CC BY
121
УДК 553.98(262.5)
А.В. Хортов, А.Е. Шлезингер
Глубинное строение и особенности образования Черноморской топодепрессии в связи с перспективами нефтегазоносности
Исследования методом общей глубинной точки (МОГТ) в Черном море в 2011 г. проводились в рамках программы морских научных работ «Изучение геологического строения докайнозойских отложений и глубинной структуры бассейна Черного моря» (рис. 1). Главной целью Программы является разработка новой тектонической модели Черноморской впадины и прилегающих территорий всего Черноморского бассейна на базе новых сейсмических данных, полученных в объеме 10 тыс. пог. км с применением современных технологий полевых (морских) работ и обработки геофизической информации [1-3]. В качестве источника возбуждения сейсмических колебаний использовался групповой пневмоисточник общим объемом 8,3-10-2 м3 с рабочим давлением 131 бар, состоящий из 4 одинаковых массивов пневмопушек объемом по 2,1-10-2 м3 и длиной по 15,2 м каждый. Расстояние между 2 центральными массивами составляло 12 м, между крайним и центральным массивом с каждой стороны - по 10 м. Каждый массив состоял из 8 пневмопушек типа Bolt или Sleeve Gun объемом от 6,6-10-4 до 6,2-10-3 м3, подобранных таким образом, чтобы получить оптимальный возбуждаемый импульс. В качестве приемника колебаний использовалась сейсмокоса с оболочкой из полиуретана, наполненная специальной жидкостью в целях обеспечения нейтральной плавучести. Длина активной части - 10200 м. Гидрофоны (пьезодатчики давления) были сгруппированы линейно по 480 каналам: 16 гидрофонов на группу (канал), чувствительность группы 20 В/бар, расстояние между центрами групп
Ключевые слова:
сейсморазведка,
топодепрессия,
астеносфера,
литосфера,
земная кора,
фундамент.
Keywords:
seismic exploration, topоdepression, asthenosphere, lithosphere,
Earth’s crust, basement.
Рис. 1. Схема региональных МОГТ-профилей, выполненных в 2011 г.
№ 2 (22 ) / 2015
64
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
12,5 м. Вся активная часть сейсмокосы состояла из сочлененных секций, длина секции 75 м (6 каналов). Управление сейсмокосой и запись результатов осуществлялись с помощью сейсмостанции Sersel 480 с предварительной цифровой фильтрацией 3 Гц / 12 дБ/окт. - 206 Гц / 276 дБ/окт. Время регистрации сигнала составляло 20 с, что позволило получить устойчивые отражения от глубинных горизонтов.
В 2002 г. Институтом океанологии РАН (ИО РАН) в российской части Черного моря вдоль и вкрест структуры вала Шатского выполнено морское глубинное сейсмическое зондирование методом преломленных волн (ГСЗ-МПВ) с использованием донных сейсмографов (ДС), установленных по профилям № 1 и 2. Результаты этих исследований подробно изложены в работах [4, 5]. Расстояния между ДС составляли 9-18 км. Излучения сейсмических волн производились с интервалом около 180 м пневматическим источником с объемом камеры 30 л. Длина профиля № 1 (первая прострелка) составила 183 км. После первой прострелки была выполнена вторая по профилю № 2 длиной 80 км вкрест простирания вала Шатского. Положения профилей МПВ № 1 и № 2 совпадают с положениями МОГТ Б^1-0180, Б^1-0090 (см. рис. 1) соответственно.
На большинстве сейсмограмм профилей ГСЗ-МПВ в первых вступлениях выделены преломленные волны с кажущимися скоростями 2,6-3,3; 4,2-4,4; 5,1-5,5; 6,2-6,3; 7,0-7,2 и 8,0 км/с. В последующих вступлениях выделены широкоугольные отраженные волны. В результате обработки и интерпретации сейсмограмм построены сводные годографы преломленных и отраженных волн и соответствующие им сейсмические разрезы земной коры. Анализ волнового поля, зарегистрированного на различных расстояниях от источника, позволил выявить преломленные (рефрагированные) и широкоугольные волны, отраженные от поверхности фундамента и основных слоев внутри осадочного чехла. Главным средством анализа послужила совместная обработка материалов МОГТ и МПВ. По результатам скоростного анализа данных МОГТ получен график двухмерно сглаженного распределения эффективной скорости в плоскости (х, t0). Характерной особенностью этого графика является необыкновенно высокий вертикальный градиент эффективной скорости d¥3 / dt0, который расположен в районе вала Шатского и достигает вели-
чины примерно 2 км на уровне t0 = 5,0-5,5 с. Близость эффективной скорости к средней скорости означает, что в пересчете на однократное время пробега за 1 с вертикального времени средняя скорость возрастает на невероятно большую величину 4 км/с. Такое явление возможно только в том случае, если 5-секундная толща подстилается слоем, который характеризуется очень высокой скоростью, превышающей в несколько раз среднюю скорость в покрывающей среде. С геологической точки зрения очевидно, что таким слоем практически однозначно может быть только фундамент. Сопоставление скоростных кривых МОГТ и МПВ в российской части Черного моря позволило выделить в разрезе поверхность фундамента и проследить ее затем в пределах всей акватории Черного моря (рис. 2).
Установлено, что кровля пород фундамента (метаморфизованных пород досреднеюрских образований) в пределах акватории Черного моря залегает на глубинах 2,5-15,0 км. Предполагается континентальный тип коры с утонением гранитного слоя в пределах впадин. Выше поверхности фундамента повсеместно закартированы поверхности меловых, палеоцен-эоценовых и миоцен-четвертичных образований (рис. 3). В их строении отражены основные структурные элементы, зафиксированные работами прежних лет [5-11].
Черноморская топодепрессия накладывается на севере и юге на киммерийский подвижный пояс Горного Крыма и альпийский средиземноморский пояс Турции соответственно. Южно-Каспийская депрессия накладывается на севере на альпийский подвижный пояс Большого Кавказа, а на юге - на альпийский Средиземноморский пояс Эльбурса. Черноморская палеотоподепрессия имеет изометрич-ную форму, представляя замкнутую тектоническую структуру, по всему периметру окруженную флексурно-разрывными зонами, образующими бортовые обрамления. Их крутизна изменяется от 50-60° до первых градусов. Крутые наклоны тяготеют к областям сопряжения то-подепрессии с мезозойско-кайнозойскими подвижными поясами, а пологие - с платформами. К подножью бортовые обрамления выполажи-ваются и переходят в пологие днища, осложненные крупными и мелкими выступами, которые отражают дифференцированные погружения. Поверхности бортовых обрамлений подвергались площадной склоновой эрозии, свя-
№ 2 (22) / 2015
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
65
Рис. 2. Схема поверхности фундамента Черноморской впадины, линии:
синие - сейсмические профили; черные - изогипсы кровли акустического фундамента; красные - региональная система разломов; цветовой спектр - градиент глубин, м
занной с мутьевыми потоками, проникающими со стороны шельфа на возникшие склоны и, как наждак, срезающие слои, накопившиеся до образования топодепрессии и испытавшие флексурно-разрывное погружение. Величина склоновой эрозии по латерали достигает первых километров, срезая снизу вверх слои бортового обрамления [6]. Последние осложняются также линейными врезами (каньонами), связанными с мутьевыми потоками и прорезающими до первых десятков километров сопряженные области шельфа.
В палеотоподепрессиях уровень осадконакопления располагался ниже базиса наземной и шельфовой эрозии. Терригенная седиментация в них происходит за счет гравитационного течения водной жидкости, приводящего к образованию турбидитов. При карбонатном осадконакоплении они покрываются тонкой пленкой пелагических и гемипелагических осадков. Однако их роль в захоронении топодепрессий ничтожно мала. В зонах при-вноса терригенного обломочного материала при крутизне бортов менее 5° происходит резкое разрастание толщины отложений, и максимальные значения турбидиты приобретают в наиболее пониженных зонах дна топодепрессий. В подножьях бортовых зон создают-
ся склоновые шельфы. При крутизне бортов свыше 5° и при любом их наклоне в зонах отсутствия привноса терригенного обломочного материала топодепрессия захороняется прислоняющимися на периферии слоями турби-дитов. Они состоят из параллельно-слоистых тел, которые, если не затронуты постседимен-тационными тектоническими деформациями, залегают очень полого, практически горизонтально. Турбидиты распространены по дну на многие сотни километров, равномерно распределяясь по всему периметру (см. рис. 3). При обильном выносе и площадном разносе терригенного обломочного материала по периферии топодепрессии параллельно ее периметру образуются клиноформы, ступенчато погружающиеся в сторону днища топодепрес-сий. Толщины клиноформ обычно не выходят за пределы первых сотен метров, при количестве клиноформ 3-6 шт. их общая мощность достигает первых километров. В пределах топодепрессии поверхность Мохо приподнята до 20-30 км по сравнению с сопряженными подвижными поясами и платформами.
Образование Черноморской топодепрессии может быть вызвано подъемом аномальной мантии к подошве литосферы [12, 13]. В результате увлажнения и нагрева гранитной верхней коры
№ 2 (22 ) / 2015
№ 2(22)/2015
О)
О)
Рис. 3. Фрагмент временного разреза по профилю BS 170, иллюстрирующий выделение сейсмостратиграфических комплексов
в осадочном чехле и на поверхности фундамента
Научно-технический сборник - ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
67
и нижней коры, сложенной габбро, происходит уменьшение их прочности, а также упругих и вязких свойств. В этих условиях главным системообразующим фактором является взаимодействие упругопластической литосферы с вязкоупругой астеносферой. Растекание астенос-ферного плюма увлекает литосферу за собой, и возникающие вязкие силы вызывают ее погружение. Предполагается, что при подходе аномальной мантии происходит разогрев литосферы и на ее подошве появляется область с размерами 200 х 20 км, приобретающая вязкоупругие свойства нижележащей астеносферы [13].
Достаточно сложная поверхность дна осадочного бассейна предположительно формируется в следующей последовательности. Первоначально дно погружается, затем в центральной части оно начинает подниматься, образуя 2 локальных поднятия. Наиболее глубокие прогибы формируются на границах бассейна. Сдвиговое разрушение сначала охватывает всю область погружения, но затем локализуется в центральной части, причем поверхностный слой находится в условиях растяжения. Погружение земной коры может происходить в результате взаимодействия конвективной ячейки астеносферы с вышележащей литосферой. Конвективное движение в перегретом астенос-ферном слое возникает в результате неустойчивости, порождаемой зависимостью плотности от разности температур. Конвективные ячейки являются причиной горизонтальных и вертикальных движений литосферы. При этом в литосфере должны возникать значительные напряжения, деформации и прогибы, заполняемые с течением времени осадками.
Традиционно с конца 1960-х гг. в кайнозойском комплексе северо-восточной части Черного моря ведется поиск антиклинальных ловушек нефти и газа [5]. Однако результаты региональной 2D- и площадной 3Б-сейсмо-разведки, выполненной в последние годы ОАО «Союзморгео» совместно с ЗАО «Черно-морнефтегаз» и ЗАО «Региональные геофизические исследования» показали перспективность направления, связанного с поиском неантиклинальных залежей нефти и газа [2, 3].
Сейсмостратиграфический анализ региональных и детально-поисковых материалов МОГТ в пределах северо-восточного района Черного моря позволил выделить и закартировать седиментационные образования, связанные с лавинной седиментацией. Основным
критерием выделения этого сейсмокомплекса, стратиграфически приуроченного к миоцену, является наличие интервала хаотической, местами косослоистой записи волнового поля. Источником сноса являются как горные сооружения, так и платформенные области с крупными дельтами равнинных рек.
Выделенный сейсмокомплекс и подстилающие его отложения верхней части майкопской серии представляют нефтегазопоисковый интерес с точки зрения вполне вероятного наличия в них песчанистых пород-коллекторов, а также в аспекте мировой статистики, согласно которой большинство известных на сегодняшний день месторождений в кайнозойских толщах связаны именно с конусами выноса. Так, в позднекайнозойском палеодельтовом комплексе Дуная на западном континентальном склоне Черного моря открыто газовое месторождение «Домино-1» с предварительно оцененными запасами около 80 млрд м3.
Переобработка и последующая динамическая интерпретация сейсмических материалов показывает, что в пределах исследуемых комплексов по материалам МОГТ могут быть выделены сейсмофациальные зоны, приуроченные к участкам развития как глинистых пород, так и песчанистых образований. На основании комплексной переобработки региональных профилей и детально-поисковых и трехмерных съемок стало возможным реально проследить сейсмофациальные особенности миоценовых отложений, выявить источник и направление сноса осадочного материала по направлению клиноформ. Рассматривая условия образования этих отложений, следует отметить, что одним из источников сноса в средне-верхнемиоценовое время являются дельты палеорек.
По результатам переобработки материалов последних лет в пределах различных участков Черного моря предположительно в интервале чокрака выделены значительные по площади аномалии, которые проявляются на вертикальных сечениях и в плане увеличением толщин интервала и динамическими характеристиками (понижением уровня амплитуд). Учитывая их пространственное положение, вероятнее отождествить их с локальными линзовидными объектами седиментационного генезиса, а именно с конусами выноса.
Перспективы чокракского интервала разреза могут быть связаны с ловушками неструктурного типа (литологическими), приуроченными
№ 2 (22 ) / 2015
68
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
к аномальным участкам. Окончательно природу и литологический состав аномалий чокрак-ского интервала можно установить только по результатам бурения.
Выполненные на основании сейсмического профилирования литолого-фациальные и палеогеографические схемы показывают области развития песчанистых олигоцен-миоценовых образований, наиболее перспективных для поисков залежей углеводородов. Выделение и картирование вышеупомянутых сейсмокомплексов на Черном море может существенно уточнить положение рекомендуемых скважин с целью оптимизации нефтегазопоискового бурения. В последнее десятилетие первоочередными объектами поисковых работ явля-
Список литературы
1. Амелин Н.В. Региональные сейсморазведочные исследования глубинного строения Черноморской впадины / Н.В. Амелин,
М.И. Леончик, Е.И. Петров и др. // Материалы XIX Международной научной конференции (школы) по морской геологии «Геология морей и океанов». T. V - М.: ГЕОС, 2011. - C. 8-11.
2. Головинский В.И. Седиментационные ловушки УВ в разрезе кайнозойских отложений российской части Черного моря / В.И. Головинский, В.Е. Грабская,
Б.В. Сенин, А.В. Хортов // Материалы XVIII Международной научной конференции (школы) по морской геологии «Геология морей и океанов». Т II. - М.: ГЕОС, 2009. - С. 31.
3. Сенин Б.В. Новые данные о глубинной структуре Черноморской впадины / Б.В. Сенин, М.И. Леончик, А.В. Хортов и др. // Сб. трудов научной конференции «Актуальные проблемы развития ТЭК регионов России
и пути их решения». - Геленджик: ГНЦ «Южморгеология», 2013. - С. 125-128.
4. Гринько Б.Н. Строение вала Шатского (Черное море) по результатам региональных сейсмических исследований МПВ / Б.Н. Гринько, С.А. Ковачев, А.В. Хортов // Бюл. МОИП, Отд. геол. - 2004. - Т 79. - Вып. 3. - С. 3-7.
5. Хортов А.В. Глубинное строение и некоторые вопросы нефтегазоносности южных морей России / А.В. Хортов, Ю.П. Непрочнов // Океанология. - 2006. - Т 46. - № 1. - С. 114-122.
6. Есин П.В. Плоскостная подводная эрозия палеосклонов Черноморского бассейна /
П.В. Есин, В.Е. Захаров, Д.Ф. Исмагилов,
А.Е. Шлезингер // ДАН СССР. - 1987. -Т. 293. - № 6. - С. 1445-1448.
лись крупные мезозойские поднятия рифтогенной природы, залегающие на глубинах более 5000 м [14]. Однако с точки зрения экономической целесообразности и себестоимости работ в настоящее время рассматривается перспектива поиска песчаных коллекторов в отложениях миоцен-плиоценового возраста.
На основании выполненных исследований в пределах Черного моря установлен тип земной коры, определена мощность осадочного чехла и сделан прогноз литологического состава слагающих его комплексов. Полученные результаты использованы для выяснения принципиальных вопросов строения Черноморского региона, реконструкции истории его развития и выбора новых направлений нефтегазопоисковых работ.
7. Строение и эволюция земной коры и верхней мантии Черного моря. - М.: Наука, 1989. -208 с.
8. Туголесов Д.А. Тектоника мезокайнозойских отложений Черноморской впадины /
Д.А. Туголесов, А.С. Горшков, Л.Б. Мейснер и др. - М.: Недра, 1985. - 215 с.
9. Яншин А. Л. Структурные особенности осадочного чехла Черноморской впадины
и их значение для понимания ее образования / А. Л. Яншин и др. // Бюл. МОИП, Отд. геол. -1977. - Т 52 (5).
10. Robinson A.G. Petroleum geology of the Black Sea / A.G. Robinson, J.H. Rudat, C.J. Banks,
R.L. Wiles // Marine and Petroleum Geology. -1996. - V. 13. - № 2. - P. 195-223.
11. Starostenko V Topography of the crustmantle boundary beneath the Black Sea Basin /
V. Starostenko et al. // Tectonophysics. - 2004. -№ 381. - P. 211-233.
12. Гарагаш И.А. Природа подъема Мохо глубоководных осадочных бассейнов черноморского типа / И. А. Гарагаш,
А.Е. Шлезингер // Бюл. МОИП, Отд. геол. -2006. - Т. 81. - Вып. 4. - С. 3-6а.
13. Гарагаш И. А. Типы конвективных ячеек
и создаваемые ими тектонические структуры / И. А. Гарагаш, А. Е. Шлезингер // Бюл. МОИП, Отд. геол. - 2006. - Т. 81. - Вып. 6. - С. 3-8б.
14. Сенин Б.В. Нефтегазоперспективные объекты северо-востока Черного моря / Б.В. Сенин,
А.В. Хортов // Oil&Gas Journal Russia. - 2009. -V I-II. - C. 48-53.
№ 2 (22) / 2015
