Научная статья на тему 'Глубинное строение и особенности образования Черноморской топодепрессии в связи с перспективами нефтегазоносности'

Глубинное строение и особенности образования Черноморской топодепрессии в связи с перспективами нефтегазоносности Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
392
118
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
cейсморазведка / топодепрессия / астеносфера / литосфера / земная кора / фундамент / topоdepression / Earth’s crust / basement. / seismic exploration / asthenosphere / lithosphere

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Хортов Алексей Владимирович, Шлезингер Александр Ефимович

В 2002–2011 гг. в Черном море отработаны региональные профили МОГТ (метод общей глубинной точки) и МПВ (метод преломленных волн), довольно подробно осветившие строение земной коры. Благодаря большой глубинности проведенных исследований впервые закартированы поверхность фундамента и сейсмокомплексы осадочного чехла в пределах всей акватории, включая мезозойскую часть разреза. Комплексная интерпретация данных МОГТ и МПВ позволила дать обоснованный прогноз вещественного состава коры в пределах Западно-Черно морской и ВосточноЧерно морской впадин и разделяющих их валов. На основании полученных материалов рассмотрен механизм образования Черно морской топодепрессии. Пока зана связь между особенностями ее формирования и усло виями образования осадочных комплексов с точки зрения генерации и аккумуляции в них залежей нефти и газа. При этом значительную роль играют процессы лавинной седиментации, при которой осадконакопление осуществляется за счет выноса и разгрузки больших объемов обломочного материала канализированными потоками вещества с формированием в областях разгрузки сложнослоистых дельтовых и турбидитных комплексов. Нефтегазопоисковое значение дельтовых и турбидитных комплексов подводных окраин материка отчетливо продемонстрировано результатами сейсмических и буровых исследований последних 10–15 лет в различных районах Мирового океана. Этими исследованиями выявлены и изучены мощные мел-кайнозойские осадочные комплексы, содержащие дельтовые и турбидитные образования, которые обусловлены разгрузкой каналов, представленных речными долинами и контактирующими с ними подводными ложбинами стока и каньонами на шельфе и континентальном склоне. При этом седиментационные образования этого типа, наиболее мощные по объему и обширные по площади, генетически связаны с крупными долгоживущими долинными системами платформенных областей. Примером тому являются аналогичные комплексы в других районах континентальных окраин Мирового океана и некоторых средиземных и внутренних морей, где открыты многочисленные, в том числе крупные и гигантские, месторождения углеводородов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Deep structure and formation features of the Black Sea topodepression in relation to the prospects of oil and gas presence

In 2002–2011 in the Black Sea the regional CDP (common deep point method) and refraction profi les have been worked out, which gave rather detailed information on the deep structure of the Earth crust. Thanks to the great depth of the research for the fi rst time the surface of the basement and sedimentary covers within the entire area, including the portion of the Mesozoic section, were mapped. Integrated interpretation of refl ected and refracted waves methods data allowed to give a reasonable prediction of the material composition of the cortex within the West and East Black Sea basins, and the shafts sharing them. On the basis of these materials the mechanism of formation of the Black Sea topodepression was defi ned. The relationship between the features of its formation and formation conditions of sedimentary complexes in regard to the generation and accumulation in these oil-and-gas deposits has been established. At the same time, the avalanche sedimentation processes, when the deposition is carried out at the expense of removal and discharge of large amounts of debris by channeled fl ows of substances with formation of deltaic and turbidite sediments in the discharge areas, play an important role. Oil-and-gas-exploration signifi cance of deltaic and turbidite complexes of the continental margin is clearly demonstrated by the results of seismic studies and drilling during the last 10–15 years in different areas of the oceans. These studies identifi ed and researched the power ful Cretaceous-Cenozoic sedimentary complexes containing delta and turbidite formations, which are associated with the channels unloading, represented by river valleys, related underwater fl ow ravines, and canyons at the shelf and continental slope. In this case, the formation of this-type sedimentations, the most powerful in scope and extensive in area, is genetically related to long-lived large lowland systems of platform areas. Corresponding examples of similar complexes one could fi nd in other parts of the continental margins of the oceans and some mediterranean and inland seas, where many giant hydrocarbon fi elds have been found.

Текст научной работы на тему «Глубинное строение и особенности образования Черноморской топодепрессии в связи с перспективами нефтегазоносности»

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.