К оглавлению журнала

 

УДК 551.351.2:553-981/982

© Г.Е.Рябухин, Г.А. Байбакова, 1994

 

ФОРМИРОВАНИЕ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ В СВЯЗИ С РИФТОГЕНЕЗОМ

Г.Е.Рябухин, Г.А.Байбакова (ГАНГ)

В конце XIX в. В.А.Обручев детально изучил тектонику Прибайкалья и Забайкалья и установил многочисленные крупные грабены, а Дж.У. Грегори исследовал аналогичные структуры Восточной Африки, для которых был впервые предложен термин "рифт". Однако до недавнего времени роль рифтогенеза в геологической истории Земли недооценивалась и лишь в последние десятилетия, особенно после открытия системы срединно-океанических хребтов Мирового океана, этот процесс стали рассматривать как одно из важнейших глобальных явлений в развитии земной коры, не уступающий по масштабам геосинклинальному процессу.

По мнению некоторых исследователей, рифтогенез развивается одновременно с эпохами складчатости, что подтверждается существованием внутриматериковых рифтовых систем, параллельных границам геосинклинально-складчатых поясов. Рифтовые пояса и зоны (области растяжения) и складчатые пояса (области сжатия) как бы уравновешиваются и занимают примерно одинаковые площади. Согласно неомобилистской концепции широкомасштабный рифтогенез дает начало крупному геодинамическому циклу эволюции литосферы, в течение которого процессы расхождения литосферных плит, приводящие к формированию новых океанов, сменяются их схождением и столкновением с образованием горноскладчатых систем. Кроме того, рифты, различающиеся по своему масштабу и геотектонической позиции, формируются и на других стадиях геодинамического цикла. С позиции этой концепции рифты, дающие начало новому океану, оказываются погребенными под мощным осадочным чехлом "пассивных" континентальных окраин (атлантический тип). Многие континентальные рифты, также формирующиеся в начале цикла и располагающиеся как параллельно, так и под углом к первым, остаются "недоразвитыми", т.е. не достигают стадии океанической коры (К.Берг, 1981) и в дальнейшем в зависимости от геодинамических условий либо испытывают сжатие и инверсию, либо прекращают свое активное развитие, после чего над ними развиваются платформенные прогибы и синеклизы. Процессы рифтогенеза, проявляющиеся на стадии схождения плит, приводят к формированию осадочных бассейнов островных дуг и окраинных морей, характерных для континентальных окраин тихоокеанского типа, а на стадии столкновения плит - внутри континентальных грабен-рифтов в пределах горноскладчатых систем и прилегающих областей.

Таким образом, многие осадочные бассейны мира (около 35%) так или иначе связаны с процессами рифтогенеза, определяющими не только специфику их строения и развития, но и особенности условий нефтегазообразования и нефтегазонакопления.

Рифтогенез отмечен с самых ранних стадий геологической истории Земли, однако в отдельные эпохи, такие как триас и поздний кайнозой, этот процесс проявлялся особенно интенсивно. Многими исследователями [3] подчеркивалось связь нефтегазоносности рифтогенных осадочных бассейнов с рифтовыми структурами преимущественно мезозойского и кайнозойского возраста. Это хорошо иллюстрируется на примере таких бассейнов, как Североморский, Сирт, Бохайвань, Сунляо и другие с высокой концентрацией запасов нефти и газа. В нашей стране мезозойские (триасовые) рифтовые структуры установлены в основании Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, тогда как другие крупные нефтегазоносные провинции, такие как Тимано-Печорская, Волго-Уральская, Днепрово-Донецкая, приурочены к платформенным впадинам, подстилаемым палеозойскими и более древними рифтами.

Несмотря на большой объем проведенных работ и обобщение их результатов, в фундаментальных отечественных и зарубежных сводках отмечается непрерывный прогресс как в понимании природы рифтогенеза и выявлении все новых структур, особенно палеоструктур этого типа, так и в оценке перспектив их нефтегазоносности.

Приведем данные о развитии мезозойских и более молодых рифтовых структур в Западной Сибири, относительно слабо изученных осадочных бассейнов Северо-Атлантического (Арктического) сегмента Земли, а также палеозойских и более древних на Восточно-Европейской и Северо-Американской платформах; покажем тесную зависимость условий формирования и реализации нефтегазового потенциала этих регионов от времени, характера и масштабов проявления рифтогенного геодинамического режима.

В мезозое процесс раздробления и растяжения земной коры был глобальным, охватывая Мексиканский залив, юго-восток Африки, Индию, арктические районы, Западную Сибирь и др, В континентальной коре Западно-Сибирской плиты развита палеорифтовая система триасового возраста с присущими ей геофизическими, глубинными, термальными, структурными и геологическими признаками, причем часть рифтов, вероятно, унаследована от более древних. В других регионах Сибири в триасовое время процесс растяжения земной коры отмечался вспышкой вулканизма (Тунгусская синеклиза, Таймырский полуостров). Система рифтов Западной Сибири состоит из двух основных ветвей: меридиональной Колтогорско-Уренгойской (протяженность до 1800 км при ширине до 80-100 км) и северо-западной Худотейско-Ямальской. В гравитационном и магнитном полях рифтовым зонам отвечают положительные аномалии, а в их основании, при отсутствии геосинклинально-складчатого комплекса, отмечаются интрузивные породы основного состава на глубине 3-5 км. Рифты перекрыты надрифтовыми платформенными отложениями юрского возраста. Развитие рифтов в пределах Западно-Сибирской плиты доказывается повышением температуры на глубине 1 км на 3-4 °С относительно окружающих пород в южной части этого региона. Колтогорско-Уренгойский рифт подтвержден данными глубокого бурения скважин, вскрывших в основании песчано-глинистой толщи триаса базальты и габбродиабазы.

В триасовом периоде рифтогенный геодинамический режим, сложившийся в Западной Сибири, преобладал во многих регионах Арктики и Северной Атлантики, где по мнению В.С.Суркова и др. (1991), вызвал прогибание крупных зон земной коры. Несмотря на отмирание периферийных триасовых рифтовых систем этот режим продолжал прогрессировать в течение мезозоя и кайнозоя, что привело к образованию крупных бассейнов и мегабассейнов, характеризующихся большой мощностью осадочных отложений. В Арктике-Северо-Атлантическом сегменте различаются рифтогенные бассейны следующих типов: внутриконтинентальные (Западно-Сибирский, Парижский, Святого Лаврентия), окраинных морей (Северное, Норвежское, Карское, Баренцево, Баффина и др.), а также пассивных окраин континентов.

Северное море является классическим примером мезозойских рифтов, с которыми связаны многочисленные крупные скопления нефти и газа в отложениях как мезозойского, так и кайнозойского возраста. Севернее крупные скопления углеводородов и высокие перспективы нефтегазоносности приурочены к рифтам Норвежского моря. В западной части Баренцева моря рифты установлены в районе газовых месторождений Тромсё. Юго-восточнее о-ва Медвежий изучен рифт северо-восточного простирания длиной 700 км с погружением по мезозойским отложениям до 6 км. К западу от этого рифта отходит рифт меньшего размера. Западнее рифтов Тромсё крупными разломами Хорнсунд и Сенья отделена большая Лафотенская впадина, возможно, имеющая на глубине рифтовое строение. Восточнее грабенов Тромсё проходит Нордкапский прогиб, также, вероятно, представляющий собой рифт, где нижнепермская толща залегает на глубине 8 км. Резкое чередование аномальных мощностей триасовых отложений (по данным геофизических исследований) в Баренцевом (6-8 км) и Карском (3-6 км) морях с небольшими (1 км и менее) мощностями позволяет предполагать здесь рифтовые структуры. В пределах Южно-Карской синеклизы прослеживаются продолжения субмеридиональных рифтов п-ва Ямал. расходящихся веерообразно в северном направлении. Наиболее крупный восточный рифт начинается в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции и трассируется через Уренгой, Тазовскую и Гыданскую губы. Его протяженность в Карском море достигает 1200 км при ширине 150-200 км и 4-километровой мощности триасовых пород. Общая протяженность рифта 2000-2500 км. С рифтогенезом связаны крупнейшие газовые месторождения Русановское и Ленинградское. Вдоль центральной части Таймырской депрессии протягивается рифт северо-восточного простирания длиной 200 км при ширине до 160 км, выполненный терригенными триасовыми толщами мощностью до 3 км. Далее к востоку протяженный рифт известен в устье р.Лена, значительная часть его находится в море Лаптевых.

В Северной Атлантике крупнейшей региональной структурой является система рифтогенных впадин морей Лабрадорское и Баффина. Общая мощность осадочных палеозойско-кайнозойских пород достигает здесь 7-12 км, причем основную часть разреза составляют карбонатные и терригенные породы юры и нижнего мела (5-6 км), а также терригенно-карбонатные отложения верхнего мела и кайнозоя. Меловые отложения здесь перспективны для поисков нефти и газа. Процессы рифтогенеза установлены и для островов Свердруп и других Канадского арктического архипелага, где известны крупные месторождения нефти и особенно газа. Следует отметить, что в этом регионе рифтогенный геодинамический режим проявлялся, по-видимому, неоднократно начиная с палеозоя.

Высокие концентрации углеводородов и большие перспективы нефтегазоносности рассматриваемых рифтогенных осадочных бассейнов предопределяются такими факторами, как высокая остаточная тектоническая активность рифтовых зон, большие мощности и площади распространения надрифтового плитного комплекса, устойчивое погружение на протяжении мезозоя и кайнозоя, режим повышенного теплового потока наряду с высокой концентрацией органического вещества в осадках, благоприятным составом отложений (коллекторы, покрышки) и наличием локальных, а не только антиклинальных структур. Немаловажную роль в нефтегазоносности рифтов может играть и подток глубинных флюидов.

Влияние рифтогенеза на нефтегазообразование и нефтегазонакопление неоднократно рассматривалось многими исследователями на примере промышленно-нефтегазоносных рифтогенных бассейнов различных регионов мира. Обобщение результатов этих исследований показывает, что одним из наиболее важных факторов является накопление в рифтовых бассейнах за относительно короткий срок (5-12 млн лет) осадков большой мощности, представленных в нижней части терригенновулканическими породами; выше обычно накапливаются мощные соленосные и морские терригенные отложения, а иногда и карбонатные. Внутренние горсты и обрамления ("плечи") рифта служат источником обломочного материала. Мощные глинистые толщи с высоким содержанием органического вещества, формирующиеся в рифтовых грабенах в условиях ограниченной циркуляции вод, образуют высококачественные нефтегазоматери некие породы (как морского, так и озерного происхождения). Ускоренной реализации их потенциала способствует прогрев осадков в условиях высокого теплового потока под воздействием мантийного диапира в основании рифтовых структур. В силу этого именно рифтовые грабены и надрифтовые палеовпадины могли служить очагами нефти и газа во многих крупных сложнопостроенных рифтогенных бассейнах [4,5]. Еще одной важной особенностью рифтовых бассейнов является тесное переслаивание нефтегазоматеринских пород и пород-коллекторов, обусловливающее миграцию углеводородов с минимальными потерями.. Важными путями миграции служат также разломы. Во многих рифтогенных бассейнах можно различить три структурных этажа [3]: нижний - дорифтовый (дограбеновый), средний - рифтовый (грабеновый) и верхний (послерифтовый), значительно превышающий площадь рифта. Поверхности несогласия, разделяющие структурные этажи, нередко являются дополнительными путями миграции углеводородов. Залежи углеводородов в каждом структурном этаже характеризуются в целом большим разнообразием типов и широким стратиграфическим диапазоном. Нефтегазоносность того или иного этажа зависит от истории геологического развития региона. Так, в хорошо изученном Суэцком грабен-рифте сохранились дограбеновые продуктивные отложения палеозоя, тогда как в близлежащей впадине Сирт (Ливия) формированию кайнозойского грабен-рифта предшествовало воздымание в меловое время, приведшее к разрыву и, как следствие, к отсутствию в центральной части структуры нефтегазоносных нубийских песчаников.

В рифтовом этаже основные зоны нефтегазонакопления тяготеют к горстообразным поднятиям, тектоническим ступеням и моноклинальным блокам фундамента или дорифтового комплекса, расположенным вдоль разломов или внутри обширных грабенов. С моноклинальными блоками связано большинство крупнейших месторождений в Северном море (Статфорд 473 млн т извлекаемых запасов, Брент 304 млн т и др.), Суэцком грабене (Морган 1403 млн т и др.) и др. В Припятском грабен-рифте почти все нефтяные месторождения - Речецкое, Асташковичское и другие -приурочены к девонским блокам. Один из сбросов, ограничивающих блоковые структуры, как правило хорошо выражен, а второй иногда является рудиментарным или регенерированным. Обычные антиклинальные структуры играют второстепенную роль. Среди них чаще всего встречаются структуры облекания и уплотнения.

Современные данные о дегазации Земли свидетельствуют о том, что наиболее плотные потоки глубинных ювенильных газов, включая углеводороды, локализуются в континентальных рифтовых зонах [2]. В настоящее время можно дискутировать лишь о доле абиогенных углеводородов в известных скоплениях, однако нельзя оспаривать сам факт их подтока в рифте вместе с другими эндогенными флюидами. Это подтверждается как исследованиями в современных "живых" рифтах (Красноморский, Восточно-Африканские), так и приуроченностью к осадочному выполнению рифтовых впадин рудной минерализации меди, цинка и других металлов, а также глубинных газов - гелия, азота, водорода, вплоть до промышленных скоплений. Глубинные разломы, оконтуривающие и секущие грабен-рифты, играют важную роль в процессах подтока глубинных углеводородов [1]. В частности, предполагается связь нефтегазопроявлений в районе оз.Байкал с проникновением углеводородов по молодому разлому из расположенного под рифтовой впадиной астеносферного диапира.

Палеозойские и позднепротерозойские рифты и авлакогены, широко развитые на древних платформах, играли, как и более молодые рифты, важную роль в эволюции литосферы и формировании осадочных бассейнов, однако их значение в нефтегазоносности значительно меньше. Их изученность сравнительно невелика. Лишь в последние два десятилетия с развитием глубинных геофизических методов и глубокого бурения было установлено, что древние рифтовые структуры подстилают большинство внутри платформенных бассейнов, например, Мичиганский, Чад и другие, ранее относимые к "простым блюдцеобразным". В палеозойских рифтовых комплексах осадочных бассейнов древних платформ известны промышленные скопления нефти и газа, тогда как в докембрийских рифтах - только нефтегазопроявления, хотя согласно последним данным скопления нефти в древних толщах Восточной Сибири связаны с рифтовыми струетурами [5]. Следует подчеркнуть, что в любом случае древние рифтовые структуры, даже если они не содержат скоплений углеводородов, оказывают определенное влияние на нефтегазоносность вышележащих осадочных отложений надрифтового бассейна.

На Восточно-Европейской платформе рифтогенная стадия растянута во времени и охватывает как доплитный этап в рифее, когда сформировалось большинство авлакогенов, так и плитный, палеозойский (И.М.Шахновский, 1988). Некоторые ранние рифейские авлакогены претерпели повторное рифтообразование в палеозое, тогда как другие испытали инверсию, в связи с чем в вышележащих горизонтах осадочного чехла над ними сформировались инверсионные поднятия. С наибольшим размахом инверсионные движения, связанные с тектонической активностью древних авлакогенов, проявились на Тимане и в Донбассе. В Тимано-Печорском бассейне амплитуда инверсионных поднятий достигает 600-900 м (Печоро-Кожвинский, Колвинский мегавалы). С возрожденными рифейско-палеозойскими рифтами и палеозойскими авлакогенами и рифтами связаны самостоятельные промышленно-нефтегазоносные зоны, в пределах которых продуктивные горизонты установлены как в рифтовых, так и в пострифтовых комплексах. К ним относятся Припятско-Днепровский, Печоро-Колвинский, Варандей-Адзъвинский авлакогены. В формировании известных здесь зон нефтегазонакопления ведущая роль принадлежала вертикальной миграции углеводородов по активным, периодически возрождавшимся разломам. Большинство месторождений являются многопластовыми и характеризуются большим этажом нефтегазоносности, например, Харьягинское (Тимано-Печорский бассейн) - 35 залежей в интервале от девона до триаса, Яблуновское (Днепрово-Донецкая впадина) - 8 залежей. В пределах Волго-Уральской нефтегазоносной провинции такие крупнейшие месторождения, как Шкаповское и Арланское, а также большая группа более мелких месторождений Большекинельского и Байтуганского валов Большекинельской впадины содержат залежи в палеозойском чехле, однако располагаются над рифейскими погребенными авлакогенами - Серноводско-Абдуллинским и Камско-Бельским. В самих рифтогенных комплексах рифея промышленных залежей углеводородов не установлено, а известны лишь нефтегазопроявления в виде насыщенных густой нефтью песчаников на ряде площадей Камско-Бельского авлакогена. Непромышленные притоки нефти получены из вендских отложений в Среднерусском авлакогене [1].

В то время как на Восточно-Европейской платформе известны рифейские и палеозойские авлакогены, крупные разветвленные рифтовые системы позднепротерозойско-раннекембрийского возраста были открыты в Северной Америке, в том числе под старыми нефтегазовмещающими осадочными бассейнами (Мичиганский, Иллинойский, Аппалачский, Западный Внутренний), что позволяет сегодня более высоко оценивать потенциальные ресурсы в этих бассейнах. В частности, в последнее десятилетие активный интерес у геологов-нефтяников вызвала древняя рифтовая структура Мидконтинента, на различных участках которой были получены притоки углеводорода из глубоких скважин и нефтепроявления на поверхности. Специфический состав газа в глубоких скважинах с повышенным содержанием водорода и азота и изотопный состав последних могут указывать на частичное абиогенное происхождение этого газа. В разрезе докембрийских отложений, выполняющих рифтовую систему Мидконтинента, повсеместно развиты глинистые толщи преимущественно озерного происхождения, характеризующиеся высоким содержанием органического вещества (Сорг 0,5%) и рассматриваемые как потенциально нефте газоматери некие породы. Высказывается предположение, что эти материнские толщи могли быть источником углеводородов для известных залежей в некоторых палеозойских коллекторах (например, в песчаниках Сент-Питер во впадине Форрест-Сити или песчаниках Прериду-Шин в глубинной части Мичиганского бассейна). Интересно отметить, что оценка перспектив нефтегазоносности докембрия проводилась американскими геологами по аналогии с промышленно-нефтегазоносными породами протерозоя Восточной Сибири.

Интерпретация сейсмических профилей дает представление о структуре рифтов как о серии грабенов, разделенных трансформными разломами. Активизация рифтовых структур в палеозое имела ряд важных структурных следствий, представляющих интерес с точки зрения перспектив нефтегазоносности не только рифтового комплекса, но и перекрывающих палеозойских отложений. Наибольший интерес представляют участки пересечения рифта с более поздними структурами (например, с поднятием Центральной Айовы, зонами развития надвигов) и поперечными разломами.

О влиянии древних рифтовых структур, в частности реактивизированных разломов, на структуру вышележащих отложений и локализацию в них скоплений углеводородов свидетельствуют многие известные факты. Так, антиклиналь Хауэлл-Нортвилл, к которой приурочена зона нефтегазонакопления в Мичиганском бассейне, возможно, сформировалась как инверсионная структура докембрийского рифта во время миссисипского тектогенеза, а две другие зоны нефтегазонакопления, Альбион-Сципио и Стонни-Поинт, хотя и располагаются за пределами рифтового грабена, контролируются параллельными ему протяженными разломами, обусловившими трещи новатость и повышенную проницаемость коллекторов - ордовикских известняков трентона. Еще одна протерозойская - раннепалеозойская рифтовая система Северо-Американской платформы - Рилфут - активно развивалась не только в кембрии, но в пермское и меловое время. Современная структура Миссисипского прогиба характеризуется многими структурными особенностями, унаследованными от рифтового этапа. К древнему рифту тяготеют и участки наибольшей сейсмической активности этого региона.

Анализ строения, эволюции и нефтегазоносности рассмотренных рифтогенных осадочных бассейнов позволяет сделать ряд выводов.

1. Крупные месторождения нефти и газа, открытые в осадочных бассейнах, связанных с рифтами главным образом мезозойско-кайнозойского возраста, свидетельствуют о высокой перспективности таких рифтогенных бассейнов.

2. Формирование рифтовых структур в условиях растяжения континентальной коры, сопровождавшегося утонением, прогревом, повышением проницаемости на фоне контрастных блоковых движений по глубинным разломам, вулканической и гидротермальной деятельности, а также большой скорости осадконакопления, создавало исключительно благоприятные предпосылки для процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления, рассматриваемых с позиций как биогенной, так и абиогенной гипотез.

3. Даже в тех случаях, когда в погребенных рифтах (например, в большинстве древних) промышленные скопления не выявлены, несомненно влияние этих структур на концентрацию углеводородов в вышележащих надрифтовых отложениях как за счет структурообразования, связанного с периодической реактивизацией разломов рифтового этапа (или инверсий палеорифтов), так и подтоком углеводородов из рифтового комплекса.

4. Установленная для многих древних рифтов неоднократная (вплоть до новейшего времени) регенерация или реактивизация глубинных разломов, а для некоторых и современная сейсмичность, играют важную роль в процессах подтока углеводородов как за счет дегазации верхней мантии и коры, так и дополнительной генерации углеводородов не только в осадочных отложениях, но и в уже метаморфизованных породах под влиянием глубинных флюидов и сейсмотектонических воздействий.

5. Для рифтогенных бассейнов характерен очень широкий спектр разнообразных структурных и неструктурных ловушек, причем ведущую роль в рифтовом комплексе играют горстово-блоковые выступы, где нефтегазоносность наблюдается в породах фундамента. В вышележащих отложениях крупные зоны нефтегазонакопления могут быть приурочены к генетически связанными с подстилающим рифтом инверсионными надразломными валообразными структурами. Большой интерес представляют участки пересечения древних рифтов и ассоциированных разломов с разломами и структурами более поздней генерации.

6. В арктических регионах страны высокоперспективны рифтогенные бассейны, начавшие формирование в эпоху широкого развития процессов рифтогенеза в триасе (Баренцево и Карское моря). При их разведке следует учитывать все те особенности нефтегазогенерации и нефтегазонакопления, которые свойственны рифтогенным бассейнам с более изученной промышленной нефтегазоносностью.

Список литературы

1. Байбакова Г.А., Алиева Е.Р. Нефтегазоносность верхнепротерозойских - нижнепалеозойских отложений древних платформ //Тр. ВНИ-ИОЭНГ. Сер. Нефтегазовая геология и геофизика.- 1977.

2. Байбакова Г.A. Глубинная дегазация и проблема нефтегазоносности древних рифтов. Дегазация Земли и геотектоника // Тез. докл. III Всесоюзного совещания. - М., 1991.

3. Кучерук. Е.В., Алиева Е.Р. Рифтогенез и нефтегазоносность // Итоги науки и техники. -М.: ВИНИТИ, 1991.

4. Рябухин Т.Е., Зинин В.А. Нефтегазоносность верхнепалеозойских и триасовых формаций Арктики. Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР //Тез. докл. Ч. I. - М., 1990.

5. Соколов Б.А., Егоров В.А. Рифейские рифты - генераторы нефти // Природа. - 1989. - №6. -С. 73-78.

Abstract

Close correlation is shown between time, character and scale of rift geodynamic regime activity and formation conditions and oil and gas potential realization at some known oil and gas basins. Riftogenesis influence at oil and gas potential, which is seen the most clear at the Mezozoic rift basins, is realized by structure formation, connected with repeated reactivization of rift faults, and with hydrocarbons flow from rift complex and, probably, from the mantle. At Arctic regions of Russia high oil and gas perspects are connected, at the considerable extend, with rift basins which began to form at the stage of wide development of riftogenesis processes at the Triassic (Barents and Kara seas). The Paleozoic and Proterozoic rifts give less impressive examples and less considerable oil and gas perspects. Though, where commercial oil and gas pools are improbable in rift complex, favorable influence of these ancient structures at oil and gas potential of sedimentary deposits should be considered, which is shown at the example of some Paleozoic basins of North-American and East-European platforms. Factors, which are the most important for forecast of oil and gas potential at basins, situated under ancient aulacogens, are revealed.