|
УДК 553.98:551.242.22 |
Новый тип осадочных нефтегазоносных бассейнов континентальных окраин - преддуговой деструкционный
Е. Р. АЛИЕВА (МГУ), Е. В. КУЧЕРУК (ВИНИТИ)
Формирование и развитие осадочных бассейнов определяется глобальными закономерностями эволюции литосферы. Только четкое представление об особенностях эволюции литосферы позволяет понять условия возникновения и характер дальнейших преобразований (вплоть до частичного или полного разрушения) осадочных бассейнов на различных этапах геологической истории, результатом которых является современный нефтегазоносный осадочный бассейн с характерными для него особенностями размещения скоплений нефти и газа. Наилучшей основой для изучения истории развития осадочных бассейнов в закономерной связи с общей эволюцией литосферы следует считать современную концепцию тектоники литосферных плит. Каждой стадии эволюции литосферы отвечают вполне определенные тектонические типы осадочных бассейнов, формирование которых обусловлено господствующим на данной стадии геотектоническим (растяжение, сжатие, «пассивное» опускание) и термическим режимами [1]. Это, в свою очередь, определяет свойственные данному типу бассейна тип коры, скорости опускания и осадконакопления, литолого-фациальный состав и мощности осадочного выполнения, геотермические градиенты, стиль деформаций и виды ловушек, условия накопления, захоронения и преобразования ОВ, типы нефтегазоматеринских пород, коллекторов и покрышек, масштабы генерации и пути миграции УВ, размещение и характер региональных зон нефтегазонакопления, иными словами, специфику условий нефтегазоносности.
Классификация осадочных нефтегазоносных бассейнов с позиций тектоники литосферных плит, разрабатываемая в последние годы многими советскими и зарубежными исследователями, отражает новый подход к осадочным бассейнам как динамическим системам. Это новое направление в нефтегазовой геологии в настоящее время энергично развивается. На протяжении всей истории нефтяной промышленности по мере разведки осадочных бассейнов накапливались новые данные об их геологическом строении и нефтегазоносности, об условиях нефтегазообразования и нефтегазонакопления, что находило отражение в создании многочисленных классификаций нефтегазоносных осадочных бассейнов (или провинций). Каждая классификация - ступенька в процессе познания: она суммирует наши знания и одновременно стимулирует проведение дальнейших исследований, способствующих выявлению объектов, не вошедших в данную классификацию [2].
Современные осадочные бассейны земного шара связаны с различными этапами геотектонического цикла эволюции литосферы: бассейны океанических акваторий отвечают ранним этапам, тогда как бассейны внутриконтинентальные (платформенные и орогенные) в большинстве случаев являются конечным результатом такого цикла (или нескольких циклов). Поэтому изучение первых дает ключ к познанию геологического прошлого вторых, что позволяет в гораздо более изученных континентальных бассейнах выявлять дополнительные резервы нефтегазоносности, особенно в их нижних структурных этажах и даже в их обрамлении.
Осадочные бассейны, располагающиеся на границе континент - океан, могут быть подразделены на две основные группы. Одна из них соответствует стадии формирования и разрастания молодой океанической впадины при господствующих тектонических режимах регионального растяжения и «пассивного термического опускания». Это современные осадочные бассейны «пассивных» окраин Атлантического и Индийского океанов, механизм формирования и нефтегазоносность которых в настоящее время сравнительно хорошо изучены. Вторая группа соответствует стадии постепенного закрытия океанической впадины в процессе схождения литосферных плит при господствующем режиме регионального сжатия. Осадочные бассейны этой группы занимают в настоящее время обширные площади земного шара, включая «активные» тихоокеанские континентальные окраины с их окраинными морями и островными дугами (Средиземноморье, Мексиканский залив и др.). Бассейны, формирующиеся при переходе от зрелой пассивной окраины к развитому орогену, наименее изучены в эволюционном ряду осадочных бассейнов, рассматриваемом с позиции тектоники плит.
По мере изучения активных окраин выяснилось, как это обычно бывает при переходе от модели к реальной действительности, что многие, приуроченные к ним осадочные бассейны, несмотря на преобладание региональных условий сжатия, характеризуются Тектоникой растяжения. Растяжение в тыловой (задуговой) области активной окраины, часто сопровождающееся деструкцией континентальной коры, доказано во многих районах, хотя природа его не совсем ясна. Во фронтальной же (преддуговой) области такие явления до последнего времени не были известны. Как длительное время предполагалось концепцией тектоники плит, основным процессом в преддуговой области должны быть накопление и деформация осадков, «сдираемых» с океанической плиты в процессе ее пододвигания под континентальную («грейдерный эффект»), с нагромождением последовательно в сторону океана все более молодых пластин, разделенных взбросо-надвигами, т. е. формирование так называемой аккреционной призмы. Осадочные бассейны таких преддуговых областей, ширина которых может достигать 100-200 км при мощности осадков более 5 км, были подробно описаны [7].
Однако в результате осуществления программы глубоководного бурения IPOD-1 на активных окраинах, нацеленной в значительной мере на подтверждение широко распространенной концепции субдукционной аккреции, были получены неожиданные результаты, свидетельствующие о том, что процессы, происходящие в области поддвига океанической плиты, гораздо сложнее и разнообразнее [6, 8, 15, 16]. Установлено, что в ряде случаев океанические осадки, поступающие в желоб в результате конвергенции плит, «не сдираются» перед фронтом континентальной плиты (или островной дуги), а субдуцируют и вместо наращивания вверх и в сторону океана за счет аккреции некоторые активные окраины эпизодически испытывают опускания и отступания с абсолютной потерей объема материала вдоль обращенного к океану передового края дуг. Процессы растяжения, откалывания и поглощения в зоне субдукции краевых блоков активной континентальной окраины или островной дуги приводят к тому, что значительные части этих окраин оказываются резко «усеченными».
Отсутствие на ряде активных окраин постулированных концепцией тектоники литосферных плит аккреционных призм, вместо которых здесь были обнаружены структуры растяжения, отнюдь не опровергают эту концепцию, как поспешили заявить некоторые ее противники [4], а лишь свидетельствуют о более сложном, чем предполагалось ранними моделями, механизме субдукции.
Выявленный процесс деструкции активных континентальных окраин получил название субдукционной эрозии (рис. 1), при которой внутренний склон желоба отступает в направлении суши. Это объясняется тем, что погружающаяся в желобе океаническая плита вследствие механического сцепления, отрыва или абразии увлекает за собой материал верхней плиты, вызывая его утонение. Эрозия может происходить вдоль передней кромки окраины континента или дуги, и тогда на внутреннем склоне или вдоль его подошвы могут обнажаться даже древние породы кратона, в результате чего окраина испытывает погружение в ответ на утонение коры [16]. В пределах такой погруженной окраины могут накапливаться значительные мощности шельфовых и склоновых осадков.
Концепция субдукционной эрозии была использована некоторыми исследователями еще в начале 70-х годов для объяснения резкого срезания структурных простираний в береговых хребтах Чили, Калифорнии и у берегов Японии. Другое объяснение этого срезания - крупные горизонтальные перемещения по сдвигу. Наиболее интересный фактический материал, подтверждающий концепцию субдукционной эрозии, был получен в результате сейсмопрофилирования и глубоководного бурения у берегов Гватемалы [9, 11, 12, 14] и Японии [10, 16].
При пересечении Центрально-Американского желоба в рейсах 66 и 67 научно-исследовательского судна «Гломар Челленджер» были получены противоречивые результаты для двух сегментов желоба, разделенных хребтом Техуантепек: в одном случае была установлена аккреция океанических осадков на внутреннем склоне желоба, в другом - ее отсутствие. Новые исследования в рейсе 84 подтвердили неаккреционный характер конвергенции у берегов Гватемалы, хотя до бурения, по геофизическим данным, выявившим отчетливые отражающие горизонты с наклоном в сторону материка, предполагалось, что гватемальская окраина - типичный пример аккреционной чешуйчато-надвиговой структуры. Бурением в нижней части континентального склона желоба был вскрыт нормальный разрез осадочных отложений от голоценовых до позднемеловых. Не было обнаружено следов аккреции, поднятия и чешуйчатых надвигов. Изучение деформаций в керне показало преобладание структур растяжения. Последние были установлены на внешнем склоне желоба, в его осевой части и в пределах континентального склона (горстово-грабеновый рельеф Кокосовой океанической плиты под турбидитами, заполняющими желоб, гравитационные структуры и нормальные сбросы на прилегающей гватемальской окраине). По-видимому, такое растяжение на фоне регионального сжатия может быть поверхностным или вторичным при скорости конвергенции 10 см/год и обусловлено разъединенностью плит в зоне субдукции, в результате чего осадки нижней плиты не аккретируются, а субдуцируют. Сделано также предположение, что аккреционные комплексы, выявленные на сейсмограммах МОВ, могут принадлежать к более ранним тектоническим системам (к такой системе относятся, по-видимому, эоценовые тектонизированные офиолиты, под которые субдуцирует миоценовая Кокосовая плита в Центрально-Американском желобе) и что периоды аккреции в желобах могут чередоваться с периодами безаккреционной субдукции [6, 11, 12].
Исследованиями у берегов Японии (рис. 2) было установлено, что в пределах преддуговой области и внутреннего склона желоба в течение неогена доминировало опускание окраины древнего континентального массива: граница склон - желоб, обычно выраженная поднятием на аккреционных окраинах, здесь опущена на глубины моря около 1500 м. Миоценовая береговая линия древней суши сейчас располагается под нижней частью внутреннего склона желоба, в 20 км от современной оси желоба. Реконструкции показали, что ранее ось желоба располагалась на 30-50 км далее к востоку и в течение неогена отступила к о. Хонсю, возможно, вследствие субдукционной эрозии. Бурение показало, что меловые породы распространяются до самой границы склон - желоб, а судя по данным сейсмопрофилирования, по-видимому, прослеживаются еще дальше, до середины склона. Они срезаются поверхностью несогласия, образованной в результате олигоценовой субаэральной эрозии. Общая величина неогеновых опусканий здесь от 3 до 6 км, оцениваемая скорость их 1,7 км/млн. лет. В соседнем районе, в желобе Нансей (скв. 582 и 583 рейса 87), получены данные, свидетельствующие о широком развитии деформаций при сжатии в нижней части островного склона, в отличие от растяжения в средней части склона в Японском желобе (скв. 584) [10].
В Центрально-Американском желобе у побережья Оахако (Мексика), где были получены прямые свидетельства аккреции, окраина сначала испытала опускание на 2-3 км, а затем поднятие до современных глубин моря 1-1,5 км в результате субдукционной аккреции, которая началась 12 млн. лет назад у ранее срезанной окраины, сложенной палеозойскими и более древними породами. У берегов Перу и Эквадора, где впервые было применено многоканальное сейсмическое профилирование МОВ, было установлено резкое сочленение континентальной окраины, сложенной палеозойскими и мезозойскими породами, с аккреционным комплексом в основании внутреннего склона желоба.
Таким образом, срезание и опускание окраин, по-видимому, достаточно распространенный процесс, происходящий на активных окраинах наряду с аккрецией. Ж. Обуэн с соавторами [6, 11, 12] выделяют два типа окраин: конвергентные активные окраины растяжения (convergent-extensional, или СЕ) и конвергентные активные окраины сжатия (convergent-compressional, или СС). Моделью первого типа, характеризующегося отсутствием аккреции, наличием нормальных сбросов и часто, по-видимому, развитием широких континентальных плато, эти исследователи предлагают считать Гватемальский желоб. К нему относятся окраины, ограниченные глубоководными желобами: Алеутским (вблизи о. Кадьяк), Марианским, Перу-Чилийским и Японским; в их пределах известны нормальные сбросы. Примером окраин второго типа с хорошо развитой аккреционной призмой может служить о. Барбадос [6]. По мнению Д. Шолла с соавторами [15], нельзя считать какой-либо из процессов наиболее общим или типичным для всех субдукционных окраин. Возможно, на отдельных отрезках геологической истории окраины тот или иной механизм доминировал. Это зависит от многих факторов, контролирующих субдукцию, и, в частности, от скорости субдукции, направления движения и угла наклона пододвигающейся плиты, возраста океанической коры и мощности перекрывающих ее осадков. Дж. Мур [13] считает, что аккреционная призма для каждого нового цикла субдукции формируется в течение первых 5 млн. лет, когда угол наклона пододвигающейся плиты изменяется примерно от 30° до стабильного около 10°; в дальнейшем аккреция не происходит, осадки затягиваются в зону субдукции и постепенно ранее сформировавшаяся аккреционная призма начинает уничтожаться субдукционной эрозией. Т.У.К. Хильде [8] считает, что субдукция осадков - доминирующий процесс вдоль тихоокеанских окраин, а преобладание аккреции или тектонической эрозии на этих окраинах зависит от мощности осадков, перекрывающих океаническую плиту в зоне субдукции. В условиях горстово-грабенового строения субдуцирующей океанической плиты осадки, находящиеся в грабенах, субдуцируют, а осадки, перекрывающие горсты, аккретируются. Когда же объем осадков, попадающих в желоб, оказывается слишком малым по сравнению с объемом грабена, могут происходить абразия и обрушение в грабен передней кромки или подошвы верхней плиты с последующей субдукцией эродированного материала. По мнению Ж. Обуэна и др. [6], повышенные поровые давления в осадках, затягиваемых в зону субдукции, приводят к уменьшению трения при скольжении плит относительно друг друга. Таким образом, хотя существование деструкционных активных окраин (или окраин растяжения, по Ж. Обуэну и др.) доказано, механизм их формирования пока остается неясным и сделаны лишь первые попытки его объяснения, учитывающие отдельные стороны явления.
Вероятность субдукции больших количеств осадков имеет важные геохимические следствия для генезиса разнообразных полезных ископаемых вдоль тихоокеанских окраин, тогда как установление значительных вертикальных движений - поднятий и опусканий - вдоль активных окраин позволяет предполагать наличие благоприятных условий для развития потенциальных коллекторских толщ и для созревания ОВ до уровня генерации УВ, хотя здесь также приходится учитывать неблагоприятный фактор, характерный для всех конвергентных окраин,- низкий тепловой поток. Осадочные бассейны, развивающиеся в преддуговых областях в условиях опускания и растяжения, были выделены авторами как деструкционные преддуговые [1, 2]. Из известных нефтегазоносных бассейнов к этому типу относится Гуаякиль-Прогрессо, ранее плохо укладывавшийся в рамки плитнотектонических классификаций.
Этот бассейн расположен на тихоокеанском побережье Эквадора и Перу и ограничен с востока палеозойскими и мезозойскими сооружениями Западной Кордильеры. Впадина протягивается на 600 км при ширине от 15 до 100 км. Общая площадь бассейна 46 тыс. км2, из них 40 тыс. км2 приходится на акваторию. Осадочный чехол, залегающий на палеозойском гранитно-метаморфическом фундаменте, начинается карбонатно-терригенными отложениями мезозоя (главным образом мела), мощность которых сильно сокращена вплоть до полного отсутствия на приподнятых блоках. В северной, эквадорской части (впадина Прогрессо) в мелу развиты также интрузии долеритов, туфы и кремнистые осадки. Выше в разрезе местами присутствуют палеоценовые породы. В эоцене накопление мощной (около 4500 м) толщи преимущественно песчаных отложений с подчиненными конгломератами и глинами происходило в пределах крупного Боливарского прогиба. Последний, по-видимому, представлял собой преддуговой бассейн, ограниченный со стороны океана аккреционно-субдукционным комплексом или горстовым поднятием фундамента. В олигоцене - миоцене начался новый цикл опусканий, сопровождавшийся интенсивным дроблением на блоки. Это привело к обрушению и погружению под воды Тихого океана западного крыла и центральной части эоценового прогиба. В грабенах сформировалась новая мощная толща отложений дельт - конусов выноса. В олигоцене накапливались глинистые породы, в миоцене - песчано-глинистые отложения. Общая мощность мелководных образований мела, палеогена и миоцена достигает 9500 м.
Бассейн характеризуется сложной разломно-блоковой тектоникой. Как продольные разломы, по которым происходит ступенчатое погружение блоков в сторону океана, так и поперечные представляют собой преимущественно нормальные сбросы. Поперечные, кроме того, предположительно характеризуются сдвиговой компонентой. Возможно, сложная тектоника эквадорско-перуанского участка тихоокеанской активной окраины со свойственными ей структурами растяжения сформировалась в результате дополнительного влияния Амазонского мегасдвига [5], в отличие от более южных осадочных бассейнов (Арика и др.), являющихся, по-видимому, типичными преддуговыми, образованными в условиях сжатия.
В бассейне Гуаякиль-Прогрессо пробурено около 10 тыс. скважин и открыто около 60 преимущественно нефтяных месторождений. Общие начальные доказанные запасы нефти составляют более 240 млн. т, с конца прошлого века здесь получено более 130 млн. т нефти. Повсеместно продуктивна эоценовая толща, считающаяся сингенетично нефтеносной. Небольшие количества нефти добываются также из отложений миоцена, трещиноватых кремнистых пород мела в зонах контакта с интрузиями и из кварцитов фундамента. Мозаично-блоковое строение фундамента, отражающееся в осадочном чехле впадинами и поднятиями, определяет характер ловушек. Блоки разделены нормальными сбросами. Антиклинальные складки практически отсутствуют. В связи с этим выделяются не отдельные месторождения, а нефтеносные площади, каждая из которых, хотя и имеет собственное название, однако не контролируется самостоятельной структурой. Эти месторождения (или площади) связаны с блоками, группирующимися в протяженные горстообразные зоны. Залежи преимущественно тектонически экранированные и литологические. Таким образом, условия аккумуляции УВ здесь такие же, как и в других бассейнах растяжения, в том числе рифтовых. Начальные доказанные запасы нефти в самом крупном продуктивном районе Ла-Бреа-Париньяс, который можно рассматривать как единое, расчлененное на блоки месторождение, составляют около 140 млн. т [3]. В единственном крупнейшем газовом месторождении Южной Америки Амистад (открыто в 1970 г.), расположенном в эквадорской части бассейна, разведанные запасы, содержащиеся в миоценовых отложениях, составляют 114 млрд. м3.
Наличие таких крупных месторождений в преддуговом деструкционном бассейне Гуаякиль-Прогрессо, а также высокая концентрация запасов нефти и газа в преддуговом аккреционном бассейне залива Кука позволяют поставить под сомнение широко распространенное представление о малой перспективности в нефтегазоносном отношении современных бассейнов этого типа, особенно если учесть, что степень изученности большинства такцх бассейнов крайне низка. Поэтому известные в пределах СССР преддуговые бассейны, такие как Курило-Камчатский и Южно-Курильский, несомненно, интересны для поисков залежей нефти и газа. При оценке условий нефтегазоносности таких бассейнов следует учитывать возможность чередования в их геологической истории периодов аккреции и деструкции. Другим перспективным направлением следует считать выявление структурно-формационных комплексов, отвечающих палеобассейнам преддугового типа, которые могли сохраниться в составе современных сложно построенных платформенных и орогенных бассейнов, примером чего может служить современный межгорный высокопродуктивный нефтегазоносный бассейн Грейт-Валли (Сан-Хоакин).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кучерук Е.В., Алиева Е.Р. Эволюционная классификация осадочных бассейнов с позиций тектоники плит - основа оценки их нефтегазового потенциала.- ЭИ ВИЭМС. Сер. Геол., методы поисков и разв. м-ний нефти и газа, 1983, № 4, с. 8-12.
2. Кучерук Е.В., Алиева Е.Р. Современное состояние классификации осадочных нефтегазоносных бассейнов. М., ВНИИОЭНГ, 1983.
3. Справочник по нефтяным и газовым месторождениям зарубежных стран. Кн. 2. М., Недра, 1976.
4. Худолей К.М. Замечания по поводу гипотезы тектоники плит.- Труды ВНИГРИ. Л., 1982, вып. 304, с. 85-92.
5. Alencastre А. О. Evaluation hidrocarburifera de la cuenca Sechura.- Bol. Soc. geol. Peru, 1980, № 67, p. 133-152.
6. Auboin J., Bourgois Azema 1. A new type of active margin: the convergent-extensional margin, as exemplified by the Middle America Trench off Guatemala.- Earth and Planet. Sci. Letters, 1984, y. 67, p. 211-218.
7. Dickinson W.R., Seely D.R. Structure and stratigraphy of fore - arc regions.- Bull. Amer. Assoc; Petrol. Geol., 1979, v. 63, N 1, p. 2- 31.
8. Hilde T.W.C. Sediment subduction versus aciretion around the Pacific.- Tectono- physics, 1983, v. 99, N 2-4, p. 381-397.
9. Init. Reports Deep Sea Drill. Proj., v. 67, Wash. D. C„ 1982.
10. Karig D.E., Kagami H. Varied responses to subduction in Nankai Trough and Japan Trench forearcs.- Nature, 1983, v. 304, N 5922, p. 148-151.
11. La marge pacifique du Guatemala: un modele de marge extensive en domain convergent / J. Auboin, J. Bourgois, R. von Huene, J. Azema.- C. r. Acad. Sci., 1982, ser. 2, 295, N 5, r. 607-614.
12. Leg 84 of the Deep Sea Drilling Project. Subduction without accretion. Middle America Trench off Guatemala / J. Auboin; R. von Huene, M, Baltuck et ah- Nature, 1982, v. 297, N 5866, p. 458-460.
13. Moore G.W. Structural dynamics of the shelf-slope boundary at active subduction zones.- Soc. Econ. Paleontol. and Miner. Spec. Publ., 1983, N 33, p. 97-105.
14. Premiers resultats d’une etude de la fosse d’Amerique centrale en sondeur maltifaisceaux (Seabeam) / V. Renard, J. Auboin, P. Lonsdale, J. P. Stephan.- C. R. Acad. Sci., 1980, D291, N 2, p. 137-142.
15. Sedimentary masses and concerts about tectonic processes at under-thrust ocean margins / D. W. Scholl, R. von Huene, T. L. Vallier, D. G. Howell.- Geology, 1980, v. 8, N 12, p. 564- 568.
16. Von Huene R. Review of early results from drilling of the IPOD-1 active margin transects across the Japan, Mariana, and Middle- America convergent margins.- Soc. Econ. Paleontol. and Miner. Spec. Publ., 1981, N 32, p. 57-66.
Рис. 1. Развитие активных окраин. А - модель аккреционного клина («вздергивание» осадков); Б - модель субдукционной эрозии («затаскивание» осадков) (по Д.У. Шоллу и др., 1980 г.).
1 - океанические осадки; 2 - океаническая кора; 3 - коренные породы (континентальная кора); 4 - осадочное выполнение преддугового бассейна
Рис. 2. Разрез через Японский желоб по данным МОВ и КМПВ (по Р. Хуэне, 1981 г.).
1 - угловое несогласие за счет субаэральной эрозии на границе толщ палеогена и неогена; 2 - аккретированный комплекс (предполагаемый по сейсмическим данным); 3 - дациты и ассоциированные породы дугового комплекса (поднятые из призабойной зоны скв. 439)