CC BY
20
УДК 551+552.5
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-1-183-190
ЦИКЛИЧНОСТЬ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ВЕРХНЕГО МЕЛА ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ
Александр Иванович Кудаманов
Тюменский нефтяной научный центр, 625048, Россия, г. Тюмень, ул. Осипенко, 79/1, кандидат геолого-минералогических наук, эксперт, тел. (345)252-90-90, e-mail: [email protected]
Сергей Евгеньевич Агалаков
Тюменский нефтяной научный центр, 625048, Россия, г. Тюмень, ул. Осипенко, 79/1, кандидат геолого-минералогических наук, начальник управления, тел. (345)252-90-94, e-mail: [email protected]
По данным изучения керна текущего бурения и анализа информации по керну опорных скважин приводится краткая характеристика основных особенностей строения верхнего мела Западной Сибири, выделена трансгрессивно-регрессивная цикличность осадконакопления, показана преемственность основных источников осадочного материала. Предложенная модель, не вступая в противоречие с современными представлениями о составе и генезисе верхнего мела Западной Сибири, позволяет более детально проследить историю формирования данного интервала разреза.
Ключевые слова: верхний мел, трансгрессия, регрессия, терригенный материал, аути-генные минералы, биогенные осадки.
CYCLICITY OF SEDIMENTATION OF THE UPPER CRETACEOUS DEPOSITS OF THE WEST SIBERIAN PLATE
Alexander I. Kudamanov
Tyumen Petroleum Research Center, 79/1, Osipenko St., Tyumen, 625048, Russia, Ph. D., Expert, phone: (345)252-90-90, e-mail: [email protected]
Sergey E. Agalakov
Tyumen Petroleum Research Center, 79/1, Osipenko St., Tyumen, 625048, Russia, Ph. D., Head of Govermance, phone: (345)252-90-94, e-mail: [email protected]
According to the data of core drilling and analysis of parametric wells core data, a brief description of the main features of the structure of the Upper Cretaceous of Western Siberia is given., Transgressively - regressive cyclicity of sedimentation is identified, continuity of the main sources of sedimentary material is shown. The proposed model, while not contradicting modern concepts of the composition and genesis of the Upper Cretaceous of Western Siberia, makes it possible to trace in more detail the history of the formation of this stratigraphic interval.
Key words: Upper Cretaceous, transgression, regression, terrigenous material, authigenic minerals, biogenic sediments.
Потенциал «сеноманского» газа месторождений Западно-Сибирской плиты (ЗСП) в значительной степени уже реализован. На фоне долгосрочных обязательств России о поставках газа, в том числе и в страны Дальнего Востока, задача вовлечения новых залежей газа в разработку становится все более актуальной. Глинисто-кремнистые породы надсеноманской части верхнего мела
ЗСП с многочисленными проявлениями и притоками газа являются первоочередными в качестве объекта возвратной разработки на месторождениях с выработанными запасами сеноманского газа.
На современном этапе повышение качества сейсмической съемки, расширение методов геофизического изучения скважин (ГИС) и детальные лабораторные исследования керна позволили уточнить обстановки и условия формирования и разработать концептуальную авторскую модель верхнего мела ЗСП [1]. Приводится сокращенная характеристика основных этапов регрессивно-трансгрессивных колебаний уровня моря в позднем мелу ЗСП, выделенных в соответствии с предложенной моделью.
Анализ сейсмики по верхнему мелу (выше сеномана) позволяет выделить в пределах ЗСП четыре комплекса отложений (снизу вверх): кузнецовский (ту-рон-ранний коньяк), нижнеберезовский (поздний коньяк-сантон), верхнебере-зовский (кампан) и ганькинский (поздний кампан-маастрихт) [1]. Внутреннее строение комплексов по сейсмическим данным весьма неоднозначно. Большей разрешающей способностью обладают материалы ГИС. На основе интерпретации данных ГИС (гамма-каротаж, определение плотности, сопротивления и пр.) и корреляции разрезов порядка 200 скважин были построены схематичные карты распространения объемов стратиграфических комплексов и более детальных подразделений внутри них. Комплект карт кроме прочих включает: карты общих толщин кузнецовской свиты (отдельно дорожковской свиты, газсалинской и мяраяхинской пачек); общих толщин нижнеберезовской и верхнеберезовской подсвит (рис. 1, 2), ганькинского горизонта.
Размеры публикации не позволяют привести все созданные схемы. Но выделенные комплексы отражают трансгрессивно-регрессивную цикличность развития позднемелового бассейна ЗСП, им присущи общие закономерности внутреннего строения. Так, максимальные мощности трансгрессивных пачек (например, для суммы НБ1+НБ2+НБ4 или пачки НБ4) локализуются во внутренних частях морского бассейна, а для регрессивных пачек (пачка НБ3) характерно «примыкание» увеличенных толщин к краевым участкам бассейна с простиранием толщ за пределы ЗСП (рис. 1, 2). Подобное различие в распределении толщин, бесспорно, свидетельствует о различных способах осадконакопле-ния и о различных источниках осадочного материала этих пачек.
В целом осадочный материал подразделяется на две основные группы: а) привнесенные (аллохтонные) и б) накопленные в местах своего образования (автохтонные) - и характеризуются разными темпами накопления. Высокой скоростью накопления («взрывным» проявлением) обладает пирокластика (пепел, тефра и пр.). Высокие темпы отложения присущи терригенному типу (до «лавинной» седиментации - более 100 м/млн лет). Для накопления биогенных (рифы, планктонные илы пр.) осадков необходимо продолжительное (десятки и сотни тысяч лет) существование благоприятных условий для жизнедеятельности организмов. К благоприятным факторам относятся: наличие кислорода, света, тепла, низкой динамики среды, нормальной солености, пищевых ресурсов и т. д.
Рис. 1. Схематичная карта толщин нижнеберезовской подсвиты (НБ) в пределах ЗСП (ООО «ТННЦ», 2017)
Для накопления хемогенных илов (смектитов, глауконита, пирита, фосфатов, карбонатов, сульфатов и пр.) с темпами 1-10 мм/тыс. лет основными условиями являются: наличие химических компонентов в растворе, благоприятный геохимический профиль и низкая динамика среды, а также длительное существование таких условий [4].
Аномальные содержания химических компонентов (особенно черных и цветных металлов, редкоземельных элементов, РЗЭ), необходимых для образования аутигенных минералов (глауконита, смектитов, пирита и пр.), значительно превышают «предельно-допустимые концентрации» (ПДК) для развития жизнедеятельности большинства организмов. Наличие сингенетичных химических аномалий, установленное в составе пород, свидетельствует о негативном влиянии на формы и скорости проявления жизнедеятельности (приводя к мутациям или полному угнетению организмов).
Рис. 2. Схематичный широтный разрез нижнеберезовской подсвиты на северо-востоке ЗСП (показаны: западное выклинивание пачки НБ3 (алевролиты), восточное выклинивание пачки НБ4 (глинистые опоки) и суммарной пачки НБ1+НБ2 (кремнистые силициты) (ООО «ТННЦ», 2017))
В разрезе верхнего мела, в целом трансгрессивного строения, выделяются эпизоды локальных регрессий, подчеркивающие возвратно-поступательный процесс развития позднемелового глобального затопления ЗСП. На стадиях развития трансгрессии преобладали процессы хемогенно-биогенной седиментации и развитие максимальных толщин (десятки метров) осадков в центральной части бассейна. Неблагоприятный для жизни режим (с образованием глауконитов и смектитов) в основании каждого цикла вверх по разрезу постепенно сменяется «менее ядовитыми» условиями - появляются слои кремнистых и опоковидных глин. Выше накапливаются «чистые» опоки как результат «вспышки» биопродуктивности фитопланктона (диатомей), основного поставщика осадочного материала в это время.
При локальных регрессиях активизируется привнос терригенного осадка флювиальным и эоловым способами «доставки». Наряду с высокой скоростью седиментации ухудшаются условия жизнедеятельности (опреснение и замут-ненность воды, понижение температуры, характерное для регрессивных этапов). Похолодание в северных широтах приводит к фиксации сезонного годового цикла с градиентом летних и зимних температур, что приводит к усилению ветровых, волновых (и штормовых) процессов, что также негативно сказывается на условиях жизнедеятельности [3].
Ниже показан возможный сценарий развития ЗСП в позднем мелу.
Движение уровня открытого внутриконтинентального моря ЗСП в позднем мелу контролировалось циклическим проявлением спрединга в зоне Срединно-Океанического Хребта (СОХ) «растущей» Атлантики и других океанов. Расши-
рение дна океанов на этапах растяжения земной коры сопровождалось «вытеснением» воды и трансгрессиями [6]. Сокращение поверхности дна связано с периодами сжатия коры, что приводит к увеличению глубины океанов, «локализации» воды в «чашах» бассейнов и регрессиям. Регрессия ЗСП в результате сжатия коры сопровождалась понижением базиса эрозии и усилением стока вод в чашу бассейна. Усиление потоков приводило к увеличению терригенного сноса. Вышедшие на уровень суши трансгрессивные осадки прибрежной зоны подвергались эрозии и перераспределению. Так, в породах верхнеберезовской подсвиты отмечается заметная доля обломков кремнистых пород, являющихся продуктами разрушения опок НБ1. В подобных обстановках формировались преимущественно терригенные породы, например, потенциальные коллекторы неокома, газсалинская пачка турона, пласт НБ3 раннего сантона, пласт ВБ1 кампана.
Периоды «растяжения» коры приводили к подъему («вспучиванию») океанского дна и трансгрессии ЗСП практически одновременно с подъемом дна океанов. Происходило затопление огромных территорий суши (гигантские мелководные моря), рельеф суши выполаживался (базис эрозии повышался). Климат в пределах ЗСП был теплым (субтропическим) [3]. В результате денудации происходило выравнивание рельефа (пенепленизация). Речные системы практически отмирали. Отсутствие терригенного сноса компенсировалось хемоген-но-биогенной седиментацией. Детальный анализ керна позволяет характеризовать начальные фазы трансгрессий как условия с максимальным химическим заражением (нижняя часть пачки НБ4). Формировались смектиты, глауконит, аутигенный кремнезем и пр. (хемогенная стадия седиментогенеза). По мере накопления химических компонентов в твердой фазе седиментация осуществлялась уже хемогенно-биогенным способом (например, пачка НБ2). В завершающую стадию, когда потенциал для хемогенного минералообразования исчерпан, седиментация происходила преимущественно биогенным способом (хэяхинская пачка НБ1).
Результаты комплексного анализа керновых данных, материалов ГИС и сейсмики, с учетом публикаций, позволили уточнить цикличность [2, 5] в разрезе верхнего мела ЗСП [1]. Последовательность событий может быть описана следующим образом.
Сеноманская регрессия в позднем мелу сменилась глобальным затоплением ЗСП. Трансгрессия протекала в несколько стадий. Глинистая дорожковская свита позднесеноманского-туронского возраста (20-30 м) уверенно прослеживается только на востоке ЗСП, где она перекрыта газсалинской пачкой алевролитов (турон). К западу толщи глин под и над газсалинской пачкой сливаются в одну и не различаются по ГИС (аналогично рис. 2). На востоке ЗСП мощность дорожковской свиты достигает 70 м за счет терригенных осадков (с плато Пу-торана и п-ова Таймыр).
«Дорожковская» стадия была ограниченной: затопило только центральную и западную части ЗСП. Растяжение коры на территории ЗСП, видимо, было малосущественным и не привело к образованию зеркала воды на всей площади
ЗСП. «Дорожковское» затопление ЗСП было прервано локальной регрессией, синхронной эпизоду сжатия океанической коры, отраженной в разрезе алевролитами газсалинской пачки, развитой вдоль восточной границы ЗСП (аналогично пачке НБ3, рис. 2) и прослеженной в западном направлении на 300-500 км. Опускание дна проходило в западной части ЗСП (в области нижнего течения палео-Иртыша). Активизировался привнос терригенных осадков с востока: в районе долины палео-Оби и к западу от плато Путорана.
Вторая стадия трансгрессии начинается формированием глауконитовых глин мяраяхинской терминальной пачки (ранний коньяк), выделенной в кровле кузнецовской свиты. По ГИС мяраяхинская пачка уверенно прослеживается только над газсалинской толщей алевролитов. Высокие содержания глауконита (до 30-50 %) и набухающих глин отражают условия химического заражения среды седиментации в результате активизации вулканических процессов.
Вторая стадия затопления («мяраяхинская») сменилась эпизодом регрессии. В разрезе опорных скважин (ОС) Покурской и Сургутской (см. рис. 1) указаны признаки крайнего обмеления: находки янтаря, растительного детрита (РД), примесь песчаного материала и пр. Сжатие земной коры на территории ЗСП, вероятно, привело к образованию островов и развитию эрозии по кровле мяраяхинской пачки. Доступная информация позволяет предположить локальную регрессию, но необходимо уточнение керновыми данными.
Третья стадия трансгрессии отражена в разрезе накоплением кремнисто-глинистых пород пачки НБ4 нижнеберезовской подсвиты (рис. 1, 2) с максимальными толщинами (более 35 м) в центре и на западе ЗСП. Полное преобладание кремнисто-глинистого агрегата с ведущей ролью набухающих компонентов и обилие биогенных остатков являются результатом седиментации в условиях трансгрессии.
Высокое стояние уровня моря ЗСП было прервано регрессией (сжатие коры, увеличение глубины и т. д.) и образованием на северо-востоке ЗСП клиновидной толщи алевролитов НБ3 мощностью до 120 м (рис. 1, 2). Сжатие земной коры привело к подъему суши северо-восточнее ЗСП (плато Путорана, п-ов Таймыр), откуда поступали терригенные осадки. Судя по дальности проникновения терригенного материала (не далее 300-400 км), водное зеркало бассейна сократилось в незначительных масштабах.
Четвертая стадия является решающей в развитии позднемеловой трансгрессии. Кремнисто-глинистые осадки (с глауконитом до 10-20 %) пачки НБ2 в завершение этой стадии перекрываются опоками пачки НБ1 (рис. 1, 2). Опоки НБ1 отражают период максимального затопления ЗСП. Следы эрозии в кровле НБ1 центральной части ЗСП (по керну Сургутской и Покурской ОС) указывают, что четвертая стадия так же завершилась регрессией и выходом опок на субаэральный уровень (возможно, только отдельных островов).
Пятая стадия трансгрессии фиксируется в разрезе кремнисто-глинистыми осадками низов верхнеберезовской подсвиты (пачка ВБ2). По материалам ГИС и лабораторным данным, в средней части верхнеберезовской подсвиты выделяются регрессивные алевролиты ВБ1 локального распространения в виде кли-
новидной призмы вдоль северо-восточной границы ЗСП (аналогично НБ3, рис. 1, 2). Относительно повышенные мощности (до 100-130 м), отмеченные на западной границе ЗСП (вдоль Урала), свидетельствуют, что помимо востока в накопление верхнеберезовской подсвиты свой вклад вносили и западные источники осадков (Уральские горы). Снижение мощности верхнеберезовской подсвиты вдоль Широтного Приобъя (и далее на юг) отражает второстепенный характер юго-восточных источников сноса либо часть осадков подверглась эрозионному «срезанию» в последующем.
По данным ГИС и опорных скважин (ОС), в интервале верхнеберезовской подсвиты пачка «темно-серых алевролитов с грязно-бурым оттенком, со следами выветривания, выше перекрывается глинами и аргиллитами серыми, участками зеленоватыми» (Ларьякская ОС). Зеленоватые глины, залегающие на алевролитах пачки ВБ1 верхнеберезовской подсвиты, могут отражать Шестую стадию позднемеловой трансгрессии (поздний кампан).
В кровле ганькинской свиты по керну Сургутской и Покурской ОС описаны «глины пепельно-серые, плотные, кремнистые, с отпечатками нитевидных водорослей, в верхней части - с корнями растений. Характерны включения пирита, в верхней части со следами окисления». Глины верхов ганькинской свиты, перекрывающие толщу «ганькинской» регрессии раннего маастрихта, фиксируют Седьмую стадию трансгрессии, завершившуюся обмелением и регрессией моря (корни растений, окисление пирита и т. д.).
Выводы
1. Цикличность верхнего мела ЗСП отражает глобальный характер ритмичного развития спрединга Атлантического и др. океанов (в результате чередования сжатий и расширений земной коры).
2. В периоды расширения коры на всей территории ЗСП накапливались хемогенно-биогенные осадки трансгрессивного типа. Эпизоды локального сжатия фиксируются по обрамлению плиты (в основном с востока и северо-востока) дополнительной седиментацией терригенных отложений.
3. Хемогенно-биогенные осадки по мере накопления выходили на суб-аэральный уровень и подвергались эрозии, вероятно, в результате неполной синхронности перемены знака движений континентальной и океанической коры. Когда океаническая кора, как более мобильная, уже начинала сжиматься и собирать воду в «чаши» океанов, на «вспученных» континентах происходило осушение и развитие эрозии (мяраяхинская пачка глауконитовых глин, хэяхин-ская пачка опок);
4. Сжатие континента (с отставанием от океана) приводило, вероятно, к формированию внутриконтинентального бассейна уже на этапе новой, «опережающей» фазы расширения океанов, и накоплению терригенных регрессивных осадков вдоль обрамления Западно-Сибирского бассейна.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Агалаков С. Е., Кудаманов А. И., Маринов В. А. Фациальная модель верхнего мела Западной Сибири // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 1. - С. 101-105.
2. Геология нефти и газа Западной Сибири / А. Э. Конторович, И. И. Нестеров, Ф. К. Салманов и др. - М. : Недра, 1975. - 680 с.
3. Герман А. Б. Альбская-палеоценовая флора Северной Пацифики. - М. : ГЕОС, 2011. - 280 с.
4. Емельянов Е. М. Барьерные зоны в океане: Осадко- и рудообразование, геоэкология // РАН, Институт океанологии им. П. П. Ширшова. - Калининград : Янтар. сказ., 1998. -416 с.
5. Западная Сибирь. Геология и полезные ископаемые России. В 6 т. Т. 2 / Гл. ред. В. П. Орлов. Ред. 2-го тома: А. Э. Конторович, В. С. Сурков. - СПб. : Изд-во «ВСЕГЕИ», 2000. - 477 с.
6. Мартьянов Н. Е. Размышления о пульсациях Земли. - Красноярск : КНИИГиМС, 2003. - 272 с.
REFERENCES
1. Agalakov S.E., Kudamanov A.I., Marinov V.A. Facial'naja model' verhnego mela Zapadnoj Sibiri // Interjekspo GEO-Sibir'-2017. XIII Mezhdunar. nauch. kongr.: mezhdunar. nauch. konf. «Nedropol'zovanie. Gornoe delo. Napravlenija i tehnologii poiska, razvedki i razrabotki mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. Jekonomika. Geojekologija»: sb. materialov v 4 t., Novosibirsk, 17-21 apr. 2017 g. - Novosibirsk: SGUGiT, 2017. - T. 1. - S. 101-105.
2. Geologija nefti i gaza Zapadnoj Sibiri / A.Je. Kontorovich, I.I. Nesterov, F.K. Salmanov i dr. - M.: Nedra, 1975. - 680 s.
3. German A.B. Al'bskaja-paleocenovaja flora Severnoj Pacifiki. - M.: GEOS, 2011. - 280 s.
4. Emel'janov E.M. Bar'ernye zony v okeane: Osadko- i rudoobrazovanie, geojekologija // RAN, Institut okeanologii im. P.P. Shirshova. - Kaliningrad: Jantar. skaz., 1998. - 416 s.
5. Zapadnaja Sibir'. Geologija i poleznye iskopaemye Rossii. V shesti tomah. T. 2 / Gl. red. VP. Orlov. Red. 2-go toma: A.Je. Kontorovich, V.S. Surkov. - SPb.: Izd-vo «VSEGEI», 2000. -477 s.
6. Mart'janov N.E. Razmyshlenija o pul'sacijah Zemli. - Krasnojarsk: KNIIGiMS, 2003. -
272 s.
© A. H. KyöaManoe, C. E. AeamKoe, 2018
