CC BY
77
Ключевые слова:
геодинамика, нефтегазоносность, сланцевый газ, Арктика, рифей,
Тимано-
Варангерский пояс, п-ов Рыбачий.
Keywords:
geodynamics, oil-and-gas presence, shale gas,
Arctic,
Riphean,
Timan-Varanger Belt, Rybachiy Peninsula.
УДК 551.73/.78 + 553.98
Н.О. Сорохтин, Л.И. Лобковский, Н.Е. Козлов
Тимано-Варангерский пояс байкалид как новый нефтегазоносный бассейн России
Оценка перспектив формирования крупных скоплений углеводородного сырья (УВ), в том числе сланцевого газа и нефти, в терригенных толщах рифея Тимано-Варангерского пояса напрямую зависит от условий геологического строения толщ и геодинамической эволюции. Выделяемый нами новый потенциально нефтегазоносный бассейн, с одной стороны, характеризуется формированием захороненных на большие глубины мощных (до 12 км в прибрежной зоне п-ова Рыбачий) осадочных толщ пассивной окраины Восточно-Европейской платформы в рифее, а с другой -развитием в каледонское и герцинское время Норвежско-Мезенской системы рифтов. Далее в статье будут рассмотрены вопросы полистадийного развития Тимано-Варангерского пояса и обоснованы пространственно-временшяе закономерности взаимодействия геодинамических процессов, влияющих на обстановку формирования месторождений традиционных и нетрадиционных видов УВ-сырья, на примере северо-западной оконечности Кольского полуострова.
В процессе эволюции Восточно-Европейской платформы (ВЕП) ее северная и северо-западная (в современных румбах) оконечности в постархейское время, по-видимому, периодически испытывали процессы раскола и коллизионного сочленения с Североамериканской литосферной плитой [1]. На это, в частности, указывает сопоставимость структурно-вещественных комплексов свекофеннид Балтийского щита и кетилид южной Гренландии и Канады, сформированных около 1,9—1,8 млрд лет назад во время закрытия Свекофеннского палеоокеана при формировании суперконтинента Мегагея (или Мегагея Штилле). Достоверные геологические данные эпохи раннего и среднего рифея (1650—1350 млн лет назад) в этой части платформы отсутствуют, что может косвенно указывать на процессы раскрытия океана Палеояпетус, разделившего некогда единые канадско-гренладские континентальные образования и родственные им структурно-вещественные комплексы Балтийского щита.
В Перитиманской области и в Кандалакшско-Двинском бассейне в интервале 1350—1050 млн лет назад развивались структуры прогибания фундамента и накопления континентальных терригенных осадков с примесью вулканитов [1]. В это же время на северо-востоке Русской плиты начинают формироваться шельфовые и склоновые осадочные комплексы пассивной окраины континента [2]. Данные события хорошо согласуются с фактическими данными о времени распада суперконтинента Мегагея около 1,7 млрд лет назад, продолжавшегося вплоть до позднего рифея (около 1000 млн лет назад), когда был сформирован следующий в истории Земли суперконтинент Мезогея (Родиния) [3, 4].
В это время в северо-западной периферической зоне ВЕП формируется Дальс-ландская складчатая область, являющаяся продолжением Гренвильского пояса в Канаде и Гренландии и маркирующая зону закрытия океана Палеояпетус. В венде (650—570 млн лет назад) процессы ее пенепленизации привели к формированию комплекса континентальных терригенных осадков со следами тиллитов на северозападе [5] и прибрежно-морских образований на севере в районе п-ова Варангер [6]. В это же время продолжалось накопление осадочного комплекса шельфовых и континентально-склоновых образований на северной и северо-восточной пассивных окраинах Русской плиты. Дальсландский орогенез на западе привел к формированию целого ряда закономерно расположенных в пространстве рифто-вых систем в ее северо-восточных районах. При этом тектонические условия их фор-
№ 2 (22) / 2015
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
49
мирования носили явный отраженный характер, что закономерно привело к практически полному отсутствию магматической составляющей в разрезах рифтов и на плечах структур. Лишь на северной оконечности Кольского п-ова и на п-овах Среднем и Рыбачьем отмечены редкие тела и дайки долеритов, датируемые указанным периодом.
Условия относительного тектонического покоя в восточной и северо-восточной частях ВЕП в течение очень продолжительного отрезка времени - примерно 780 млн лет (около 5701350 млн лет назад) - свидетельствуют о возможном накоплении огромных масс потенциально нефтегазоносных осадочных образований на шельфе, склоне и в подножии континента. В эту эпоху континент последовательно мигрировал из приэкваториальной зоны Земли (около 1,0 млрд лет назад), где он находился в момент формирования Мезогеи, в приполярные области (800-650 млн лет назад), а затем обратно (около 550 млн лет назад) (рис. 1) [7].
В настоящее время рифейские образования пассивной окраины севера и северовостока Русской плиты обнажены в пределах п-ова Варангер в северной Норвегии, п-овов Среднего и Рыбачьего, о. Кильдин на северной оконечности Кольского п-ова, а также на Канином носу и Тиманском выступе в Архангельской области. В геологической литературе эти образования выделяются как Тимано-Варангерская система байкалид [8, 9] и представляют собой моноклинальное напластование средне-позднерифейских и вендских метаморфизованных осадочных комплексов, тектонически взброшенных, а местами надвинутых на архейские и раннепротерозойские образования Балтийского щита и Русской плиты [10]. Поверхность моноклинали полого погружается в сторону Южно-Баренцевоморской впадины под углами 2-5°, а затем угол наклона увеличивается до 5-10° [9].
Осадочные комплексы среднего рифея представлены сероцветными полимиктовы-ми конглобрекчиями, конгломератами и гравелитами с прослоями алевролитов и псаммитов. В верхних частях разреза наблюдается переслаивание сероцветных аргиллитов, алевролитов, полимиктовых псаммитов и конгломератов с линзами и конкрециями карбонатных пород. Позднерифейские и вендские образования представлены переслаиванием разноцветных кварцевых, олигомиктовых и аркозовых
псаммитов, алевролитов, пелитов и доломитов. В разрезе встречаются прослои полимик-товых конглобрекчий с обломками фосфоритов и карбонатных стяжений. Вторичные преобразования соответствуют стадии метагенеза - начального метаморфизма [11]. Геодинамические условия накопления перечисленных комплексов отвечают единому латеральному ряду шельфовых, континентально-склоновых и подножно-континентальных образований [2].
В позднем венде - раннем кембрии (около 620-540 млн лет назад) произошло сочленение северной и северо-восточной оконечностей Русской плиты с Баренцево-Печорской плитой (БПП), которая впоследствии разделилась на Свальбардскую, Северокарскую и Печорскую плиты [1]. При этом к северо-западу от нее еще существовал океан Япетус, сформированный после распада Мезогеи. Процесс приращения ВЕП в этой части БПП протекал без интенсивной складчатости и магматизма, на что указывают все имеющиеся геолого-геофизические данные. По-видимому, сочленение двух континентов происходило по зоне касательного проскальзывания, подобно смещающимся вдоль трансформного разлома блокам.
Процесс сочленения двух плит привел к надвиганию шельфовых и континентальносклоновых образований среднего и позднего рифея и венда на окраину ВЕП и формированию в районе п-овов Среднего и Рыбачьего крупных правосторонних сдвиговых и взбросо-надвиговых структур. А.П. Симонов с соавторами [9] отмечает, что процессы формирования Тимано-Варангерской шовной зоны сопряжены с резким уменьшением мощности разреза в северо-западном (Кольско-Канинском) сегменте, тогда как в юго-восточном (Тиманском) наблюдается многократное его увеличение. К этому следует добавить, что в разрезе отсутствуют образования раннего рифея, и лишь в самой юго-восточной части Тимано-Варангерской шовной зоны присутствуют осадки данного возраста [1].
Описанные факты мы связываем с правосторонне-сдвиговым сочленением двух литосферных плит, при котором разделяющий их океанический бассейн был закрыт без субдук-ционного поглощения на большей части ВЕП. При этом наиболее молодые фрагменты разреза шельфовых и континентально-склоновых образований ВЕП были взброшены на край плиты, а частью срезаны, перемещены и
№ 2 (22 ) / 2015
50
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
в г
Рис. 1. Палеогеодинамическая реконструкция суперконтинента Мезогея (Родиния) и его распад на Гондвану и Лавразию в проекции Ламберта [4]:
а - суперконтинент Мезогея (около 1 млрд лет назад); б - распад Мезогеи на Гондвану и Лавразию (около 800-750 млн лет назад); в - распад Гондваны и Лавразии (около 650 млн лет назад); г - продолжение распада Гондваны и Лавразии (около 550 млн лет назад);
1 - континентальная литосфера; 2 - складчатые пояса; 3 - складчатые пояса в областях распространения покровного оледенения; 4 - красноцветы; 5 - области покровного оледенения; 6 - тиллиты и тиллоиды; красными стрелками отмечено положение Балтийского щита Русской плиты
сгружены в юго-восточном направлении. Более древние раннерифейские комплексы, слагавшие нижние уровни склона и подножья континента, скорее всего, были захоронены в нижней части сформированной шовной зоны. Эти процессы привели к увеличению степени складча-
тости и метаморфизма вплоть до зеленосланцевой фации в пределах Канинской и Тиманской частей разреза, а также к проявлению контрастного магматизма от гранитоидного и гранодиоритового до габбро-диабазового. Еще южнее (в Предуралье) эта зона переходит в кон-
№ 2 (22) / 2015
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
51
вергентную структуру, о чем свидетельствует вскрытый бурением комплекс магматических пород островодужного типа [1].
Вслед за А.Н. Дмитриевским и М.Д. Бело-ниным [12] описываемая территория была нами разделена на ряд закономерно расположенных в пространстве нефтегазоносных бассейнов и провинций [13, 14] (рис. 2). При этом пространственно -временное закономерно сти
размещения типов УВ, а также геолого-геодинамический анализ корообразующих и преобразующих процессов показали, что бассейны Северного, Норвежского и Западно-Барен-цевского морей резко отличны от Баренцево-Северо-Карской, Тимино-Печорской и ЗападноСибирской провинций и, скорее всего, могут быть разделены на 2 крупных генетических типа [15]. К первому типу можно отнести те, которые в процессе эволюции нефтегазоносных бассейнов (НГБ) претерпели один - каледонский -этап (Норвежско-Баренцевский НГБ) или два -каледонский и герцинский - этапа (Западно-
Норвежский НГБ) тектоно-магматической активизации, а ко второму - претерпевшие только один - герцинский - этап активизации (Барен-цево-Северо-Карскую, Тимано-Печорскую и Западно-Сибирскую нефтегазоносные провинции (НГП)). Кроме этого, в пределах южной части Баренцево-Северо-Карской и Тимано-Печорс-кой провинций на границе с архейскими комплексами Балтийского щита выделяется самостоятельная зона потенциального нефтегазонакопления рифейского возраста, что подчеркивает ее уникальность и возможность существенного приращения совокупного УВ-потенциала. Эта область примечательна тем, что процессы генерации углеводородного сырья в ней протекали на протяжении наиболее продолжительного времени (около 800 млн лет), а общий потенциал был сформирован в результате проявления трех тектоно-термальных эпох: байкальской, каледонской и герцинской.
Северные границы выделяемых нефтегазовых бассейнов и провинций, сопряженных
Рис. 2. Нефтегазоносные бассейны и провинции запада российской Арктики по А.Н. Дмитриевскому и М.Д. Белонину [12] с изменениями и дополнениями:
1 - контур береговой линии; 2 - государственная граница и граница ответственности арктического сектора России; 3 - срединная линия между территориями России и Норвегии и границы нефтегазоносных бассейнов, областей и провинций
№ 2 (22 ) / 2015
52
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
с зоной сочленения континентального склона с океанической литосферой Атлантического и Северного Ледовитого океанов, можно провести по богатому газогидратами материковому подножью, что, возможно, существенно изменит в будущем количественную оценку их совокупного нефтегазового потенциала. Следует также отметить, что наименее изученным ввиду сложных климатических условий является Северо-Карский бассейн, который, по-видимому, нужно считать естественным продолжением Свальбардской плиты, отделенной от Южно-Карского фрагмента ЗападноСибирской НГП трансформным разломом.
Изучение вопросов биоразнообразия и изменения массы океанической биоты показывает, что на рубеже среднего и позднего протерозоя произошла глубокая перестройка трофической структуры биоты, связанная с бурным распространением эукариотных организмов и фитопланктона. Приблизительно в это же время началось и бактериальное заселение суши, о чем свидетельствуют красноцветные коры выветривания земных пород этого же возраста [16].
По данным О.Г. Сорохтина [17], масса океанического фитопланктона увеличивалась со временем приблизительно пропорционально росту массы воды в океане. Следовательно, около 1 млрд лет назад биомасса океанических организмов уже была достаточно значительной и составляла около 91 % своего современного объема. С течением времени совершенствовалась и земная жизнь. Так, уже в венде появились первые формы макроорганизмов, оставивших отпечатки во многих отложениях этого возраста. В кембрии появились скелетные формы животных и возникли практически все современные типы растительного и животного царств.
В целом же позднепротерозойская эпоха характеризовалась царствованием микроорганизмов в морях, и формирование залежей углеводородов биогенного типа в толщах осадков может быть связано только с ними. Так, в осадочных толщах терригенного состава обычно содержится 0,5-1,0 % органических веществ. А из этого количества только 30 % могут перейти в углеводороды. Исходя из условий нефтегазогенерации в накапливающихся осадочных толщах на пассивных окраинах континентов предполагают, что «созревание» нефти и газа в них происходит уже через
20-30 млн лет после образования самой континентальной окраины. В дальнейшем область генерации углеводородов существенно расширяется. Это говорит о том, что за приблизительно 800 млн лет существования Тимано-Варангерской пассивной окраины древнего континента, коей была Русская плита, в ее толще было захоронено гигантское количество органического вещества.
Исследования структурно-вещественных комплексов северо-западной части Тимано-Варангерского пояса показали, что полого залегающие и слабометаморфизованные осадочные толщи рифея могут обладать очень большим нефтегазоносным потенциалом как традиционного, так и нетрадиционного типов. Изучение физических свойств горных пород разреза выявило наличие благоприятных условий для формирования залежей УВ сырья и в первую очередь для скоплений сланцевого газа [18].
На п-овах Средний и Рыбачий были выявлены аномально высокие концентрации углеводородных газов в рифейских отложениях. Значения коэффициента СН4/ЕТУ, где ЕТУ - сумма тяжелых углеводородов, в пробах (2,4-40,0) не отличаются от показателей, характерных для обычных газоконденсатных и газонефтяных месторождений в отложениях фанерозоя. Повышенное содержание УВ-газов также установлено в прибрежной зоне к северу от Кольского п-ова в соответствующей полосе развития рифейских и палеозойских отложений.
Проведенные исследования аэрогазовой съемки позволили обосновать приуроченность эманаций метана и пропана к крупным тектоническим зонам, а пробуренные поисковые скважины выявили зоны с постоянными притоками газа. Полученные данные об изотопном составе углерода позволили заключить, что в захороненных на больших глубинах осадочных толщах пассивной окраины континента в рифее под действием литостатического давления могли формироваться крупные залежи нефти и газа [13]. Кроме этого, Тимано-Варан-герский нефтегазоносный бассейн может быть богат залежами сланцевого газа и, возможно, сланцевой нефти. Нахождение в крупных зонах трещиноватости устойчивых притоков газа, по-видимому, указывает на вскрытие ими микропористой структуры осадочного чехла ри-фейских отложений.
№ 2 (22) / 2015
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
53
Потенциальная нефтегазоносность рассматриваемого региона требует проведения на его территории специализированных поисковых работ. В процессе геолого-геофизических исследований возможно не только подсече-
Список литературы
1. Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов (год 2000) / В.Е. Хаин. - М.: Научный мир,
2001. - 606 с.
2. Негруца В.З. Баренцевоморский фосфоритовый бассейн / В.З. Негруца, А.А. Басалаев,
И.В. Чикирев. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1993. - 119 с.
3. Сорохтин О.Г. Теория развития Земли (происхождение, эволюция и трагическое будущее) / О .Г. Сорохтин, Дж.В. Чилингар,
Н.О. Сорохтин. - М.; Ижевск: Изд-во Института компьютерных исследований УдГУ,
2010. - 751 с.
4. Sorokhtin O.G. Evolution of Earth and its climate / O.G. Sorokhtin, G.V Chilingarian,
N.O. Sorokhtin // Developments in Earth and Environmental Sciences. - Elsevier Science,
2011. - V.10. - 763 p.
5. Чумаков Н.М. Докембрийские тиллиты и тиллоиды (проблемы докембрийских оледенений) / Н.М. Чумаков // Труды ГИН АН СССР. Вып. 308 / Отв. ред. М.А. Ахметьев
и А.Б. Герман. - М.: Наука, 1978. - 202 с.
6. Raaben M.E. Correlation of stromatolitic formations of northern Norway (Finnmark) and northwestern Russia (Kildin Island and Kanin Peninsula) / M.E. Raaben, VV Lubtsov, A.A. Predovsky // Nor. Geol. Unders. Spesial Publ. - Trondheim, Norway, 1995. - P 233-246.
7. Сорохтин О.Г. Глобальная эволюция Земли и происхождение алмазов / О. Г. Сорохтин,
Ф.П. Митрофанов, Н.О. Сорохтин. - М.: Наука, 2004. - 260 с.
8. Милановский Е.Е. Геология России и ближнего зарубежья (Северной Евразии) /
Е.Е. Милановский. - М.: Изд-во МГУ, 1996. -448 с.
9. Симонов А.П. Рифейская нефть полуострова Рыбачий: миф или ключ к принципиально новому направлению нефтегазопоисковых работ на шельфе Баренцева моря? /
А.П. Симонов, Д.М. Губерман, Ю.Н. Яковлев и др. // Вестник МГТУ - 1998. - T. 1. - № 2. -C. 121-140.
ние зон с промышленными притоками газа, но и охарактеризование исследуемой территории на предмет концентрации в толще рифей-ских осадков скоплений углеводородного сырья, в том числе и сланцевого газа.
10. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Лапландско-Печенегский район / Отв. ред. Н.В. Шаров. - Апатиты:
Изд. КНЦ РАН, 1997. - 225 с.
11. Чикирев И.В. Верхнедокембрийские фосфоритсодержащие отложения Кольского полуострова: автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук / И.В. Чикирев. - М.: МГУ, 1995. - 18 с.
12. Дмитриевский А.Н. Перспективы освоения нефтегазовых ресурсов Российского шельфа / А.Н. Дмитриевский, М. Д. Белонин //
Природа. - 2004. - № 9. - С. 6-15.
13. Сорохтин Н.О. Эволюция северо-западной части Тимано-Варангерского нефтегазоносного бассейна / Н.О. Сорохтин, Н.Е. Козлов,
И.В. Чикирев и др. // Вестник КНЦ РАН. -2011. - № 3. - С. 3-20.
14. Sorokhtin N.O. Oil and gas content of the Eurasian western arctic shelf and prediction criteria
of searching hydrocarbonic raw materials in a coastal zone of the Kola region / N.O. Sorokhtin,
G. V. Chilingarian, N.E. Kozlov, V.N. Glaznev // Izvestia RANS (Russian academia of natural sciences). - 2012. - V. 21: spec. is. - P 119-135.
15. Сорохтин Н.О. Потенциальная нефтегазоносность западной части Арктического шельфа России и прогнозные критерии поиска УВ сырья в прибрежной зоне Кольского полуострова // Н.О. Сорохтин,
H. Е. Козлов, В.Н. Глазнев, И.В. Чикирев. -Вестник МГТУ: труды Мурманского государственного университета. - 2010. -Т 13. - № 14/1. - С. 736-750.
16. Анатольева А.И. Главные рубежи эволюции красноцветных формаций / А.И. Анатольева. -Новосибиск: Наука, 1978. - 190 с.
17. Сорохтин О.Г. Жизнь Земли / О.Г. Сорохтин. -М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»: Институт компьютерных исследований УдГУ, 2007. - 452 с.
18. Сорохтин Н.О. Нефтегазоносность неопротерозойских осадочных комплексов Тимано-Варангерского пояса / Н.О. Сорохтин, Л. И. Лобковский, Н. Е. Козлов и др. // Вестник МГТУ - 2014. - Т 17. - № 2. - С. 349-363.
№ 2 (22 ) / 2015
