CC BY
32
Геология
УДК 528.9:550.3:551.351.2(268)
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ И ПРОГНОЗНО-ПОИСКОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОСУДАРСТВЕННОГО ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ РОССИЙСКОГО АРКТИЧЕСКОГО
ШЕЛЬФА
А.С.ЕГОРОВ1, ИЮ.ВИНОКУРОВ2, А. Н. ТЕЛЕГИН1
1 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
2 ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ)», Санкт-Петербург, Россия
На примере материалов по Баренцевоморско-Карскому региону приводится обоснование набора научно-методических приемов картографирования и глубинного моделирования в условиях российского арктического шельфа и прилегающих осадочных бассейнов континентальной части России. Охарактеризована фактологическая основа исследований и показано, каким образом в условиях несопоставимости различных геофизических данных применяется зонально-блоковая модель земной коры и обобщенные модели геодинамических обстановок. Обосновывается необходимость и описывается подход к построению глобальных и региональных палеореконструкций.
Показано, что основным содержанием послойных карт глубинного строения (платформенного чехла и консолидированного фундамента) и разрезов земной коры становится отображение закономерностей локализации главных структурно-вещественных подразделений литосферы как следствия геодинамических процессов на границах литосферных плит. Установленные параметры глубинного строения и исторические вехи тектонической истории региона открывают новые возможности для изучения закономерностей локализации месторождений полезных ископаемых. Показан пример решения прогнозно-минерагенических задач по территории Западно-Сибирской и Хатангско-Вилюйской нефтегазовых провинций, выполненного с использованием параметров известных промышленных месторождений нефти и газа для обучения системы распознавания образов.
Ключевые слова: арктический шельф; методика геолого-геофизического моделирования; зонально-блоковая модель земной коры
Как цитировать эту статью: Егоров А.С. Научно-методические приемы повышения геологической и прогнозно-поисковой эффективности государственного геологического картирования российского арктического шельфа / А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 447-458. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.447
Введение. Совместный опыт исследований глубинного строения, тектоники и геодинамики западного сектора российской Арктики и прилегающих частей евразийского континента тематических коллективов Санкт-Петербургского горного университета, Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ)» и «Севморгео» позволил выработать некоторые научно-методические приемы, существенно повышающие детальность и достоверность глубинных построений в условиях арктического шельфа и прилегающих осадочных бассейнов континентальной части России [9].
Фактологической основой работ этого типа являются материалы гравиметрических и магнитометрических съемок, данные батиметрических исследований, профильные сейсморазведочные съемки МОВ (метод отраженных волн), МОВ-ОГТ (общей глубинной точки), ГСЗ (глубинное сейсмическое зондирование), КМПВ (корреляционный метод преломленных волн), сейсмоаку-стическое профилирование. Кроме того, задействуются данные сейсмотомографических, геотермических, магнитотеллурических исследований, геологического картирования, глубоководного бурения и других съемок [3].
Постановка проблемы. В ходе комплексной интерпретации разнотипных данных исследователи вынуждены решать широкий спектр научно-теоретических и методологических проблем. Из их числа, в первую очередь, следует выделить:
1. Несопоставимость данных различных геофизических методов, часто отражающих различные объекты исследований или различные свойства единых объектов исследований. Эта кажущаяся несопоставимость чаще всего приводит к неоднозначной геотектонической интерпретации аномалий геофизических полей, не обеспечивающих в общем случае распознавание и моделирование структур, сформированных в разнотипных геодинамических обстановках.
2. Многовариантность интерпретационных построений даже в сечениях опорных геофизических профилей, обеспеченных максимальным объемом фактической информации, что обу-
А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
словлено неоднозначностью решения обратных задач геофизики, а также сложностью и многообразием форм и петрофизических параметров разнотипных геотектонических структур.
3. Необходимость изучения истории развития региона, что повышает надежность глубинных геотектонических построений и открывает возможности для оценки пространственных закономерностей локализации месторождений.
4. Резкие различия морфологии структур платформенного чехла и консолидированного фундамента, что вызывает перегруженность карт глубинного строения (по содержанию - геотектонических), одновременно отражающих строение чехла и фундамента.
5. Необходимость изучения закономерностей локализации месторождений полезных ископаемых с использованием выявленных параметров глубинного строения и исторических вех тектонической истории региона, что обеспечивает внедрение научных разработок в решение поисково-разведочных задач.
Методология исследований. Решение проблемы несопоставимости данных различных геофизических методов было найдено в использовании в ходе интерпретации зонально-блоковой модели земной коры [4]. В рамках этого подхода выполняется моделирование блоков и межблоковых зон разных типов с использованием материалов специализированной обработки потенци-
Океаническая литосферная плита
Континент Активная континентальная окраина Зона сжатия Зона растяжения
Внешний Зона умеренного сжатия
Глубоководный (преддуговой) Краевой желоб прогиб Вулкано- Тыловодужный
вал Береговой
плутоническая Межгорный складчато-надвиговый Тыловой (передовая) (орогенный) (магматический) прогиб
дуга грабен пояс ^----------------------
0 -10 % 20 -30 -40 -50 - .
100
150 . Н, км
-25 0 25 50 75 100 км
о о ° о о _ О о °
п п ______
11
д л
12
а б
X У
14
0 10 20 30 40 50
100
150
Н, км
10 20
Рис. 1. Обобщенный разрез земной коры активной континентальной окраины андийского типа
1-16 - структурно-вещественные подразделения (СВП) земной коры и верхней мантии: 1 - осадки преддугового прогиба,
2 - моласса межгорного орогенного грабена, 3 - осадки древней пассивной окраины, 4 - внутриконтинентальные осадки,
5 - вулканогенно-осадочные рифтогенные комплексы, 6 - магматические комплексы вулкано-плутонической дуги (а - интрузивные, б - эффузивные), 7 - верхнекоровый «гранитно-метаморфический» мегаслой, 8 - среднекоровый
мегаслой, 9 - нижнекоровый мегаслой, 10 - очаги корово-мантийных и коровых магм, 11 - океаническая кора, 12 - комплексы аккреционной призмы, 13, 14 - литосферная мантия (13 - океаническая, 14 - континентальная); 15, 16 -
астеносфера (15 - океаническая, 16 - континентальная); 17 - разрывные нарушения (а - главные,
6 - второстепенные); 18 - границы радиальной расслоенности литосферы (а - главные, в том числе подошвы земной коры М и литосферы L, б - второстепенные, в том числе подошвы верхней К1 и средней К2 коры); 19 - зоны тепло-массопереноса, инициированные взаимодействием насыщенных водой осадков погружающейся океанической литосферы
с астеносферой континентальной плиты; 20 - тыловодужный мантийный плюм
Литосферная плита тт Литосферная плита
, ч Невулканическая , ч
(погружающаяся) ^ (перекрывающая)
у ^ — у внешняя дуга Вулканическая V ^ ^ —у
Рис.2. Обобщенный разрез земной коры энсиматической островной дуги
1-7 - структурно-вещественные подразделения земной коры и верхней мантии: 1 - осадки преддугового прогиба, 2 - магматические комплексы вулканической дуги (а - интрузивные, б - эффузивные), 3 - очаги корово-мантийных и коровых магм, 4 - комплексы аккреционной призмы, 5 - океаническая кора, 6 - литосферная мантия, 7 - океаническая астеносфера; 8 - разрывные нарушения (а - главные, б - второстепенные); 9 - главные границы радиальной расслоенности океанической литосферы (а - главные, в том числе подошва земной коры М и подошва литосферы L, б - второстепенные, в том числе подошвы верхней К1 и средней К2 коры); 10 - тыловодужный мантийный плюм
альных полей на площади исследований и в сечениях опорных геофизических профилей: блоки уверенно выделяются как области стационарности расчетных геофизических параметров; межблоковые зоны - как градиентные зоны или зоны радикального изменения инфраструктуры геофизического поля. Блоки на результирующих тектонических моделях, как правило, отвечают континентальным частям литосферных палеоплит и микроплит или их автономным сегментам; межблоковые зоны - глубинным тектоническим швам, сформированным в условиях растяжения (рифты), сжатия (сутуры коллизионных орогенов) или сдвига [5].
Таким образом, такой подход уже на ранней стадии качественной интерпретации геофизических полей позволяет сопоставлять и обобщать разнородную геофизическую и априорную геологическую информацию и выполнять предварительную геотектоническую типизацию выделяемых физико-геологических неоднородностей.
Решение задач моделирования в условиях недостатка геологической и геофизической информации и, соответственно, многовариантности интерпретационных построений выполняется путем распознавания по косвенным геофизическим признакам геодинамических условий формирования изучаемой структуры. С учетом научно-теоретических представлений подбирается природный аналог и его свойства используются при изучении относительно более слабо изученных структур. Таким образом, ключом к расшифровке строения объекта геолого-геофизических исследований являются обобщенные модели структур, сформированных в различных геодинамических обстановках [4]. Моделирование изучаемых геологических объектов выполняется с высоким уровнем генерализации: разрез отражает строение лишь главных структурно-вещественных неоднородностей - границ блоков и межблоковых зон, глубинных разрывных нарушений, тектонических дислокаций осадочных толщ, ареалов развития наиболее петрофизически контрастных интрузивных массивов и др. В качестве примера ниже приводятся обобщенные разрезы структур, сформированных в конвергентных геодинамических обста-новках (рис. 1-3).
А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической..
Платформа
Коллизионный
Форланд Сутурная зона
(складчато-надвиговый пояс)
Периферический (краевой) бассейн
Платформа
ороген
Хинтерланд (складчато-надвиговый пояс)
Тектонический покров
0 -с
10 20 -30 -40 50
100 Н
150
0 10 20 30 40 50
Н, км
-100
УУЬСМК^ГТ
13
Рис.3. Обобщенный разрез земной коры коллизионного орогена уральского типа 1-10 - структурно-вещественные подразделения земной коры и верхней мантии: 1 - моласса краевого прогиба, 2 - осадки древней пассивной окраины, 3 - магматические комплексы древней островной дуги, 4 - коллизионные гранитоиды, 5 - офиолиты, 6 - верхнекоровый «гранитно-метаморфический» мегаслой, 7 - среднекоровый мегаслой, 8 - нижнекоровый мегаслой, 9 - литосферная мантия, 10 - астеносфера; 11 - разрывные нарушения (а - главные, б - второстепенные); 12 - границы радиальной расслоенности литосферы (а - главные, в том числе подошвы земной коры М и литосферы L, б - второстепенные, в том числе подошвы верхней К1 и средней К2 коры); 13 - зоны тепломассопереноса, инициированные взаимодействием насыщенных водой осадков погружающейся океанической
литосферы с астеносферой континентальной плиты
Применение в ходе глубинных построений моделей геодинамических обстановок окончательно утверждает геотектонический подход к комплексной геологической интерпретации геофизических данных. Вполне понятно, что карты и разрезы глубинного строения следует рассматривать как документы тектонического содержания: только в этом случае апелляция к обобщенным моделям обстановок и к свойствам хорошо изученных аналогов становится корректной.
Изучение истории развития региона успешно выполняется путем увязки авторских геотектонических построений, выполненных в рамках «радиально-зональной модели земной коры», с более генерализованными реконструкциями, базирующимися на палеомагнитных данных. Так, в основу региональных палинспастических реконструкций нами были положены построения Арне Бьёрликке [11], согласно которым протерозойский период эволюции Земли завершается формированием целой группы архейско-раннепротерозойских кратонов, располагавшихся в экваториальной части планеты.
Реконструкция на байкальскую эпоху тектогенеза (700-670 млн лет) характеризует время завершения аккреции саальбардской части палеоплиты Лавренция, с Большеземельской палеплитой и Балтией. Результатом аккреции является формирование на их границах Тимано-Печорской складчатой области. Снос и накопление осадков в это время происходит из центральной части Свальбарда и, вероятно, из осевой зоны Тимано-Печорской складчатой области в периферические области Свальбарда. Вдоль окраин Сибирской палеоплиты в результате причленения Нядояхской
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, АН.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
Экватор
и Карской палеоплит формируются Енисейская и Таймырская складчатые области. Последняя является источником осадочного материала, поступающего в Карский бассейн (рис.4, а).
Реконструкция на время 420 млн лет показывает закрытие океана Япетус в результате аккреции палеоплит Лавренции с Балтией и Свальбардом в ходе каледонской эпохи тектогенеза. Результатом аккреции является формирование обширного складчатого пояса, охватывающего западный фланг Шпицбергена, норвежскую окраину Европы, территорию современной Великобритании, окраины Гренландии и Северной Америки. Осадочный материал накапливался в юго-западной части Свальбардской палеоплиты. Источником материала являлись территории северо-западной части Свальбарда и Большеземельской окраины Балтии. Сибирский палео-континент в это время наращивается складчатыми сооружениями Алтае-Саянской и Байкальской складчатых областей (рис.4, б).
В герцинскую эпоху тектогене-за в условиях аккреции палеоплит Балтии (окраина Лавренции), Казахстана и Сибири происходит формирование Уральской (290 млн лет) и Центрально-Западно-Сибирской (250 млн лет) складчатых областей
области. В пределах Свальбардского и Карского бассейна продолжается накопление осадочного материала, поступавшего с окружающих горно-складчатых сооружений (рис.4, в).
В начале мезозойской эры (195 млн лет) нами предполагается высокоамплитудное сдвиговое смешение Сибирского палеоконтинента и Центрально-Западно-Сибирской складчатой области относительно других сегментов Пангеи и формирование в области их столкновения с окраиной Свальбарда Пайхой-Новоземельского складчатого пояса. С началом мезозойского периода связывается заложение рифтогенных структур, обусловивших интенсивное осадконакопление в пределах Западно-Сибирской геосинеклизы, Карского и Баренцевского бассейнов.
Палинспастические построения призваны прояснить логистику развития разновозрастных складчатых поясов и формирования разновозрастных осадочных палеобассейнов Баренцево-Карского региона. Они направлены на увязку разнотипных геодинамических режимов, проявлявшихся в ходе домезозойской эволюции в разных частях региона и смежных структурах Западно-Сибирского, Енисейско-Хатангского и Печорского осадочных бассейнов.
Эти вспомогательных материалы повышают обоснованность геотектонической интерпретации геолого-геофизических данных и моделирование структур, сформированных в разнотипных геодинамических обстановках. Они служат конструированию геолого-структурного (тектонического) каркаса площади исследований. Основным содержанием карт и разрезов земной коры в этих условиях становится отображение закономерностей локализации главных структурно-вещественных подразделений континентальной земной коры и верхней мантии как следствия
Экватор
Рис.4. Региональные палинспастические реконструкции на главные эпохи палеозойской эволюции, выполненные путем монтажа элементов авторской модели глубинного тектонического районирования Северной Евразии с палеомагнитными реконструкциями Арне Бьёрликке [11]. Орогения: а - байкальская (700-670 млн лет), б - каледонская (560 млн лет), в - герцинская (290 млн лет), г - киммерийская (195 млн лет)
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин 001:10.31897/РМ1.2018.5.447
Научно-методические приемы повышения геологической...
геодинамических процессов на границах литосферных плит. На картах платформенных территорий, кроме того, изучают пространственные соотношения подразделений консолидированной коры и платформенного чехла. Этими исследованиями открывается путь для развития исследований в сфере изучения геодинамики осадочных бассейнов и новые возможности для многофакторных прогнозно-минерагенических построений.
Проблема картографирования и глубинного моделирования структур платформенного чехла и консолидированного фундамента и перегруженности сводных карт глубинного строения решается путем составления послойных карт глубинного строения и глубинных разрезов земной коры с единых позиций и с использованием унифицированной системы условных обозначений. Этот подход иллюстрируется материалами по Баренцевоморско-Карскому региону.
Карта осадочного чехла Баренцевоморско-Карского шельфа и прилегающих частей евразийского континента характеризует параметры глубинного строения осадочных бассейнов различных по возрасту, размерам и морфологии. В рамках системы условных обозначений цвет соотносится с возрастным интервалом формирования чехла; интенсивность цвета характеризует мощность чехла (рис.5).
Рис. 5. Карта глубинного строения осадочного чехла Баренцевоморско-Карского шельфа и прилегающих частей
евразийского континента (с упрощениями)
1-4 - изогипсы подошвы платформенного чехла: 1 - древних Восточно-Европейской, Сибирской платформ и Карской плиты, 2 - Тимано-Печорского и Баренцевоморского палеозойских осадочных бассейнов, 3 - мезозойского Западно-Сибирского и Южно-Карского осадочного бассейнов, 4 - осадков океанической коры Арктического бассейна; 5-7 - рифтовые структуры базальной части осадочных бассейнов: 5 - рифейские; 6 - палеозойские, 7 - раннемезозойские; 8 - оси рифтогенных трогов; 9, 10 - главные разрывные нарушения (в том числе сдвиговые (10а) и надвиговые (10б)); 11 - опорные геотраверсы Баренцевоморско-Карского региона и увязанные с ними континентальные геотраверсы
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
В пределах площади исследований выделяются:
- северные фланги Восточно-Европейского и Сибирского кратонов, осадочные чехлы которых выполнены преимущественно венд-палеозойскими осадками со средней мощностью 2-3 км; ниже залегают рифейские авлакогены мощностью до 8 км;
- Северо-Карский бассейн, выполненный рифейско-палеозойско-мезозойскими осадками мощностью от первых километров до 16 км (в пределах Восточно-Баренцевской впадины);
- Тимано-Печорский бассейн, который характеризуется переменной мощностью палеозойско-мезозойских осадочных толщ от нуля (Тиманский кряж и Канино-Северо-Тиманская зона) до 8 км в Предуралье и 16-18 км на южном фланге Южно-Баренцевской впадины. Этот осадочный бассейн развивался с раннего палеозоя в режиме пассивной континентальной окраины. На его строение большое влияние оказали внутриплитные сдвиго-сбросовые и сдвиго-взбросовые деформации, инициированные позднепалеозойскими орогенными процессами Уральской складчатой области;
- Баренцевоморский осадочный бассейн, выполненный палеозойско-мезозойскими осадками мощностью от нуля (о. Шпицберген) до 20 км - в пределах Северо-Баренцевской впадины. На формирование морфологии и строения осадочного бассейна большое влияние оказали процессы: ранне-среднепалеозойского и позднепалеозойского - раннемезозойского рифтогенеза, эпикале-донские орогенные процессы в смежной Свальбардской складчатой области и раннемезозойские орогенные процессы Пайхой-Новоземельской складчатой области [2, 7];
- Западно-Сибирский осадочный бассейн, заложеный на разновозрастном консолидированном фундаменте, включающем структуры Уральской, Центрально-Западно-Сибирской, Казахстанской, Алтае-Саянской и Енисейской складчатых областей [10]. Соответственно резко изменяется мощность осадочных толщ бассейна, достигающая максимальных значений (14 км) в его северной и восточной частях [1]. На морфологию бассейна, помимо ареалов развития раннемезо-зойского рифтогенеза, большое влияние оказывает трансрегиональная Томь-Колывань-Новоземельская сдвиго-надвиговая зона;
- Хатангский прогиб, заложенный на северном фланге Сибирской платформы. Его разрез выполнен венд-палеозойскими и мезозойскими осадками суммарной мощностью до 10 км;
- Южный фланг Южно-Карского осадочного бассейна, который является продолжением Западно-Сибирского осадочного бассейна. Северный фланг бассейна заложен на эпикиммерий-ском складчатом фундаменте; наиболее погруженная часть бассейна локализована на коре океанического типа (остаточном океаническом бассейне).
На карте глубинного строения консолидированного фундамента Баренцевоморско-Карского шельфа и прилегающих частей евразийского континента главное изобразительное средство - цвет отображает возраст консолидации земной коры крупнейших геоструктур региона исследований - древних кратонов, складчатых сооружений гренвильской, байкальской, каледонской, герцинской и киммерийской эпох тектогенеза (рис.6).
Дополнительную смысловую нагрузку карты несут контуры развития геологических комплексов, классифицированных по геодинамическим обстановкам их формирования, а также разрывные нарушения разных морфокинематических типов. В пределах площади исследований выделяются:
- древние кратоны (Восточно-Европейская и Сибирская платформы) в составе фундамента которых фиксируются блоки с архейской корой континентального типа и разделяющие их ран-непротерозойские рифтогенные и сутурные зоны;
- Североземельский геоблок, который рассматривается как сегмент Сибирского палеоконти-нента, повторно причлененный к его северной (в современных координатах) окраине на конечной стадии байкальского тектоно-магматического цикла;
- Баренцевская складчатая область, классифицированная как геоструктура, сформированная в ходе гренвильской эпохи тектогенеза;
- Тимано-Печорская складчатая система, сформированная вдоль границы палеоплиты Балтия в ходе байкальского тектогенеза и включающая ее пассивную окраину, Верхне-Печорскую сутурную зону и Большеземельский мегаблок (палеоплиту) с корой континентального типа;
- Уральская и Центрально-Западно-Сибирская складчатые области - коллизионные ороге-ны, сформированные в зонах столкновения Балтии, Казахстанской и Сибирского палеоконтинен-тов в конце герцинского тектоно-магматического цикла;
Рис.6. Карта глубинного строения консолидированного фундамента Баренцевоморско-Карского шельфа и прилегающих частей евразийского континента (с упрощениями)
1-11 - структурно-вещественные подразделения литосферы: 1 - литосфера океанического типа, 2, 3 - древние платформы (2 - блоки, 3 - межблоковые сутурные (а) и рифтогенные (б) зоны), 4 - блоки гренвильской складчатой области, 5, 6 - байкальские складчатые области (5 - блоки, 6 - межблоковые сутурные зоны), 7, 8 - каледонская складчатая область (7 - блоки, 8 - межблоковые сутурные зоны), 9, 10 - нерасчлененные герцинские и киммерийские складчатые области (9 - блоки, 10 - межблоковые сутурные зоны), 11 - реликтовый океанический бассейн; 12-15 - разрывные нарушения: 12 - главные глубинные, в том числе сдвиговые (13а) и надвиговые (13 б); 14, 15 - разрывные нарушения второго ранга (в том числе надвиговые границы сутурных зон (15а) и сдвиги (15 б); 16 - оси рифтогенных трогов; 17 - срединно-океанический хребет; 18 - геотраверсы Баренцевоморско-Карского региона и увязанные с ними континентальные геотраверсы
- Пайхой-Новоземельская складчатая область, формирование которой относится к финальной стадии закрытия северной ветви Азиатского палеоокеана в начале мезозойской эры;
- структуры северного фланга Алтае-Саянской и Енисейской складчатых областей, составляющие, соответственно, эпикаледонское и эпибайкальское складчатые обрамления Сибирского палеоконтинента и представленные палеомикроплитами, сутурными зонами и деформированными окраинами этого палеоконтинента;
- Таймырская складчатая область, главные орогенные события которой произошли в эпоху эпибайкальского тектогенеза; позднепалеозойские сдвиговые и складчато-надвиговые дислокации имеют здесь характер внутриплитных деформаций.
Интегральная карта глубинного строения земной коры отражает строение чехла и фундамента. Главным назначением этой перегруженной карты является сопоставление параметров осадочного чехла и консолидированного фундамента.
Разрезы земной коры в сечениях опорных геофизических профилей (геотраверсов) отображают главные особенности глубинного строения геоструктур земной коры платформ и складчатых областей [3, 9]. По акватории Баренцевоморско-Карского региона такие разрезы выполнены вдоль линий четырех опорных геофизических профилей АР-1, АР-2, АР-3 и АР-4. Центральный фрагмент профиля АР-2 отражает особенности глубинного строения Пайхой-Новоземельской
А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
складчатой области и структур ее обрамления. Базовой информацией при изучении складчато-надвиговых дислокаций Пайхой-Новоземельской складчатой области являлись детальные данные сейсморазведки МОВ, геологическая переинтерпретация которых в сочетании с данными сейсмотомографии и обработки потенциальных полей позволила не только обосновать общую структуру надвиговых деформаций, но и оценить амплитуды смещений вдоль главных плоскостей разрыва.
Этот разрез свидетельствует о том, что разрезы осадочных толщ восточного фланга Северо-Баренцевской впадины и западного фланга Пайхой-Новоземельской складчатой области имеют сходные последовательности и мощности слоев, что свидетельствует об их длительном развитии в единых условиях. Различия в их строении обусловлены проявлением раннемезозойских аккреционных процессов на финальном этапе закрытия Палеоазиатского океана, которые привели к интенсивным деформациям и выведению на дневную поверхность восточного (в современных координатах) фланга депрессии, включаемого ныне в состав Пайхой-Новоземельской складчатой области. Обращает на себя внимание тот факт, что интенсивность деформаций в пределах складчатой области убывает от Адмиралтейской и Центрально-Новоземельской зон в направлении Южно-Карского бассейна.
В разрезе Приновоземельского блока складчато-надвиговые деформации не выделяются. Здесь моделируется проявление лишь рифтогенных процессов (рис.7).
В пределах акватории Карского бассейна под мезозойско-кайнозойскими осадками ЮжноКарской впадины нами выделяется Карский остаточный бассейн с корой океанического типа [1], при моделировании неоднородностей которой нами были использованы параметры сейсмотомо-графического разреза.
Пайхой-Новоземельская складчатая область
Северо-Баренцевская впадина
Южно-Карская впадина
900 км
10 20 30 40
Н км
10 20 30 40
Н км
, |
к - — - I--1
4 ¿Ш5 <• VI
' Л/ /. + + + +
14
0
а
Рис.7. Глубинный разрез земной коры Пайхой-Новоземельской складчатой области и смежных структур вдоль восточного
фрагмента опорного геофизического профиля 2-АР 1-10 - структурно-вещественные подразделения земной коры: 1 - осадки внутриплитных бассейнов (а - мезозойско-кайнозойского возраста, б - палеозойско-мезозойсого возраста), 2 - рифтогенные комплексы, 3-5 - осадки древних пассивных континентальных окраин и чехлов микроплит мезозойского (3), палеозойского (4) и рифейского (5) возрастов, 6- вулканогенные и осадочные образования древних активных континентальных окраин, 7-9 - слои кристаллической коры, выделенные по значениям скорости продольных волн Ур: 7 - верхняя кора - «гранитно-метаморфический слой», Ур = 6,0^6,4 км/с, 8 - средняя кора, Ур = 6,5^6,8 км/с, 9 - нижняя кора, Ур = 6,8^7,2 км/с, 10 - океаническая кора Южно-Карской впадины, дифференцированная по данным сейсмотомографического моделирования (изолинии - границы скоростей продольных волн); 11 - структурно-вещественные подразделения верхней мантии; 12 - разрывные нарушения земной коры (а - главные, б - второстепенные); 13 - тренды перемещения блоков земной коры вдоль разрывных нарушений; 14 - главные (а) границы радиальной расслоенности земной коры - подошва вулканогенно-осадочного слаболитифицированного слоя, М - подошва земной коры (граница Мохоровичича)) и прочие (б) границы радиальной расслоенности земной коры (в том числе К1 - подошва верхней коры, К2 - подошва средней коры)
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, АН.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
Составление взаимоувязанных и выполненных в единой системе условных обозначений карт глубинного строения и глубинных геолого-геофизических разрезов позволяет получить принципиально новую информацию об особенностях строения, тектоники и геодинамики изучаемых регионов. Результирующие картографические документы рассматриваются в качестве разновидности тектонических моделей, которые содержат информацию о строении платформенного чехла и консолидированного фундамента.
Научно-методический подход к оценке перспектив нефтегазоносности континентального шельфа на основе изучения закономерностей локализации месторождений полезных ископаемых с использованием выявленных параметров глубинного строения и исторических вех тектонической истории региона позволяет выделить новые факторы (критерии) нефтегазоносности недр и задействовать их в прогнозно-минерагенических построениях с использованием алгоритмов распознавания образов.
В результате проведенного анализа всей суммы геолого-геофизических данных для Барен-цево-Карского региона были выделены три группы наиболее значимых критериев (факторов) нефтегазоносности: литолого-стратиграфические, геохимические и тектонические.
Литолого-стратиграфические критерии лучше всего фиксируются на палеогеографических реконструкциях, выполненных в виде набора литолого-палеогеографических карт, отражающих основные этапы структурных перестроек и формирования осадочного чехла в разные этапы развития региона. На картах также показаны источники сноса обломочного материала и условия осадконакопления, в том числе рифообразование.
Группа геохимических критериев, особенно данные о катагенетическом преобразовании органического вещества пород, позволяют сделать выводы о распространении нефтегазоматерин-ских свит и их генерационном потенциале. Особое значение для качественного прогноза имеет картирование предполагаемых областей распространения битуминозных пород в позднем девоне
Рис.8. Интегральное прогнозное решение задачи распознавания образов по территории Западно-Сибирской и Хатангско-Вилюйской нефтегазовых провинций с использованием в качестве объектов обучения 11 промышленных объектов (цветовая гамма отображает вероятность обнаружения объектов, идентичных объектам эталонной выборки)
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
(а в районе архипелага Сев. Земля и в раннем девоне), перми, среднем триасе и поздней юре относительно глубоководных терригенных и терригенно-карбонатных толщ мощностью первые сотни метров, которые по условиям катагенеза находятся в нефтяном окне. Исключение составляет термически незрелая позднеюрская свита, а также позднедевонские и пермские толщи, образующие очаги генерации жидких углеводородов лишь в юго-западных районах Баренцева моря, что было нами подтверждено схемами катагенеза пород верхнего палеозоя, триаса, юры и мела.
Высоко информативными, безусловно, являются тектонические критерии нефтегазоносно-сти, особенно в процессах формирования осадочного бассейна и его дальнейших перестроек. Как уже упоминалось выше, комплексирование различных методов (МПВ-ГСЗ, МОВ-ОГТ и др.) и использование современных компьютерных технологий обработки данных позволяют составить объемную сейсмогеологическую модель строения всего региона, выделить структурно-формационные комплексы в так называемом койлогенном мезокайнозойском, промежуточном синрифтовом комплексе осадочного чехла, а с учетом прослеживания сейсмических границ в нижней части земной коры также определить природу и мощность этой коры, выделить блоки с аномально высокой мощностью осадочного чехла [8].
Метод аналогии, традиционно используемый в прогнозно-минерагенических исследованиях, в последние десятилетия активно применяется в решении задач многофакторного прогнозирования с использованием алгоритмов распознавания образов с обучением [6]. В качестве объектов обучения задаются эталонные объекты, т.е. объекты, о которых известно, к какому классу заданной классификации они относятся. По эталонным объектам на этапе обучения строится решающее правило, с помощью которого для остальных объектов на этапе распознавания дается прогноз, т.е. оцениваются значения некоторых функций, характеризующих близость каждого объекта к каждой эталонной выборке.
На основе анализа типов месторождений углеводородов Западно-Сибирской нефтегазовой провинции и закономерностей их локализации относительно структур консолидированного фундамента и платформенного чехла нами был намечено семь месторождений, которые рассматривались в качестве объектов обучения. Кроме того, аналогичные построения выполнены в отношении четырех объектов, расположенных на западном фланге Хатангского прогиба Хатангско-Вилюйской нефтегазовой провинции (рис.8).
Рассмотрение полученного решения на площади северной части Западно-Сибирской нефтегазовой провинции свидетельствует о широком ареале распределения перспективных площадей осадочного бассейна.
Заключение. Исследования глубинного строения земной коры регионов российской Арктики и евразийского континента рекомендуется выполнять с учетом следующих принципов:
- алгоритм обработки и геологической интерпретации комплекса геофизических данных включает различные трансформации полей, способы решения прямых и обратных задач, статистические способы, технологии безэталонной классификации и распознавания образов с обучением, применяемые для цифровых данных по площади, вертикальных сечений и трехмерного геологического пространства;
- карты и разрезы глубинного строения рассматриваются как документы тектонического содержания, выполняются по единой научно-теоретической методике с использованием унифицированной системы условных обозначений и увязываются по смысловым и формальным параметрам;
- при построении карт глубинного строения реализуется послойный подход, предусматривающий раздельное картографическое отображение особенностей строения платформенного чехла и консолидированного фундамента;
- послойные карты глубинного строения рассматриваются в качестве составных частей трехмерной геотектонической модели региона исследований;
- необходимой составляющей этих научных исследований является развитие научных знаний об истории формирования глубинных недр Земли, представляемыми в форме палинспасти-ческих и палеогеографических схем и разрезов, историко-генетических моделей и др.
С учетом методического опыта выполненных работ можно говорить о том, что для построения карт и разрезов глубинного строения земной коры, предусмотренных программами государственного геологического картирования масштабов 1:1000 000 и 1:200 000, в каждом случае исполнителям приходится обобщать и анализировать громадные объемы разнотипной геологиче-
ё А.С.Егоров, И.Ю.Винокуров, А.Н.Телегин
Научно-методические приемы повышения геологической...
ской информации, выполнять обработку геофизических полей с использованием современных программно-математических аппаратов разных типов и свободно владеть инструментами тектоники и геодинамики. В рамках отдельного геологического задания - это на высоком профессиональном уровне невыполнимо и полученные разными авторскими коллективами результаты будут несопоставимы.
Решение этой логистической проблемы видится в разработке «Дежурной карты глубинного строения (геотектонического содержания), сопровождаемой системой опорных разрезов земной коры (геотраверсов)» которая в оперативном режиме пополняется новыми данными составляемых листов Госгеолкарты-1000 и -200 и, в свою очередь, обеспечивает эти листы необходимыми картами и разрезами. Тем самым обеспечивается увязка структурно-вещественных параметров смежных листов.
Выполнение такого типа совместных научных исследований ВСЕГЕИ и Горного университета будет способствовать возрождению традиции тесного сотрудничества этих старейших в геологической службе страны организаций и задаче развития нашей общей школы картографии, созданной горняками-геолкомовцами Г.П.Гельмерсеном, А.П.Карпинским, И.В.Мушкетовым и другими выдающимися геологами
ЛИТЕРАТУРА
1. Аплонов С.В. Остаточные океанические бассейны / С.В.Аплонов, В.И.Устрицкий // ДАН СССР. 1991. Т. 316. № 2. С. 425-428.
2. Глубинное строение Баренцево-Карского региона / И.Ю.Винокуров, А.П.Каленич, А.С.Егоров, А.И.Атаков, И.Ф.Кузнецова // Разведка и охрана недр. 2011. № 10. С. 23-30.
3. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин - основа глубинного 3D-картографирования территории Российской Федерации и ее континентального шельфа / С.Н.Кашубин, Е.Д.Мильштейн, И.Ю.Винокуров, Ю.М.Эринчек, Р.Б.Сержантов, В.Ю.Татаринов // Региональная геология и металлогения. 2016. № 67. С. 43-48.
4. Егоров А.С. Глубинное строение и геодинамика литосферы Северной Евразии (по результатам геолого-геофизического моделирования вдоль геотраверсов России). СПб: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. 200 с. (МПР РФ, ВСЕГЕИ).
5. ЕгоровА.С. Структурные и петрофизические характеристики внутриплитных геодинамических обстановок Барен-цевоморско-Карского региона и северной окраины Евразийского континента / А.С.Егоров, О.Ю.Смирнов // Записки Горного института. 2012. Т. 197. С. 50-59.
6. ЛомтадзеВ.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований. М.: Недра, 1993. 268 с.
7. Новая Земля и остров Вайгач. Геологическое строение и минерагения / А.П.Каленич, В.В.Орго, Н.Н.Соболев,
B.И.Бондарев, Ю.П.Семенов, Е.Е.Мусатов; Под научн. ред. Ю.Е.Погребицкого. СПб: ВНИИОкеангеология, 2004. 174 с.
8. Проблемы регионального геологического изучения континентального шельфа РФ / Ю.И.Матвеев, М.Ю.Шкатов, И.Ю.Винокуров, А.Ф.Морозов, П.А.Хлебников, Ю.М.Эринчек, С.Н.Кашубин, О.И.Супруненко // Разведка и охрана недр. 2011. № 10. С. 6-10.
9. Состав и содержание карты глубинного строения в Госгеолкарте-1000/3. Основные подходы / Ю.М.Эринчек,
C.Н.Кашубин, Е.Д.Мильштейн, В.Н.Мухин // Региональная геология и металлогения. 2007. № 33. С. 65-67.
10. СурковВ.С. Фундамент и развитие платформенного чехла Западно-Сибирской плиты / В.С.Сурков, О.Г.Жеро. М.: Недра, 1981. 143 с.
11. Bjorlykke Arne. Den platetektoniske syklusen. Oslo: GeoPublishing AS, 2007. 120 s.
Авторы: АС.Егоров, д-р геол.-минерал. наук, заведующий кафедрой, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия), И.Ю.Винокуров, канд. геол.-минерал. наук, заместитель заведующего отделом, [email protected] (ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ)», Санкт-Петербург, Россия), А.Н.Телегин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия).
Статья поступила в редакцию 31.05.2017
Статья принята к публикации 27.04.2018.
