|
УДК 553.98:553.061.12/.17(477.5) |
Влияние геодинамических напряжений на формирование соляных структур Днепровско-Припятской газонефтеносной провинции
В.С. КУРИЛЕНКО (КГО УкрНИГРИ), Н.А. ЯНЬШИНА (ИГН АН УССР)
Исследование закономерностей развития галогенных образований в нефтегазоносных бассейнах имеет принципиальное значение, так как соли обеспечивают необходимые условия для формирования и сохранности промышленных скоплений УВ. Основные запасы нефти и газа в мире сосредоточены в осадочных бассейнах с широким развитием соленосных отложений (В.И. Китык, 1983 г.). Деформации галогенных и вмещающих пород вследствие повышенной пластичности и текучести солей приводят к формированию различных структурных форм ловушек нефти и газа.
Одним из нефтегазоносных бассейнов, где соляная тектоника проявилась особенно ярко, является Днепровско-Припятский авлакоген (по определению Н.С. Шатского, 1964 г., Е.Е. Милановского, 1978 г.), характеризующийся сложным геологическим строением и относящийся с позиций современных представлений о тектонике плит к категории континентальных рифтов (Г.Р. Келлер, 1983 г., И.Б. Рамберг, П. Морган, 1984 г.).
Резкая поперечная зональность в строении фундамента авлакогена предопределила индивидуальный характер развития его трех основных звеньев: складчатого Донбасса, Днепровского грабена и Припятского прогиба. Это дает основание многим исследователям рассматривать все три зоны обособленно друг от друга, несмотря на единую геотектоническую природу всего региона. В основу выделения рассматриваемой провинции положена именно генетическая связь указанных элементов авлакогена.
В разрезе исследуемого региона известны соленосные формации позднедевонского и раннепермского возрастов, получившие преимущественное распространение в депрессионных участках авлакогена.
В строении верхнедевонского комплекса пород принимают участие две мощные толщи солей (нижняя - верхнефранская и верхняя - верхнефаменская), чередующиеся с маломощными пластами терригенно-карбонатных образований и содержащие (преимущественно в нижней части) продукты вулканической деятельности. Верхнедевонские соленосные образования формировались в тектонически активном бассейне с резко расчлененным рельефом дна. С береговых участков поступал обломочный материал и переслаивался с эвапоритами. Отмечена также синхронность процессов накопления вулканогенных отложений и соленакопления, о чем свидетельствуют как пластовое залегание туффитов в пестрых соленосных образованиях, так и фациальное взаимозамещение эффузивных и соленосных пород (В.И. Китык, 1970 г., В.И. Созанский, 1973 г., В.С. Конищев, 1975 г.). Обе толщи пройдены бурением в Припятском прогибе и в северо-западной части Днепровского грабена. В центральной и юго-восточной частя указанного грабена эти соли скважинами только вскрыты на глубину до 4 км.
Нижнепермские соленосные отложения мощностью до 1 км изучены бурением полнее. Площадь распространения их ограничена пределами Днепровского грабена.
Основную галокинетическую энергию, обеспечившую образование соляных структур в Припятском прогибе, проявили обе толщи верхнедевонских солей, в Днепровском грабене - преимущественно «нижняя соль». В этих солях отмечаются текстурные признаки течения и волочения. Именно эти соли благодаря своей минеральной чистоте и склонности к пластическому состоянию даже при незначительных нагрузках (особенно при повышенных температурах) образуют соляные вздутия, купола и штоки.
Механизм формирования соляных дислокаций и проявления соляного диапиризма еще не выяснен, но безусловно одно: инициирующим началом вывода соли из равновесного пластового состояния является периодическая активизация тектонической деятельности в регионе, выражавшаяся в Вертикальных подвижках блоков фундамента. Локальные перемещения блоков создают силовые поля, которые обеспечивают миграцию (течение) соляных масс в области относительно пониженных давлений. Расчеты оптимальных условий для реализации этого механизма показали, что даже на сравнительно небольших глубинах (300-500 м) в отдельных частях разреза могут возникать очень высокие давления, способные обеспечить течение не только соли, но и глин и известняков.
Течение солей - это нефазовый переход всей массы соли в флюидообразное состояние. Согласно нашим представлениям, в соляном теле происходит прерывисто-непрерывный процесс перестройки его жесткой конструкции под влиянием релаксационных внешних нагрузок. Длительно нарастающие упругие деформации периодически сменяются кратковременными пластическими (необратимыми) деформациями, сопровождающимися разрушениями целостности соляного массива. В эти моменты в местах наибольших градиентов нагрузок образуются сложные системы трещин, вдоль которых происходят фрагментарные перемещения и перераспределения соляных масс. Размеры соляных тел, участвующих в этом течении, могут быть самые разные: от мелких зерен, часто представляющих собой продукты перемола, до объемистых целиков, не затронутых внутри процессами перестройки. И если в таком целике окажутся инородные включения типа глыб эффузивов, то они будут перемещаться вместе с солями, несмотря на существенную разницу в плотностях. Это объясняет вынос тяжелых глыб диабаза и других пород, «смоченных солью», на поверхность.
На течение солей активное воздействие оказывают гидротермальные воды, присутствие которых в исследуемом регионе (конкретнее - в Днепровском грабене) можно считать доказанным (Б.В. Долишний, 1976 г.). Во-первых, эти воды, разбавляя предельно насыщенные межкристальные растворы, стимулируют процессы растворения солей и ослабления кристаллических связей. Во-вторых, проникая под напором в ослабленные трещинами зоны, они осуществляют гидроразрыв соляных масс. В-третьих, они выполняют роль смазки, смачивая и разделяя фрагменты, растворяя и сглаживая неровности трущихся поверхностей. И, наконец, в-четвертых, они являются активными теплоносителями. Увеличение теплового потока также улучшает пластические свойства пород преимущественно хемогенного типа: солей, ангидритов, известняков. Для солей установлена прямая зависимость механических характеристик даже от незначительных колебаний температуры (в пределах 100 °С), а при 300 °С галит, например, становится почти идеально пластичным материалом.
Очевидно, направление течения соли является преимущественно восходящим. В погруженных или напряженных участках соль приобретает пластическое состояние и активно реагирует на ту из фаз тектогенеза, к началу которой геостатическое давление или геотектонические напряжения на соль достигали критических значений. Вышележащую толщу осадков соль в первую очередь прорывает в местах пересечения основных структуроформирующих разломов, характеризующихся повышенной степенью раздробленности пород.
Таким образом, соляная тектоника является результатом воздействиях глубинных тектонических процессов, сопровождающихся гидротермальными и термобарическими эффектами, на галогенную толщу, обладающую своеобразными физико-химическими свойствами. В Припятском прогибе наиболее ярко проявляется связь локальных поднятий и, в частности, соляных структур с крупными (амплитуда до 1,5 км) разломами кристаллического фундамента. Здесь большинство структур располагается над тектоническими нарушениями или вблизи них и приурочено к приподнятым блокам фундамента. При этом подсолевые и межсолевые отложения девона повторяют структуру поверхности фундамента, а надсолевые напластования образуют над возвышенными участками приподнятых блоков валообразные и брахиантиклинальные поднятия, осложненные соляными вздутиями.
На юго-востоке Днепровского грабена линейные зоны соляных поднятий (Сосновско-Беляевская и Чутово-Алексеевская) приурочены к параллельным линиям Жмеринско-Старобельского глубинного разлома. Галогенные образования вряд ли смогли без побуждающих тектонических движений прорвать огромные толщи пород мощностью до 7-8 км. В мировой геологии имеются примеры прорыва солью осадочных напластований и больших мощностей (до 9 км в Прикаспийской впадине, до 14 км на побережье Мексиканского залива), но во всех случаях наблюдается приуроченность их к крупным активным разломам.
Одним из открытий последних лет, ставшим возможным благодаря использованию аэрокосмических методов изучения в сочетании с наземными геолого-геофизическими, является обнаружение пространственной закономерности в расположении соляных структур и генетическая связь соляной тектоники с планетарной сеткой разломов. Н.Д. Павлов (1973, 1983 гг.) отмечает упорядоченность и периодичность в размещении соляных гряд, куполов и мульд, образующих региональные симметрично-полигональные геодинамические системы, где все элементы взаимосвязаны и взаимообусловлены. Он указывает на симметричное размещение соляных структур не только в Прикаспийской синеклизе, но и в других солянокупольных бассейнах мира. До этого при описании дислокаций, возникших вследствие процессов соляной тектоники, подчеркивались неупорядоченность и дисгармоничность в их размещении или, в лучшем случае, линейный характер расположения соляных структур.
Первая попытка выявить продольно-поперечную зональность в размещении соляных штоков относительно бортов Днепровского грабена в плане уже предпринята (Н.И. Галабуда, В.Д. Аверьев и др., 1985 г.), однако она коснулась только его юго-восточной части, в зоне развития упоминавшихся выше линейных зон соляных поднятий. В остальной части грабена исследователи не рассмотрели решетчатое размещение соляных структур и вслед за Д. Заннеманом (ФРГ) сосредоточили внимание на выявлении кольцеобразных групп структур вокруг локальных впадин фундамента с выделением в центре крупного «материнского» штока.
Анализ структурных построений по отражающим и условным палеозойским горизонтам Днепровско-Припятского авлакогена позволяет авторам считать, что пространственная закономерность в размещении соляных поднятий, включая соляные штоки, прослеживается по всему исследуемому региону и может быть представлена в виде геодинамической сети (рис. 1), которая наиболее четко проявляется в местах развития и максимального погружения верхнедевонских соленосных отложений. Природа геодицамической сети связана с напряженным состоянием пород; ее линии контролируют разрывные нарушения, флексуры и цепочки мелких положительных структур в осадочном чехле, а к узлам решетки обычно приурочены месторождения нефти и газа. Как правило, месторождения типа Речицкого в Припятском прогибе или Шебелинского в Днепровском грабене охватывают два узла решетки. Крупные соляные штоки включают два (Новосенжарский+Малоперещепинский, Елизаветовский+Тарасовский и Алексеевский штоки), три (Ивангородский+Буромский штоки) и, возможно, пять (Чутовский+Распашновский штоки) узлов решетки.
Решетка образована двумя взаимно пересекающимися (под углами от 45 до 90°) и неравнозначными по развитию системами субпараллельных линий. Расстояния между параллельными линиями этих систем (шаг линий) около 10-12 км. На некоторых участках региона ритмичность в расположении линий нарушается и шаг составляет 7-8 км (участок между Распашновским и Парасковейским штоками). Есть участки, где геометрическая правильность в рисунке решетки нарушена. В местах таких «сбоев» выделены линейные шовные зоны: одна в Припятском прогибе и две, пересекающиеся под прямым углом, в Днепровском грабене. Возможно, что их происхождение связано с трансрегиональными зонами глубинных разломов.
Ячейки решетки на большей территории авлакогена ромбовидной формы и только на небольшом участке (в треугольнике с вершинами в Малоперещепинском, Колонтаевском и Нововодолажском штоках) напоминают квадраты. На основе приведенной решетки можно построить тригональную сетку, а от нее легко перейти к гексагональной системе. Размещение соляных структур в узлах гексагональной решетки было установлено А.Н. Гейслером в Прикаспийской низменности (В.Е. Хаин, 1973 г.), но без каких-либо объяснений природы этого явления.
Авторами сделана попытка определить шаг дискретного ряда (N) площадей соляных штоков (Sшт). На рис. 2 видна их «кучковатость», свидетельствующая о прерывисто-непрерывном движении солей: площади апикальных частей всех 76 штоков Днепровского грабена, ограниченных в плане контурами по данным бурения и сейсморазведки, укладываются в дискретный ряд значений, кратный 8 км2. Интересно, что, если площади крупных «суперштоков» разделить по числу занимаемых узлов пространственной решетки, то составные части этих площадей также укладываются в дискретный ряд, дополняя и контрастируя его. «Фон помех», обусловивший разброс значений от средних (для определенного интервала), достаточно велик, но закономерность очевидна. Разброс значений объясняется неточностями геологических построений, а главное, недоучетом влияния масс солей, участвовавших в движении.
Последние представления о разломно-блоковом строении кристаллического фундамента впадины, базирующиеся на данных аэрокосмических и наземных геолого-геофизических наблюдений, подтверждают это положение (В.М. Беланов, А.П. Самойлюк, 1985 г.). Отдельные относительно приподнятые блоки как бы вклиниваются в Днепровский грабен со стороны бортов, а со стороны грабена в борта врезаны погруженные блоки, что определяет сложное строение зон краевых разломов. Это связано с тем, что Днепровский грабен был заложен по диагонали уже существовавшей решетки и его краевые разломы не являются генетически непрерывными, а состоят из элементов этой решетки, выборочно получивших активное развитие. В изломанном контуре зон краевых разломов особенно отчетливо проявляются элементы разломной решетки и ее подчиненность геодинамической пространственной сети.
Рисунок краевых разломов Припятского прогиба более четкий, так как простирание их почти совпадает с доминирующими линиями пространственной сети.
Таким образом, хотя разломная сеть, создающая мозаичную структуру фундамента, неравнозначна по глубине, ориентировке и длительности существования, несмотря на вуалирующую роль толщ осадочных комплексов, она строго определяет пространственную систему расположения элементов структурного плана покрывающих отложений.
Знание элементов геодинамической сети и связанной с ней пространственной периодичности в расположении положительных структур будет способствовать росту геолого-экономической эффективности поисково-разведочных работ на нефть и газ. Несомненно перспективными являются узлы разломной решетки, где осадочные образования подвержены усиленной геотектонической и гидротермальной переработке, в частности вдоль северной и южной зон авлакогена, осложненных глубинными разломами (см. рис. 1). Здесь на доступных глубинах могут быть вскрыты зоны разуплотненных пород, насыщенных не только высокоминерализованными водами, но и УВ-газами. Захороненные поднятия, принимаемые за структуры облекания, биогермные банки или рифовые постройки, могут оказаться пластическими вздутиями карбонатных пород, и в таких узлах гидротермальные растворы магнезиальных и других солей, поднимаясь по разломам, будут способствовать доломитизации известняков и образованию в них вторичной пористости - емкости для УВ. Подтверждением тому служит ряд открытых месторождений нефти и газа не только в осадочных, но и в кристаллических породах фундамента. Например, емкостное пространство Хухрянского нефтяного месторождения образовалось, по-видимому, в результате разгрузки палеогидротермальных систем объясняется метасоматозом, характерным для палеовулканов.
Не менее интересны мульды, окруженные соляными куполами и в совокупности представляющие собой устойчивые «элементарные соляные ячейки» (Н.Д. Павлов, 1983 г.). Отсутствие солей в их центральных частях (своеобразные «окна» в покрышках) создают благоприятные условия для вертикальной миграции и концентрации УВ из подсолевых отложений в надсолевые. По склонам таких линз образуются экранированные солью ловушки комбинированных типов. В Днепровском грабене основные месторождения нефти и газа нижнепермско-верхнекаменноугольного комплекса приурочены к структурам, в строении которых верхнедевонская соленосная формация отсутствует или слабо развита. В местах развития нижнепермской и верхнедевонский галогенных толщ скоплений УВ в надсолевом комплексе меньше, чем в подсолевом (В.И. Созанский, 1986 г.). Проблема нефтегазоносности девонских отложений в Днепровском грабене требует разрешения, так как в Припятском прогибе промышленная продуктивность их уже доказана. Выявление пространственной геодинамической сети и дискретного характера распределения площадей штоков - эти и другие факты свидетельствуют о том, что геология соленосных бассейнов переходит из категории описательных наук в категорию точных, что открывает перед ней принципиально новые возможности.
Рис. 1. Геодинамическая схема Днепровско-Припятского авлакогена:
1 - границы Днепровско-Припятского авлакогена (показана только на участке Днепровского грабена); 2-глубинные разломы; 3 - элементы геодинамической решетки; 4 - шовные зоны; 5 - границы распространения верхнедевонских галогенных образований; 6 - соляные диапировые поднятия (в пределах Днепровского грабена - соляные штоки); 7 - месторождения УВ; 8 - первоочередные объекты поисково-разведочных работ. ПП - Припятский прогиб, ДГ- Днепровский грабен; СД - Складчатый Донбасс (западная окраина). Месторождения: а - Вишанское, б - Речицкое, в - Прилукское, г - Яблуновское, д - Солоховское; е - Шебелинское; соляные штоки Днепровского грабена: ж - Ивангородский+Буромский, з - Колонтаевский, и - Чутовский+Распашновский, к - Елизаветовский + Тарасовский, л - Новосенжарский + Малоперещепинский, м - Нововодолажский, и - Алексеевский
Рис. 2. Распределение соляных штоков Днепровского грабена по площадям апикальных частей
