К оглавлению

© С.В. Ивашко, 2004

АНАЛИЗ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

С.В. Ивашко (ВНИГНИ)

Для познания природы формирования крупнейшего мезозойского нефтегазоносного бассейна Западной Сибири, залегающего на гетерогенном складчатом основании и развивавшегося после триасового рифтогенеза, значительный интерес представляют анализ тектонических деформаций и прогноз тектонических нарушений в этом регионе.

Изучение структурно-тектонических особенностей рельефа поверхности доюрского фундамента, на котором формировался осадочный нефтегазоносный комплекс, представляет важный этап в исследованиях Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции [2, 3, 4].

Для получения дополнительной информации, познания строения и генезиса доюрской поверхности Западной Сибири, раскрытия механизма образования поверхности и ее трансформант (в частности, прогноза тектонических нарушений) при компьютерном моделировании автор данной статьи использовал ряд математических процедур (Ивашко С.В., 2001; 2002; 2003), а также построение карт компонент градиентов и модуля градиента.

Рельеф доюрской поверхности Западной Сибири, исходя из структурной схемы В.С. Суркова и О.Г. Жеро [4], изменяется от 0 до 10 км, поверхность сильно расчленена, а точность структурных построений в разных районах различна. В большинстве случаев расчлененность рельефа Западной Сибири обусловлена унаследованными движениями структурно-формационных зон фундамента.

Почти повсеместное прослеживание сейсмической границы Ф [4] в комплексе с данными глубокого бурения может служить объективным материалом для структурных региональных построений и применения математических приемов извлечения дополнительной информации. Поэтому в качестве исходного материала для применения методик тренд-анализа и градиентного анализа выбрана структурная схема доюрской поверхности по данным В.С. Суркова и др. [4].

При изучении структурных поверхностей методика тренд-анализа состоит в следующем. Исходная поверхность, заданная в виде карты изогипс, аппроксимируется полиномами высоких степеней (3-й, 4-й и выше). Для этого с исходной карты по сети точек снимаются значения аппликат поверхности, которые программно пересчитываются в значения по равномерной сети, а затем по ним строится вариант пликативной модели структурной поверхности (рис. 1) в виде топографической поверхности, аппроксимированной полиномом заданной степени. Строится несколько пликативных моделей. Карта, наиболее соответствующая исходным материалам (исходной карте), принимается за основную модель. Из нее вычитаются пликативные модели поверхностей, построенные по полиномам низших степеней (региональные составляющие), в результате чего получают карты остаточных аномалий, которые несут дополнительную информацию о тектоническом рельефе, заключенную в исходной карте, не проявляющуюся или слабо проявляющуюся визуально. Кроме построения карт остаточных аномалий по аппроксимированной поверхности, могут выполняться и другие трансформации.

Например, для изучения деформаций фундамента можно строить карты компонент градиента  и модуля градиента. Результативным картографическим моделям даются геологическая интерпретация и истолкование аномалий во взаимосвязи с геологическими причинами или объектами.

Пликативные модели доюрской поверхности Западной Сибири использовались для изучения деформаций фундамента, т.е. доюрской поверхности. Модели строились в виде полиномов 2, 3 и 4-й степеней, а затем производились построения ее трансформант, в том числе компонент градиентаи модуля градиента а также карты остаточных аномалий структурной поверхности фундамента.

Как известно [1], формализованное картографическое изображение по своей сути приспособлено для математического анализа. Каждой точке карты с координатами Х и Y на карте соответствует только одно значение Z, что позволяет рассматривать данное изображение как функцию Z = F(X,Y). Многие изображения, построенные в виде карт, реально связаны между собой функциональными или статистическими зависимостями. Эти зависимости сложны, многообразны и не всегда достаточно изучены, но тем не менее для их анализа удается применять формальный математический аппарат, аппроксимируя сложные и неизвестные функции более простыми и известными.

Итак, при анализе рельефа доюрской поверхности Западной Сибири со схемы, построенной коллективом авторов под редакцией В.С. Суркова [4], аппликаты значений поверхности снимались по равномерной сети точек. Затем значения в точках пересчитывались (с использованием программного пакета Surfer) в пликативную модель, аппроксимированную полиномом 4-й степени. Полученная модель (см. рис. 1) наиболее полно соответствует структурной схеме В.С. Суркова и др. [4]. Заметим, что если построенная математическая модель неадекватна исходной модели, тогда необходимо сгустить сетку контрольных точек и выполнить построения заново. В данном случае этого не потребовалось, так как густота точек была достаточно плотной.

Как видно на рис. 1, аномалии структурного поля доюрской поверхности (в большинстве случаев) ориентированы в северо-западном и субмеридиональном направлениях. При этом в северной части и на востоке исследуемой территории структурное поле осложнено протяженными зонами (флексурами), которые, по-видимому, соответствуют наиболее выраженным в рельефе фундамента тектоническим нарушениям.

Кроме аппроксимации полиномом 4-й степени, рельеф доюрской поверхности Западной Сибири аппроксимировался и полиномом 1-й степени. Полученная структурная модель принималась за карту регионального фона и вычиталась из исходной модели, заданной полиномом 4-й степени. В результате такого приема построена карта остаточных аномалий доюрской поверхности (рис. 2), где отрицательные остаточные аномалии отображают наиболее прогнутый тектонический рельеф на доюрском основании, который способствовал формированию раннеюрских бассейнов осадконакопления. На этой карте аномалии ориентированы в северо-восточном либо в северо-западном направлении. Границы аномалий (вдоль нулевых изогипс) довольно прямолинейные и характеризуются резкими изломами при смене ориентировки прослеживания. В южной и западной частях площади исследований аномалийность остаточного поля мелкая, ячеистая. На остальной территории остаточные аномалии протяженные и сгруппированы в системы линейных зон. В северной части территории интенсивность аномалий резко возрастает.

Система прямолинейных отрезков нулевых значений на карте остаточных аномалий структурного поля, вероятно, обусловлена тектоническими нарушениями в доюрских тектонических комплексах. На пересечениях этих нарушений, по-видимому, развивались зоны дробления и трещиноватости, а также формировались впадины юрских бассейнов осадконакопления. Диагональная система нарушений (по Ю.В. Филипповичу) увязывается с горизонтальными сдвигами в Западной Сибири и отображается в гидрографической системе, а также отчетливо фиксируется на аэро- и космофотоснимках [5].

Кроме диагонально ориентированных остаточных аномалий, на рис. 2 прослеживается и субмеридиональное направление протяженных отрицательных аномалий, иногда кулисообразно смещенных относительно друг друга и разветвляющихся в северной части площади исследований. На наш взгляд, субмеридиональное направление аномалий на востоке исследуемой площади, также ограниченных тектоническими нарушениями, могут отображать рифтовые триасовые системы, проявляющиеся в структурном плане доюрской поверхности. Сопоставление отрицательных аномалий с рифтами и полем силы тяжести по данным В.С. Суркова [3] дало хорошее их схождение, что и позволило выполнить интерпретацию поля остаточных аномалий (см. рис. 2).

Кроме методики тренд-анализа в пределах Западной Сибири был применен градиентный анализ по алгоритму, составленному Д.Г. Ивашко. При этом были использованы следующие теоретические предпосылки: пусть функция f(x, у) задана матрицей значений F на сетке с шагамипо осям х и у соответственно.

В непрерывной математике градиент функции f(x, у) определяется как вектор с координатами. Модуль (длина) произвольного вектора (X, Y) вычисляется по формуле

Тогда модуль градиента будет равным

Возвращаясь к дискретно заданной функции f(x, у), построим сначала матрицы изменений функции f(x, у) сначала вдоль оси х, а затем у:

Тогда модуль градиента можно приближенно посчитать по формуле

Вычисленные значенияпослужили основой для построения трех результативных карт, характеризующих прогнозируемую региональную тектоническую трещиноватость и являющихся производными картами структурной поверхности. Для исследуемого региона построены карты компонентградиента (рис. 3).

На карте компонентыградиента более четко проявляются субмеридиональные тектонические направления, компоненты- широтные тектонические направления. Это свидетельствует о том, что такие направления тектонических разломов в пределах Западной Сибири, видимо, имеют место. Карта модуля градиентаиллюстрирует аномалийное поле модуля градиента(рис. 4). Она позволяет выделить предполагаемые основные зоны дизъюнктивных деформаций доюрской поверхности Западной Сибири. Эти зоны характеризуют вероятную расчлененность тектонического рельефа и могут в какой-то мере отражать не только современное, но и прошлое состояние рельефа.

На основании анализа двух карт компоненти градиента построена схема прогнозных тектонических деформаций доюрской поверхности Западной Сибири (рис. 5), на которой показаны тектонические нарушения, выделенные на картах компонент градиента. Некоторые нарушения совпадают с флексурами, показанными на рис. 1, остальные (их намного больше) выделяются только на картах компонент градиента. Система выделенных нарушений на этих картах (см. рис. 5) подтверждает ориентацию нарушений, протрассированных на карте остаточных аномалий (см. рис. 2), и также отображает диагональную составляющую планетарной (регматической) сети разрывных нарушений [5].

Рис. 4 наиболее информативный и иллюстрирует аномалийное поле модуля градиентадоюрской структурной поверхности Западной Сибири. Следует отметить, что предполагаемые тектонические нарушения значительной амплитуды трассировались по апикальным участкам аномалий модуля градиента. Обращает на себя внимание тот факт, что интенсивные аномалии модуля градиента выделяются в центральной и северной частях исследованной территории, где они совпадают в плане с гравитационными и магнитными аномалиями. Это, по-видимому, подчеркивает проявление рифтов в основании юрской осадочной толщи, довольно рельефно выделяющихся по поверхности триаса. Но вместе с тем аномалии модуля градиента значительной интенсивности фиксируются и в восточной (приенисейской) части региона вдоль сочленения Западно-Сибирирской плиты с Восточно-Сибирской платформой, а также на юго-западном участке площади исследований - в области Тургайского прогиба. По-видимому, эти интенсивные аномалии фиксируют значительную блокировку палеозойских пород, отображающуюся по подошве юрских отложений. На некоторых участках протяженные тектонические нарушения, выделенные по карте модуля градиента, повторяют контуры границы распространения мезо-кайнозойского платформенного чехла юрско-мелового бассейна, иногда с некоторым смещением. На остальной территории поле модуля градиента доюрской поверхности характеризуется малой интенсивностью.

Как видно из рис. 2, 4, 5, прогнозируемые тектонические деформации (нарушения) доюрской поверхности могут служить дополнительной геологической информацией. В этой связи, по-видимому, имеет смысл провести в данном регионе детальный анализ нарушений, трещиноватости, зон преимущественного опускания и инверсии движений, а также зон рифтогенеза и по другим структурным поверхностям в осадочном чехле с использованием тренд-анализа и градиентного анализа.

Таким образом, обработка исходного картографического материала доюрской поверхности в виде тренд-анализа и градиентного анализа позволяет высказать соображение, что система выделяемых мелких тектонических нарушений образует диагональную сеть, совпадающую с планетарной (регматической) системой нарушений [5]. Наиболее интенсивные аномалии остаточного поля (см. рис. 2) и модуля градиента (см. рис. 4) доюрской поверхности подчеркивают системы позднетриасовых рифтов в регионе.

Интенсивность аномалий в трансформациях кровли доюрского основания не оставляет сомнения в том, что локальные доюрские бассейны образованы значительными тектоническими сбросами. Направления рифтовых зон по данным настоящих исследований совпадают с данными предыдущих исследований, но несколько уточняют их трассировку и расположение отдельных элементов. Локальные аномалии потенциальных полей совпадают с выделяющимися рифтовыми зонами. Условия создания рифтовых зон были наиболее благоприятны для формирования коллекторов в основании и на склонах прогибов впадин.

Полученные дополнительные данные могут быть учтены при плитотектоническом районировании, в частности многие региональные разломы, ограничивающие позднепермско-триасовые рифты, микроконтиненты, рифей-палеозойские пассивные палеоокраины, орогены столкновения плит и др. Предлагаемые материалы могут быть использованы и при детальных геологических исследованиях, а также нефтегазопоисковых работах в данном регионе. Сам анализ тектонических нарушений на базе компьютерного моделирования можно реализовать также на локальных площадях и месторождениях, используя не только структурные построения изучаемой поверхности, но и выполняя ее моделирование на ЭВМ по данным сейсморазведки и бурения.

Литература

1. Берлянт А.М. Образ пространства: карта и информация. - М.: Мысль, 1986.

2. Конторович А.Э. Геология нефти и газа Западно-Сибирской платформы / А.Э. Конторович, И.И. Нестеров, Ф.К. Салманов, В.С. Сурков и др. - М.: Недра, 1975.

3. Мегакомплексы и глубинная структура земной коры Западно-Сибирской плиты / Под ред. В.С. Суркова. - М.: Недра, 1986.

4. Сурков В.С. Фундамент и развитие платформенного чехла Западно-Сибирской плиты / В.С. Сурков, О.Г. Жеро. - М.: Недра, 1981.

5. Филиппович Ю.В. Новая концепция тектонического строения фундамента и осадочного чехла Западно-Сибирской плиты // Геология нефти и газа. - 2001. - № 5. - С. 51-62.

Abstract

Trend analysis of West Siberian pre-Jurassic surface map data lets to make the assumption that small tectonic breaches form the diagonal net which corresponds to the global breaches net. The most intensive anomalies of residual structures point to the systems of late Triassic rifts. The anomaly intensity of the pre-Jurassic basement provides a prove that pre-Jurassic basins were formed by the large tectonic faults. Tectonic breaches analysis on the base of computer modelling can be used both in the region and local areas.

Рис. 1. ПЛИКАТИВНАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА ДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ГЕОСИНКЛИНАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (при моделировании на ЭВМ использованы материалы В.С. Суркова и О. Г.Жеро)

1 - изолинии рельефа поверхности геосинклинальных комплексов, км; 2 - граница распространения мезо-кайнозойского платформенного чехла (юрско-мелового бассейна); 3- береговая линия; 4 - флексуры, связанные с интенсивными тектоническими нарушениями

Рис. 2. КАРТА ОСТАТОЧНЫХ АНОМАЛИЙ ДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (результат вычитания от поверхностей 4-го порядка 1-го порядка) И ЕЕ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

1 - отрицательные аномалии структурной поверхности плиты; 2-система тектонических нарушений: а - разнонаправленных, б - образующих рифты; остальные уел. обозначения см. на рис. 1

Рис. 3. КАРТЫ КОМПОНЕНТ(А ) И (Б ) ГРАДИЕНТОВ ДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

1 - изолинии компонентыградиента; 2- различная интенсивность компоненты; 3 - изолинии компонентыградиента; 4 - различная интенсивность компоненты; остальные уел. обозначения см. на рис. 1.

Рис. 4. КАРТА МОДУЛЯ ГРАДИЕНТАДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И АНАЛИЗ ПОЛЯ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

1 - изолинии модуля градиента; 2 - различная интенсивность модуля градиента; 3 - предполагаемые тектонические нарушения значительной амплитуды; остальные уел. обозначения см. на рис. 1

Рис. 5. СХЕМА ПРОГНОЗНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ДОЮРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (при построении использованы данные карт компонентградиента)

Тектонические нарушения, выделенные по карте компоненты(1) и(2) градиента; остальные уел. обозначения см. на рис. 1