CC BY
109
УДК 551
1 1 Г.В. Баскакова , А.М. Никишин
ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ РАЙОНА КЕРЧЕНСКО-ТАМАНСКОЙ ЗОНЫ НА ОСНОВЕ РЕКОНСТРУКЦИИ СБАЛАНСИРОВАННОГО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗРЕЗА3
Рассмотрена история геологического развития в районе Керченско-Таманского прогиба, Анапского выступа (продолжение погруженной части горно-складчатого сооружения Большого Кавказа), Туапсинского прогиба и вала Шатского в палеоген-неогеновый период. Для восстановления дислоцированных толщ в исходное положение в пределах вышеперечисленных структурных элементов выполнены балансировка и пале-ореконструкция регионального композитного сейсмогеологического разреза. Основное внимание уделено шельфовой зоне Черного моря.
Ключевые слова: палеореконструкции, складчатость, хроностратиграфия, Черное море, Азовское море, Большой Кавказ, Керченско-Таманский прогиб, Западно-Кубанский прогиб, Анапский выступ.
The geological framework and tectonics of the Eastern Black Sea region is characterized through balancing a geological cross-section and paleoreconstruction during the Paleogene-Neo-gene period. Studied area includes the Kerch-Taman Trough, the Anapa Swell (the continuation of the immersed part of the Greater Caucasus Orogen), the Tuapse trough and the Shatsky Swell. The paper is mainly focused on the Russian shelf zone of the Black sea. The results are important for understanding of the trap formation time and the hydrocarbon deposits preservation in the Russian sector of the Black sea shelf.
Ключевые слова: paleoreconstruction, orogenesis, chronostratigraphy Black Sea, Azov Sea, West Caucasus, Kerch-Taman Trough, West Kuban trough, Anapa Swell.
Введение. Геологической историей развития горноскладчатого сооружения Большого Кавказа, Черного и Азовского морей занимались многие исследователи: геологическое изучение охватывает период с конца XVIII в. по настоящее время. Наиболее значительные работы начального этапа исследований принадлежат геологам Ю.А. Ани-симову, Ф.Г. Кошкулю, Г.В. Абиху, Г.Д. Романовскому, А.М. Коншину, В.И. Вернадскому, Н.И. Андрусову и др. Геофизическое изучение Керченско-Таманского прогиба началось с 1950 г. методами МОВ, МОГТ, а затем с 2006 г. и сейсморазведкой 3D. Наиболее известные обобщения геолого-геофизической информации для рассматриваемой территории представлены в работах Д.А. Туголесова и др. (1985), А.П. Афанасенкова (2007). Ю.В. Ростовцевой (2012), В.И. Старо-стенко (2016). Изучение времени формирования Большого Кавказа и образования сопутствующих ему структур имеет значение не только для фундаментальных задач региональной геологии, но и при поисковых работах на нефть и газ. И если на суше известнен ряд открытых и разрабатываемых месторождений начиная с середины XX в., то в российском секторе акватории Черного моря
геологоразведка находится только на поисково-оценочном этапе.
Строение Керченско-Таманской зоны. Керчен-ско-Таманский прогиб расположен между горноскладчатыми сооружениями Большого Кавказа и Крыма. Со стороны Большого Кавказа прогиб развит на периклинальном погружении орогена. Для прогиба характерно развитие брахиантикли-налей субширотного простирания, выраженных в рельефе Керченского и Таманского полуостровов холмами с относительной высотой до 100 м. Своды антиклиналей часто осложнены грязевыми сопками. По данным батиметрической и сейсмоа-кустической съемок разных лет грязевые вулканы обнаружены и в акватории Черного моря. Они представляют собой небольшие конусообразные холмы высотой 30—50 м, иногда до 100—120 м. На Таманском п-ове антиклинальные складки группируются в несколько антиклинальных зон запад—юго-западного простирания, продолжаясь в пределы шельфа Черного моря. С севера на юг выделяются зоны Мыса Каменного, Фонталовская, Анастасиевско-Краснодарская (Цымбалы), Фана-горийская, Карабетовская, Кизилташская, Ере-минская, Суворово-Черкесская и Благовещенская.
1 ООО «РН-Эксплорейшн»; гл. специалист ГГС; e-mail: g_baskakova@rn-exp.rosneft.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, профессор, заведующий кафедрой; e-mail: nikishin@geol.msu.ru
3 Работа А.М. Никишина частично выполнена в рамках гранта РФФИ (проект № 18-05-00495).
Рис. 1. Тектоническая схема Восточно-Черноморского региона и прилегающих территорий (составлена с учетом данных [Афа-насенков и др., 2007; Митюков и др., 2012; Nikishin et al., 2015a, b; Okay et al., 1997, 2003]: 1 — домезозойские кристаллические массивы; 2 — орогены, сложенные шельфовыми осадочными породами мезозоя—эоцена; 3 — орогены, сложенные мезозой-ско-эоценовыми глубоководными отложениями; 4 — части орогенов, перекрытые майкопско-четвертичными отложениями; 5 — мезозойские вулканиты; 6 — депоцентры олигоцен-современных молассовых бассейнов с толщиной майкопских отложений более 4—5 км; 7 — неглубокие олигоцен-современные молассовые бассейны; 8 — кайнозойские тектонические поднятия; 9 — оси поднятий, активных в олигоцене; 10 — положение композитного профиля А—Б; 11 — взбросо-надвиговые нарушения
в олигоцен-миоценовых отложениях
Осадочное выполнение прогиба представлено в основном мощной толщей майкопских (оли-гоцен-нижнемиоценовых) глин и терригенными отложениями верхнего миоцена—плиоцена. Подошва майкопа залегает на глубине от 3 до 8 км. Формирование Керченско-Таманского прогиба как тектонического элемента началось на рубеже позднего эоцена—раннего олигоцена, т.е. около 33 млн лет назад, в связи с началом формирования горно-складчатого сооружения Большого Кавказа [Афанасенков и др., 2007]. Отложения Керченско-Таманского прогиба на шельфе Черного моря пробурены несколькими глубокими скважинами. Скважина Субботина (2006 г.) вскрыла отложения вплоть до палеоцена [БШуЪа й а1., 2009]. Скважина Рифовая-302 (1985 г.) не вышла из отложений майкопской серии.
Материалы и методы исследований. Для восстановления истории осадконакопления отложений палеоцен-плиоценового возраста был выбран композитный сейсмогеологический профиль через Западно-Кубанский и Керченско-Таманский прогибы, Анапский выступ, Туапсинский прогиб и вал Шатского. Расположение профиля показано на тектонической схеме (рис. 1), составленной
с учетом данных [Афанасенков и др., 2007; Митюков и др., 2012; Nikishin et al., 2015a, b; Okay et al., 1997; 2003]. В современном рельефе этот профиль проходит через шельф Азовского моря, Керченский п-ов, шельф, склон и глубоководный бассейн Черного моря. Для сухопутной стыковки морских съемок в акватории Черного и Азовского морей был выбран геологический профиль по линии Г—Д—Е через Керченский п-ов (листы L-37-XIX, L-37-XXV геологической карты СССР, серия Крымская). Восстановление истории осадконакопления сделано методом сбалансированных разрезов с использованием карт мощности и палеогеографических схем.
На первом этапе работы выполнена увязка морских сейсмических профилей между собой и с геологическим профилем на суше, интерпретация основных несогласий, стратиграфическая привязка горизонтов и выделение тектонических нарушений, принципиально важных для понимания геологической истории исследуемого региона. По сейсмическим профилям было выделено несколько границ несогласий от кровли отложений юрской системы до кровли отложений понтического горизонта. Отражающий горизонт,
отвечающим кровле юрских отложении, хорошо выделяется в раИоне вала Шат-ского. В Туапсинском и Керченско-Та-манском прогибах из-за большой глубины залегания разделение меловых и юрских отложений не всегда возможно, поэтому граница проведена условно, согласно принятой геологической модели. Стратиграфическая привязка отражающих горизонтов и основные тектонические события показаны на схеме (рис. 2). При составлении стратиграфической модели региона использованы данные скважин и обобщающие сведения о геологическом строении региона [Митюков и др., 2012; Альмендингер и др., 2011; Губарев, 2006].
Рассмотрим основные особенности геологического строения сейсмогеологи-ческого профиля (рис. 3). В северной части профиля, расположенной на шельфе Азовского моря, отложения палеоцена-эоцена объединены в единую пачку из-за их небольшой толщины. В породах майкопской серии выделяются клиноформы. В районе сухопутного геологического профиля границы ниже кровли майкопа из-за отсутствия данных проведены согласно вышележащим. Особенности строения Керченско-Таманской зоны описаны выше. В районе Анапского выступа выделяется синкинематическая толща толщиной до 500 м, отождествляемая с отложениями эоцена. Такая мощность эоценовых отложений не наблюдается в других частях регионального разреза. Отложения майкопской серии характеризуются сокращенной относительно прогибов толщиной. Породы мелового и палеоценового возраста слагают пологие складки. Туапсинский прогиб характеризуется большой мощностью отложений майкопской серии, которые формируют систему субпараллельных взбросов-надвигов с поверхностью срыва в низах майкопа. Наиболее древние складки расположены в зоне примыкания Туапсинского прогиба к южному склону Большого Кавказа. Наиболее молодые складки отмечены в северо-западной части Туапсинского прогиба, в области сочленения с валом Шатского. На вале
Шатского майкопские отложения отсут-->
Рис. 2. Хроностратиграфическая схема с основными тектоническими событиями и стратиграфической привязкой отражающих горизонтов в районе Анапского выступа и Керченско-Таманского прогиба. Климат: COOL — холодный, TEMP — умеренный, S-TROP — субтропический, TROP — тропический, MTD — отложения в результате транспортировки масс
а « § нкй 1 к °
йл
5 & I
6 1 S sr ^ ^
I
С
£
1? £ * g
Н и
S ^в
ОЙ
S
3 F ft Я I
ой ^
0 &..
й >
1 nf «
8Й м
#кн
- о
й °
СО Я
о о
л S
Й s
С
£
U К
О S « й ft
л о S и &
U и. £ g
8 &
о
д в
(D О
я -е
О ы
й л
й о
I К
м
КОК
m I
■s s I
•е ,
а 1
к ^
2 Я
о о Ч « О
^ л I U
< !?
•е 7
к 42 й В ^ о
Й Л S с
и JS
о н
4 5
° О
К 5
О Й
§ VD 8 g
* I
н ft
5 т
n I
о
К '
о 5
й m « „
S S
° а
х В
О к
К «
a s
Рч s
ствуют либо имеют малую мощность. Отложения верхнего миоцена в некоторых местах залегают на меловых и палеоценовых.
Для построения сбалансированного разреза использована программа Move. Сейсмический разрез был пересчитан из временного масштаба в глубинный по скоростной модели, построенной с учетом значений сейсмической скорости и данных ВСП в близлежащих скважинах. Результаты реконструкции геологической истории представлены на рис. 4. Рассмотрим основные этапы формирования Анапского выступа и сопряженных территорий.
Восстановление основных тектонических событий в Керченско-Таманской зоне. Основные объекты исследований — Керченско-Таманский прогиб и зона Анапского выступа. Часть Туапсинского прогиба и вала Шатского, показанные на профиле, здесь рассмотрены в качестве дополнительных соседних тектонических элементов.
Домайкопское время (мел—эоцен). Отложения юры, мела, палеоцена и эоцена в большинстве случаев без дополнительных данных по скважинам трудно разделяются на сейсмических разрезах из-за схожих акустических свойств слагающих их пород. На вале Шатского по сейсмическим данным выделяются верхнеюрская карбонатная платформа и крупные карбонатные постройки, перекрывающие их отложения залегают с угловым несогласием и выполняют неровности в палеорельефе [Афана-сенков и др., 2007]. В районе Западно-Кубанского и Керченско-Таманского прогибов выделяются шельфовые отложения верхнего мела—эоцена. Зона Анапского выступа представляет собой продолжение глубоководного трога Большого Кавказа. На суше Анапский выступ переходит в флишевую зону Большого Кавказа, в пределах которой наблюдаются мел-палеоценовые относительно глубоководные отложения с турбидитами. Можно предположить, что в зоне Анапского выступа отложения верхнего мела—эоцена образованы более глубоководными осадками, чем на вале Шатского и в Кубанском прогибе.
Отложения ниже подошвы майкопа (оли-гоцена) образуют три разные зоны: Керченско-Таманский прогиб, Туапсинский прогиб и зону Анапского выступа. В первых двух зонах ниже майкопа нет толщ с резко переменной толщиной. В зоне Анапского выступа толща, ассоциируемая с отложениями эоцена, имеет переменную мощность и формировалась синхронно со складчатостью, в синклиналях мощность резко увеличивается, а в антиклиналях уменьшается вплоть до исчезновения. Поэтому можно сделать вывод, что в зоне Анапского выступа первые тектонические движения начались в раннем эоцене и продолжались вплоть до олигоцена. Вблизи границы Керчен-ско-Таманского прогиба и прогиба Сорокина отложения эоцена и палеоцена вскрыты скважиной
Рис. 4. Реконструкция геологической истории в зоне погружения Большого Кавказа и сопряженных территорий (исходный сейсмогеологический разрез А—Б и условные обозначения см. на рис. 3, положение профиля — на рис. 1)
Субботина-403 и представлены известковистыми глинами с прослоями мергелей и тонких слоев песчаников. Время начала здесь складчатых деформаций остается дискуссионным.
Майкопское время (олигоцен—ранний миоцен). В Керченско-Таманском прогибе майкопские отложения представлены преимущественно глубоководными глинами с песчано-алевритистыми прослоями общей мощностью около 6 км. В майкопских отложенях можно выделить два основных сейсмокомплекса, по привязке к скважинным данным они отвечают нижнему (олигоцен) и среднему—верхнему майкопу (ранний миоцен).
В нижнем майкопе выделяются три зоны: Керченско-Таманский прогиб, зона Анапского выступа и Туапсинский прогиб (рис. 4, б). Керченско-Таманский прогиб представлял собой естественное продолжение Западно-Кубанского прогиба, мощность нижнемайкопских отложений в нем больше, чем в Туапсинском прогибе. Туапсинский прогиб в олигоцене испытал быстрое погружение. Отложения нижнего майкопа в нем представлены глубоководными глинами с пропластками турби-дитов [Митюков и др., 2012]. В зоне Анапского выступа отложения майкопа несогласно залегают на флишевых отложениях эоцена.
В позднем майкопе три выделенные зоны сохранялись (рис. 4, в). Важное отличие состоит в том, что главной зоной седиментации стал Ту-апсинский прогиб (рис. 4, в). В раннем миоцене в зоне Анапского выступа началась вторая фаза складчатых деформаций, связанная с инверсией бывшего прогиба, которая на сейсмических разрезах выделяется в виде углового несогласия
и синорогенной толщи, выполняющей небольшие прогибы. В эту фазу складчатости начался рост структур в Керченско-Таманском прогибе. Верхнемайкопские отложения во всех трех зонах характеризуются сейсмическими комплексами с хаотическим строением, которые интерпретируются как осадки транспортировки масс (mass transport deposits/complex, MTD/MTC, debris flow, рис. 5, б, г). Отложения такого типа формируются на склонах при оползании нелитифицирован-ных масс осадков и включают обломки пород со смесью воды и глины. Источником сноса этих потоков служили растущие острова Большого Кавказа. В зоне Анапского выступа (рис. 5, г) и в Керченско-Таманском прогибе выделяются две пачки MTD, разделенные слоистой пачкой предположительно песчано-глинистого состава. В Ту-апсинском прогибе выделяются три пачки MTD, также разделенные пачками параллельнослоистого коплекса, толщина комплексов сокращается в направлении от Анапского выступа к центральной части Туапсинкого прогиба (рис. 5, б).
Постмайкопское время. Постмайкопская толща единым чехлом перекрывает вал Шатского и Ту-апсинский прогиб, что свидетельствует об общих глубоководных условиях осадконакопления вплоть до настоящего времени. Наиболее интенсивная складчатость в Туапсинском прогибе происходила в конце среднего миоцена и продолжается в настоящее время. Большинство антиклиналей выражены в рельефе в виде подводных хребтов с относительным превышением над уровнем морского дна до 400—600 м [Альмендингер и др., 2011]. Поверхность срыва для складчато-надвиго-
Рис. 5. Фрагменты сейсмических разрезов: а — строение отложений палеоцена—эоцена в районе Анапского выступа; б — отложения МТD в Туапсинском прогибе; в — район современного континентального склона Черного моря; г — отложения МТD
в районе Анапского выступа
вых структур Туапсинского прогиба хорошо выделяется по сейсмическим данным и проходит по глинистым отложениям низов майкопа. К концу майкопа произошло постепенное обмеление зоны Керченско-Таманского бассейна, однако условия осадконакопления вплоть до конца среднего миоцена оставались в целом глубоководными. Подъем Кавказских островов сопровождался лавинным сносом грубого обломочного материала. В среднем сармате произошло обмеление предкавказского шельфа, связанное с пиком сжатия орогена, что привело к размыву отложений нижнего—среднего миоцена в сводах складок. Начиная с этого времени на территории Анапского выступа и соседней с ней области Керченско-Таманского прогиба началось формирование шельфа, и к позднему миоцену условия осадконакопления стали близки к современным (рис. 4, г). Положение континентального склона изменяется в южном направлении — от зоны сочленения Керченско-Таманского прогиба и Анапского выступа и до барьерной зоны. Отложения майкопа и миоцена в этих зонах размыты и переотложены на территории Туапсинского прогиба. На приподнятых участках Анапского выступа ближе к береговой линии под размыв попали отложения вплоть до палеоценовых. На рис. 5, в показан фрагмент сейсмического профиля в районе современного склона Черного моря, на котором выделяются поверхность размыва майкопских отложений, оползневое тело и отложения канальных фаций.
Результаты исследований и их обсуждение. Анапский выступ служит морским продолжением
орогена Большого Кавказа. Нами показано, что на месте Анапского выступа в юре—эоцене существовал относительно глубоководный бассейн, который на суше переходил в флишевую зону Большого Кавказа. Эта гипотеза предлагалась и ранее [Афанасенков и др., 2007; МЫвЫп е! а1., 2015а, Ь], но с помощью построения сбалансированного разреза и реконструкции по нему геологической истории это предположение четко обосновывается. Нами показано, что Анапский выступ активно формировался в олигоцене в результате инверсии бывшего рифтового прогиба.
Складчатые деформации с конседимента-ционым ростом пологих подводных складок в районе Анапского выступа начались еще до майкопа (олигоцена). Время начала деформаций без хроностратиграфической привязки по данным бурения не может быть достоверно обосновано, однако, по нашим предположениям, первые деформации произошли в начале эоцена. В Крыму фаза тектонических движений и эрозии до глубины 200—400 м приходится на время перед накоплением толщи нуммулитовых известняков в ипре (раннем эоцене), следующая фаза деформаций — перед накоплением майкопских отложений приблизительно на границе эоцена и олигоцена [МЫвЫп е! а1., 2015а, Ь]. В Черном море в Абхазии на Гудаутском поднятии выделенное на сейсмических профилях основное угловое несогласие предполагается как внутиипрское [МЫвЫп е! а1., 2015, а, Ь], хотя его возраст в настоящее время не обоснован данными бурения. В Азовском море присутстует так называемый Азовский вал. В его
пределах отложения майкопа перекрывают более древние отложения с угловым несогласием, при этом эоценовые отложения характеризуются изменчивой мощностью и формировались синхронно со складчато-надвиговыми деформациями [Афа-насенков и др., 2007]. Новые данные показывают, что на Западном Кавказе и в Крыму первые фазы альпийских деформаций также начались в эоцене, но точный возраст может быть определен только после бурения.
Майкопские отложения Анапского выступа по литологическому составу могут отличаться от одновозрастных отложений в Туапсинском и Кер-ченско-Таманском прогибах, так как в майкопское время зона Анапского выступа представляла собой относительное поднятие.
По мере развития инверсионной зоны в районе Анапского выступа постепенно менялся стиль деформаций. Вероятно, в эоцене формировались очень пологие конседиментационные складки. В майкопское время происходило формирование складок и взбросов. В миоцене образовались
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Альмендингер О.А., Митюков А.В., Мясоедов Н.К., Никишин А.М. Современный рост складок, процессы эрозии и седиментации в глубоководной части Туап-синского прогиба в Черном море по данным 3D сейсморазведки // Докл. РАН. 2011. Т. 439, № 1. C. 76-78.
Афанасенков А.П., Никишин А.М., Обухов А.Н. Геологическое строение и углеводородный потенциал Восточно-Черноморского региона. М.: Научный мир, 2007. 172 с.
Губарев М.В. Секвенс-сейсмостратиграфическая модель чокракских отложений Западно-Кубанского прогиба в связи с их нефтегазоносностью: Автореф. канд. дисс. Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2006.
Митюков А.В., Никишин А.М., Альмендингер О.А. и др. Седиментационная модель майкопских отложений Туапсинского прогиба в Черном море по данным 3D сейсморазведки и полевым работам на Западном Кавказе и в Крыму // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2012. № 2. C. 5-20.
крупные надвиги. Общее сокращение по ширине составило около 20 км при формировании складчатой зоны в районе Анапского выступа.
Заключение. Анапский выступ — инверсионный рифтовый прогиб на морском продолжении глубоководного юрско-эоценового трога Большого Кавказа. Орогенез в его пределах начался в эоцене, основная фаза инверсии в подводной обстановке приходится на олигоцен—ранний миоцен (майкоп). Общая величина укорочения при образовании складчатой зоны в районе Анапского выступа оставила около 20 км. Стиль деформаций в районе Анапского выступа и в Туапсинском прогибе различается.
Благодарности. Авторы выражают благодарность компании ПАО «НК «Роснефть» за предоставленную возможность использовать и публиковать материалы. Мы признательны В.Е. Вержбицкому за редакцию статьи, Н.А. Малышеву А.В. Дердуге, М.В. Новиковой, М.В. Ска-рятину и Н.А. Кулюкиной за полезные дискуссии и советы при написании статьи.
Nikishin A.M., Okay A., Tuysuz O. et al. The Black Sea basins structure and history: New model based on new deep penetration regional seismic data. Pt. 1. Basins structure and fill // Marine and Petrol. Geol. 2015a. Vol. 59. P. 638-655.
Nikishin A.M., Okay A., Tuysuz O. et al. The Black Sea basins structure and history: New model based on new deep penetration regional seismic data. Pt. 2. Tectonic history and paleogeography // Marine and Petrol. Geol. 2015b. Vol. 59. P. 656-670.
Okay A.I., Sahinturk O. Geology of the Eastern Pon-tides // Regional and petroleum geology of the Black Sea and Surrounding Areas. // Amer. Assoc. Petrol. Geologists. 1997. Mem. 68 P. 291-311.
Okay A.I., Tuysuz O. Geology of the Eastern Pon-tides // A guide book. Istanbul, Turkey: Istanbul Technical University, 2003. P. 76.
Stovba S., Khrichtchevskaia O., Popadyuk I. Hydrocarbon-bearing areas in the eastern part of the Ukrainian Black Sea // The Leading Edge. 2009. Sept. P. 1042-1045.
Поступила в редакцию 05.12.2017
