К оглавлению

УДК 553.98:550.36 (470.57:11)

Палеогеотермический режим осадочного чехла Предуральского прогиба и его влияние на нефтегазоносность

И.Е. ШАРГОРОДСКИЙ (ВНИИгеолнеруд)

В последние годы для изучения процессов генерации нефти и газа широко привлекаются результаты палеогеотермических определений в различных нефтегазоносных регионах. Определенный объем исследований в этом направлении проведен и в Предуральском прогибе [3, 4, 5].

Рассмотрение выявленных значений максимальных палеотемператур (ПТ) по показателю отражения витринита показало, что они в несколько раз превышают современные; значения их по сравнению с максимальными ПТ в смежных областях Восточно-Европейской платформы увеличиваются от внешнего борта прогиба к внутреннему в позднедевонскую эпоху от 150 до 300 °С (это соответствует изменениям показателя отражения витринита от 83 до 135 ), в раннекаменноугольную от 120 до 275 °С (74-123 ), в раннепермскую от 70 до 230 °С (62-105 ); ориентация палеоизотерм лишь незначительно отклонялась от субмеридионального простирания основных структур Урала и Предуралья [5].

Кроме того, анализ распределения ПТ по разрезам отдельных площадей Предуральского прогиба, выполненный рядом исследователей, показал, что воздействие аномально высоких тепловых потоков на толщи пород было в палеозое относительно кратковременным и проявилось в основном в конце герцинской эпохи тектогенеза. Это подтверждается, в частности, определениями максимальных ПТ на Урмин-ской площади внутреннего борта Сылвинской депрессии [3]. Аналогичные результаты получены и при изучении теплового потока нефтеносных пород турнейского яруса, развитых в Кизеловском районе (зона передовой складчатости Западного Урала), где температура в раннекаменноугольную эпоху составляла 50-60 °С, в перми достигла максимума (около 300 °С), а к четвертичному периоду понизилась до 40 °С [4].

Максимальный прогрев осадочных толщ, размещенных в Предуральском прогибе, связан [3, 4] с позднеорогенной фазой развития Уральской геосинклинали, а источниками этого на отдельных исследованных площадях обычно считаются глубоко расположенные интрузивные тела. Однако если исходить из этой точки зрения, чтобы объяснить описанный выше характер распространения максимальных ПТ по всему прогибу, следует допустить, что подобные крупные интрузии протягиваются в прогибе в субмеридиональном направлении, почти не прерываясь. Но, как известно, миогеосинклинальная зона Урала характеризуется отсутствием интрузий, а в центральной складчатой зоне они распространены не столь уж широко.

В то же время простирание изолиний максимальных ПТ, параллельное уральской складчатости, наводит на мысль о том, что прогрев осадочной толщи, развитой в прогибе, был связан с процессами формирования основных структур Урала и Предуральского прогиба. По представлениям М.А. Камалетдинова, Ю.В. Казанцева, С.В. Руженцева и других, тектоническое строение изученной территории определяют регионально развитые пологие надвиги, во фронтальных частях обычно переходящие во взбросо-надвиги. Способность надвигов служить хорошими проводниками тепла подтверждается итогами исследований, проведенных в Верхоянском осадочном бассейне, где вдоль таких разрывных нарушений установлены [6] зоны развития пород, наиболее измененных термальным воздействием. Предположение о том, что перенос тепла осуществлялся именно по надвиговым разрывным нарушениям, позволяет объяснить распределение максимальных ПТ как по площади, так и по разрезу Предуральского прогиба.

С целью выяснения роли надвиговых нарушений как проводников тепловых потоков на разрез Таушской структуры (рис. 1), находящейся на внутреннем его борту, были вынесены значения максимальных ПТ, определенных в скв. 1 одноименной площади [5]. Здесь в палеозойской толще установлен Таушский надвиг и предполагается наличие Хлебодаровского в протерозойских слоях [1]. В подошве девонской толщи ПТ достигали 165 °С, в 300 м выше по разрезу они снижались до 140 °С, а в низах пермского комплекса, т. е. на протяжении 1200-1300 м, всего лишь на 5 °С. В пермской толще палеогеотермический градиент вновь увеличивается. Снижение максимальных ПТ от 135 до 100 °С приходится в ней на 500-600 м разреза. Если признавать справедливость упомянутой выше идеи о глубинном магматическом источнике тепла, обусловившем прогрев пород Предуральского прогиба, то, учитывая описанный характер распределения в регионе максимальных ПТ по разрезу палеозоя, необходимо допустить, что в палеозое здесь последовательно существовали два подобных источника - один в додевонской толще, другой - между девонской и пермской. Кроме того, следовало бы предположить наличие в девонских породах мощного теплового экрана. Однако в палеозойских толщах Предуральского прогиба следы магматической деятельности отсутствуют, а однородный терригенно-карбонатный состав развитой в нем толщи исключает предположение о присутствии в ней сколько-нибудь значительного теплового экрана. Таким образом, характер изменения максимальных ПТ по разрезу Таушской структуры не может быть объяснен нагреванием пород за счет мощного глубинного источника тепла, но логично обосновывается наличием в этом разрезе двух разнотемпературных тепловых потоков, находящихся на разных горизонтальных уровнях и приуроченных, вероятно, к Хлебодаровскому и Таушскому надвиговым нарушениям.

Многие исследователи при выявлении вероятного механизма передачи теплового потока по указанным нарушениям считают, что он мог переноситься мигрирующими водами. Возможность реализации подобных процессов в зонах развития надвигов подтверждается многими известными примерами миграции флюидов по надвиговым разрывным нарушениям. Так, в Скибовой зоне Карпат и передовой зоне Копетдага в непосредственной близости от надвигов более чем в 3-4 раза увеличивается плотность разновозрастных трещин, залеченных минеральными новообразованиями при миграции по ним флюидов во время активизации тектонических движений. Выходы воды с нефтью по надвигам известны в Скалистых горах (США, Канада). Многочисленные источники горячей воды расположены вдоль главного надвига Высоких Гималаев на Низкие Гималаи.

Перенос тепла флюидами осуществлялся, очевидно, и в Предуральском прогибе. Этим, в частности, объясняется отмеченная выше особенность распространения максимальных ПТ по разрезу Таушской структуры, где неравномерность распределения ПТ в осадочной толще можно связать с переносом тепла водами по Таушскому и Хлебодаровскому надвигам. Более высокий тепловой поток, переносимый по второму из них, вызван близким расположением этого надвига к внутрикоровым высокотемпературным очагам и меньшей возможностью рассеивания тепла в приповерхностных условиях. Миграция термальных флюидов по указанным надвигам происходила в моменты активизации по ним тектонических подвижек, когда становились проницаемыми сопровождающие надвиги трещины скалывания.

Подтверждением циркуляции по надвигам высокотемпературных вод, обогащенных, вероятно, углекислым газом, является характер распределения широко распространенных в Предуральском прогибе жильных включений аутигенного кальцита. По данным Н.А. Минского [4], здесь выделяются четыре разнотемпературных его генерации. Наибольшее развитие имеет генерация, представленная серым непрозрачным кальцитом, который чаще всего встречается в трещинах, сопровождающих надвиги. Максимальная температура его кристаллизации 340 °С. Другие исследователи (В.Н. Непочатых, 1980 г.; С.И. Панова, 1984 г., и др.) также отмечают широкое развитие в принадвиговых зонах Урала жильных сульфидов, кальцита и других следов воздействия на породы гидротерм. Имеются данные (О.А. Радченко, М.М. Бондарева, О.П. Болотская, 1951 г.) о воздействии высокотемпературных вод и на ОВ различных толщ внутреннего борта Предуральского прогиба.

Как следует из особенностей распределения максимальных ПТ по разрезу Таушской структуры и предполагаемого механизма передачи тепла, время максимального прогрева осадочной толщи, развитой в данном районе, приходится на поздний палеозой, когда здесь отмечалась наибольшая активность тектонических движений. Одновременность этапов тектонической активности различных регионов и периодов теплового прогрева развитых в их пределах осадочных толщ достаточно широко известна из работ Я.Б. Смирнова, Р.И. Кутаса, А.А. Маракушева и др.

Орогенный этап развития Уральской геосинклинали начался в середине среднего карбона и ознаменовался процессами надвигообразования значительной интенсивности. Последние, по данным Ю.В. Казанцева (1984 г.), усилились в предпозднекаменноугольное и предраннепермское время, максимального размаха они достигли в позднеорогенную фазу развития региона, охватывающую позднюю пермь - ранний триас. На протяжении орогенного этапа в надвигообразование вовлекались все более удаленные к западу от геосинклинали зоны, в заключительную фазу им были затронуты осадочные толщи, развитые на большей части территории Предуральского прогиба. В западном направлении, в соответствии со смещением зоны проявления процессов надвигообразования, последовательно смещалась и зона прогревания пород.

Известно, что периодам активного развития геосинклиналей было свойственно возникновение высоких тепловых потоков. Вероятно, что для территорий, занимаемых в настоящее время миогеосинклинальной зоной Урала и Предуральским прогибом, повышенные палеогеотермические градиенты были характерны для ордовика - времени заложения Уральской геосинклинали. Фазам максимального прогрева предшествовали, возможно, повышения ПТ, связанные с выделенными Т.Т. Казанцевой фазами палеозойского шарьирования, осуществлявшегося от франа до раннего турне включительно.

На основании вышеизложенных представлений и имеющихся фактических данных был реконструирован гипотетический эволюционный тепловой режим осадочных толщ, развитых по внутреннему и внешнему бортам предуральского прогиба (рис. 2). В целом характер изменения кривых палеогеотермического градиента находится в прямой зависимости от этапов тектонического развития Уральской геосинклинали. Породам внутреннего борта прогиба свойственны высокие относительные и более четко выраженные максимальные значения палеогеотермических градиентов, чем породам внешнего борта. Необходимо отметить, что прогрев пород, обусловленный данной конкретной фазой надвигообразования, на внешнем борту прогиба осуществлялся с запозданием по отношению к прогреву на внутреннем борту. Разница во времени проявления прогрева была наибольшей в первые фазы тектонической активности, а затем уменьшалась по мере того, как процессы надвигообразования захватывали все более близкие к платформенному борту прогиба зоны. Кривые палеогеотермических градиентов (см. рис. 2) имеют несколько наблюдаемых максимумов, что отличает их от кривой, отражающей тепловую характеристику пород Кизеловского района [4] на более высоком фоновом значении ПТ.

Реконструированный режим ПТ палеозойских пород Предуральского прогиба дает возможность установить время основных этапов нефтегазообразования и местоположение зон генераций УВ, связанных как с принадвиговыми, так и со смежными с ними площадями. Здесь в отдельные эпохи и периоды (средний и поздний девон, карбон и ранняя пермь) согласно палеогеографическим, палеогеоморфологическим и другим условиям осадконакопления (К.Ф. Родионова, С.П. Максимов, 1981 г.) существовала обстановка, благоприятная для накопления в осадках ОВ преимущественно сапропелевого типа. Однако глубины погружения сформировавшихся нефтематеринских пород (2-3 км) не соответствуют высоким стадиям катагенеза, которым они подверглись (обычно выше МК₃). Причины столь значительных преобразований этих пород заключались, вероятно, в воздействии на осадочные толщи Предуральского прогиба высоких тепловых потоков, сопровождавших усиление шарьяжеобразования.

Максимумы проявления процессов генерации УВ, связанные с фазами тектонической активности, соответствуют середине среднего карбона и поздней перми - раннему триасу, менее выраженными данные процессы были в предпозднекаменноугольное и предраннепермское время. Зоны генерации УВ, в соответствии с последовательным смещением зоны прогрева в западном направлении, отодвигались от формирующегося орогена к платформе. В среднекаменноугольную эпоху они располагались, очевидно, в осадочных толщах, развитых на территории современного расположения миогеосинклинальной зоны Урала, а в настоящее время скрытых под надвигами. В предпозднекаменноугольное и предраннепермское время процессы нефтегазообразования захватили территорию, соответствующую в современном плане восточным зонам Предуральского прогиба, усиление интенсивности этих процессов в пределах всего прогиба произошло в позднепермско-раннетриасовую заключительную фазу орогенеза.

Таким образом, время генерации УВ соответствовало периодам усиления прогрева осадочных толщ Предуральского прогиба. На их фазовое состояние оказывали влияние температурные характеристики тепловых потоков. В Предуральском прогибе отмечается (М.И. Варенцов, С.М. Дорошко и др., 1979 г.) субмеридиональная зональность размещения УВ, выраженная в приуроченности к внутреннему его борту и центральной зоне УВ газового и газоконденсатного, а к внешнему борту - нефтяного и нефтегазового состава. Объясняется это зональностью палеогеотермического прогрева.

Однако анализ размещения скоплений УВ, выполненный на фоне наблюдающейся дифференциации теплового потока, идущего со стороны формировавшегося уральского орогена, позволяет отметить существование и достаточно выраженной широтной зональности в дифференциации УВ. Последняя обусловлена неодинаковым количеством тепла, поступавшего в верхние части субмеридиональных глубинных разломов на различных широтных участках прогиба, а также условиями переноса тепла от этих разломов в его пределы.

Относительно высокой степенью прогрева характеризуются породы палеозоя, развитые в Мраковской депрессии, в южных частях Верхнепечорской впадины и Сылвенской депрессии (рис. 3, зона А). Соответственно в пределах участков внутреннего борта этих отрезков прогиба распространены газоконденсатные и газовые, а в участках приплатформенного борта - нефтегазовые залежи. Для восточных частей относительно менее прогревавшихся широтных отрезков прогиба (Вельская депрессия, северные районы Сылвенской депрессии и Верхнепечорской впадины), где максимальные ПТ обычно не превышали 200 °С (см. рис. 3, зона Б), характерны нефтяные и нефтегазовые, для западных - нефтяные месторождения. Отмечается почти ис