Плотность горных пород, слагающих разрез рассматриваемой территории, включающей ряд крупных геоструктурных элементов ( рис. 1 ), изучали многие исследователи[1-3]. Однако опубликованные данные, как правило, характеризуют распределение этого параметра по вертикальному направлению разреза и сведены в таблицы или графики. В то же время для изучения связей между плотностью пород и тектоническим строением района, условиями образования и залегания (глубина, местоположение в геологическом регионе, на локальной структуре),наконец, для геологической интерпретации геофизических материалов необходимы данные об изменениях плотности в пространстве. Это требует составления карт плотности различных литолого-стратиграфических комплектов пород.

В настоящей работе сделана попытка составить такие карты терригенных отложений палеозоя указанной территории на основе анализа и обобщения данных лабораторных определений по образцам керна (НВ НИИГГ и ВолгоградНИПИнефть), а также материалов гравиметрического каротажа (ИГиРГИ и Центральный геофизический трест). Всего изучено около 30 тыс. образцов основных терригенных пород палеозоя.

На некоторых участках, где отложения не вскрыты и непосредственных определений плотности нет, использованы уравнения регрессии, отражающие зависимость плотности пород от глубины их залегания. Около 10 % определений плотности сделаны аналитическим способом. Уравнения регрессии составлены по керновым данным. Сопоставление вычисленных значений плотности с лабораторными показало, что расхождение между ними не превышает 0,03 г/см³.

Для установления зависимости объемной плотности от глубины залегания пород в различных геологических условиях территории выполнено районирование по типам корреляционных связей. При этом были подобраны некоторые выборки (дисперсия, критерий Фишера, критерий Стьюдента при значимости a=0,05) и коэффициенты уравнений регрессии, которые могли быть использованы для прогнозирования плотности по глубине залегания пород того или иного литолого-стратиграфического комплекса различных зон региона.

1. Верейско-башкирский терригенный комплекс ( рис. 2 ).

Зона 1. s=2,02+0,20 H (где s в г/см³, H в км). Включает Урицкую, Карамышскую, Багаевскую, Елшано-Курдюмскую, Красноармейскую, Генеральскую, Степановскую, Советскую, Марьевскую, Камеликскую площади и северную часть Чалыклинской.

Зона II. s=2,25+0,12 H. Включает Коробковскую, Жирновскую, Линевскую, Иловлинскую, Каменскую, Золотовскую, Безусакскую площади, южную часть Чалыклинской и северные части Ровенской, Краснокутской, Ерусланской, Ершовской площадей.

Зона III. s=2,18+0,14H. Включает Кудиновскую, Горно-Водяную, Суводскую, Октябрьскую, Белогорскую, Антиповско-Балыклейскую, Камышинскую, Уметовскую, Щербаковскую, Западно-Ровенскую, Карпенскую, Мокроусовскую, Пигаревскую площади и южные части Ровенской, Краснокутской, Ерусланской, Ершовской площадей.

Зона IV. s=2,28+0,12H. Включает Новоникольскую, Лободинскую, Быковскую, Александровско-Кисловскую, Комсомольскую, Саратовскую, Ждановскую, Жулидовску, Южно-Ершовскую площади.

2. Тульско-бобриковский терригенный комплекс ( рис. 3 ).

Зона 1. s=2,13+0,16H. Включает Языковскую, Песчано-Уметскую, Елшано-Курдюмскую, Соколовогорскую, Генеральскую, Степновскую, Отроговскую, Любимовскую, Рахмановскую площади.

Зона II. s=2,05+0,16H. Включает Урицкую, Жирновско-Бахметьевскую, Линевскую, Некрасовскую, Трактовскую, Каменскую, Приволжскую, Розовскую, Марьевскую, Камеликскую площади.

Зона III. s=2,15+0,15H. Включает Коробковскую, Уметовскую, Щербаковскую, Ровенскую, Ершовскую, Милорадовскую, Чалыклинскую площади.

Зона IV. s=2,40+0,05Н. Включает Кудиновскую, Октябрьскую, Горно-Водяную, Суводскую, Новоникольскую, Антиповскую, Камышинскую, Александровско-Кисловскую, Саратовскую, южную часть Краснокутской, Ждановскую, Южно-Ершовскую площади.

3. Среднедевонский терригенный комплекс ( рис. 4 ).

Зона I. s=2,26+0,12H. Включает Языковскую, Песчано-Уметскую, Карамышскую, Соколовогорскую, Фурмановскую, Грязнушинскую, Квасниковскую, Отроговскую, Приволжскую, Розовскую, Степновскую, Любимовскую, Марьевскую, Пугачевскую, Малоиргизскую площади.

Зона II. s=2,28+0,12Н. Включает Жирновско-Бахметьевскую, Иловлинскую, Сплавнухинскую, Некрасовскую, Красноармейскую, Ровенскую, Ерусланскую, Милорадовскую, Чалыклинскую площади.

Зона III. s=2,30+0,13H. Включает Кудиновскую, Коробковскую, Октябрьскую, Антиповско-Балыклейскую, Южно-Уметовскую, Камышинскую, Лободинскую, Горно-Балыклейскую, Щербаковскую, Западно-Ровенскую, Краснокутскую, Карпенскую, Ершовскую площади.

Исходя из точности определения плотности, которая составляет ±(0,01-0,03) г/см³, сечение карт изоденс выбрано 0,05 г/см³.

На рис. 2 видно, что значения плотности меняются в широких пределах: от 2,05- 2,2 г/см³ на северо-западе территории до 2,6-2,65 г/см³ на юго-востоке. Распределение значений плотности в региональном плане можно объяснить воздействием гравитационного уплотнения пород, вызванного их погружением в юго-восточном направлении от -500 до -4000 м. Наибольшая дифференциация изоденс наблюдается на Елшано-Сергиевском, Степновском, Жирновско-Уметовском валах, на Пугачевском своде, где амплитуда аномалий плотности составляет 0,1-0,2 г/см³. Области локального разуплотнения пород приурочены, как правило, к отдельным поднятиям, выявленным на Языковской, Генеральской, Старицкой, Степновской, Розовской, Марьевской, Рахмановской, Краснокутской, Карпенской, Южно-Ершовской, Южно-Уметовской, Чухонастовской и других площадях.

Указанные аномалии в большинстве своем совпадают с участками повышенной пористости пород-коллекторов, определенной по комплексу промыслово-геофизических материалов. Зонам разуплотнения на 0,15- 0,2 г/см³ в пределах Степновского сложного вала, Марьевской площади Балаковского выступа соответствуют высокие значения k_п 20-25 %. На участках же уплотнения k_п снижается до 8-10 %. Эта взаимосвязь двух параметров в верейско-мелекесских отложениях проявляется повсеместно.

На карте плотности тульско-бобриковского комплекса (см. рис. 3 ) с северо-запада на юго-восток, к бортовой части Прикаспийской впадины также наблюдается региональное возрастание плотности за счет гравитационного уплотнения с 2,3-2,45 до 2,6-2,65 г/см³. На этом фоне отмечаются многочисленные локальные аномалии, сопоставление которых со структурным планом осадочного чехла показывает, что зоны разуплотнения пород чаще всего совпадают с геоструктурными элементами типа валов или отдельных поднятий: Елшано-Сергиевский вал, Генеральско-Советская зона поднятий Степновского вала, Жирновско-Линевский блок, Антиповско-Щербаковский вал и др.

Наибольшее разуплотнение (на 0,15- 0,2 г/см³) фиксируется в пределах Рыбушанской, Некрасовской, Луговской, Степновской, Линевской, Антиповской и других площадей. Приуроченность зон разуплотнения к структурам можно объяснить следующим. Во-первых, глубина залегания пород комплекса в сводовой части поднятия, на крыльях и в области прогиба различна. Во-вторых, пористость и трещиноватость пород выше на своде, чем на крыльевых участках.

Глубинный фактор в пределах локальных структур не оказывает заметного влияния. Амплитуды поднятий здесь невелики (50-100 м). Вертикальный градиент плотности для рассматриваемого комплекса составляет 0,1 г/см³ на 1000 м, в то время как наблюдаемая величина достигает 0,15-0,2 г/см³. Поэтому локальные изменения плотности описываемых пород в большей мере обусловлены пористостью и трещиноватостью (возможно, кавернозностью).

Общей закономерностью распределения плотности девонских отложений является увеличение ее значений по направлению к бортовому уступу Прикаспийской впадины от 2,4-2,45 до 2,65-2,7 г/см³ (см. рис. 4 ). Локальные изменения наиболее заметны в северной части территории, где сравнительно на небольших участках приращения совпадают с такими крупными геоструктурными элементами, как Елшано-Сергиевский и Степновский валы, Балаковский и Клинцовский выступы Пугачевского свода. Обширная область пониженных на 0,1- 0,15 г/см³ значений плотности зафиксирована в пределах Пугачевского свода, где она имеет субширотное простирание и прослеживается в юго-западном направлении вплоть до Карпенской площади Ровенско-Мокроусовского вала. Менее выраженные аномалии разуплотнения, проявляющиеся на карте в виде сложной конфигурации изоденс, намечаются в районах Некрасовско-Золотовского, Зеленовско-Кудиновского, Камышинского и других участков. Уплотнение от 2,5 до 2,7 г/см³ намечается на Жирновско-Линевском блоке и Кудиновской площади. Далее на северо-восток изолиниями 2,65-2,45 оконтуривается интенсивная зона разуплотнения, располагающаяся в пределах Александровско-Кисловской площади Николаевского вала.

Анализ материалов показывает, что региональное нарастание плотности терригенных отложений девона с северо-запада на юго-восток согласуется с их погружением в этом же направлении от -1500-2000 до -5000 м и более. В общем плане четко проявляется фактор гравитационного уплотнения за счет накопления мощных толщ перекрывающих осадков. В то же время на ряде участков (Карпенская, Александров-ско-Кисловская площадь и др.) эта закономерность нарушается: в сравнительно погруженной части бортовой зоны Прикаспийской впадины фиксируется разуплотнение пород. Возможными причинами таких аномалий могут быть высокая степень трещиноватости, кавернозности или АВПД. На наличие зон АВПД в разрезе бортовой зоны Прикаспийской впадины указывается в работе [2].

1. Плотность пород увеличивается с глубиной их залегания. Максимальные значения плотности, как правило, наблюдаются в зоне бортового уступа Прикаспийской впадины.
2. Зоны локального разуплотнения обычно приурочены к сводовым частям антиклинальных складок. Обусловлено это, вероятно, повышенной пористостью и трещиноватостью пород, возникающих при формировании структуры под действием тектонических сил. Эффект уплотнения пород с глубиной в пределах локального поднятия имеет второстепенное значение, так как это вызывает незначительное увеличение плотности, в то время как наблюдаемые аномалии составляют величину 0,1-0,2 г/см³.
3. Определенный разведочный интерес представляет Александровско-Кисловская аномалия пониженной плотности терригенных отложений девона. Ее природа обусловлена, вероятно, высокой степенью трещиноватости и кавернозности пород или наличием зоны АВПД.
4. То обстоятельство, что на картах плотности отображаются участки повышенной пористости, трещиноватости и кавернозности (т. е. косвенные признаки хороших коллекторских свойств пород), позволяет использовать их наряду с другими геолого-геофизическими материалами при прогнозировании перспективных на нефть и газ площадей.

1. Озерская М.Л., Подоба Н.В. Физические свойства осадочного покрова территории СССР. М., Недра, 1967.
2. Пецюха Ю.А., Анисимов Л.А. Аномально высокие давления в палеозойских отложениях западной бортовой зоны Прикаспийской впадины. - Геология нефти и газа, 1977, № 5 , с. 48-53.
3. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика. М., Недра, 1976.

Рис. 1. Схема тектонического строения Саратовско-Волгоградского Поволжья (по данным Д.Л. Федорова, Н.В. Мизинова, 1977 г.).

1 - границы геоструктурных элементов первого порядка (I - Воронежская антеклиза, II - Пачелмско-Саратовский авлакоген, III - Волго-Уральская антеклиза. IV - Прикаспийская впадина); 2 - границы элементов второго порядка (А - Арчедино-Коробковский сложный вал, Б - Терсинская впадина, В - Кудиновско-Волгоградский сложный вал, Д - Каменско-Золотовская приподнятая зона, Е - Жирновско-Уметовский сложный вал, Ж - Жирновско-Линевский блок, З - Ртищевско-Баландинский вал, И - Актарская впадина, К - Петровский вал, Л - Саратовская антиклинальная зона, М - Елшано-Сергиевский вал, Н - Карамышская впадина, О -Степновский сложный вал, П - Марксовский прогиб, Р - Казанский вал, С - Пугачевский свод, Т - Балаковский выступ, У - Клинцовский выступ, Ф - Жигулевский свод, X - Новокачановский выступ, Ц - Пигаревско-Карповский выступ, Ч - Озерский вал, Ш - Ершовский вал, Щ -Ровенско-Мокроусовский вал, Э – Николаевский вал, Ю - Ленинская приподнятая зона); 3 -разведочные площади (1 - Коробковская, 2 -Кудиновская, 3 - Антиповская, 4 - Южно-Уметовская, 5 - Антиповско-Балыклейская, 6 -Щербаковская, 7 - Сплавнухинская, 8 - Иловлинская, 9 - Линевская, 10 - Жирновская,11 - Бахметьевская, 12 - Языковская, 13 -Песчано-Уметская, 14 - Урицкая, 15 - Некрасовская, 16 - Карамышская, 17 - Багаевская, 18 -Соколовогорская, 19 - Квасинковская, 20 - Грязнушинская, 21 - Приволжская, 22 - Розовская,23 - Генеральская, 24 - Луговская, 25 - Советская, 26 - Старицкая, 27 - Фурмановская, 28 -Степновская, 29 - Марьевская, 30 - Западно-Ровенская, 31 - Краснокутская, 32 - Ждановская, 33 - Карпенская, 34 - Мокроусовская,35 - Комсомольская)

Рис. 2. Карта плотности верейско-башкирского терригенного комплекса.

1 - изоденсы, г/см³; 2 - линия бортового уступа Прикаспийской впадины; 3 - границы зон с различными типами корреляционных связей между объемной плотностью и глубиной залегания пород

Рис. 3. Карта плотности пород тульско-бобриковского терригенного комплекса.

Усл. обозн. см. на рис. 2

Рис. 4. Карта плотности пород среднедевонского терригенного комплекса.

Усл. обозн. см. на рис. 2