К оглавлению	УДК 551.242.7 551.448
	© В. Г. Смирнов, 1991

О карстогенных локальных проседаниях

В. Г. СМИРНОВ (Татнефтегеофиэика)

На юго-восточном обрамлении Ромашкинского нефтяного месторождения на ряде сейсмоподнятий, введенных в 1984-1985 гг. в глубокое бурение, были выявлены локальные прогибы верейского горизонта глубиной до 30-40 м. Отмечено сокращение мощности окско-башкирской карбонатной толщи при отсутствии сопутствующих структурных осложнений в нижележащих отложениях карбона и девона. Успешное проведение в дальнейшем поисково-разведочных работ невозможно без познания генезиса этих прогибов и истории их геологического развития. Поэтому были проанализированы не только геолого-геофизические материалы Сарлинской, Байрякской, Спасской, Зеленорощинской площадей, но и промыслово-геофизические данные эксплуатационных скважин прилегающих территорий Ромашкинского, Сабанчинского, Крым-Сарайского и. Бавлинского месторождений нефти. Использование густой сети эксплуатационных скважин (расстояние между скважинами 300-500 м) для геологических построений значительно повысило достоверность данных, что позволило провести детальные стратиграфические и литологические расчленения отложений, изучить историю геологического развития локальных прогибов верейского горизонта, их морфологию в рельефе маркирующих поверхностей осадочного чехла, выделить типы прогибов и т. д. На основе анализа геологических и палеогеологических разрезов, карт мощности стратиграфических подразделений и структурных планов их поверхностей, изопахических треугольников, составленных для наиболее сложных участков, сделаны следующие выводы.

1. Прогибы образовались вследствие локального проседания (под воздействием горного давления) верейского горизонта на участках интенсивного развития карстообразовательных процессов в подстилающих отложениях.

2. Отчетливо выделяются московско-нижнесакмарский и верхнесакмарско-нижнеказанский периоды карстогенных локальных проседаний нижнекаменноугольно-нижнепермской осадочной толщи и три типа таких проседаний, названных нами байрякским, спасским и сарлинским. Ниже охарактеризован каждый из них.

Отличительными особенностями участков с байрякским типом проседаний (рис. 1, б) являются: а) наличие локального проседания максимальной глубины в структурном плане кровли верейского горизонта; б) отсутствие локальных прогибов по кровле тульского горизонта и поверхности репера P₁-g ; в) локальное сокращение мощности башкирского и серпуховского ярусов; г) локальное соответствующее увеличение мощности отложений от кровли верейского горизонта до кровли репера P₁-g .

Относительно крупное (2X2 км) локальное байрякского типа проседание верейского горизонта сложной конфигурации и с расчлененным рельефом выявлено на Сабанчинском месторождении нефти (рис. 2). Это проседание, как и меньшие по площади аналогичные проседания верейского горизонта, установленные скв. 1739 и 1624, а также другие элементы структурного плана кровли верейского горизонта не отображаются на этом участке в рельефе поверхности тульских отложений. Образование локальных карстогенных проседаний верейского горизонта обусловило резкое несовпадение структурных планов кровли верейских и тульских образований. Если на первом плане (см. рис. 2) простирание основных структурных элементов северо-восточное, то на втором - северо-западное. Палеоструктурный анализ формирования упомянутого крупного проседания верейского горизонта показал, что: 1) интенсивность формирования проседания во времени различна, свои очертания, близкие к современным, оно, как и на участке скв. 1657 (см. рис. 1, б), приобрело уже к концу гжельского века; 2) проседание началось на небольшой территории, увеличившейся в дальнейшем за счет смежных участков; 5) глубина проседания возрастала неравномерно, но непрерывно от нулевого значения при зарождении до современного к концу этого процесса.

Для участков со спасским типом проседаний (см. рис. 1, а) характерно: а) наличие локального проседания максимальной глубины в структурном плане кровли репера P₁-g и меньшей глубины - по кровле верейского горизонта; б) отсутствие локального прогиба по кровлям тульского горизонта и нижнеказанского подъяруса; в) выдержанность литологического состава и мощности отложений от кровли верейского горизонта до подошвы репера С₃-а; г) локальное сокращение мощности башкирского и нередко серпуховского ярусов, а также карбонатного комплекса от подошвы репера С₃ - а до кровли репера P₁-g; д) локальное увеличение мощности отложений от кровли репера P₁-g до поверхности нижнеказанского подъяруса.

Обращает на себя внимание, что величина погружения (42 м) кровли репера P₁-g по скв. 2206 по отношению, например, к положению этой кровли в скв. 10 определяется соответствующим сокращением (26 м) мощности отложений от подошвы репера С₃ - а до кровли репера P₁-g и глубиной (16 м) прогиба по кровле верейского горизонта. А это означает, что в районе скв. 2206 проседание кровли не только репера P₁-g, но и верейского горизонта происходило в сакмаро-нижнеказанское время после формирования кровельных отложений репера P₁-g. Проседания спасского типа вскрыты также скв. 2200, 2208 Сабанчинской, 1353 Крым-Сарайской площадей и др. Мощность верейского горизонта по скв. 2206 (33 м) по сравнению со скв. 10 (42 м) сокращена на 9 м.

Это сокращение происходит за счет уменьшения мощности как карбонатных, так и терригенных прослоев. Так, мощность их соответственно равна по скв. 10-22 и 20 м, по скв. 2206-17 и 16 м. Аналогичного характера сокращение мощности верейского горизонта установлено в контурах карстогенных проседаний осадочной толщи, выявленных скв. 40012, 2202 Сабанчинской, 27 Азнакаевской, 40014 Уральской площадей и др. Вероятнее всего, сокращение мощности верейского горизонта обусловлено формированием карстово-суффозионных проседаний, или проседаний просасывания.

Из изложенного следует, что если на локальном участке скв. 1657 (см. рис. 1, б) проседание верейского горизонта завершилось ко времени формирования отложений репера P₁-g (байрякский тип проседаний), то на участке скв. 2206 процессы гравитационного уплотнения закарстованных толщ начались лишь после накопления отложений этого репера (спасский тип проседаний). При первом типе карстообразовательные процессы протекали лишь в карбонатных образованиях башкирского и серпуховского ярусов, при втором - как в названных ярусах, так и в толще между подошвой репера С₃ - а и кровлей репера P₁-g.

На Азнакаевской площади скв. 4246, 4531, 2863, 2496 выявлены участки карстогенных локальных проседаний маркирующих поверхностей осадочного чехла, имеющие существенно иные особенности геологического строения (сарлинский тип проседаний): а) наличие локального проседания максимальной глубины в структурном плане кровли репера P₁-g; б) отсутствие локальных прогибов по кровле не только тульского горизонта и нижнеказанского подъяруса, но и верейского горизонта; в) локальное сокращение мощности карбонатного комплекса между подошвой репера С₃-а и кровлей репера P₁-g; г) локальное соответствующее увеличение мощности отложений от кровли репера P₁-g до поверхности нижнеказанского подъяруса. Очевидно, что и сарлинский, и спасский типы проседаний характеризуют пермский период интенсивного протекания карстообразовательных процессов. Разделенность первого и второго периодов этих процессов во времени не является, как известно, преградой для совмещения их в пространстве. И действительно, даже смежные участки нередко характеризуются развитием различных типов проседаний маркирующих поверхностей осадочного чехла: байрякского и спасского, байрякского и сарлинского, спасского и сарлинского (скв. 15269 и 27 Азнакаевской, 2200 и 2201 Сабанчинской площадей и др.).

Более того, зачастую пермский этап карстообразования протекал на тех же локальных участках, что и в нижне-среднекаменноугольное время (участки скв. 2204, 2217, 2213 и др.). В этом случае компенсирующие и уплотненные под воздействием гравитационного фактора толщи присутствуют в разрезе этих участков в различных соотношениях и комбинациях, в чем легко убедиться путем несложных построений. Обозначим превышение мощности отложений между кровлями верейского горизонта и репера P₁-g в контуре прогиба над мощностью их вне прогиба на участке с байрякским типом проседаний через h₁. Относительное сокращение в контуре этого же прогиба мощности упомянутых отложений в пермское время вследствие протекания карстообразовательных процессов второго периода и уплотнения выщелоченных отложений под воздействием горного давления (спасский тип карстования) обозначим через h₂. Очевидно, что при h₂<h₁ разрез этого участка будет характеризоваться: наличием прогиба по кровле репера P₁ -g (спасский тип проседаний) меньшей глубины, чем по кровле верейского горизонта; аномальным локальным увеличением (h₁ - h₂>0) мощности средне-верхнекаменноугольно-нижнепермского комплекса пород (байрякский тип проседаний) при наличии прогиба по кровле репера P₁ -g. При h₂> h₁ разрез участка приобретает характеристики, близкие к таковым участков со спасским типом проседаний. И выявление особенностей геологического разреза, присущих участкам с байрякским типом проседаний, становится весьма затрудненным. Такой особенностью является лишь относительно увеличенная в контуре проседания мощность отложений между кровлей верейского горизонта и подошвой репера С₃-а. Нетрудно представить, каковы будут соотношения рассматриваемых толщ при h₁= h₂.

О распространенности участков с различными типами карстогенных проседаний осадочной толщи можно составить некоторое представление на основе следующих данных. На юго-восточном склоне Южно-Татарского свода нами изучены 32 участка с проседаниями, из них 12 с байрякским, 6 - спасским, 4 - сарлинским типами проседаний и 10 участков с геологическим строением, сформированным под воздействием карстообразования первого и второго периодов. Обращает на себя внимание то, что наибольшему гравитационному уплотнению подвержены карбонатные толщи, в процессе геологического развития выводившиеся на дневную поверхность. В эти континентальные этапы они размывались, закарстовывались выщелачивались и вскоре после начала нового цикла осадконакопления подвергались гравитационному уплотнению. Имеются участки с карстогенными проседаниями осадочной толщи байрякского типа, в контурах которых на 5-10 м увеличена мощность даже верейского горизонта. В контурах проседаний осадочной толщи спасского типа (см. рис. 1, а) возросла мощность отложений между поверхностью репера P₁ -g и кровлей сакмарского яруса. С континентальными этапами связано, несомненно, усиление глубинного карста. На это однозначно указывают проседания верейского горизонта в пермское время на участках со спасским типом карста, подверженного процессам уплотнения пород даже верхней половины окского надгоризонта.

Глубинный карст установлен также на Азнакаевской площади на участках скв. 27 и 40014, выявивших проседания осадочной толщи байрякского типа. Мощность пород, подвергшихся постдиагенетическим преобразованиям, достигает 140-150 м. Локальный характер таких проседаний обусловливается более интенсивным протеканием карстообразовательных процессов вследствие повышенной трещиноватости пород, что связано с различными факторами. Участки локальных карстогенных проседаний осадочной толщи располагаются в прямолинейных тектонических зонах северо-западного и северо-восточного простираний. Так, например, проседания на участках скв. 1739, 2126, 1624 (см. рис. 2) и 1657 (см. рис. 1, б) располагаются в зоне северо-восточного простирания протяженностью 9-10 км. Проседания на участках скв. 27, 40014, 2887/9704, 4246, 4531, 2863, 2946 Азнакаевской площади располагаются в зоне, имеющей северо-западное простирание и протяженность 20-25 км, и т. д. Описанное крупное проседание верейского горизонта (см. рис. 2) на Сабанчинском месторождении образовалось на участке осложнения валообразного поднятия седловиной по кровле тульского горизонта. На девяти сейсмоподнятиях буровыми работами в 1984-1985 гг. выявлены карстогенные проседания верейского горизонта, в шести из которых по кровле терригенного девона и турнейского яруса вскрыты тектонические поднятия с амплитудами, измеряемыми первым десятком метров, и с залежами нефти в отложениях девона и нижнего карбона.

Участки карстогенных проседаний осадочной толщи характеризуются аномально высокими интервальными скоростями упругих колебаний в над- и подверейской толщах и вследствие этого отображаются на временных разрезах в виде высокоамплитудных поднятий. Из изложенного следует, что наибольшее влияние на значения интервальных скоростей упругих колебаний окажут на участках с байрякским типом проседаний башкирские и серпуховские образования, со спасским - как названные, так и верхнекаменноугольно-нижнепермские, с сарлинским - только последние. Величины аномальных значений интегральных скоростей прямо зависят от глубины постдиагенетических преобразований пород: степени их выщелоченности, гравитационного уплотнения, доломитизации, ангидритизации, окремнения, а также мощности осадочной толщи, охваченной этими преобразованиями. Промыслово-геофизическая характеристика таких пород зачастую настолько резко отличается от характеристики этих же пород вне зон проседаний осадочной толщи, что делает невозможным их сопоставление (см. рис. 1, б).

Широкое развитие на юго-восточном склоне Южно-Татарского свода карстогенных процессов, с одной стороны, серьезно осложняет геологическую интерпретацию сейсморазведочных материалов, а с другой - превращает сейсморазведочные работы в основной метод познания глубинного строения недр.

Abstract

This article is concerned with the problem of specifying the peculiarities of structure of one of the most studied tectonic elements of the Volga-Kama anteclise on the southeast slope of the southern Tatar arch. Based on the detailed stratigraphic and lithologic subdivisions and on the correlation between many deep wells which tapped Lower Carboniferous-Permian rocks, the author has identified zones of the development of different types of local depressions of Vereiskian age and has defined more precisely their morphologic structure within the relief of the sedimentary cover marker surfaces of the arch's southeast slope. It has been found that the areas of the karstogenic subsidence of sedimentary strata are characterized by anomalously high interval velocities of elastic oscillations in above-Vereiskian and sub-Vereiskian sequences and as a consequence are reflected in the time sections as high-amplitude uplifts. The conclusions drawn are urgent and are of practical significance because they aid to a better interpretation of seismic CDPM data and to an increase in their efficiency in a complicated region.

Рис. 1. Геологические разрезы участков с карстогенными локальными проседаниями осадочной толши спасского (а) и байрякского (б) типов:

1- аргиллиты; 2 - известняки; 3 - доломиты; 4 - мергели; 5 - ангидриты и ангидритизация; 6 - доломитизация; 7 - кремнистость; 8 - поверхности стратиграфических подразделений и геофизических реперов; 9 - породы с измененной постдиагенетическими преобразованиями геофизической характеристикой; 10 - песчаники

Рис. 2. Структурная карта кровли Верейского горизонта (Сабанчинской площади Ромашкинского месторождения):

1 - глубокие разведочные и эксплуатационные скважины; 2 - изогипсы кровли верейского горизонта, м