К оглавлению

О некоторых закономерных изменениях физических параметров горных пород Куйбышевского Заволжья

Л. Н. ЕЛАНСКИЙ

Изучением закономерных черт изменения физических параметров пород Куйбышевского Заволжья применительно к потребностям различных методов в свое время занимался ряд исследователей (К.Г. Бронштейн, Д.С. Халтурин - магнитометрия); Э.Э. Фотиади, О.А. Шванк - гравиметрия; Л.Н. Розанов - электроразведка; П.И. Шешин - сейсморазведка и др.). Не приводя детальных материалов исследований параметров для отдельных площадей и внутри геологического разреза, а также и конечных выводов указанных авторов, изложим лишь некоторые новые дополнительные данные, касающиеся рассматриваемого вопроса.

Плотностные свойства пород

Лабораторные измерения позволили уточнить характеристики гравитационно-активных границ раздела плотностей (см. таблицу).

Наименование литологических комплексов

Средневзвешенные значения плотностей, г/см3

Разности плотностей, г/см3

Мезокайнозой, верхняя пермь (ТК2)

1,60-2,42

+0,85-+0,25

Нижняя пермь, карбон, карбонатные осадки верхнего девона (КК)

2,44-2,66

-0-0,12

Терригенные осадки девона и бавлинской свиты (TK1)

2,44-2,54

+0,30-+0,20

Кристаллический фундамент

2,75

 

Первая граница существует между ТК2 и КК, где отмечается перепад плотностей от +0,85 г/см3 на северо-западе области до +0,25 г/см3 на юго-востоке. Эта граница совпадает с положением в разрезе опорного горизонта электроразведки.

Вторая граница прослеживается между ТК1 и кристаллическим фундаментом, где плотности меняются на + 0,20-0,30 г/см3. Эта граница имеет практическую ценность лишь на участках глубоких впадин фундамента, где возможна значительная мощность осадков нижнего терригенного комплекса. На площадях, изученных опорным бурением, мощность TK1 не превышает 250 м.

Приведенные фактические данные свидетельствуют о том, что принципиальные возможности использования гравиметрии для расчета глубин границ в осадочной толще ограничиваются вычислением положения в разрезе первой границы, достаточно уверенно отбиваемой электроразведкой. Большего внимания заслуживает анализ материалов с точки зрения выполнения по данным гравиметрии некоторых расчетов, необходимых для детального тектонического районирования (составление карты «остаточных» гравитационных аномалий). Нами были построены схемы изменения по площади как плотностей отдельных литологических комплексов, так и всей осадочной толщи в целом (рис. 1 и 2). На схемах прослеживается нарастание плотностей в юго-восточном направлении, что отвечает общему погружению в том же направлении фундамента Русской платформы и соответственному обогащению осадочной толщи карбонатными образованиями. Примеси карбонатов значительно изменяют плотность мезокайнозоя (1,6-1,7 г/см3 - северо-запад и 2,4 г/см3-юго-восток). Особенно отчетливое закономерное изменение плотности прослеживается для карбонатного комплекса.

Следует отметить, что до настоящего времени в практике сейсморазведки на территории области скорости распространения упругих волн для КК принимались постоянными. Изменение плотности осадков КК в пределах области на величину 0,2 г/см3, намеченное на рис. 1, уточняет это положение и вынуждает при построении сводных сейсморазведочных карт более внимательно изучать скоростную характеристику разреза.

Закономерное увеличение плотности TK1 к юго-востоку, по-видимому, обусловлено уплотнением терригенных осадков под действием нарастающей нагрузки вышележащих толщ и обогащения их продуктами разрушения пород близлежащих более плотных до- кембрийских выступов.

На схеме средних изоплотностей осадочной толщи (рис. 2) отмечается такое же отчетливое увеличение плотности к юго-востоку - от 2,25 до 2,60 г/см3.

Электрические свойства пород

Для электрической разведки детальное изучение электрических свойств разреза производилось до глубин, соответствующих залеганию кровли палеозоя. Из теории электроразведки известно, что уверенная количественная интерпретация вертикальных зондирований вида, распространенных в Куйбышевском Заволжье, возможна лишь при зиянии сопротивления надопорного проводящего горизонта [5].

Установление закономерностей изменения указанного параметра по площади играет решающую роль в деле повышения геологической эффективности построений по верхнему структурному плану.

Определение сопротивления надопорного горизонта на различных площадях в практике разведки производилось по данным электрического каротажа и при помощи специальных номограмм А.И. Богданова.

На основе критического просмотра фактических материалов нами составлена схема изменения сопротивления надопорного проводящего электрического горизонта для Куйбышевского Заволжья (рис. 3). На схеме прослеживается общее уменьшение сопротивления с севера на юг от 16 до 3 омм.

Весьма показательно, что в общих чертах схема повторяет тектонику области по верхнему структурному плану. Для сопоставлений нами построена по данным электроразведки структурная схема области, прилагаемая к настоящей статье (рис. 4).

При сопоставлении схем наблюдается следующая закономерность: приподнятым участкам соответствуют повышенные значения сопротивлений, впадинам - пониженные значения сопротивлений надопорного горизонта. Объяснение этому явлению в свое время было предложено Л.Н. Розановым [7].

Магнитные свойства пород

Установление закономерностей в изменении магнитных свойств пород является наиболее сложной задачей.

Трудности, существующие здесь, являются следствием: 1) малого объема всесторонних исследований магнитных свойств пород; 2) недооценки влияния магнитоактивных образований в осадочной толще, особенно в пределах внутриплатформенных впадин.

Не останавливаясь на достаточно очевидной первой причине, сосредоточим основное внимание на рассмотрении второй.

Считается общепризнанным, что на Русской платформе все магнитные источники сосредоточены в кровле или толще докембрийского основания. На этой основе изучается только петрография фундамента с точки зрения наличия в нем ферромагнитных минералов.

Предполагается также, что на востоке Русской платформы фундамент создает магнитное поле, аналогичное полю, наблюденному над щитами при аэромагнитной съемке [1, 2].

Не пытаясь опровергнуть существующие по рассматриваемому вопросу представления, приведем в качестве дополнения некоторые соображения о возможной практической магнитности осадочных образований на отдельных участках платформы.

В настоящее время мы располагаем результатами измерений магнитной восприимчивости образцов пород по керну, отобранному из опорных скважин, расположенных, как правило, на относительно приподнятых участках фундамента (в прогибах опорные скважины не доводятся до проектной глубины, например Бузулук). Большая часть образцов как осадочных, так и кристаллических пород имеет восприимчивость меньше 50*10-6 CGSM.

На отдельных площадях в верхней части разреза (юг Ульяновской области, район Бугуруслана) ряд образцов терригенных осадков имеет восприимчивость порядка 100*10-6 CGSM, т. е. близкую по значениям к величинам, характерным для пород фундамента (граниты, гнейсы). При объяснении этого явления К.Г. Бронштейн [3] обоснованно полагает, что осадки уфимской свиты и казанского яруса района Бугуруслана обогащались ферромагнитными компонентами за счет сноса сюда продуктов эрозии Уральской горной страны. Возникает вопрос: неужели на протяжении длительной геологической истории не было аналогичных источников разрушения и сноса для более глубоких и неизученных образований, заполняющих внутриплатформенные впадины?

В литературе имеется положительный ответ на этот вопрос [9, 10]. Кроме того, мы не должны забывать о возможных вторичных изменениях осадочных пород, в процессе которых возможно образование гематита и магнетита.

Таким образом, глубокие внутриплатформенные впадины Куйбышевского Заволжья (глубины более 3000 м) могут иметь совершенно отличную от прочих площадей магнитную характеристику.

В этой связи значительный интерес представляют даже скудные сведения, касающиеся магнитных свойств глубинных терригенных образований. Н.М. Страхов [9] отмечает большое содержание сидерита и шамозита в терригенных осадках пашийской свиты верхнего девона: Причем, кроме рассеянного присутствия в породах, они образуют также многочисленные горизонты убогих железных руд, которые тяготеют к областям денудации коренных пород (Самарская Лука). Для наиболее интересных в этом отношении бавлинских осадков в описаниях повсеместно отмечается их ожелезнение.

Уместно отметить, что не только для осадочных образований характерна связь концентраций Fe с рельефом [9] но аналогичные зависимости выясняются сейчас и для коры выветривания.

М.М. Веселовская [4], выделяя на платформе белую и красно-бурую кору выветривания, отмечает различное содержание в каждой из них окислов железа. Если белая кора почти не содержит Fe2O3, то красно-бурая характеризуется повышенным содержанием окислов железа (до 17%). Эти два вида коры выветривания имеют локальное распространение и не зависят от состава перекрывающих и подстилающих пород. Предполагается, что различный состав коры выветривания является следствием различного положения пород в древнем рельефе.

На основании изложенных соображений и некоторых фактических материалов можно предполагать, что обширные положительные изомерные аномалии Куйбышевского Заволжья обусловлены магнитными образованиями, заполняющими древние впадины фундамента.

Для участков древних выступов фундамента характерны ничтожно слабые магнитные свойства пород осадочной толщи и фундамента (граниты, гнейсы).

Зона контакта выступов и впадин фундамента, осложненная разломами и сопутствующими им излияниями основных пород, в свою очередь могла являться дополнительным источником разрушения и сноса ферромагнитных минералов в прилегающую впадину.

Вышележащие осадочные образования должны иметь все меньшую магнитную восприимчивость, так как процесс формирования железорудных месторождений в осадочных породах направлен в сторону ослабления, как бы затухания, к новейшим этапам истории Земли. Результатом этого процесса явилось уменьшение со временем содержания в осадках ферромагнитных компонентов за счет сокращения числа выходящих на дневную поверхность обнажений докембрийских пород -источников сноса. Кроме того, постепенная пенепленизация рельефа платформы не только сокращала со временам число и площадь обнажающихся древних пород, но также постепенно удаляла источники разрушения и сноса от мест захоронения магнитных компонентов, т.е. от внутриплатформенных впадин. В ту же сторону действует и изменение восприимчивости ферромагнитных компонентов в связи с процессами окисления, удлиняющимися во времени по мере приближения к современной эпохе. Вопрос о количественной оценке магнитных параметров осадочных пород в глубоких впадинах платформы требует дополнительного исследования.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Андреев Б.А. Определение глубины поверхности кристаллического фундамента платформенных областей по магнитным аномалиям. Уч. зап. Казанского гос. ун-та, т. 114, кн. 8, 1954.

2.     Андреев Б.А. Расчеты пространственного распределения потенциальных полей и их использование в разведочной геофизике. Изв. АН СССР, сер. геофиз., т. IV, № 1, I, 1954.

3.     Бронштейн К.Г. О магнитной восприимчивости осадочных пород. Прикладная геофизика» вып. 11. Гостоптехиздат, 1954.

4.     Веселовская М.М. Донижнепалеозойская кора выветривания на Русской платформе (по материалам опорного бурения), Изв. АН СССР, сер. геол., № 2, 1957.

5.     Каленов Е.Н. Практические способы интерпретации вертикальных электрических зондирований. ГОНТИ, 1939.

6.     Неволин Н.В. Геологическое значение гравитационных и магнитных аномалий центральных и восточных районов Русской платформы. Геология нефти, 1957, № 3.

7.     Розанов Л.Н. О связи плотности пород с тектоникой Бугурусланского района. Прикладная геофизика, вып. 3. Гостоптехиздат, 1947.

8.     Скилс Д.К. Корреляция геологических и геофизических данных. IV Международный нефтяной конгресс, т. II. Геофизические методы разведки. Гос. научно-технич. изд., 1956.

9.     Страхов Н.М., Бродская Н.Г. и др. Образование осадков в современных водоемах. АН СССР, 1954.

10. Страхов Н.М. Основы исторической геологии, т. I и II. Госгеолиздат, 1948.

Куйбышев. НИИ

 

Рис. 1. Схема средних изоплотностей карбонатного и нижнего терригенного комплексови

1 - опорная скважина и сверху вниз значения; 2 -линии равных значений; 3- линии равных значений

 

Рис. 2. Схема средних изоплотностей осадочной толщи.

1 - линии равных значений средних плотностей; 2 - опорная скважина и среднее значение плотности осадочной толщи.

 

Рис. 3. Схема изменения сопротивления надопорного проводящего электрического горизонта (Куйбышевское Заволжье) по материалам треста Куйбышевнефтегеофизика.

1-линии равных сопротивлений надопорного горизонта в ом м.

 

Рис. 4. Структурная схема Куйбышевского Заволжья по данным электроразведки (по материалам треста Куйбышевнефтегеофизика).

1-изогипсы по кровле сокской свиты (репер а).