CC BY
17
УДК 550.382.3, 550.838, 551.263.1
НОВЫЕ ДАННЫЕ О МАГНИТНЫХ СВОЙСТВАХ ВЕРХНЕПАЛЕОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ
А. П. Пронин, А. Ю. Гужиков, А. М. Суринский
Пронин Алексей Петрович, мененджер по анализу керна, ТОО «Компания Xahan» (Атырау, Казахстан), kcr@zhahancompany.kz
Гужиков Андрей Юрьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры общей геологии и полезных ископаемых, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г Чернышевского, aguzhikov@ yandex.ru
Суринский Арсений Михайлович, ассистент кафедры общей геологии и полезных ископаемых, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, arsur91@yandex.ru
Изучены магнитные свойства магматических и осадочных пород нижнего карбона и верхней перми, вскрытых скважинами на юге Прикаспийской впадины. Нижнекаменноугольные вулканиты характеризуются низкими (первые десятки 10-5 ед. СИ), а верхнепермские - высокими (сотни и первые тысячи 10-5 ед. СИ) значениями объемной магнитной восприимчивости. Среди верхнепермских осадочных пород встречаются разности, представленные конгломератами с литокластами вулканических пород и песчаниками, с высокими значениями магнитной восприимчивости (от первых сотен до тысячи 10-5 ед. СИ). Предполагается, что региональная положительная магнитная аномалия на юге Прикаспийской впадины частично может быть обусловлена верхнепермскими породами.
Ключевые слова: Прикаспийская впадина, региональная магнитная аномалия, магнитная восприимчивость, карбон, пермь.
New Data on Magnetic Properties of Upper Paleozoic Deposits in the South of Precaspian Depression
A. P. Pronin, A. Yu. Guzhikov, A. M. Surinskiy
Aleksey P. Pronin, ORCID 0000-0002-5684-5040, LLP «Company Zhahan», 32, Severnaya Promzona, Atyrau, 060010, Kazakhstan, kcr@zhahancompany.kz
Andrey Yu. Guzhikov, ORCID 0000-0002-0579-3981, Saratov State University, 83, Astrakhanskaya Str., Saratov, 410012, Russia, aguzhikov@yandex.ru
Arseniy M. Surinskiy, Saratov State University, 83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia, arsur91@yandex.ru.
The magnetic properties of igneous and sedimentary rocks of Lower Carboniferous and Upper Permian, were studied in the core samples from the boreholes, situated in the south of Precaspian depression. The volcanic rocks of Lower Carboniferous are characterized by low (first decades 10-5 SI units), and Upper Permian - by high (hundreds and first thousands 10-5 SI units) values of volume magnetic susceptibility. Among the Upper Permian sedimentary rocks occur some varieties,
represented by conglomerates with lithoclastes of volcanic rocks and sandstones, with high values of magnetic susceptibility (from first hundreds till thousand 10-5 SI units). It is expected, that regional positive magnetic anomaly in the south of Precaspian depression may be partially related to Upper Permian rocks. Key words: Precaspian depression, regional magnetic anomaly, magnetic susceptibility, Carboniferous, Permian.
DOI: 10.18500/1819-7663-2017-17-4-259-265 Введение
Проведенные в последнее время исследования магнитных свойств среднего карбона, верхней перми и верхнего триаса в южной части Прикаспийской впадины выявили на глубине от 1 до 5 км сильномагнитные образования, которые при условии широкого латерального распространения и достаточной мощности способны создавать региональные магнитные аномалии интенсивностью в сотни наноТесл [1]. Полученные данные хорошо согласуются по глубине залегания кровли магнитных аномалий с результатами расчетов В. М. Пилифосова с соавт. [2], согласно которым источники более чем сорока положительных магнитных аномалий в пределах Южно-Эмбин-ского прогиба, северной акватории Каспия и Астраханско-Актюбинской системы поднятий находятся в 1-3 км выше подошвы дислоцированного додевонского комплекса, т. е. в пределах девона - нижнего карбона. В то же время ряд исследователей Прикаспийской впадины полагают, что магнитные аномалии связаны с породами, залегающими глубже 7 км. Так, Д. П. Касаткин [3], учитывая региональный характер положительной аномалии магнитного поля Прикаспийской впадины, считает, что она генерируется сильномагнитными ультраосновными и основными породами глубокозалегающего кристаллического фундамента, в строении которого участвуют также кристаллические сланцы и интрузии различного состава. По результатам комплексного анализа гравитационной Северо-Каспийской аномалии и положительной магнитной аномалии юга Прикаспийской впадины последняя связывается с вулканогенно-терригенным «доплитным» комплексом нижнего палеозоя, также залегающим глубже 7 км [4]. По мнению П. Н. Коврижных с соавт. [5], интенсивные магнитные аномалии положительного знака в Прикаспийской впадине могут быть связаны с магматогенными образованиями, продуктами вулканической деятельности
основного состава, участвующими в формировании высокоплотного, магнитоактивного цоколя фундамента, характерного для начальных стадий рифтообразования. Данные о магнитовозмущаю-щих объектах карбона, перми и триаса, опубликованные А. Ю. Гужиковым и А. П. Прониным [1], позволяют предполагать, что в магнитную аномалию на юге Прикаспийской впадины вносит весомый вклад и верхнепалеозойский комплекс.
Исследование магнитных свойств верхнего палеозоя южной части Прикаспийской впадины было продолжено нами путем детального изучения разрезов скважины Каламкас-море 3 и ряда других скважин с целью выявления в них магнитовозмущающих объектов, связанных как с вулканическими породами, так и с продуктами их размыва.
Результаты работ
Магнитные свойства вулканических пород в скважине Каламкас-море 3 были определены ранее по образцам, отобранным грунтоносами в нескольких точках [1]. В данной статье представлены результаты измерений удельной магнитной восприимчивости (Кт) образцов шлама, взятых с шагом 5 м по разрезу (рис. 1).
Измерения проводились на каппабридже МБК-Ш. Предварительно образцы взвешивались на электронных весах ВК-300.
Дифференцированное изучение мелкой (размер частиц < 0.5 мм) и крупной (> 0.5 мм) фракций шлама обнаружило существенную разницу в их магнитных свойствах. В одной и той же пробе шлама мелкая фракция практически всегда характеризуется существенно более высокими значениями магнитной восприимчивости, чем крупная (см. рис. 1). Отношение величин Кт в мелкой и крупной фракциях варьирует от 1.5 до 40, но в основном от 4 до 9. Главным носителем магнитных свойств в изученных породах, как было установлено предыдущими исследованиями [1], является магнетит или близкие к нему по составу титаномагнетиты. Мы считаем, что обогащение мелкой фракции магнитными минералами происходит из-за приуроченности последних главным образом к участкам цеолитизации андезитовых порфиритов, которые наименее устойчивы к механическому воздействию и соответственно более мелко истираются в процессе бурения. Интенсивная цеолитизация исследуемых пород подтверждается данными рентгеноструктурного анализа В. В. Кулагина (НВНИИГГ, Саратов), согласно которым содержание анальцима в шламе с глубины 2685 м составляет 58%, с глубины 2790 м - 46%.
Удельная магнитная восприимчивость образцов, взятых грунтоносами, близка к значениям Кт мелкой фракции и всей пробы шлама в целом, но кардинально отличается от Кт крупной фракции. Таким образом, результаты измерений шлама или
его мелкой фракции адекватно отражают истинные магнитные свойства целой породы, которые определяются главным образом степенью цеоли-тизации андезитовых порфиритов.
Магнитный каротаж в скважине Каламкас-море 3 не проводился. По результатам исследований шлама с учетом материалов стандартного каротажа верхняя и нижняя границы магматического комплекса (в низах и верхах которого присутствуют слои известняков) определены на отметках глубин 2496 м и 2872 м соответственно (см. рис. 1). Таким образом, его мощность в изученном разрезе составляет 376 м.
В процессе денудации продукты физического разрушения андезитовых порфиритов могли формировать вблизи источников сноса сильномагнитные отложения. Интенсивный размыв вулканических пород происходил в конце перми - начале триаса. Татарский отдел юга Прикаспийской впадины, представленный чередованием глин, песчаников и конгломератов, характеризуется значительным площадным распространением и толщиной до 650 м [6]. Нами изучена объемная магнитная восприимчивость (Ку) отложений, слагающих нижнюю часть верхнепермского комплекса Южно-Эмбинского поднятия, по 24 образцам керна из четырех скважин: Пионерская 1 и 2, Сазтюбе 3 и 4 (рис. 2). Для корректного сравнения значений магнитной восприимчивости по керну и шламу, наряду с Ку, нами измерена и Кт (табл. 1). В основном образцы характеризуются невысокой магнитной восприимчивостью (Ку =3 - 77 • 10-5 ед. СИ), однако несколько образцов из скважин Пионерская 2, Сазтюбе 3 и 4 характеризуются большими значениями Ку (204 - 975 • 10-5 ед. СИ).
При детальном литологическом описании керна в гравелитистом песчанике из скважины Пионерская 2 (интервал 4215-4222 м) и конгломерате из скважины Сазтюбе 3 (4033-4039 м) среди обломков известняков были выявлены примеси (до 1-10% от объема образцов) обломков андезитовых порфиритов красно-коричневого цвета, схожих с вулканитами из скважины Каламкас-море 3 [7]. В среднезернистом песчанике из скважины Пионерская 2 (4215-4222 м) и алевролитах из скважин Сазтюбе 3 (4068-4074 м), Сазтюбе 4 (4068-4074 м) установлено присутствие прослоев толщиной 1-5 мм, обогащенных зернами обломочного магнетита.
Таким образом, предположение об обусловленности повышенной магнитной восприимчивости верхнепермских отложений наличием в них продуктов разрушения сильномагнитных вулканических пород подтверждается результатами литологических исследований.
В юго-восточной части Прикаспийской впадины известны вулканогенные образования более древнего, раннекаменноугольного (визейского), возраста. Они представлены вулканогенным фли-шем, в составе которого преобладают кристалло-кластические, реже кристаллолитокластические
(А) (Б) (В) (Г)
усл. ед Ом • м г/см3 мс/м ^ ю^ечСИ
О 150 0.2 20 1.9 2.9 540 140 0 1000 2000 3000 4000 5000
I I I > I > I > I
1
1 . . . . 2 X X 3 А Л 4 1 1
1
— 6 —■ 7 □---о 8 ®
9
Рис. 1. Каротажные и петромагнитные данные по разрезу доюрских пород скважины Каламкас-мо-ре 3: породы: 1 - песчаники; 2 - конгломераты; 3 -андезитовые порфириты; 4 - ангидриты; 5 - известняки. Удельная магнитная восприимчивость: 6 - несепарированных проб шлама; 7 - крупной фракции шлама (> 0,5мм); 8 - мелкой фракции шлама (< 0,5мм); 9 - образцов, взятых боковыми грунтоносами. Каротаж: (А) - радиоактивный; (Б) - боковой; (В) - плотностной; (Г) - акустический
1
2
3
4
Рис. 2. Местоположение скважин на карте аномального магнитного поля юго-востока Прикаспийской впадины [1]: 1 - местоположения скважин, в разрезах карбона-триаса которых установлены сильномагнитные породы (I - Камысколь Южный 100, II - Каламкас-море 3, III - Бекбулат 1, IV - Пионерская 2, V - Сазтюбе 3, VI - Сазтюбе 4); 2 - контуры Каспийского моря; 3 - скважины, вскрывшие верхний палеозой; 4 - скважины, в которых изучена магнитная восприимчивость верхнепалеозойских образцов. Основные изолинии аномального магнитного поля проведены через 100 нТл, дополнительные - через 50 нТл
Таблица 1
Магнитные свойства верхнепермских отложений юга Прикаспийской впадины
Скважина Глубина, м К, 10-5 ед. СИ Кт, 10-8 ед. СИ Порода
Пионерская 1 4113-4120 8.03 3.12 Алевролит
Пионерская 1 4113-4120 8.49 3.38 Алевролит
Пионерская 1 4113-4120 4.35 1.71 Алевролит
Пионерская 1 4113-4120 3.41 1.37 Алевролит
Пионерская 1 4120-4127 6.75 2.69 Алевролит
Пионерская 1 4120-4127 4.76 1.92 Алевролит
Пионерская 1 4120-4127 3.80 1.52 Алевролит
Пионерская 2 4215-4222 407.88 160.36 Песчаник гравелитистый
Пионерская 2 4215-4222 811.40 327.47 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 3 3992-3998 2.84 2.59 Конгломерат
Сазтюбе 3 4033-4039 276.86 109.19 Конгломерат
Сазтюбе 3 4068-4074 452.80 181.33 Алевролит
Сазтюбе 4 3648-3651 975.36 368.77 Алевролит
Сазтюбе 4 3651-3654 77.32 31.17 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 4 3651-3654 69.57 27.61 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 4 3725-3727 36.03 14.60 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 4 3752-3758 37.46 14.93 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 4 3752-3758 204.88 79.79 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 4 3782-3789 18.08 7.19 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 4 3782-3789 27.90 11.38 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 4 3803-3809 10.04 3.98 Песчаник среднезернистый
Сазтюбе 4 3827-3836 17.64 6.97 Аргиллит
Сазтюбе 4 3827-3836 15.29 5.94 Аргиллит
Сазтюбе 4 3827-3836 21.19 8.80 Аргиллит
разности тефроидов, выдержанные по составу и внешнему облику, переслаивающиеся с пачками вулканомиктовых песчаников и конгломератов, алевролитов и аргиллитов. По сейсмическим данным, эти отложения имеют толщину более 1 км, а их вскрытая толщина в скважинах составляет 300-400 м [8]. Нами изучены магнитные свойства этих пород по 48 образцам из 7 скважин (Пионерская 1, Сазтюбе 1 и 3, Юбилейная 1, 2, 5 и 8) (см. рис. 2), взятых в различных интервалах разреза нижнего карбона. Оказалось, что всем образцам свойственна невысокая магнит-
Магнитные свойства нижнекаменноуголь
ная восприимчивость (Ку =10 - 80 • 10-5 ед. СИ, в основном К = 20 - 40 • 10-5 ед. СИ) (табл. 2), которая не позволяет пока рассматривать нижний карбон как аномалиеобразующий объект при интерпретации материалов аэромагнитных съемок. Однако петромагнитное изучение нижнекаменноугольных отложений должно быть продолжено, потому что вулканогенные толщи характеризуются большим разбросом значений магнитной восприимчивости, и наличие сильномагнитных объектов в нижнем карбоне юга Прикаспия нельзя исключить.
Таблица 2
отложений юга Прикаспийской впадины
Скважина Глубина, м К, 10-5 ед. СИ Кт, 10-8 ед. СИ Порода
Пионерская 1 4630-4637 21.94 9.96 Туфоалевролит
Пионерская 1 4791-4798 35.06 15.01 Чередование туфа кристаллокластического и туфоалевролита
Пионерская 1 4920-4925 31.90 13.54 Туфопесчаник среднезернистый
Пионерская 1 4920-4925 53.62 21.85 Туф кристаллолитокластический
Сазтюбе 1 4266-4272 21.79 9.31 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4325-4331 25.30 10.73 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4325-4331 23.53 9.93 Песчаник мелкозернистый
Окончание табл. 2
Скважина Глубина, м К, 10-5 ед. СИ Кя, 10-8 ед. СИ Порода
Сазтюбе 1 4659-4660 18.91 7.35 Чередование туфопесчаника мелкозернистого и туфоалевролита
Сазтюбе 1 4715-4722 23.72 10.78 Туфоалевролит
Сазтюбе 1 4715-4722 18.83 7.68 Туфопесчаник среднезернистый
Сазтюбе 1 4715-4722 9.94 4.17 Песчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4891-4898 21.72 8.54 Туфопесчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4891-4898 21.01 8.22 Туфопесчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4946-4952 20.17 7.68 Туфопесчаник мелкозернистый
Сазтюбе 1 4946-4952 28.19 11.50 Туфоалевролит
Сазтюбе 3 4402-4408 11.60 5.05 Туф витрокристаллокластический
Сазтюбе 3 4625-4631 49.45 21.96 Туф кристаллолитокластический
Сазтюбе 3 4901-4907 49.18 20.99 Туф кристаллокластический
Юбилейная 1 4547-4554 19.86 8.08 Туфоалевролит
Юбилейная 1 4589-4595 24.54 10.61 Туфопесчаник среднезернистый
Юбилейная 1 4589-4595 20.02 8.38 Туфоалевролит
Юбилейная 1 4632-4639 18.48 8.14 Туфопесчаник среднезернистый
Юбилейная 1 4632-4639 19.73 8.65 Туф кристаллокластический
Юбилейная 1 4817-4824 34.83 15.41 Туф кристаллокластический
Юбилейная 1 4817-4824 35.87 15.87 Чередование туфа кристаллокластического и туфоалевролита
Юбилейная 1 4855-4862 30.51 12.67 Туф витрокристаллокластический
Юбилейная 2 4532-4538 45.54 20.05 Туфоалевролит
Юбилейная 2 4532-4538 37.31 16.79 Туфоаргиллит
Юбилейная 2 4971-4979 55.13 21.60 Туф кристаллокластический
Юбилейная 2 4971-4979 37.41 15.81 Туфоаргиллит
Юбилейная 5 4775-4781 26.07 11.74 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4775-4781 37.04 17.45 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4803-4810 47.96 19.19 Чередование туфа кристаллокластического и туфоалевролита
Юбилейная 5 4803-4810 58.95 25.97 Туф кристаллокластический
Юбилейная 5 4861-4868 32.31 13.51 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4861-4868 77.72 30.44 Туф кристаллолитокластический
Юбилейная 5 4861-4868 41.79 16.83 Туф кристаллолитокластический
Юбилейная 5 4861-4868 9.65 4.04 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4861-4868 44.54 18.22 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4861-4868 35.98 14.39 Чередование туфа кристаллокластического и туфоалевролита
Юбилейная 5 4861-4868 31.40 14.72 Туф кристаллолитокластический
Юбилейная 5 4920-4927 16.63 6.83 Туфоалевролит
Юбилейная 5 4920-4927 23.23 9.26 Туфопесчаник среднезернистый
Юбилейная 5 4993-5000 27.01 10.39 Туф кристаллокластический
Юбилейная 5 4993-5000 18.45 7.15 Туфопесчаник среднезернистый
Юбилейная 8 4468-4475 18.33 7.72 Туфоалевролит
Юбилейная 8 4892-4899 41.43 17.82 Туф кристаллолитокластический
Юбилейная 8 4892-4899 37.58 16.75 Туф кристаллокластический
Выводы
Установлено наличие сильномагнитных отложений в нижней части татарского отдела на западном склоне Южно-Эмбинского поднятия (скважины Пионерская 2, Сазтюбе 3 и 4), сформировавшихся за счет размыва позднепермских вулканитов. Таким образом, в верхнем палеозое юга Прикаспия обнаружен еще один возможный источник формирования региональной магнитной аномалии, кроме позднепермских андези-товых порфиритов в районе Северо-Каспий-ского поднятия (скважина Каламкас-море 3) и среднекаменноугольных туфов в районе Южно-Эмбинского поднятия (скважина Бекбу-лат 1), выявленных ранее [1] (см. рис. 2). Новые данные указывают на высокую вероятность регионального распространения сильномагнитных пород в карбоне-перми юга Прикаспийской впадины.
Результаты выполненных работ подтверждают гипотезу о сложном генезисе магнитной аномалии на юге Прикаспийской впадины, являющейся суперпозицией магнитных эффектов от объектов разного возраста, в том числе и позднепалеозой-ского-триасового [1].
Для кардинального прогресса в решении проблемы интерпретации аэромагнитных данных на территории юга Прикаспия, кроме изучения керна скважин, пробуренных ранее (к сожалению, большей частью не сохранившегося), необходимо планомерное изучение керна и шлама скважин, которые бурятся в настоящее время.
Библиографический список
1. Гужиков А. Ю., Пронин А. П. О возможных источниках магнитных аномалий юга Прикаспийской впадины // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2015. Т. 15, вып. 3. С. 37-46.
2. Пилифосов В. М., Воцалевский Э. С., Азербаев Н. А., Пронин А. П. Проблема палеозойского вулканизма юга Прикаспийской впадины // Геология Казахстана. 1997. № 1. С. 4-11.
3. Касаткин Д. П. Геологические результаты аэромагнитной съемки юго-восточной части Русской платформы и ее складчатого обрамления // Советская геология. 1966. № 10. С. 69-78.
4. Астраханский карбонатный массив : строение и неф-тегазоносность / под ред. Ю. А. Воложа, В. С. Парасына. М. : Научный мир, 2008. 221 с.
5. Коврижных П. Н., Шагиров Б. Б., Исказиев К. О., Каримов С. Г. Инновационные методы сбора, обработки и интерпритации геофизических данных при изучении не-фтегазоносности Прикаспийской впадины и прилегающих территорий // Нефтегазоносные бассейны Казахстана и перспективы их освоения. Алматы : КОНГ, 2015. С. 299-312.
6. Липатова В. В., Волож Ю. А., Букина Т. Ф., Яночки-на З. А. Особенности строения верхнепермских отложений юга и юго-востока Прикаспийской впадины // Недра Поволжья и Прикаспия. 2000. Вып. 22. С. 10-22.
7. Рихтер Я. А., Пронин А. П. Раннекаменноугольный вулканизм на юго-востоке Прикаспийской впадины // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2015. Т. 15, вып. 4. С. 55-66.
8. Айзенштадт Г. Е.-А., Слепакова Г. И. Структура подсо-левых палеозойских отложений юго-востока Прикаспийской впадины. Л. : Недра, 1978. 80 с. (Тр. ВНИГРИ. Вып. 377).
Образец для цитирования:
Пронин А. П., Гужиков А. Ю., Суринский А. М. Новые данные о магнитных свойствах верхнепалеозойских отложений южной части Прикаспийской впадины // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2017. Т. 17, вып. 4. С. 259-265. DOI: 10.18500/1819-7663-2017-17-4-259-265.
dte this article as:
Pronin A. P., Guzhikov A. Yu., Surinskiy A. M. New Data on Magnetic Properties of Upper Paleozoic Deposits in the South of Precaspian Depression. Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Earth Sciences, 2017, vol. 17, iss. 4, рр. 259-265 (in Russian). DOI: 10.18500/1819-7663-2017-17-4-259-265.
