|
© А.И. Тимурзиев, 2004 |
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ НА ОСНОВЕ СВЯЗЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ С НОВЕЙШИМИ СТРУКТУРАМИ ЗЕМНОЙ КОРЫ
А.И. Тимурзиев (ОАО “ЦГЭ”)
Прогнозирование нефтегазоносности недр до бурения глубоких скважин - главная задача нефтяной геолого-разведочной науки, а успешность поисково-разведочного бурения - показатель ее состоятельности как науки и эффективности направляющей теории.
Вопросами прогнозирования нефтегазоносности недр занимаются геологи-нефтяники нескольких поколений. Достигнутая за это время успешность поисково-разведочного бурения (коэффициент успешности для нефтегазоносных регионов не превышает за редким исключением 0,3) свидетельствует о том, что эта проблема далека от своего завершения. Приведем один из путей ее решения с обоснованием наших подходов.
Известные способы и технические решения прогнозирования нефтегазоносности недр в большинстве основаны на определении корреляционных связей между геофизическими полями. Например, в способе Б.М. Березкина и др. (1978) используются различия физико-химических свойств горных пород, насыщенных УВ и минерализованной водой. Эти различия фиксируются в наблюдаемых геофизических полях в виде локальных геофизических аномалий, сопоставляются и коррелируются с эталонными полями над залежью, по которым прогнозируют нефтегазоносность на новых площадях.
Ограничением этого, как и многих других “прямых” геофизических способов прогнозирования нефтегазоносности недр [1], являются незначительная изменчивость физических свойств между нефте- и водонасыщенными породами (на уровне разрешающей способности и ошибки метода), низкая точность измерения физических эффектов, обусловленных залежью, а также неоднозначность интерпретации наблюдаемых локальных геофизических аномалий. Крайне низкий коэффициент подтверждаемости аномалий свидетельствует о невозможности на данном уровне развития прямого технического решения задачи и необходимости подхода к прогнозированию нефтегазоносности недр на генетической основе.
В предлагаемом техническом решении поставленная цель достигается тем, что при прогнозировании зон нефтегазонакопления на основе корреляционных связей между геофизическими полями (в нашем случае гравиметрическими) наблюдаемые локальные геофизические аномалии, обусловленные эффектом от залежи, сопоставляют с количественными параметрами новейших деформаций земной коры (градиент скорости новейших тектонических движений), выделяют в пределах осадочных бассейнов относительные минимумы силы тяжести (остаточные аномалии гравитационного поля в редукции Буге), обусловленные разуплотнением вещества мантии и пород земной коры, и по их корреляции (совпадению) с зонами относительных максимумов градиента скорости новейших тектонических движений выделяют зоны нефтегазонакопления.
Масштабы нефтегазонакопления (потенциальные ресурсы УВ) в пределах перспективных зон, при прочих равных условиях, обеспечивающих нефтегазонакопление (наличие ловушек), определяют по соотношению абсолютных значений аномалий силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений.
Теоретические посылки
Способ прогнозирования зон нефтегазонакопления основан на совокупности следующих теоретических положений и физических связей.
Изостатические аномалии силы тяжести обусловлены плотностной неоднородностью земной коры и верхней мантии Земли. Плотностная неоднородность в верхней мантии создается за счет неравномерного выноса легкого вещества мантии в подкоровое пространство на путях восходящих конвективных потоков при гравитационной дифференциации вещества Земли. Зоны мобилизации и аккумуляции облегченных “дифференциатов” верхней мантии создают в подкоровом пространстве (астеносферный слой) линзы разуплотненного вещества, которые формируют отрицательные аномалии силы тяжести.
Восходящие диапиры разуплотненного вещества вызывают напряжения и деформации (пластические и хрупкие) литосферы, передающиеся и фиксирующиеся в уклонах и уступах различных структурных поверхностей и топографического рельефа.
Этот эффект значительно усиливается за счет разуплотнения пород земной коры при ее деформации над всплывающими мантийными диапирами. Разуплотнение пород земной коры проявляется в их “разрыхлении” за счет нарушения межзерновых контактов и раскрытия трещин. М.В. Гзовским (1964) было показано, что градиент скорости тектонических движений равен скорости деформации земной коры. В связи с этим зоны разуплотнения вещества верхней мантии и “разрыхления” пород земной коры в плане должны совпадать с зонами максимумов градиента скорости неотектонических движений как наиболее поздних и активных в фанерозойской истории Земли. Это служит теоретическим объяснением закономерной связи отрицательных аномалий (относительных минимумов) силы тяжести с высокоградиентными зонами скоростей новейших тектонических движений, с одной стороны, и связи зон разуплотнения вещества верхней мантии и “разрыхления” пород земной коры с участками совпадения отрицательных аномалий силы тяжести и зон максимумов градиента скорости неотектонических движений - с другой.
Отрицательные аномалии силы тяжести, не совпадающие с зонами максимумов градиента скорости неотектонических движений, обусловлены неоднородностями вещественного состава земной коры, не связаны с зонами разуплотнения вещества верхней мантии и “разрыхления” пород земной коры и в отношении нефтегазоносности неперспективны.
Зоны корреляции относительных минимумов силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений характеризуются максимальным разуплотнением вещества верхней мантии и пород земной коры, повышенной проницаемостью земной коры для мантийных “дифференциатов", включая УВ, и максимальными значениями теплового потока. Эти же зоны контролируют “окна проницаемости” и очаги разгрузки глубинных флюидов в земной коре, гидротермальное порообразование (дислокационный и гидрохимический эпигенез) и гидротермально-стратиформное минералообразование (в широком смысле этого слова от рудо- до нефтеобразования) эндогенного и эндогенно-осадочного происхождения в литосфере.
Согласно этим предпосылкам масштабы нефтегазонакопления (потенциальные ресурсы УВ) при прочих равных условиях, обеспечивающих нефтегазонакопление (наличие ловушек), определяются соотношениями абсолютных значений аномалий силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений в пределах перспективных зон. Эта связь прямая, т.е. потенциальные ресурсы УВ перспективной зоны тем выше, чем выше абсолютные значения отрицательных гравитационных аномалий и градиента скорости неотектонических движений, т.е. чем контрастнее эти аномалии.
Генетический характер установленных связей позволяет использовать предлагаемый способ как для оценки перспектив нефтегазоносности крупных территорий (платформенных и складчатых областей), так и прогнозирования отдельных зон нефтегазонакопления и единичных промышленных скоплений УВ.
Пример работоспособности предложенного технического решения
В распределении месторождений нефти и газа и площадей с установленной промышленной нефтегазоносностью обнаруживается общая закономерная связь с зонами корреляции (совпадения) отрицательных аномалий силы тяжести и относительных максимумов градиента скорости неотектонических движений.
Со времени опубликования карты (рис.1) в пределах Песчаномысско-Ракушечной зоны нефтегазонакопления были открыты месторождения Песчаномысское, Ташкум, Уйлюк и получены промышленные притоки на площадях Степная и Северный Ащисор (юго-восточнее месторождения Оймаша в контуре изолинии 0,4 м/(км*млн лет). Из 19 структур, опоискованных в пределах Песчаномысско-Ракушечной зоны нефтегазонакопления, все продуктивные (10) и непродуктивные (9) отвечают предложенным в техническом решении условиям, т.е. все месторождения нефти и газа и площади с промышленной нефтегазоносностью, выявленные в пределах Песчаномысско-Ракушечной зоны нефтегазонакопления, совпадают с участками корреляции (совмещения) относительных минимумов силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений. Все площади с отрицательными результатами бурения характеризуются отсутствием одного из признаков (условий) предложенного технического решения. Из 9 структур, выведенных из бурения с отрицательными результатами, 7 структур расположено в области максимумов силы тяжести, а 2 структуры - в области минимумов и характеризуются низкими значениями градиента скорости неотектонических движений (меньше 0,25 м/(км*млн. лет). Величина градиента скорости неотектонических движений для месторождений составляет 0,3-0,5 м/(км*млн. лет) и более.
Таким образом, в приведенном примере общая связь зоны нефтегазонакопления с участком корреляции (совмещения) относительного минимума силы тяжести в редукции Буге и градиента скорости неотектонических условий на уровне структурного элемента земной коры 2-го порядка усиливается на уровне структур 3-го порядка совмещением месторождении с локальными зонами дифференцированного регионального поля силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений. Это логично, поскольку понятие “зона нефтегазонакопления” - есть группа месторождений нефти и газа, объединенных по признаку общности геологического строения и условий формирования в пределах структурно обособленного элемента.
В этой связи признаки отображения отдельных месторождений УВ в тех или иных геофизических полях должны быть свойственны в генерализованном плане и их совокупности - зоне нефтегазонакопления, и наоборот. В принципе, увеличивая радиус осреднения, можно последовательно достичь уровня генерализации, позволяющего коррелировать рассматриваемые поля в масштабе территорий, превышающих отдельные зоны нефтегазонакопления. В этом плане ограничение, вносимое в объект прогноза (зона нефтегазонакопления), можно считать нестрогим, т.е. объектом прогноза может быть весь спектр природных геологических объектов в масштабе от структур 3-го порядка (залежь, месторождение) до структур 2-го (зона нефтегазонакопления) и 1-го (нефтегазоносная область) порядков. При этом принципиально то, что независимо от масштаба прогнозируемых объектов (месторождение, зона нефтегазонакопления, нефтегазоносная область) характер их отображения в рассматриваемых геофизических полях будет единым, что вытекает из общности физических процессов, определяющих нефтегазоносность геологических структур.
Примеры связи отрицательных аномалий Бугес различными структурами земной коры и зонами нефтегазонакопления
Приведем примеры, иллюстрирующие работоспособность способа от геологических структур 1-го (нефтегазоносная область) до структур 3-го (нефтегазовые месторождения) порядка.
Наглядным подтверждением закономерной связи нефтегазоносных областей и зон нефтегазонакопления с зонами корреляции отрицательных аномалий (минимумов) силы тяжести и максимумов градиента скорости неотектонических движений служат предгорные прогибы. Как известно, практически все предгорные прогибы независимо от возраста складчатости выражены региональными минимумами силы тяжести и повышенными значениями градиента скорости неотектонических движений (абсолютный максимум связан, как правило, с горными хребтами).
Нефтегазоносность предгорных прогибов доказана повсеместно: Терско-Каспийский, Индоло-Кубанский, Предкарпатский, Предкопетдагский, Енисей-Хатангский, Предуральский и др. По своей значимости в общем балансе разведанных запасов УВ Земли предгорные прогибы занимают ведущее положение. В этом отношении классическим примером служит Месопотамский краевой прогиб, характеризующийся уникальной нефтегазоносностью.
Аналогичные соотношения аномалий силы тяжести и градиента скорости неотектонических движений характерны: для межгорных прогибов (Апшеронский, Нижнекуринский, Ферганский, Афгаро-Таджикский прогибы, Рионская впадина и др.), молодых платформ (Туранская, Скифская, Западно-Сибирская), древних платформ (Русская, Сибирская) и авлакогенов (Днепровско-Донецкая впадина, Припятский прогиб), некомпенсированных синеклиз (Прикаспийская, Южно-Каспийская) и прогибов. Все приведенные примеры подтверждают работоспособность предложенного технического решения. Из зарубежных примеров ограничимся наиболее значимыми в нефтегазоносном отношении: Загрос, Месопотамский и Североморский прогибы, Триасовый бассейн, бассейн Ориноко, Галф-Кост и др.
Образование отрицательной локальной аномалии силы тяжести над месторождениями нефти можно объяснить совместным влиянием залежи и разуплотнения пород в контуре залежи. Эти эффекты усиливают друг друга и служат основой постановки в комплексе методов прямых поисков высокоточной гравиметрической съемки. Для большей эффективности метода необходимо исключать из наблюденного поля гравитационные составляющие, связанные с особенностями строения структурных поверхностей осадочного чехла и фундамента. Остаточные аномалии будут характеризовать эффект разуплотнения и аномалию от залежи.
Приведем наиболее яркие примеры месторождений (структуры 3-го порядка): Западная Сибирь (Уренгойское, Самбургское, Заполярное, Русское, Южно-Русское, Юбилейное, Комсомольское, Губкинское, Усть-Балыкское, Салымское, Самотлорское, Аганское, Ямбургское, Тазовское, Мегионское и др.), почти все месторождения Среднеобской, Надым-Пурской, Пур-Тазовской и других нефтегазоносных областей Западной Сибири; Прикаспийская впадина (Астраханское, Тенгизское, Жанажол, Кинкиякское, Карачаганакское, Оренбургское); Северо-Ставропольско-Пелагиадинское, Шебелинское, Байрамали, Шатлык; из зарубежных - Хасси-Р’Мель, Хасси-Мессауд, Гхавар, Киркук и др.
В статье К.К. Шапошникова, М.В. Самолетова (1986) на примере месторождений юго-восточной части Среднеобской, южной и восточной частей Надым-Пурской и западной части Пур-Тазовской нефтегазоносных областей Западной Сибири показано, что территории с максимальной концентрацией УВ, которые соответствуют самостоятельным зонам нефтегазонакопления, приурочены к участкам гравимагнитных минимумов.
Все приведенные месторождения связаны с высокоградиентными зонами новейших тектонических движений (осевая зона Западной Сибири, бортовая зона Прикаспийской синеклизы, Загрос, Месопотамский прогиб и др.).
В целом можно утверждать, что за редким исключением связь нефтегазоносных территорий (нефтегазоносных областей, зон нефтегазонакопления и отдельных нефтегазовых месторождений) с зонами корреляции отрицательных аномалий (относительных минимумов) силы тяжести и максимумов градиента скорости неотектонических движений проявляется повсеместно и может служить критерием их прогнозирования.
Природа связи отрицательных аномалий силы тяжести с зонами разуплотнения верхней мантии и земной коры
Обусловленность отрицательных аномалий силы тяжести разуплотнением вещества верхней мантии и пород земной коры обосновывается их корреляцией с относительными максимумами градиента скорости неотектонических движений. Поэтому, говоря о корреляции минимумов аномалий силы тяжести и максимумов градиента скорости неотектонических движений, требуется обоснование связи отрицательных аномалий силы тяжести с зонами разуплотнения.
Предварительно отметим, что возникновение гравитационных аномалий связано с изменением плотности пород, интенсивность которых зависит от величины горизонтального градиента плотности и амплитуд плотностных границ. Изменение плотности пород обусловлено двумя причинами: а) литолого-петрографической неоднородностью; б) неравномерным сжатием-растяжением (чередованием зон уплотнения и разуплотнения) пород земной коры и верхней мантии. Влияние рельефа плотностных границ ответственно за формирование положительных аномалий силы тяжести над положительными структурами и наоборот. Однако на практике эта расчетная схема не всегда подтверждается на региональном и локальном уровнях.
Снятие аномалиеобразующего эффекта рельефа (структуры) плотностных границ достигается путем геологического редуцирования, что позволяет выделить составляющие аномалии (в том числе аномалии Буге), обусловленные перечисленными причинами. В целом аномалии силы тяжести имеют интегральную природу, а результирующая их величина и знак определяются преобладающим влиянием того или иного аномалиеобразующего эффекта.
Следует дополнить, что в гравиразведке для получения аномалий силы тяжести от заданных поверхностей существуют способы трансформаций наблюденного поля. В частности, для выделения аномалии в редукции Буге, отражающей гравитационное влияние подошвы земной коры на уровне земной поверхности, необходимо из наблюденного поля вычесть региональное, связанное с поверхностью Мохоровичича и плотностными различиями между крупными блоками земной коры. Затем из полученного остаточного поля исключают гравитационный эффект геологического разреза, построенного до подошвы коры. По оставшейся разности судят о плотностной неоднородности ниже подкорового слоя.
Идея о связи отрицательных аномалий силы тяжести с зонами разуплотнения подкорового субстрата и земной коры ненова. Она высказана еще А.Д. Архангельским и В.В. Федынским (1936) на примере Средней Азии и Юго-Западного Казахстана. Так, по расчетам М.Е. Артемьева и Е.В. Артюшкова (1968) общий отрицательный фон изостатических аномалий силы тяжести и отрицательных региональных аномалий Буге Байкальской рифтовой зоны следует связывать с понижением плотности (разуплотнением) в верхней мантии.
Классический пример прямой связи отрицательных аномалий Буге с зонами разуплотнения вещества мантии и пород земной коры - области континентального рифтогенеза, характеризующиеся в гравитационном поле региональными отрицательными аномалиями Буге. Зарождение и развитие рифтовых структур связаны со всплытием разуплотненных мантийных диапиров. Океанические рифтовые зоны также выражены относительными минимумами силы тяжести на фоне регионального положительного поля океанических платформ. Во всех случаях под океаническими рифтовыми зонами наблюдается слой с низкими скоростями продольных сейсмических волн, связанных с конвективными потоками разуплотненной мантии.
Установлено, что при поднятиях земной коры наблюдаются значительное разуплотнение, разрыхление и увеличение объема горных пород (Резанов И.А., 1977). В соответствии с этим, а также благодаря наличию “корней” большинство горных сооружений областей эпигеосинклинального горообразования (Гималаи, хребты Западных Альп, Загрос, Центрального и Восточного Кавказа, Забайкалья, Сьера-Невада, плато Колорадо и др.) выражено в гравитационном поле минимумами силы тяжести. Положительные аномалии Буге Крымских гор, Западного Кавказа, Копетдага, хребта Большой Балхан объясняют отсутствием корней гор (хребет Большой Балхан - Косминская И.П., Беляевский Н.А., Вольвовский И.С., 1969) и проявлением краевого эффекта (сложения краевых аномалий) над изостатически уравновешенными горными областями, ширина которых соизмерима с мощностью земной коры (Субботин С.И., 1965).
Области эпиплатформенного горообразования (Тянь-Шань, Дальний Восток и др.) также характеризуются отрицательными аномалиями силы тяжести в редукции Буге. В качестве примеров приведем связь активизированных (высоких) платформ (Индийская, Американская, Сибирская и др.) с отрицательными аномалиями силы тяжести. Анализ аномалиеобразующих факторов приводит к выводу (Магницкий В.А., 1953; Артемьев М.Е., 1966) о том, что поднятие высоких платформ в основном обусловлено расширением (разуплотнением) глубинных масс. Аналогичные связи и выводы относятся и к области горообразования рифтового типа (Байкальская рифтовая зона, Восточная Африка, Рейнский грабен и др.).
Примечательно, что практически все предгорные прогибы характеризуются региональными минимумами силы тяжести и на них распространяются процессы разуплотнения глубинных масс, генерируемые под областями горно-складчатых поднятий. Типичной особенностью этих разновозрастных структур различного строения и истории развития является увеличенная (до аномальной) мощность гранитометаморфического (и осадочного) слоя на фоне общего утонения и сокращения мощности земной коры.
Приведенные примеры, а также результаты изучения глубинного строения земной коры показывают, что областям поднятий соответствует разуплотнение, а областям опусканий - уплотнение в той или иной части разреза земной коры или верхней мантии (Борисов С.О., 1967).
Физический смысл отображения зон разуплотнения в гравитационном поле отрицательными аномалиями заключается в образовании “дефекта” плотности при расширении вещества верхней мантии и пород земной коры. Этот эффект усиливается насыщением разуплотненных объемов облегченными мантийными дифференциатами за счет глубинной дегазации Земли.
На самом деле “разуплотнение вещества” представляет в геологии лишь частный случай плотностной неоднородности, другой случай связан с литолого-петрографической неоднородностью пород.
Природа связи отрицательных аномалий силы тяжести и зон разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли с активностью новейших тектонических движений
Областям глубинного разуплотнения вещества на поверхности Земли отвечают зоны корреляции отрицательных аномалий силы тяжести в редукции Буге и относительных максимумов градиента скорости неотектонических движений, а не отдельный признак сам по себе. Именно в силу многовариантности формирования отрицательных аномалий силы тяжести использование градиента скорости неотектонических движений и установленная корреляционная связь позволяют дифференцировать отрицательные аномалии силы тяжести по генетическому признаку, т.е. выделять из всего их многообразия те, которые обусловлены разуплотнением вещества Земли.
Связь зон разуплотнения с зонами максимумов градиента скорости неотектонических движений - генетическая. На данном этапе знаний можно утверждать, что причиной неотектонических движений является глубинное разуплотнение вещества Земли, вызывающее поднятия (движения) и деформации земной коры. Однако независимо от первопричины зонам максимального разуплотнения отвечают в проекции на земную поверхность максимальные скорости неотектонических движений.
Таким образом, зоны новейших высокоградиентных движений, обусловленные всплыванием разуплотненных мантийных диапиров, в гравитационных полях отражены отрицательными аномалиями (или относительными минимумами на фоне региональных положительных аномалий океанических рифтовых зон) силы тяжести.
Новейшие материалы по изучению глубинного строения земной коры Сибирской платформы показывают, что ее мощность тесным образом связана с характером неотектонических движений (Сурков В.С., Кузнецов В.П., Лотышев В.И., 2003). Особенно интенсивное воздымание в кайнозойское время испытало южное горное обрамление Сибири, где сформировалась горная система высотой 2-3 км. Характер этих движений нашел отражение в мощности земной коры платформы и ее обрамления. Наименьшая мощность коры типична для краевых депрессий Сибирской платформы (Енисей-Хатангский и Предверхоянский региональные прогибы, Вилюйская синеклиза). В этих структурных зонах она изменяется от 34 до 39 км (при характерной мощности коры для Сибирской платформы от 45 до 50 км).
В целом зонам сокращения мощности земной коры (карта поверхности Мохоровичича Сибирской платформы под редакцией В.С. Суркова) соответствуют понижение плотности пород и граничной скорости сейсмических волн, а также наиболее контрастные отрицательные аномалии гравитационного поля. В пределах этих тектонических структур выявлены основные нефтегазоносные области и зоны нефтегазонакопления Сибирской платформы: Енисей-Хатангский и Предверхоянский прогибы, Вилюйская синеклиза, Непско-Ботуобинская (Непский свод) и Байкитская (Камовский свод) антеклизы, Ковыктинский выступ.
Земная кора с установленной нефтегазоносностью (Камовский свод, Юрубчено-Тохомская зона нефтегазонакопления) резко отличается по глубинному строению от остальной части Сибирской платформы [2]. Ее характерные признаки:
· резко повышенное (до 41-42 км) положение поверхности Мохоровичича;
· низкоскоростная и высокоомная земная кора, что свидетельствует об интенсивных процессах гранитизации (ультраметаморфизма) коровых образований;
· повышенная расслоенность и ярко выраженное антиклинорное строение земной коры;
· наличие зоны деструкции земной коры и верхней мантии;
· повышенный тепловой поток.
Все приведенные примеры показывают связь отрицательных аномалий (и относительных минимумов) силы тяжести в редукции Буге с зонами глубинного разуплотнения вещества Земли, с одной стороны, и зонами максимальных новейших тектонических движений и деформаций - с другой. Эти связи свидетельствуют также о молодом возрасте как зон глубинного разуплотнения вещества Земли, так и связанных с ними отрицательных аномалий (и относительных минимумов) силы тяжести в редукции Буге.
Неотектоническая природа изостатических аномалий Земли
По М.Е. Артемьеву (1966), литосфера Земли в целом близка к состоянию изостатического равновесия, хотя в некоторых районах отмечаются достаточно сильные отклонения от равновесия. Наиболее интенсивны и контрастны изостатические аномалии в пределах горных сооружений Альпийского складчатого пояса, а также в областях островных дуг и глубоководных желобов.
Как известно, изостазия - процесс стремления постоянно нарушаемого равновесия к его выравниванию. Об этом свидетельствуют следующие факты. Для территорий, отличающихся большой стабильностью (не затронутых процессами новейшей активизации), характерны близкие к нулю или слабоположительные изостатические аномалии. Кроме того, платформенным территориям, где процессы тектонической активизации привели к возникновению горных сооружений, свойственны весьма интенсивные отрицательные аномалии. Передовые прогибы, испытавшие интенсивные опускания в новейшее время, характеризуются более сильными нарушениями равновесия. Прогибы, где новейшие и современные движения происходили с меньшей интенсивностью, ближе к состоянию изостатического равновесия (Артемьев М.Е., 1966).
Изостатические аномалии не могут сохраняться длительное время после прекращения действия сил, нарушающих, равновесие. В пользу этого свидетельствует близость к равновесию (Ушаков С.А., 1963) как районов, несущих мощную нагрузку современных оледенений (Антарктида, Гренландия), так и районов, где эта нагрузка была снята совсем недавно (Фенноскандия, Канада). Значит, интенсивные изостатические аномалии указывают, что в данном районе действуют или действовали в недавнем геологическом прошлом силы, которые вывели земную кору из состояния изостатического равновесия. Таким образом, следует ожидать, что нарушения изостатического равновесия должны иметь определенную корреляцию с другими проявлениями тектонической активности и содержать в себе информацию о тектонических силах, действующих в настоящее время или действовавших в недавнем геологическом прошлом (Артемьев М.Е., 1966). Эта корреляция отмечалась различными авторами. Так, В.А. Растворова (1960) путем сопоставления новейших движений и регионального гравитационного поля Кавказа установила зависимость между значениями отрицательных аномалий силы тяжести и новейших поднятий земной коры. При этом большая интенсивность новейших движений, их больший размах и дифференциация, характерные для восточной части Кавказа, отражают большую контрастность и более дифференцированный характер гравитационного поля этой части Кавказа.
Графики зависимости величины аномалий Буге от высоты рельефа (амплитуд новейших поднятий) для различных типов орогенических областей (рис. 2), различных географических провинций (рис. 3) и Земли в целом (рис. 4) отражают тесную линейную связь аномалий Буге с амплитудами новейших движений. Во всех случаях отрицательные аномалии сопровождают области новейших поднятий земной коры независимо от их возраста и тектонотипа, т.е. неотектонические поднятия земной коры связаны с антиизостатическим движением, вызванным разуплотнением глубинного вещества (тем большим, чем больше размах новейших движений). Из рис. 2-4 следует, что тектонически пассивные области (амплитуда новейших поднятий практическая нулевая) близки к изостатическому равновесию (нулевые значения гравитационных аномалий). Значит, нарушения изостатического равновесия обусловлены физическими процессами и движениями (изменением объема) в земной коре и верхней мантии, а не первичными (петрофизическими) неоднородностями литосферы, которые в течение геологического времени должны изостатически компенсироваться.
По расчетам Е.В. Артюшкова (1979) время восстановления нарушений изостазии заведомо меньше характерного времени развития тектонических процессов в крупных областях, которое составляет 107 лет и, следовательно, за исключением районов, где изостатическое равновесие было нарушено недавно, литосфера повсеместно должна находиться в состоянии, близком к изостазии. Характерное время установления изостатического равновесия для платформенных областей с типичными для структурных элементов 2-го порядка размерами блоков земной коры 100-300 км - около 1000 или нескольких тысяч лет. Для тектонически активных областей (Альпийский складчатый пояс) с характерными для структурных элементов 2-го порядка размерами блоков земной коры 50-100 км это время не превышает десятков или сотен лет (Артюшков Е.В., 1979). Однако изучение новейших движений земной коры (начиная с неогена) в сопоставлении с данными гравитационного поля Земли показало, что для этих вертикальных движений характерно преобладание направления смещения против сил изостатического выравнивания, что позволило высказать предположение о том, что они обусловлены главным образом процессами разуплотнения вещества в недрах Земли (Артемьев М.Е., 1966).
Таким образом, если отказаться от механизма формирования гравиметрических аномалий за счет геологически недавних процессов вторичного изменения объема (разуплотнение-сжатие) вещества верхней мантии и земной коры, мы должны были бы иметь идеально уравновешенную Землю с нулевыми значениями изостатических аномалий. С учетом сказанного прямым признаком, позволяющим по данным гравиметрической съемки судить о соответствии отрицательных аномалий силы тяжести зонам глубинного разуплотнения, является само существование этих аномалий. Как уже отмечалось, в силу многовариантности формирования отрицательных аномалий силы тяжести признак их корреляции с максимумами градиента скорости неотектонических движений позволяет дифференцировать отрицательные аномалии силы тяжести по генетическому признаку, т.е. выделить из всего их многообразия те, которые обусловлены разуплотнением вещества земной коры.
Если в недрах Земли увеличивается объем вещества (разуплотнение), то в сторону наименьшего давления (к поверхности Земли) произойдет перемещение массы, которое вызовет изменение уклонов и отметок земной поверхности. Для современных движений эти процессы могут быть зафиксированы инструментальными геодезическими методами, для неотектонического этапа в целом - путем измерения амплитуд и градиентов амплитуд (и соответственно скорости) новейших тектонических движений.
Для полной убедительности связи зон разуплотнения с высокоградиентными зонами скоростей неотектонических движений можно сослаться на В.А. Магницкого и И.В. Калашникову (1985), которые дали количественную оценку амплитуды и скорости поднятий земной коры и земной поверхности при изменениях объема вещества верхней мантии за счет фазовых переходов. Так как изменение объема и соответственно плотности при фазовых переходах в веществе мантии составляет около 10 %, то размах смещения подошвы астеносферы, вызванного этим процессом, не превышает 10 км, при этом максимальное значение поднятия земной поверхности в центре воздымания составит 100 м, а максимальное значение скорости движений -1 см/год.
Парагенез физических полей с новейшими структурами земной коры и причины тектогенеза
Как известно, одной из главных причин тектонических движений земной коры и образующихся в результате их проявления структурных форм разного порядка являются возникающие в тектоносфере (земной коре и мантии) плотностные неоднородности. Механизм образования тектонических структур вследствие таких процессов подробно рассмотрен В.В. Белоусовым (1969) и назван им “механизмом адвекции”. Представления о всплывании более легких дифференциатов глобального процесса гравитационной дифференциации вещества мантии и ядра Земли служат основным движущим механизмом современной геотектоники и получили строгое математическое обоснование (Артюшков Е.В.,1979; Гончаров М.А., 1979).
Изучение изостатического состояния районов новейшей и современной активизации тектоническихдвижений позволило обосновать предположение о том, что они обусловлены главным образом процессами разуплотнения вещества в недрах Земли (Артемьев М.Е., 1966).
Таким образом, процессы разуплотнения, вызванные гравитационной дифференциацией вещества в недрах Земли, определяют тектонические движения перекрывающей литосферы.
Эти движения фиксируются на поверхности скоростями деформации земной коры. На фактическом геолого-геофизическом материале установлено, что области с аномальной (разуплотненной) мантией и высокой новейшей активностью (скоростью) тектонических движений характеризуются отрицательным знаком регионального компонента гравитационного поля (аномалии силы тяжести в редукции Буге, изостатические аномалии).
Механическое действие вертикального течения в астеносфере обладает той особенностью, что при постоянной скорости течения на какой-либо определенной глубине высота поднятия верхней мантии приводит к поднятию или опусканию земной коры на величину, прямо пропорциональную изменению скорости (Артюшков Е.В., 1969), при этом земная кора деформируется как целое, т.е. все сейсмические границы изгибаются параллельно. Все это свидетельствует о прямом отражении в геофизических (гравитационных) полях не только плотностных, но и динамических (скоростных) неоднородностей развития Земли.
Согласно современным воззрениям геотектоники (Артемьев М.Е., 1966; Артюшков Е.В., 1969; Субботин С.И., 1955) причины вертикальных движений земной коры следует связывать с процессами, происходящими в подкоровом слое. Этими процессами являются либо перемещения подкорового вещества, либо изменения его плотности, а следовательно, и объема (что также вызовет перемещение подкоровых масс). Очевидно, что в обоих случаях следует ожидать проявления этих процессов на поверхности Земли (т.е. на поверхности геоида) в форме гравитационного эффекта и в виде изменения отметок и уклонов земной поверхности, так как и перемещение подкоровых масс в широком смысле этого термина, и изменение их плотности в том или ином объеме приводят к перемещению некоторого количества масс в тех или других пределах.
Таким образом, процессы, происходящие в подкоровом субстрате под поверхностью Мохоровичича, проявляются, с одной стороны, в форме прогибов и поднятий участков земной коры, а с другой - в виде региональных аномалий силы тяжести. В результате выполненного анализа распределения гравитационного поля и установленных прямых связей тектонических структур зон разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли с активностью новейших деформаций земной коры получает определенное обоснование предположение А.Д. Архангельского (1937), а вслед за ним В.В. Белоусова (1941) и ряда других исследователей, заключающееся в том, “...что земная кора в своих вертикальных движениях следует за сжатием и расширением подкорового вещества...” - сжатием под прогибами и расширением под поднятиями верхней мантии Земли.
Таким образом, отображение структур земной коры в отрицательных аномалиях поля силы тяжести характеризует не что иное, как их связь с зонами расширения и разуплотнения подкорового вещества, происходящего на новейшем этапе тектонической активизации Земли.
Природа связи зон корреляции отрицательных аномалий силы тяжести и максимумов градиента скорости неотектонических движений с нефтегазоносностью недр
Природа связи зон глубинного разуплотнения с высокоградиентными зонами скоростей неотектонических движений не вызывает затруднений, сложнее обосновать связь зон глубинного разуплотнения с нефтегазоносностью. Однако и этих сложностей можно избежать, если иметь в виду отображение зон глубинного разуплотнения с отрицательными аномалиями силы тяжести. Задача сводится к установлению статистической связи нефтегазоносности с отрицательными аномалиями Буге и высокоградиентными зонами скоростей неотектонических движений.
Причинная, генетическая связь нефтегазоносности с зонами глубинного разуплотнения кроется в глубинном, абиогенном происхождении УВ. Зоны разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли являются очагами генерации УВ, а их связь (и соответственно очагов генерации УВ) с высокоградиентными (и соответственно высокодеформированными и высокопроницаемыми) зонами скоростей неотектонических движений обеспечивает связь очагов генерации УВ с зонами их аккумуляции в земной коре нефтегазоносных областей.
Установленная связь независимо от воззрений на генезис УВ имеет планетарный характер. Если рассматриваемые зоны мантийного разуплотнения не принимать за очаги генерации УВ из-за непринятия идей абиогенного происхождения нефти, то даже с позиций органического происхождения УВ зоны разуплотнения и выноса мантийных дифференциатов следует считать благоприятным фактором нефтегазообразования в вышележащих толщах осадочных образований в силу формирования над ними повышенного теплового потока, ускоряющего преобразование ОВ в УВ нефтяного ряда (Учитывая, что абиогенная теория происхождения нефти не принята в официальных геологических кругах, зоны разуплотнения (отрицательные аномалии Буге) и повышенных градиентов скорости неотектонических движений в силу формирования над ними повышенного теплового потока, а также учитывая эффект А.А. Трофимука, Н.В. Чарского, Т.И. Сороко (открытие № 326 - явление преобразования органического вещества осадочных пород под действием тектонических и химических процессов земной коры), следует рассматривать благоприятными (с точки зрения органического происхождения нефти) факторами нефтеобразования в осадочных толщах земной коры.).
Сегодня в попытках примирения двух антагонистических теорий происхождения УВ зарождается новое компромиссное учение о смешанном глубинно-осадочном генезисе УВ [3, 4]. Так, в попытках сближения органической и неорганической концепций генезиса нафтидов К.Н. Кравченко [5] признавал несомненную прямую связь богатейших глубокоднищевых НдБ бассейнов мира с зонами подъема поверхности Мохоровичича, астенолитов аномальной легкой возбужденной мантии. Уровень подошвы коры в важнейших глубокоднищевых НдБ бассейнов мира составляет 20-35 км, поднятым относительно краев и обрамлений НдБ на 10-15 км. Как отмечал К.Н. Кравченко, представление о молодости, преимущественно новейшем возрасте Нд месторождений разделяется сторонниками обеих принципиально различных концепций. Таким образом, решается проблема сближения позиций сторонников органического и неорганического генезиса скоплений Нд [5].
Как видим, причины могут быть разными (в зависимости от принятой теории происхождения УВ), а следствия общие. В рассматриваемом случае важна фактическая статистическая связь, наличие которой установлено автором и которую автор в качестве технического решения хочет обосновать в работе.
Таким образом, зоны разуплотнения подкорового вещества следует считать перспективными на основании представлений о связи с ними очагов генерации УВ. Движения по выравниванию плотностной неоднородности (адвекции) вызывают деформацию литосферы над зонами разуплотнения, обеспечивая проницаемость последней для мантийных дифференциатов, включая УВ. Аккумуляция УВ в ловушках осадочного чехла и фундамента различного типа приводит к формированию зон нефтегазонакопления.
Детальные исследования отображения нефтегазоносности запада Туранской плиты в поле градиента скорости неотектонических движений свидетельствуют о следующем (Тимурзиев А.И., 1988).
Месторождения нефти и газа, группирующиеся в зоны нефтегазонакопления, приурочены к линейным зонам максимумов градиента скорости неотектонических движений. В пределах низких и фоновых значений градиента скорости скопления УВ отсутствуют.
Изменение абсолютной величины градиента амплитуд (скорости) неотектонических движений вкрест простирания Южно-Мангышлакской нефтегазоносной области от складчатого борта (Центрально-Мангышлакские дислокации) до оси прогиба (Жазгурлинская впадина) определяет как стратиграфический уровень локализации залежей и основных запасов УВ (экспоненциальная зависимость), так и фазовый состав и физико-химические свойства УВ скоплений (рис. 5). С ростом градиента скорости неотектонических движений стратиграфический уровень локализации запасов УВ повышается. Имеет место следующий дискретный ряд стратиграфической приуроченности разведанных запасов УВ месторождений в зависимости от градиента скорости неотектонических движений (м/км/млн. лет): PZ,Т (0,24-0,40) => T+J (0,40-0,48) =>J (0,48-0,56)=>J+K (0,56-0,64)=>К (0,64-0,72). При значениях градиента скорости ниже 0,24 (нижний предел нефтегазоносности) и выше 0,72 (верхний предел нефтегазоносности) скопления УВ в пределах осадочного чехла (первый случай) не формируются или являются полностью разрушенными (второй случай).
Изменение фазового состава и физико-химических свойств УВ подчиняется следующей закономерности: область интенсивного новейшего прогибания (Жазгурлинская впадина) характеризуется преимущественным газонакоплением, переходная область (Жетыбай-Узеньская ступень) - преимущественным нефтенакоплением и область максимального новейшего поднятия (Центрально-Мангышлакские дислокации) - битумонакоплением.
По групповому УВ-составу нефти Южно-Мангышлакского прогиба (первая и вторая области) относятся к типу метановых, Тюб-Караганского вала (вторая область) - нафтеноароматических, в пределах Беке-Башкудукского вала и Центрально-Мангышлакских дислокаций (третья область) выделены битумы, асфальты, киры.
Общее утяжеление УВ с увеличением амплитуд и дифференцированности новейших тектонических движений отражает одну из основных закономерностей нефтегазоносности запада Туранской плиты и связано с дегазацией и разрушением залежей УВ в условиях ослабления экранирующих свойств региональных флюидоупоров. Отмеченные связи наблюдаются на фоне распределений скоплений УВ и зон нефтегазонакопления в пределах относительных минимумов силы тяжести.
Выводы
1. Рассмотрена природа связи отрицательных аномалий силы тяжести в редукции Буге и зон разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли с активностью новейших тектонических движений.
2. Показано, что связь отрицательных аномалий (относительных минимумов) силы тяжести в редукции Буге с зонами разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли усиливается (до прямой корреляции) в случае, если они совпадают с зонами высоких градиентов скорости новейших тектонических движений.
3. В силу многовариантности формирования отрицательных аномалий силы тяжести использование градиента скорости неотектонических движений и установленная корреляционная связь позволяют дифференцировать отрицательные аномалии силы тяжести по генетическому признаку и выделять из всего их многообразия те, которые обусловлены разуплотнением земной коры и верхней мантии Земли.
4. Связи отрицательных аномалий силы тяжести и зон разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли с активностью новейших тектонических движений свидетельствуют о молодом возрасте как зон глубинного разуплотнения вещества Земли, так и связанных с ними геофизических полей (отрицательных аномалий силы тяжести в редукции Буге) и изостатических аномалий.
5. Наличие указанных связей позволяет использовать их в практике прогнозирования зон разуплотнения земной коры и верхней мантии Земли.
6. Зоны нефтегазонакопления пространственно связаны с зонами корреляции отрицательных аномалий (относительных минимумов) силы тяжести в редукции Буге и относительных максимумов градиента скорости новейших тектонических движений.
7. Наличие указанных связей позволяет использовать их в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ для прогнозирования зон нефтегазонакопления и единичных скоплений УВ.
8. Генетический характер установленных связей позволяет применять их для прогнозирования, поисков и оценки перспектив крупных территорий (платформенных и складчатых областей), отдельных зон и единичных скоплений для гидротермальных и всех других типов полезных ископаемых, связанных с “газовым дыханием" и флюидодинамической активностью глубинных недр Земли.
В заключение отметим, что установленные связи и предлагаемый способ прогнозирования нефтегазоносности недр обеспечивают повышение эффективности нефтегазопоисковых работ (особенно для слабо изученных территорий) за счет выделения зон нефтегазонакопления и отдельных месторождений нефти и газа на начальной стадии и концентрации сейсморазведочных и буровых работ на перспективных направлениях.
Литература
1. А.с. 221955 СССР. Кл. 42 с, 45 МПК G01c. - 1968.
2. Горюнов Н.А. Строение земной коры по профилю “Батолит” и глубинные прогнозно-поисковые критерии крупных нефтегазоносных зон / Н.А. Горюнов, В.И. Вальчак, В.А. Детков и др. // Проблемы нефтегазоносности Сибирской платформы. Материалы науч.-практ. конф. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2003. - С. 47-49.
3. Дмитриевский А.Н. Современные представления о формировании скоплений углеводородов в зонах разуплотнения верхней части коры / А.Н. Дмитриевский, И.Е. Баланюк, Л.Ш. Донгарян // Геология нефти и газа. - 2002. - №3. - С. 2-8.
4. Дмитриевский А.Н. Серпентиниты океанической коры - источник образования углеводородов / А.Н. Дмитриевский, И.Е. Баланюк, О.Г. Сорохтин, Л.Ш. Донгарян // Геология нефти и газа. - 2003. - №1. - С. 37-41.
5. Кравченко К.Н. Сближение органической и неорганической концепций генезиса нафтидов / Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ. Материалы Международной конф. - М.: ГЕОС, 2002. - С. 376-380.
The article deals with aspects of using gravity field in combination with most recent crustal deformations for oil and gas potential prognosis. New sight at fluiddynamic systems of sedimentary basins, their reflection in geophysical fields and correlation with zones of maximum gradient of neotectonic movement rate are described. Correlation of density characteristics of the Earth’s crust reflected in gravimetric data was long attractive for the geologists with the purpose of revealing the faults of the Earth’s crust and its permeable parts what is very important in searching both ore and oil and gas fields.
It was done an attempt to substantiate that neotectonic movements are the result of deep disconsolidation of the Earth’s matter causing movements and deformations; it is given a quantitative estimation of amplitude and crustal uplifts rate under changing mantle matter volume due to phase transitions.
Рис. 1. СХЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ИЗМЕНЕНИЯ ГРАДИЕНТА СКОРОСТИ НОВЕЙШИХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ В СОПОСТАВЛЕНИИ С РАЙОНИРОВАНИЕМ АНОМАЛЬНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ (Песчаномысско-Ракушечная зона нефтегазонакопления, Южно-Мангышлакский прогиб Туранской плиты)
1 - месторождения нефти и газа (1 - Оймаша, 2 - Северо-Ракушечное, 3 - Жиланды, 4 - Сарсенбай); 2 - площади с установленной промышленной нефтегазоносностью (5- Песчаномысская, 6- Ташкум, 7- Уйлюк); 3-разведочные площади с признаками нефтегазоносности в процессе бурения (8 - Северная Жага, 9- Степная); 4 - площади с отрицательными результатами бурения (10-Жанаорпа, 11 - Жантанат, 12-Жата, 13-Ащисор, 14 - Северный Ташкум, 15-Южное Карагие, 16-Змеиная, 17-Ракушечномысская, 18-Адыр); 5-изолинии градиента скорости неотектонических движений, м/(км • млн лет); 6- границы между гравитационными аномалиями различного знака; 7- отрицательное гравитационное поле; 8- положительное гравитационное поле
Рис. 2. ГРАФИКИ ЗАВИСИМОСТИ АНОМАЛИЙ БУГЕ ОТ ВЫСОТЫ РЕЛЬЕФА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ОРОГЕНИЧЕСКИХ ОБЛАСТЕЙ (по Грачеву А.Ф., 1972)
Области: 1 - эпиплатформенного орогенеза, 2- грабенообразования рифтового типа (материковые), 3 - эпигеосинклинального орогенеза
Рис. 3. ЗАВИСИМОСТЬ РЕГИОНАЛЬНЫХ АНОМАЛИЙ БУГЕ, УСРЕДНЕННЫХ ПО ПЛОЩАДКАМ 3x3°, ОТ СРЕДНЕЙ ВЫСОТЫ РЕЛЬЕФА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ПРОВИНЦИЙ (по Вулларду Дж„ 1969) Н, км
1 - Северные Анды; 2- Аляска; 3- Европа; 4 - Западная Канада; 5-США; 6- Центральная Австралия; 7- Индия; 8 - Восточная Африка
Рис. 4. ЗАВИСИМОСТЬ АНОМАЛИЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ОТ ОСРЕДНЕННОГО РЕЛЬЕФА (для аномалий Буге) (по Грушинскому Н.П., Сажину Н.Б.,1981)
Рис. 5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСОВ УВ (I) И ИЗМЕНЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГРАДИЕНТА АМПЛИТУД (GA) И СКОРОСТИ (GV) НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ (II) ПО АНТИКЛИНАЛЬНЫМ ЛИНИЯМ ВКРЕСТ ПРОСТИРАНИЯ ОТ СКЛАДЧАТОГО БОРТА (А) ДО ОСИ ПРОГИБА (Б)
1 - Беке-Башкудукский вал; антиклинальная линия: 2 - Узеньская, 3 - Жетыбайская, 4 - Тенгинская, 5 - Саукудук-Улькендалинская. В скобках - стратиграфический интервал концентрации основных запасов