° в наиболее узкой части южного борта (район Петриковки - Чаплинки).
По направлению от Днепра к зоне краевых нарушений Днепровского грабена происходит постепенное увеличение углов наклона кристаллических пород, которые вблизи региональных нарушений увеличиваются до 6° и более.
На гипсометрической схеме отражены также незначительные выступы фундамента, приуроченные к реликтам древних складчатых систем, обогащенных железистыми породами.
В северо-западной части борта выделяется Ядловско-Трактемировская полоса, предположительно связываемая с реликтами древней осадочно-метаморфической толщи нижнего архея, обогащенной железистыми компонентами. В этой области отложения юрского возраста образуют валообразное поднятие. В юго-восточной части расположена Кременчугско-Криворожская гряда меридионального простирания, отвечающая реликту протерозойской складчатости. Между ними магнитное и гравитационное поле характеризуется резко пониженными значениями Za и Dg (Драбовская зона) и здесь отмечается депрессия в поверхности фундамента. Предполагается, что Драбовская зона соответствует полосе широкого развития гранитных интрузий, которые сыграли существенную роль в формировании основных тектонических элементов Днепровско-Донецкой впадины, обусловив смещение зон региональных нарушений к северо-западу [7].
В этой же полосе минимальных значений Dg расположен Оболонский грабен, конфигурация которого дана по материалам электроразведки (П.И. Ливанов, трест Укрнефтегеофизика). Более подробное строение этого грабена освещено в статье 3.А. Крутиховской [5].
Кроме того, на отдельных хорошо изученных бурением участках борта изображены разрывные тектонические нарушения (Павлоградская зона), амплитуда которых не превышает 100-200 м. К сожалению, точность выполненных по магнитометрическим данным количественных расчетов не позволяет фиксировать подобные разрывные нарушения, в связи с чем число их на схеме ограничено, тогда как в действительности они, видимо, широко развиты.
На северо-восточном борту погружение поверхности кристаллических пород происходит в юго-западном направлении. В области с глубиной фундамента до 1000 м (абсолютная отметка -800 м) средний угол погружения пород фундамента составляет 1°. Примерно с глубины 1000 м угол погружения поверхности фундамента увеличивается до 1,5° в северо-западной части и до 2° в юго-восточной части борта. Вблизи зон региональных разрывных нарушений угол наклона поверхности кристаллических пород достигает 5° и более.
К области известных курских магнитных аномалий приурочены поднятия фундамента, образующие гряды, простирающиеся соответственно магнитным аномалиям. В пределах этих гряд мощность каменноугольных отложений значительно сокращена.
Днепровский грабен
В пределах Днепровского грабена не удалось провести изогипсы поверхности фундамента, так как данные о глубине его залегания здесь крайне ограничены. Вместе с тем качественно достаточно определенно устанавливается наличие глыбовой тектоники (рис. 2, 3).
Придание отдельным блокам гипсометрического уровня в связи с этим представляет большие трудности. В основу выполненных гипсометрических построений положены результаты количественных расчетов по данным магнитной разведки, качественный анализ результатов гравиметрии и электроразведки, а также общие геологические соображения о возможной мощности осадочных отложений для того или иного района Днепровского грабена.
Разрывные тектонические нарушения в пределах Днепровского грабена выделены по сумме геофизических данных - сгущению изоаномал силы тяжести, смене типов кривых ВЭЗ и изменению суммарной проводимости S, по резкой смене магнитного поля и наличию определенного типа магнитных аномалий.
В пределах зон краевых нарушений грабена докембрийские породы не вскрыты. Единичные скважины на глубинах свыше 3000 м не вышли из отложений девона (Ромны, Колайдинцы и др.).
Анализ геофизических материалов дает возможность предполагать здесь мелкую блокировку фундамента. Однако отразить ее в полной мере на гипсометрической схеме нет возможности. Зоны краевых нарушений в гравитационном поле выражены в виде цепочки линейно расположенных региональных минимумов силы тяжести [8, 9].
С.Я. Шерешевская считает, что эти зоны соответствуют отдельным блокам фундамента, расположенным на разных глубинах.
Наиболее полно строение фундамента изучено профилем КМПВ лишь в области одного из региональных минимумов силы тяжести (южная зона, вблизи с. Михайловка). По направлению от бортовой части к Днепровскому грабену здесь наблюдается система уступов в фундаменте с амплитудой 1300, 1250 и 2300 м. На протяжении 10 км глубина залегания фундамента изменяется от 1400 до 6000 м (Ю.Б. Демиденко, трест Укрнефтегеофизика). На гипсометрической схеме (рис. 1) показаны грабенообразные впадины фундамента, в которых глубины докембрийских пород изменяются от 3,5-4 км на северо-западе до 5-6 км на юго-востоке.
Большой интерес представляют интерминимальные зоны, которые по совместной интерпретации гравиметрических и магнитных данных рассматриваются как приподнятые блоки фундамента.
В отдельных интерминимальных зонах наблюдаются магнитные аномалии, не отличимые по характеру от аномалий бортовых частей впадины. Поэтому предполагается, что теоретически рассчитанная глубина залегания возмущающих масс будет здесь характеризовать в пределах погрешности 15-20% глубину залегания поверхности кристаллических пород фундамента. На гипсометрической схеме показаны эти повышенные блоки фундамента, где глубины докембрия изменяются от 2,5 до 4,5 км. Аналогичная картина наблюдается и в пределах западной части так называемого Преддонецкого прогиба, где гравитационное поле в общих чертах не отличается от поля, наблюдаемого в краевых частях грабена. Характер магнитных аномалий позволяет предполагать, что они связаны с эффузивами палеозойского возраста, проникшими по разломам в кристаллическом фундаменте.
Глубины залегания возмущающих масс характеризуются значениями 3,5-4,5 км, что указывает на минимально возможную глубину докембрийского фундамента. Данные результатов электроразведки и сейсморазведки о характере строения осадочной толщи генетически сближает область так называемого Преддонецкого прогиба с северной зоной краевых нарушений Днепровского грабена.
В центральной части Днепровского грабена имеется лишь одна глубокая скважина, вскрывшая докембрийский фундамент. Она расположена в приподнятом Черниговском блоке и встретила кристаллические породы на глубине 2,7 км.
Геофизические данные позволяют предполагать, что фундамент Днепровского грабена разбит на блоки, более крупные по размерам, чем в краевых его частях.
В области Днепровского грабена наблюдаются обширные по размерам магнитные аномалии, совпадающие с региональными гравитационными максимумами (Черниговские, Глинская, Лютеньская). Для этих аномалий характерны расплывчатые контуры в плане, малые горизонтальные градиенты Za, медленное затухание кривых Za с высотой.
Количественные расчеты, выполненные для Черниговской аномальной зоны, где оказалось возможным сравнить их с данными бурения, показали, что теоретически вычисленные глубины залегания возмущающих масс с погрешностью 20-25% характеризуют глубину до эффузивных пород верхнедевонского возраста.
Аналогичные расчеты были выполнены для других магнитных аномалий Днепровского грабена (Глинской, Лютеньской). Поскольку в этих районах нет необходимых данных бурения, предположения о глубине залегания фундамента могут быть сделаны, если задаться величиной ожидаемой мощности осадочно-эффузивных пород на основании анализа затухания кривых Zа с высотой и сопоставления с данными Черниговской опорной скважины. Таким путем можно дать для Днепровского грабена приближенную оценку глубины залегания поверхности фундамента от 2,7 км в районе Черниговской опорной скважины до 4-4,5 км в центре Глинской магнитной аномалии и 5-5,5 км в области Лютеньского максимума Zа. Наиболее погруженная часть фундамента Днепровско-Донецкой впадины отмечается восточнее меридиана Полтавы и далее на северо-запад в пределах Донбасса (рис. 3). Магнитное поле здесь носит чрезвычайно спокойный характер. Единственная Снежковская магнитная аномалия (Чутовский минимум силы тяжести) свидетельствует о глубине фундамента более 7,5 км. По гравитационным, магнитометрическим и электроразведочным данным выделены предполагаемые приподнятые блоки фундамента, показанные на гипсометрической схеме (рис. 1).
Предлагаемая гипсометрическая схема дает представление о блоковом строении фундамента Днепровско-Донецкой впадины, которое отразилось и на формировании структуры осадочной толщи.
Образование всей фиксируемой в настоящее время сети разломов не было одновременным. Исходя из анализа изменения фаций и мощностей отдельных стратиграфических комплексов, выполняющих Днепровско-Донецкую впадину осадков, можно полагать, что образование краевых разломов, определяющих современные границы грабена, относится ко времени, предшествовавшему верхневизейской трансгрессии. Более молодые разломы, сопровождавшиеся крупными опусканиями, смещаются по направлению к осевой части грабена. Наиболее ярко выраженной из них является система разломов послеверхнемелового времени по линии Видельцы - Червоно - Партизанское - Машевка - Федоровка, вдоль которой проводится Южная граница центральной части грабена.
Кроме того, на отдельных участках основных северо-западных разломов в пределах осадочной толщи удается найти следы повторных движений, как нисходящих, так и восходящих. Наличие последних весьма осложняет восстановление истории формирования Днепровского грабена.
Унаследованность движений ярко проявляется вдоль поперечных к простиранию грабена нарушений. С этими нарушениями связаны и самые молодые движения вплоть до четвертичных, о чем свидетельствует совпадение с ними в ряде мест современной гидрографической сети [2, 3, 6].
Дальнейшее изучение гипсометрии фундамента, установление возраста основных разломов и характера движений вдоль этих разломов имеют большое значение для выяснения условий формирования и сохранения нефтяных и газовых залежей.
Повышенные блоки фундамента вследствие большей доступности для бурения могут представить первоочередный интерес для поисков в связи с ними нефтяных и газовых месторождений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балабушевич И.А. Геологическое строение Днепровско-Донецкой впадины по данным геофизических исследований. Тр. научно-геол. совещ. по нефти, озокериту и горючим газам УССР. Изд. АН УССР, Киев, 1949.
2. Бондарчук В.Г. Нарис тектошчнЫ будови УкратськЫ РСР. Геол. журнал АН УССР, т. XV, вып. 3, 1955.
3. Бондарчук В.Г. Тектонша Великого Донбасу i походження ровопод1бних прогишв платформы. Геол. журн. АН УССР, т. XVI, вып. 2, 1956.
4. Завистовский В.С., Субботин С.И. Краткие итоги региональных геофизических исследований Днепровско-Донецкой впадины. Материалы по нефтеносности Днепровско-Донецкой впадины, вып. 1, 1941.
5. Крутиховская 3.А. Некоторые новые данные о структуре фундамента Средне- приднепровского склона Украинского щита. Сов. геология, сб. 48, 1955.
6. Назаренко Д.П. О некоторых явлениях связи геоморфологии и тектоники Днепровско-Донецкой впадины. Записки геол. факультета Харьковского гос. университета им. А. М. Горького, т. II, 1955.
7. Чирвинская М.В. Геологические результаты геофизических работ в Днепровско- Донецкой впадине. Сборник «Геологическое строение и нефтегазоносность ДДВ и с-з окраин Донбасса». Изд. АН УССР, Киев, 1954.
8. Чирвинская М.В. Характеристика складчатых и разрывных дислокаций осадочной толщи Днепровско-Донецкой впадины по данным геофизических работ. Тр. ИГН АН УССР, сер. геофиз., вып. 1, Киев, 1956.
9. Шерешевская С.Я. Результаты гравиметрических работ, выполненных в Днепровско-Донецкой впадине и с.-з. окраинах Донецкого складчатого сооружения. Тр. ИГН АН УССР, сер. геофиз., вып. 1. Киев, 1956.
Трест Укрнефтегеофизика
Рис. 1. Гипсометрическая
схема строения докембрийского фундамента Днепровско - Донецкой впадины. Сост.
Р.И. Андреева по данным бурения, КМПВ и магниторазведки на основе тектонической
схемы М.В. Чирвинской. 
1- роторные скважины, вскрывшие докембрийский фундамент; 2 - структурно-поисковые скважины, вскрывшие докембрийский фундамент; 3 - пункты, для которых определена глубина залегания возмущающей массы по кривым Za; 4 - пункты, для которых определена по кривым Za глубина залегания эффузивов предположительно палеозойского возраста; 5 - пункты, для которых определена по кривым Za глубина поверхности докембрийского фундамента; 6 -изогипсы поверхности докембрийских пород в пределах бортовых частей Днепровско-Донецкой впадины; 7 - предполагаемые глубины залегания поверхности докембрийских пород в области Днепровского грабена и зонах его краевых нарушений: а - 2-3 км, б - 3-4 км, в - 4-5 км, г - 5-6 км, д - 6-7 км, е >7 км; 5 -сбросы в кристаллическом фундаменте, установленные бурением; 9 - профили КМПВ и зоны региональных тектонических нарушений, установленные по этим данным; 10 - зоны региональных тектонических нарушений, установленные по данным сейсморазведки методом отраженных волн; 11- зоны региональных тектонических нарушений, выделенные на тектонической схеме треста Укрнефтегеофизика по комплексу геофизических данных.
Рис. 2. Схематические разрезы вкрест простирания Днепровского грабена. Сост. М. В. Чирвинская.
Рис. 3. Схематический разрез по простиранию Днепровского грабена. Сост. М. В. Чирвинская.
1 - поверхность докембрийского фундамента.