11ГЕОДИНАМИКА БАРЕНЦЕВО-КАРСКОГО РЕГИОНА С ПОЗИЦИИ РОТАЦИОННОЙ ТЕКТОНИКИ
Э.Р. Казанкова, Н.В. Корнилова Институт проблем нефти и газа РАН, kazankova@ipng.ru
На основе системных исследований (Э.И. Кутырев, 1997 г.) для Вселенной в целом обосновано 11 уровней организации, из них 8 включают объекты геологии. Первому порядку геологических ритмов отвечает элементарная ячейка структуры минералов, второму - элементарный ритм осадочных, метасоматических, магматических пород, третьему - парагенерация горных пород (например, ритм флиша), четвертому -формационный ритм, пятому - слой коры, шестому - серия блоков, седьмому - оболочка (как ритм геотектонических систем), восьмому - планета на определенном этапе ее развития.
Ротационные процессы известны, как минимум, со времен Древней Греции. Применительно к Земле эти процессы математически обоснованы Л. Эйлером (1707 -1783 г.), упоминаются в работах Дж. Дарвина (1879 г., 1898 г.), А.И. Воейкова (1893 г.), использовались Ф. Тейлором (1910 г.) для объяснения смещения материков от полюсов к экватору, а А. Вегенером (1912 г.) - для объяснения их смещения к западу. Особенности вращения Земли приведены в цикле работ Н.И. Парийского (1945-1955г.), в монографии У. Манка и Г. Макдональда, переведенной в 1962 году. Геологической роли ротационных сил и вихревых структур посвящены работы Ли-Сы-гуана (1928 г., 1952 г., 1958 г.), Р. Зондера (1956 г.), М.В. Стоваса (1951-1975 г.), Г.Н. Каттерфельда (1958 г., 1959 г.), Б.Л. Личкова (1962 г., 1965 г.), ИИ. Чебаненко (1963 г.), О.И. Слензака (1972 г.), П С. Воронова (1968 г., 1993 г., 1997 г.), А.В. Долицкого (1968 г.), Д.И. Гарбара (1987 г.), Я.Г. Каца, В В. Козлова (1990г.), А.И. Полетаева (1990г., 2004-2006г.). А.В. Викулина (20032005 г.), Е.Г. Мирлина (2003-2006 г.) и других талантливых исследователей.
В геологических разрезах пространственные и временные координаты геометрически и физически связаны. Этот феномен постулируется принципом Н. Стенона выше/ниже = позже/раньше, который плодотворно используется в геологии уже более 300 лет. И прошлое и будущее как бы «вморожены» в пространство, занятое геологическими телами. Применительно же к соотношениям возраста и времени можно констатировать, что любому возрасту всегда соответствует время, но не любому времени отвечает возраст, то есть фиксированное состояние объекта.
Фундаментальной основой наших исследований является признание спиралевидно-скручивающих движений масс Земли как единого механизма самоорганизации геологического пространства. В условиях несовпадения поступательного смещения твердых, жидких и газообразных масс Земли с ее вращением возникают разноуровневые и разномасштабные пространственно-временные структуры, представляющие собой вложенные друг в друга сегменты, адекватные ранжированию геологической среды на блоки, соответствующие ее напряженно-деформированному состоянию. В центре спиралевидно-скручивающихся систем, как правило, возникают условия для сжатия, а на краю - для растяжения, сопровождающихся отрывами горных масс. Структуры такого типа наблюдаются повсеместно (Сигачева Н.Н., Шейнкман А.Л., 1995 г.; Малышев Ю.Н., 1996 г., и др.). Спиралевидно-скручивающаяся система напряжений реализуется адекватным этой системе деформированием горных масс и движением флюидов вдоль ослабленных проницаемых зон, возникающих по плоскостям деформаций.
Подавляющее большинство объектов традиционного геологического анализа, строго говоря, являются объектами не классической, а нелинейной геологии - науки о процессах упорядоченности, структурирования, об организационных процессах, дифференциации (Иванюк Г.Ю., Горяинов П.М., Егоров Д.Г., 1996 г.).
В основу наших исследований легли физика неравновесных состояний, демонстрирующая фундаментальную особенность сильно неравновесных систем -способность порождать высокоупорядоченные структуры, и теория динамичных систем, изучающая, каким образом это происходит. По мнению И.Р. Пригожина, « во многих геологических отложениях для целого ряда пространственных масштабов наблюдается занятная регулярность структур», а в мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны и кручения пространства (Шипов Г.И., 1997 г.).
Особенностью анализа напряженно-деформированного состояния среды в полях напряжений является возможность охвата глобальных объектов без особого искажения реального сочетания элементов структур, используя средства анализа изображений и адекватные модели для достоверной информации.
Под полем напряжений в данной работе понимается квазистационарная составляющая суммарного поля сил разной природы, действующих в геологической среде, или, другими словами, пространственно организованная совокупность всех сосредоточенных в данной точке природных механических, физико-химических,
термодинамических и других процессов, обобщенно отражающая динамику всех физических полей и излучений, определяющих динамическую структуру Земли в каждой конкретной точке с некоторой степенью адекватности (Казанкова Э.Р., 1997 г.).
Поля напряжений неотделимы от других физических реальностей и не могут считаться ни внутренними, ни внешними по отношению к любой изолированной системе. Эти поля представляют собой единое фрактальное семейство, повторяющее свою геометрию на различных масштабных уровнях. Векторы поля напряжений, проходя в течение геологической истории по одной и той же трассе, меняют направление, контролируя, соответственно, разновозрастные вещественные комплексы.
Обобщение результатов предшественников дает возможность более глубокого понимания структуры земной коры и причин ее закономерной организации. Морфология зон сдвигов и элементарных сдвигов подобна, независимо от их размеров. На границах разломов устанавливаются ротационные сдвиги, сдвиго-раздвиги, сдвиго-надвиги, надвиги, взбросы и сбросы.
Процессы эволюции горных пород в земной коре и проявления пластических и разрывных деформаций издавна привлекали внимание не только геологов, но и физиков-механиков. В. Гартман (1925 г.) развил общую теорию равновесия среды, подчиняющейся условно пластичности, в том числе разработал неизвестные ранее поля линий скольжения. В.Б. Соколовой (2000 г.) было установлено, что такие формы деформации в конкретной геологической ситуации встречаются весьма часто. Согласно А. Надаи (1969 г.), подобное сочетание разрывных нарушений и кольцевых форм могло образоваться в пластичных условиях вдоль линий расколов и при «проскальзывании» краев блоков под воздействием растягивающих или сжимающих напряжений. Бесспорное сходство результатов экспериментального моделирования с данными картографических образов, регулярность и правильность всех соотношений свидетельствует об организованности, о самоорганизации структур.
Установлена связь и соподчинение пространственно-временных изменений отдельных локальных, региональных и глобальных объектов на территории ВосточноЕвропейской и Сибирской платформ, Западно-Сибирской плиты и в Папуасском бассейне (Папуа - Новая Гвинея). Ранее, в результате детальных исследований на отдельных участках территории Восточно-Европейской платформы, было установлено, что Калужская, Якшуновская, Щелковская и Невская геологические структуры, к которым
приурочены подземные хранилища газа, расположены в условиях сдвиговых деформаций и вертикальных колебаний; Касимовская - в условиях регионального нелинейного сжатия, вертикальных колебаний и сдвиговых деформаций. На Восточно-Перевальной площади (Западная Сибирь) нижнемеловые отложения деформированы за счет смещения нижних слоев свит по отношению к вышележащим, с образованием структуры «скручивания». Фиксируется поворот антиклинальной структуры по кровлям выделенных свит, снизу вверх против часовой стрелки (Щекатуров А.В., 2002 г.; Казанкова Э.Р., Корнилова Н.В., Судо М.Р., 2008 г.). Рассмотренные структурные рисунки повторяются в сходных ситуациях в разных местах. Необходимо признать, что повторяемость структур одного и того же типа в сходных ситуациях, разумеется, не может быть случайной.
Сложность и разнообразие геологического строения Земли определили наличие многочисленных месторождений нефти и газа на суше и в акватории.
Разведка и освоение нефтяных и газовых месторождений в приполярных районах с суровыми природными условиями связаны с решением сложных экономических проблем.
Установлена геодинамическая позиция известных месторождений углеводородов Баренцево-Карского региона (рис. 1).
Проведенные исследования показали перспективность использования метода реконструкции напряжений для понимания причин неравномерного распределения нефти, а также для прогнозирования залежей нефти и газа в комплексе с традиционными методами.
Интерпретация геолого-геофизических материалов с учетом установленных закономерностей формирования и развития геологических структур в полях напряжений может быть базой, а также очередным этапом цикла работ, направленных на поиск, разведку и разработку нефтяных и газовых месторождений. С новых позиций, по нашему мнению, могут быть оценены и перспективы нефтегазоносности Арктики. В частности, особый интерес могут представлять тектонические ловушки структур, которые на отдельных участках, возможно, перекрыты надвигами.
1 — территория характеризующаяся:
Условные обозначения:
условной геодинамической стабильности,
о4
а) преобладанием напряжений растяжения и сдвиго-сбросовыми деформациями, б) преобладанием напряжений сжатия и сдвиго-взбросовыми деформациями; 2 — территория геодинамической неустойчивости, характеризующаяся сменой растяжения и сжатия, и сменой деформаций сдвиго-сбросового и сдвиго-взбросового характера; 3 - территория повышенной геодинамической неустойчивости, характеризующаяся не только сменой напряжений сжатия и растяжения и деформаций сдвиго-сбросового и сдвиго-взбросового характера, но и проявлением напряжений, сопровождающихся деформациями ротационно-сдвигового характера; 4 — области преимущественного проявления скручивающих напряжений, сопровождающихся ротационно-сдвиговыми деформациями; 5— участки повышенного геодинамического риска, обусловленного короткопериодными проявлениями колебаний земной коры; 6 — месторождения углеводородов: 1) Мурманское, 2) С. Кильдинское, 3) Штокмановское, 4) Лудловское, 5) Песчаноозерское, 6) Поморское, 7) З. Гуляевское, 8) Приразломное, 9) Ленинградское, 10) Русановское.
Рис.1. Геодинамическая карта Баренцево-Карского региона. Составлена на основе анализа нелинейных геодинамических процессов, происходящих в коре и мантии региона, и установления механизма их функционирования (авторы: Казанкова Э.Р., Корнилова Н.В., Сигачева Н.Н.). Масштаб 1: 10 000 000
