Палеотектонические графики
Реклама
Построение и анализ палеотектонических графиков. Палеотектонические графики (графики величины прогибания, скорости прогибания) являются важными методами палеотектонического анализа нефтегазоносных территорий. Наиболее широкое применение в практике нефтепоисковых работ получили графики величин прогибания нефтегазоносных бассейнов. Построение этих графиков практикуется, как правило, на ранних этапах исследования территорий, когда представление о её геологическом строении базируется на материалах региональных сейсмических исследований и ограниченного числа скважин. Графики величины прогибания, построенные по одной или нескольким скважинам, позволяют прослеживать процесс тектонического погружения того или иного стратиграфического интервала разреза во времени, выявлять наиболее значительные этапы прогибания и воздымания региональных территорий, с которыми связано формирование структур, в том числе локальных. Кроме того, по графикам тектонического прогибания можно определить скорость прогибания, что, с одной стороны, даёт возможность судить о тектоническом режиме бассейна осадконакопления, а, с другом стороны, с учётом палеотемператур, оценить возможность образования жидких и газообразных углеводородов в исследуемом бассейне осадконакопления. В качество эталона для установления величины тектонического прогибания рассматривается разрез угленосной толщи среднего и верхнего карбона Донбасса мощностью до 12 км. Эта толща сложена переслаиванием маломощных пластов угля, песка, глинистых сланцев и известняка. Известно, что накопление и захоронение исходного осадка для образования угля происходило в заболачиваемых лагунах примерно на уровне моря, а образование песка, глин и известняка - в море, на глубинах, не превышающих несколько десятков метров, что устанавливается по мелководной фауне. Процесс накопления отложений данной толщи можно представить в виде графика (см.рис.1), на котором но оси абсцисс показаны литофации и мощности, а на оси ординат - глубины бассейна осадконакопления отдельных фаций. Рисунок 1 Кривая колебаний дна бассейна осадконакопления (геоморфологическая, палеогеографическая) Анализ графика показывает следующее: 1. Наблюдаем многократное изменение во времени характера осадков от континентальных к мелководным и глубоководным и наоборот. Такая правильная повторяемость в разрезе определенной последовательности пород (фаций) получила название цикличности или ритмичности. Отдельные пачки пород, обнаруживающие такую последовательность, называются циклотемами или циклитами. Эти пачки пород разделены перерывами в накоплении осадков или размывами подстилающих пачек, что обусловливает неполноту циклитов. В разрезе можно отметить наличие как симметричных циклитов, когда в верхней части последовательность слоев повторяется в обратном порядке, так и асимметричных, когда в разрезе повторяемости нет. Таким образом, в симметричной цикличности трансгрессивная формация последовательно сменяется регрессивной, тогда как в асимметричной наблюдается только трансгрессивная формация. Мощность и длительность циклитов различна. Длительные циклиты имеют в своем составе циклиты меньшей длительности. Чем крупнее циклиты, тем симметричнее они построены, т.е. в них полнее представлена регрессивная последовательность циклитов. Проявление мелкопериодной цикличности, по данным В.И.Хаина, связано со сменой времён года, более крупной (10 – 100 лет) - с климатом, изменениями солнечной активности, а начиная с продолжительности периода в 1000 лет, возрастает роль тектонического фактора. 2. Смена литофаций в разрезе свидетельствует о том, что в течение карбона в Донбассе происходили изменения глубин дна бассейна осадконакопления. Бассейн то поднимался, до уровня моря, где формировались растительные остатки, то опускался до глубин, где последовательно отлагались пески, глины и известняки. Следовательно, по каждой отдельной литофации разреза можно судить о глубине дна бассейна осадконакопления, где происходило её формирование. 3. Накопление мощной толщи могло происходить лишь при постепенном прогибании земной коры, которое компенсировалось накоплением осадков в условиях мелкого моря. Таким образом, мощность разреза определяет величину прогибания бассейна осадконакопления. 4. Изменение глубины (колебание) дна бассейна происходило на фоне общего значительного прогибания земной коры Донбасса. 5. Общее прогибание земной кори искажается колебаниями дна бассейна осадконакопления. Чтобы оценить масштабы этих искажений, рассмотрим на конкретных примерах соотношения между нисходящими тектоническими движениями и колебаниями дна бассейна осадконакопления. Предположим, участок земной коры испытывает нисходящие движения, сопровождаемые накоплением осадков. Здесь возможны три случая соотношений глубин дна бассейна осадконакопления и прогибания земной коры (рис. 2). Рисунок 2. Иллюстрация тектонического прогибания и случаев его компенсации осадконакоплением. Случай а. Скорость прогибания земной корь больше скорости накопления осадков, т.е. осадконакопление не компенсирует прогибание. Следовательно, поверхность дна бассейна будет опускаться, но медленнее, чем идёт прогибание земной коры. Такое некомпенсированное прогибание характерно для геосинклинальных областей и глубоководных впадин. Случай б. Скорость прогибания земной коры равна скорости накопления осадков. Здесь накопление полностью компенсирует прогибание, а поверхность бассейна не изменяет своего гипсометрического положения. Данный случай характерен для платформенных областей. Случай в. Скорость прогибания земной коры меньше скорости накопления осадков. Здесь дно бассейна будет подниматься, несмотря на прогибание земной коры. Этот случай часто встречается при осадконакоплении в межгорных впадинах. Количественные соотношения между величиной прогибания бассейна осадконакопления и изменениями дна этого бассейна зависят от конкретных геологических условий. Поэтому для определения истинного тектонического погружения участка земной коры необходимо на конкретных разрезах оценить возможность внесения поправок в значения мощности осадка за изменение дна формирования осадка. Разрез № I (рис. 3а). Необходимо определить величину прогибания участка земной коры в верхнемеловое время. Бурением установлено, что верхнемеловые отложения представлены известняками с фауной фораминифер, мощностью 300 м, глубина формирования которых оценивается 150 м ниже уровня моря. Эти известняки залегают на песчаниках нижнего мела, сформировавшихся на глубине 50 м ниже уровня моря. Амплитуда прогибания земной коры может быть наглядно определена из рис. 3б и 3в, где видно, что к началу верхнего мела уровень поверхности формирования осадка составлял - 50 м, а в конце верхнего мела - 150 м. За это время накопилось 300 м осадков. Следовательно, для определения величины прогибания земной коры необходимо к мощности верхнемеловых известняков (300 м) прибавить разность глубин формирования осадков (100 м), что составит 400 м. Если не учитывать некомпенсированность опускания земной коры накоплением осадков, т.е. поправку за изменение глубин дна бассейна, то при определении величины прогибания земной коры будет допущена ошибка порядка 25%. Рисунок 3. Батиметрические поправки в случае тектонического прогибания, некомпенсированного осадконакоплением. а – разрез №1, б – уровень дна бассейна осадконакопления к началу верхнего мела, в - уровень дна бассейна осадконакопления к концу верхнего мела Разрез № 2 (рис.4а). Необходимо определить величину прогибания участка земной коры в палеоцене. Известно, что отложения палеоцена представлены песками грубозернистыми с включением гальки, т.е. континентальной молассой мощностью до 1500 м, сформированной примерно в 100 м над уровнем моря. Эти отложения залегают на известняках с фораминиферами верхнемелового возраста, отложившимися в 150 м ниже уровня моря. На рис. 4б и 4в показано, что к началу палеоцена уровень формирования осадка составлял 150 м, а к концу палеоцена +100 м, т.е. в течение палеоцена произошло повышение дна бассейна осадконакопления на 250 м из-за превышения скорости накопления над прогибанием земной коры. Величина тектонического прогибания будет равна мощности отложений палеоцена минус сумма глубин формирования осадков в начале и в конце палеоцена, т.е. 1500 м - 250 м = 1250 м. Рисунок 4. Определение батиметрической поправки в случае тектонического прогибания, перекомпенсированного осадконакоплением. а – разрез №2, б – уровень дна бассейна осадконакопления к началу палеоцена, в - уровень дна бассейна осадконакопления к концу палеоцена Рисунок 5. Определение батиметрической поправки в случае тектонического прогибания, компенсированного осадконакоплением. а – разрез №3, б – уровень дна бассейна осадконакопления к началу олигоцена, в - уровень дна бассейна осадконакопления к концу олигоцена. Разрез № З (см. рис. 5а). Требуется определить величину тектонических движений участка земной коры в олигоцене. Известно, что отложения олигоцена представлены известняками с фораминиферами мощностью 400 м, сформировавшимися на глубине - 150 м ниже уровня моря. Отложения олигоцена залегают на глинистых известняках с фауной фораминифер эоценового возраста. Глубина поверхности отложений составляет также - 150 м. На рис. 5б и 5в видно, что на протяжении олигоцена накопилось 400 м осадков, а глубина дна бассейна осадконакопления не изменилась. Следовательно, прогибание земной коры полностью компенсировалось осадконакоплением, и амплитуда прогибания равна мощности осадков олигоцена, т.е. 400 м. Из анализа разрезов следует: 1. Если уровень поверхности накопления осадков за определенный отрезок геологического времени понизился (т.е. наблюдается некомпенсированное прогибание), то величина тектонического прогибания равна мощности осадков плюс величина опускания дна бассейна осадконакопления за этот отрезок времени: Н = h + (Р2 – Р1), где Н - истинный размер погружения, h – мощность, Р1 – начальная глубина бассейна Р2 – конечная глубина бассейна 2. Если уровень поверхности накопления осадков за определенный промежуток времени повысился (т.е. произошло обмеление бассейна осадконакопления), то величина тектонического прогибания равна мощности осадков минус величина изменения уровня поверхности бассейна осадконакопления за это время: Н = h - (Р2 – Р1), где Н - истинный размер погружения, h – мощность, Р1 – начальная глубина бассейна Р2 – конечная глубина бассейна 3. Если глубина, формирования осадков в начальный момент была та :же, что и в конечный (т.е. осадконакопление компенсировало прогибание), то величина прогибания соответствует мощности осадков. Н=h Для внесения поправок за изменение дна бассейна осадконакопления необходимо знать его начальные и конечные палеоглубины. К сожалению, точное определение палеоглубин остаётся задачей нерешённой, особенно для больших глубин. Косвенными показателями палеоглубин могут служить петрографические особенности, минералогический состав, органические остатки, структурные и текстурные особенности осадочных пород. Петрографические критерии: по данным Н.М.Страхова: Обломочные осадки формируются на следующих глубинах: Грубообломочные (щебень, галька, гравий) до 15 м Среднеобломочные (пески) до - 50. м Мелкообломочние (алевриты) -(50 - 100)м Тонкообломочные (глины) глубже - 100 м Или радиоляревые, диатомовые -(3000-5000)м Обломочные осадки могут формироваться в океане на значительных глубинах (2000-30С0 м) благодаря подводным течениям. Минералогические критерии: Осадки формируются на глубинах: Ил .карбонатный (оолиты) 20 м Ил карбонатным (пелитоморфные известняки) - (200 – 250) м Оолиты железистые, бокситовые, марганцевые до - 100 м Фосфориты - (50 - 80)м Глаукониты - (100-150)м Палеонтологические критерии: Как наиболее надёжные органогенные осадки формируются на глубинах: Фораминирерн -(150-200)м Фузулиниды до - 60 м Кораллы колониальные до - 50 м Водоросли известковые (мшанки) до - 50 м Водоросли неизвестковые до - 20 м Водоросли багряные до -150 м Построение графиков величины прогибания Исходными данными для построения графиков величины прогибания являются стратиграфические разрезы и типовые разрезы, сопровождаемые кратким описанием литологических типов пород, стратиграфической разбивкой и значениями мощностей. Построение этих графиков по разрезам платформенных областей производится без внесения поправок за изменение палеоглубин осадконакопления. Это связано с тем, что в платформенных условиях изменение палеоглубин невелико, и оно для больших интервалов времени статистически снимается из-за периодического характера осадконакопления. После изучения разреза необходимо выбрать определённый стратиграфический комплекс, погружение которого в последующие отрезки геологического времени даст величину прогибания исследуемой территории. Как правило, за точку отсчёта тектонического погружения принимается подошва наиболее древнего осадочного комплекса, разреза. Графики величины прогибания строятся в декартовых координатах. По абсцисс (слева направо) откладывается в определенном масштабе абсолютное время. Но оси ординат (сверху вниз) откладываются мощности стратиграфических комплексов путем их последовательного суммирования. Полученные точки на пересечениях кровли определённых стратиграфических комплексов с соответствующими значениями времени их формирования соединяют плавной кривой. Следует иметь в виду, что в разрезе могут отсутствовать те или иные отложения из-за размыва или перерыва в осадконакоплении. В этом случае на графике это отразится отсутствием прогибания. Построенный таким образом график показывает процесс погружения исследуемого стратиграфического комплекса пород в течение последующего времени, вплоть до современного. Через этот процесс погружения определяется величина и скорость прогибания изучаемого участка земной коры. Построение графиков тектонического прогибания по разрезам подвижных участков земной коры (глубоководные впадины, межгорные впадины), где проявляются процессы некомпенсации и перекомпенсации, осуществляется, как правило, с учётом поправки за изменение палеоглубин (батиметрической поправки). Порядок построения таких графиков следующий: 1. Сначала строится график величины прогибания без учёта поправок за изменение палеоглубин способом, изложенным выше. 2. Затем в тех же координатах и масштабах строится геоморфологическая кривая, отражающая изменение глубин формирования того или иного стратиграфического комплекса. Определение палеоглубин для каждого из рассматриваемых комплексов пород осуществляется по петрографическим, минералогическим, палеонтологическим и другим косвенным признакам, которые приводятся в описании разреза. 3. Для построения графика истинного тектонического прогибания достаточно внести батиметрическую поправку в уже построенный выше график. Величина поправки для данного временного интервала определяется по геоморфологической кривой как разность палеоглубин на начало и конец формирования соответствующего стратиграфического комплекса. В случае углубления бассейна осадконакопления по сравнению с предыдущим этапом эта поправка прибавляется к мощности рассматриваемого стратиграфического комплекса, а в случае его обмеления - вычитается (см. рис.6). Рисунок 6. График тектонического прогибания. а – геологический разрез, б – график тектонического погружения: 1 – палеогеографическая кривая, 2 – кривая тектонического погружения, 3 – кривая тектонического погружения с поправкой.
