CC BY
43
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«наука. инновации. технологии», № 1, 2018
удк 551.24 Харченко В.М. [Harchenko V.M.],
Колядова Г.В. [Kolyadova G.V.], Галай Б.Ф. [Galaj B.F.], Бейтуганова М.А. [Beytuganova M.A.]
геотектоника и геодинамика структур растяжения континентов и океанов,
связь с рудонефтегазоносностью и сейсмичностью
Geotectonics and geodynamics of structures of the stretching of continents and oceans, communications with rudo petroleum potential and seismicity
В данной статье рассматривается механизм образования структур растяжения, показывается их связь с нефтегазоносностью на примерах построения геолого-тектонических моделей с позиций концепции природы структур центрального типа, определяются основные самые эффективные методики выявления структур растяжения. Интерпретация структур растяжения с позиций концепции структур центрального типа, позволяет выделять наиболее перспективные площади не только в плане рудонефтегазоносности, но и в плане сейсмичности, что имеет очевидное практическое значение. Для оценки представлений о структурах растяжения собран фактический материал: данные по структурам растяжения различного ранга на территории Восточного и Западного Предкавказья, а также Красного моря. Обработаны данные дешифрирования космических снимков геолого-геофизических и геохимических материалов, построены геолого-тектонические модели структур растяжения различного ранга.
This article discusses the mechanism of formation of structures of tension, showing their connection with petroleum potential in the examples of construction of Geology-tectonic models using the concept of the nature of the structures of the Central type are identified the most effective methods of identification of structures of tension. Interpretation of structures stretching from the standpoint of the concept structures of the central type, allows to select the most promising areas not only in terms of rudo-petroleum potential, but also in terms of seismicity, which is of obvious practical importance. To assess the concepts about the structures of the stretching assembled factual material: data structures of stretching of various ranks in the Eastern and Western Ciscaucasia, and the Red Sea. Data of interpretation of space images of geological, geophysical and geochemical materials was processed, and geological-tectonic models of tensile structures of different rank were constructed.
Ключевые слова: структура растяжения, структура центрального типа, аэро- и космофотоснимки, топографическая карта, рисунок гидросети.
Key words: the structure of the stretching, the structure of the central type, aero - and space photos, topographic map, the pattern of hydrological network.
Введение
Структуры растяжения являются по существу осадочными нефтегазоносными бассейнами различного ранга, с которыми связаны все нефтегазоносные территории; провинции, области и районы. Кроме того, в совре-
менном понимании механизма их образования - они являются своеобразными сейсмодислокациями, которые свидетельствуют о бывших, современных и, вероятно, будущих землетрясениях, поэтому их изучение приобретает особую актуальность и имеет важное не только научное, но и практическое значение. Как известно, что, как правило, уникальные и гигантские месторождения нефти и газа приурочиваются к структурам растяжения высокого ранга: структуры растяжения Красного моря, Аденского и Персидского заливов, Прикаспийская и Южнокаспийская впадины, впадина Мексиканского залива и др.
Материалы и методы исследования
Структуры растяжения по механизму своего образования являются по существу базовой ступенью в разработке теории образования и развития нефтегазоносных бассейнов, а рассматривая их как разновидность структур центрального типа можно также считать их базой для теории поисков и образования глубинной нефти.
Структуры растяжения являются не только объектом для поисков залежей нефти и газа, но и представляются как сейсмодислокации, свидетельствующие о высокобалльных землетрясениях.
Методологическая база исследования: Дистанционные методы выявления структур центрального типа (СЦТ), метод подобия и аналогии, структурно-геоморфологический метод выявления современных структур растяжения (СР), палео-структурно-геоморфологический метод выявления древних СР, структурно-метрический метод построения геолого-тектонических моделей на базе концепции СЦТ, метод интерпретации СЦТ с целью выявления нефтегазоносности и сейсмичности территорий. Базовым методом решения любых геологических задач является аксиоматический метод основанный на приоритете вертикальных колебательных движениях в природе в целом и в земной коре в частности.
Результаты исследований и их обсуждение
Методика выявления структур растяжения.
Самым надежным и простым методом выявления СЦТ является контрастно-аналоговый, посредством выделения очевидных дуговых и кольцевых изображений на аэро- и космофотоснимках (АКФС) различного масштаба, с последующим выделением с помощью циркуля их центров и полных контуров. Кроме того, иногда центры СЦТ можно выделять по точке пересечения нескольких радиальных линеаментов. Вторым, не менее надежным методом является ландшафтно-индикационный в комплексе с анализом геолого-геофизических и геохимических данных. Для выявления СЦТ по косвенным признакам используются рисунки современной гидросети, которые являются очень чувствительным индикатором современных вертикальных движений земной коры (рис. 1).
v ¿с
'Ш
ш
Характерный рисунок гидросети для морфоструктур:
1 - купольных простых; 2 - купольных с контурным рвом подножья; 3 - купольных с дифференцированным центром; 4 - купольных с дифференцированной поверхностью; 5 - купольно-кольцевых с сильно поднятым центром; 6 - простых кольцевых;
7 - кольцевых, осложненных секущим разломом и дочерними купольными формами;
8 - сложных кольцевых; 9 - радиально-концентрический каркас разрядки напряжений.
Рис. 1. Распределение гидросети в пределах морфоструктур цен-
трального типа (по Соловьеву В.В., 1978).
Особо выделяются три рисунка гидросети; центробежный рисунок, который отражает положительные движения, центростремительный - отрицательные нисходящие движения и комплексный центробежно-центростреми-тельный - локальные опускания земной поверхности на фоне общего сводового поднятия (рис. 2). Из ландшафтных индикаторов впервые использованы линзы пресных и солоноватых вод в Калмыкии и высокодебитные родники тектоногенного происхождения в Ставропольском крае, которые, как правило, расположены концентрически относительно единого центра, приурачива-ясь к концентрическим тектоническим нарушениям различного ранга.
СЦТ подразделяется в соответствии с возрастом тектонических движений на современные, неотектонические и древние, которые соответственно определяются различными методами: геодезическими, геолого-геоморфологическими и методом мощностей и фаций.
& й8
с* *
1 - центробежный; 2 - центростремительный; 3 - центробежно центростремительный; 4 - диагонально-сетчатый; 5 - субпараллельный; 6 - дендритовидный; 7 - перистый; 8 - перисто-древовидный; 9 - кольцевой-центробежный.
Рис. 2. Рисунки гидросети, отражающие структурные формы в
земной коре [по Харченко В.М.].
В природе выделяются на АКФС и топокартах следующие рисунки гидросети, отражающие основные структурные формы в земной коре:
1. Центробежный рисунок гидросети отражает в Земной коре положительные или антиклинальные, куполовидные структуры, которые являются результатом вертикальных движений (рис. 2-1).
2. Центростремительный рисунок гидросети отражает в Земной коре наоборот синклинальные отрицательные бра-хиструктуры, как результат нисходящих вертикальных движений (рис 2-2).
3. Центоробежно-центростремительный, комбинированный рисунок гидросети отражает в Земной коре сводовые, куполовидные поднятия с депрессиями или опусканиями в нейтральной части сводового поднятия, как результат горизонтального растяжения слоев верхней части осадочного чехла
(рис. 2-3). Как правило, в результате растяжения образуются отрицательные структуры типа грабенов, размеры которых могут быть самые различные в зависимости от масштаба сводового поднятия. Примером является рифты в зоне спрединга океанов, Африкано-Аравийские рифты, Рейнский и Байкальский рифты на континентах. Последние, как известно, связаны со сводными поднятиями астеносферно-го слоя Земли. Миниатюрные микрограбены можно получить, как известно, в зоне растяжения при поперечном изгибе слоистой среды.
4. Диагонально-сетчатый рисунок гидросети отражает в земной коре, как правило, распространение трещиноватости в направлениях характерных для слабодислоцированных преимущественно горизонтальных слоистых толщ (рис. 2-4).
5. Субпараллельный рисунок отражает моноклинальное залегание слоев земной коры в местах флексурообразных перегибов или на крыльях крупных сводных поднятий (рис. 2-5).
6. Дендритовидный рисунок гидросети свидетельствует в основном о разнонаправленных тектонических нарушениях разного порядка. В целом этот рисунок гидросети отражает погребенные брахиструктуры различного размера (рис. 2-6).
7. Перистый рисунок гидросети отражает погребенные под осадочным чехлом линейные структуры древнего фундамента, преимущественно их осевые поверхности (рис. 2-7).
8. Перисто-древовидный рисунок гидросети вероятней всего отражает линейные структур на фоне общего воздымания или сводового поднятия (рис. 2-8).
9. Кольцевой-центробежный рисунок отражает в земной коре вероятно куполовидное поднятие с относительно большой скоростью вертикальных движений. Ярким примером может служить морфоструктура г. Лысой в районе Кавмин-водского выступа (рис. 2-9).
После анализа ряда структур центрального типа по рисункам гидросети производится выявление радиусов дуг-концентров наиболее перспективной СЦТ по различным признакам: фототону, дуговым элементам, гидросети, уступам в рельефе, поверхностям выравнивания на различных гипсометрических уровнях.
Косвенным признаком кольцевых тектонических нарушений могут служить точки перегибов продольного профиля рек, расположенных ради-ально относительно центра СЦТ, к которым приурочиваются высокодебит-ные родники на Северном Кавказе и в Предкавказье. В результате составля-
ется таблица радиусов по размеру в метрах, которые выделяются по степени достоверности в процентах.
Заключительным этапом этой работы является интерпретация СЦТ на базе модели очага землетрясения с выделением зон сжатий и разряжений (растяжений), узловых точек (геосолитонов), а также конкретное построение геолого-тектонической или флюидодинамической модели (разреза) по данным радиусов - концентров равным глубинам до геолого-геофизических не-однородностей согласно закону скалывающих напряжений и постулату М.В. Гзовского о распределении нормальных и максимальных касательных напряжений [7] тектонического блока, в худшем случае приводится сводная лито-лого-стратиграфическая колонка для исследуемой территории по литературным данным.
Геологический разрез по данным дешифрирования топокарт и АКФС строится на глубину «максимального» радиуса, где вероятен энергогенериру-ющий центр обусловивший образование СЦТ.
На основе анализа известной литолого-стратиграфической колонки и выделенных по радиусам геолого-геофизических неоднородностей выделяются: предполагаемые коллекторы и покрышки в теоретическом разрезе и определяют основной энергогенерирующий центр СЦТ, связанный с основной залежью УГВ или с вулканоплутоническим центром. Последние, согласно закона Архимеда создают поля напряжений: силы всплывания направлены вверх (нормальное напряжение) и под углом 45° (максимальные касательные напряжения).
Построенные литолого-стратиграфическая колонка и теоретическая геолого-тектоническая модель сопровождаются легендой, т.е. общепринятыми в геологии условными обозначениями, где в первую очередь выносятся данные по стратиграфии, тектонике, литологии.
Кроме построенной геолого-тектонической модели и схемы дешифрирования конкретной площади, где показаны на топокарте гидросеть, поверхности выравнивания, уступы, террасы и т.д., подтверждающие объективность дуг-концентров и линеаментов, составляется короткая пояснительная записка, где должны быть следующие сведения:
- о географической и тектонической привязке объекта исследования;
- краткие сведения о геологическом разрезе, о структурно-тектонических этажах, о геохимических и геофизических аномалиях и нефтегазоносности района;
- методика и результаты работы на конкретном объекте (по каким признакам выявлены дуги-концентры, в целом СЦТ какой рисунок гидросети, какая структура);
- породы-коллекторы, породы-покрышки, стратиграфическая привязка.
выводы и рекомендации по геофизическим исследованиям и бурению поисковых скважин.
Механизм образования структур растяжения с позиции
приоритета вертикальных тектонических движений и проявления флюидоди-намических процессов.
По новым представлениям, основанным на использовании концепции структур центрального типа (СЦТ), структуры растяжения (СР) в форме модели «разбитой тарелки» представляются как результат повторяющейся импульсной разрядки тектонических напряжений в земной коре и мантии, сопровождающихся землетрясениями, сменой направлений и интенсивности вертикальных тектонических движений, внедрением флюидов по зонам тектонической трещинноватости, развивающейся под действием тектонической напряженности (согласно закону скалывающих напряжений - субвертикально и под углом 450) (рис. 3). В этой флюидодинамической системе ведущее значение имеют процессы декомпрессии, гидродинамического расклинивания, полной или частичной ассимиляцией вмещающих толщ континентальной коры. В земной коре с этими процессами связываются рудо нефтегазооб-разование, солеобразование и заполнение коллекторов углеводородами (УВ). Кроме того все СР по своей природе являются следами высокобалльных древних, новейших и современных землетрясений. СР, как и все СЦТ интерпретируются с выделением геодинамических центров, зон сжатия и растяжения, участков их интерференции (наложения), узловых точек или зон субвертикальной деструкции. Последние в пределах зон растяжения являются наиболее перспективными на предмет рудонефтегазообразования, в зонах сжатия -на предмет высокой сейсмичности и рудообразования.
очаг землетрясения тектонические напряжения
горизонтальные растяжения зоны тектонических нарушений
Рис. 3.
Механизм образования структур растяжения.
1 - возраст пород;
2 - глинистые породы;
3 - известняки;
4 - глинистые известняки;
5 - эффузивно-осадочные породы;
6 - конгломераты;
7 - граниты;
8 - породы основного состава;
9 - тектоническое нарушение (грабен);
10 - распределение полей напряжения.
Рис. 4. Теоретическая геолого-тектоническая модель Цимлянской
структуры растяжения [по Харченко В.М., 2005].
Примерами геолого-тектонических моделей приводится целый ряд структур растяжения: начиная с известного провала на г. Машук на территории Кавминвод, Сенгилеевское озеро в окрестностях г.Ставрополя, озеро Ма-ныч-Гудило, Цимлянское водохранилище в Ростовской области (рис. 4), Прикаспийская впадина, СР Карского моря, СР Северо-Западного Кавказа и, наконец СР Красного моря и Аденского залива (рис. 5). Последняя, как известно, с позиций современной тектоники плит представляет собой современную зону спрединга, т.е. раздвигание Африканской и Аравийской тектонических плит на границе с северо-западной части Индийского океана, приуроченная к Красному морю и Аденскому и Персидскому заливам. Эта территория, как известно, знаменита уникальными запасами нефти и газа и выделяется в особую нефтегазоносную провинцию.
По нашему мнению отдельные части зон спрединга, в местах пересечения трансформных разломов, представляют собой типичные структуры рас-
Флюиды (смеь магматических расплавов и парогазовой системы)
Магма
Соль
Пароды фундамента Зоны сбросов
Направления действия тектонических напряжений Скважины
Геолого-геофизические разделы Возраст горных пород
Рис. 5. Геолого-тектоническая и флюидодинамическая модель
Красноморско-Аденской рифтовой системы.
тяжения, которые рассматриваются как флюидодинамические системы, где впервые приводятся в комплексе основополагающие процессы: декомпрессии, гидравлического расклинивания, частичной или полной ассимиляции или переработки флюидами вмещающих пород фундамента и осадочного чехла континентальной коры в зоне спрединга. Согласно этой модели, из выявленного сводового поднятия и геодинамического центра в зоне пересекающихся тектонических нарушений глобального плана, происходит естественное движение флюидов вверх по спирали строго по двум направлениям: вертикально вверх и под углом 45°, согласно закону скалывающих напряжений. В земной коре континентов, где давление глубинных флюидов в зонах декомпрессии на много превышает гидростатическое давление, проявляются процессы гидравлического расклинивания, частично или полностью ассимиляция вмещающих пород фундамента и осадочного чехла континентальной коры, формирование соленосных толщ и заполнение различных коллекторов в
+ +
Л1
Т I
-I- -I-
и а
Рис. 6. Схематический разрез г. Машук
[по данным В.Л. Августинского, 1968].
1 - осадочные морские отложения: ^у - титонский ярус, К„ - валанжин, K1gt - готерив, К1Ьг - баррем, K1apt - апт, К1аЬ - альб, К2 sn-snt - сеноман-сантон, К2 ктр - кампан, К2 mst+d - маастрих, даний, Р1 - палеоцен, Р2 - эоцен, Р3 - олигоцен, 2 - травертины, 3 - бештауниты, 4 - протерозойско-палеозойский фундамент, 5 - разломы.
том числе и трещинноватых. В поверхностных условиях, в зонах восходящих флюидов, параллельно происходит образование травертинов - залежей солей из пересыщенных соленосных растворов, входящих в состав флюидов, которые представляют собой смесь магматических расплавов основного и ультраосновного состава с температурой не менее 1000 градусов на выходе, парогазовых составляющих и т.д. Наглядно процесс образования показан на примере структуры растяжения на г. Машук, район знаменитого «Провала» (рис.6), где после вероятного сильного землетрясения, в зоне тектонического разлома с восходящими горячими растворами в современный период образуются карбонатные и сульфатные травертины с выделением сероводородных газов. Глубинные флюиды являются как правило носителями рудных веществ и углеводородов, но и различных солей, которые являются надежными покрышками при формировании залежей УВ. Таким образом осуществляется естественный глубинный процесс не только образования СР, но и формирования залежей рудных и приразломных залежей в структурах растяжения.
Рис. 7. Принципиальная схема Маныч-Гудиловского рифта (струк-
туры растяжения регионального плана) по В.М. Харченко.
Механизм образования структур растяжения трактуется как результат импульсных вертикальных тектонических движений с образованием сбросов и грабенов в центральной части СР, отмечается резкая смена вертикальных движений с формированием в центральной части провала-понижения, заполненного как правило поверхностными и глубинными водами. Яркий пример СР - провал на г. Машук, озеро Тамбукан на КавМинводах, Сенгилеевская котловина вы окрестностях г. Ставрополя, озеро Маныч-Гудило, Прикаспийская впадина и др. (рис. 7).
Выводы
Структуры растяжения по своей природе, как и структуры центрального типа являются следами древних, новейших и современных высоко балльных землетрясений или сейсмодислокациями, имеющими большое значение при сейсмическом микрорайонировании территорий.
Структуры растяжения - это результат импульсной разрядки тектонических напряжений в земной коре и мантии, сопровождающихся высоко балльными землетрясениями и внедрениями флюдов по зонам тектонической трещеноватости, развивающихся согласно тектоническим напряжениям.
Эффективный метод выделения структур растяжения - по характерному центро-центростремительному рисунку гидросети, выделяемой достоверно по космическим снимкам и топокартам различного масштаба.
Основным объектом исследования, как в локальном так и региональном плане исследована являются геолого-тектонические модели структур растяжений различного ранга: миниатюрная структура растяжения - Провал на горе Машук (Кавминводы); Маныч-Гудиловская; Цимлянская; Прикаспийская; структура растяжения Карского моря; структуры растяжения Красного моря и Аденского залива. Последняя представляет собой современную зону спрединга на границе Африканско-Аравийской плиты и Северо-западной части Индийского океана
Структуры растяжения типа Красноморско-Аденской можно по аналогии успешно выделять по космическим снимкам мелкого и среднего масштаба на других территориях как континентов так и акваторий морей и океанов, что является отдельной задачей дальнейших научных исследований по этой тематике.
Нефтегазоносность структур растяжений объясняется с позиций концепции структур центрального типа [9], где при интерпретации этих структур типа «разбитой тарелки», залежи УВ приурачиваются к зонам растяжения и участкам их интерференции, и особо в узловых точках в пределах данных участков, а рудные залежи в зонах сжатия в узловых точках.
Глубинные флюиды являются как правило носителями не только рудных веществ и углеводородов, но и различных солей, которые являются надежными покрышками при формировании залежей углеводородов. Таким образом осуществляется естественный глубинный процесс не только образования структур растяжения, но и формирования залежей рудных и приразлом-ных залежей в структурах растяжения.
Библиографический список
1. Белоусов В.В. Структурная геология: 3-е изд. М.: изд. МГУ, 1986.
2. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975.
3. Горшков Г.П. Дизъюнктивная тектоника Копет-Дага и закон ска-
лывающих напряжений // Вестник МГУ. 1947. №1. С.103—115.
4. Друмя А.В., Шебалин Н.В. Землетрясение: где, когда, почему? Кишинёв: Штининца, 1985. С.196.
5. Ежов Б.В., Худяков ГИ. Морфоструктуры центрального типа и глубинные геофизические разделы: Докл. АН СССР М.: 1982 г № 3 (265). С. 667-669.
6. Тимурзиев А.И. К созданию новой парадигмы нефтегазовой геологии на основе глубинно-фильтрационной модели нефте-образования и нефтегазонакопления // Геофизика. № 4. М.: 2007 г. С. 49-60.
7. Тяпкин К.Ф., Довбнич М.М. Вращение Земли - единственный реальный источник энергии ее тектогенеза // Фундаментальные проблемы геотектоники: мат-лы совещания. Т. 2. М.: 2007 г. С. 295-201.
8. Харченко В.М. Комплексная концепция тектогенеза как теоретическая основа для объяснения геодинамических условий образования структур центрального типа (на примере СЦТ Северного Ледовитого океана, Баренцевого и Карского морей) // Геология полярных областей Земли: материалы совещания. Т.2. М.: 2009 г. С. 266-269.
9. Харченко В.М. Природа структур центрального типа и закономерности распространения залежей углеводородов, локальных и региональных очагов землетрясений // Вестник СевКавГ-ТУ. Ставрополь: 2006 г. № 2 (6). С. 48-53.
10. Шафрановский И.И., Плотников Л.И. Симметрия в геологии. Л.: Недра, 1975 г. 144 с.
References
1. Belousov V.V. Strukturnaya geologia [Structural Geology]: 3 izd. M.: Izd. MGU, 1986.
2. Gzovsky M.V. Osnovi tektonofiziki [Fundamentals of Tectono-physics]. M.: Nauka, 1975. 327 p.
3. Gorshkov G.P. Dizuktivnaya tektonika Kopen-Daga i zakon skaliva-yoshikh napryazenii [Disjunctive tectonics of the Kopet-Dag and the law of the shear stress] // Vestnik MGU, 1947. №1. Pp. 103-115.
4. Drumay A.V., Shebalin N.V. Zemletryasenie: gde, kogda, pochemy? [Earthquake: where, when, why?] Kishinev: Shtinintsa, 1985. P. 196.
5. Ezhov B.V., Khudyakov G.I. Morfostrukturi tsentral'nogo tipa i glubinnii geofizicheskie razdeli [Morphostructures of the Central type and deep geophysical sections]: Dokl. AN SSSR. M., 1982. №.3 (265). Pp. 667-669.
6. Timurziev A.I. K sozdanioy novoi paradigmi neftegazovoi geologii na osnove glubinno-filtratsionnoi modeli nefteobrazovania i neftegazonakopleniya [To create a new paradigm of petroleum Geology on the basis of depth filtration model of petroleum formation and exploration] // Geophyzika, 2007. № 4. Pp. 49-60.
7. Tyapkin K.F., Dubnic M.M. Vrashenie Zemli - edinstvennii realnii istochnik energii ee tectogeneza [Dubnic the rotation of the Earth -the only real energy source of tectogenesis it] // Fundamental'nii problemi geotectoniki: mat-li sovesaniya. T. 2. M., 2007, pp. 295201.
8. Kharchenko V.M. Kompleksnaya kontseptsia tektogeneza kak teoreticheskaya osnova dlya obyasneniya geodinamicheskikh us-lovii obrazovaniya struktur tsentral'nogo tipa (na primere STsT Se-vernogo Ledovitogo okeana, Barentsevogo i Karskogo morei [Integrated concept of the tectogenesis as a theoretical basis for the explanation of geodynamic conditions of formation of structures of the Central type (for example, STST Arctic ocean, Barents and Kara seas)] // Geologiya polyarnikh oblastei: materiali sovesaniya. T. 2. M., 2009, pp. 266-269.
9. Kharchenko V.M. Priroda struktur tsentral'nogo tipa i zakonomernosti rasprostraneniya zalejei uglevodorodov, lokal'nikh i regional'nikh ochagov zemletryasenii [The nature of the structures of the Central type and distribution patterns of hydrocarbon deposits, local and regional earthquakes] // Jurnal SevKavGTU. Stavropol: 2006, № 2 (6). Pp. 48-53.
10. Shafranovskii I.I., Plotnikov L.I. Simetriya v geologii [Symmetry in Geology]. L.: Nedra, 1975. 144 p.
