Глубинное строение Непского свода (по материалам региональных сейсмических зондирований)

Развитие топливно-энергетического комплекса и его минерально-сырьевой базы является важнейшей народнохозяйственной задачей. Эффективность ее решения в значительной мере зависит от вовлечения в нефтегазодобычу новых слабоизученных районов Восточной Сибири. В Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 21 марта 1979 г. «О мерах по усилению геологоразведочных работ на нефть и газ в Восточной Сибири» с целью создания новых баз нефтегазодобычи на востоке страны определены первоочередные задачи по региональному изучению и обеспечению прироста запасов нефти и газа в высокоперспективных районах «Тунгусской и Хатангской впадин в Красноярском крае, на Непском своде в Иркутской области.

Настоящее исследование выполнено по Непскому своду — одному из высокоперспективных структурных элементов Непско-Ботуобинской антеклизы, отнесенному академиком А. А. Трофимуком к основному объекту поисков в Восточной Сибири. Наличие мощного осадочного комплекса палеозойских отложений с прямыми признаками нефти и газа, открытие ряда месторождений: Марковского, Ярактинского, Даниловского, Аянского, Верхнечонского — в Иркутской областиСреднеботу-обинского, Верхневилючанского и других — в Якутской АССР, выдвигают эту территорию в ряд крупных нефтегазоносных областей СССР.

Многие важнейшие вопросы геологического строения и нефтегазо-носности Непского свода изучены в недостаточной степени. Это объясняется труднодоступностью территории и исключительно сложными геолого-геофизическими условиями района: широкое развитие соляной тектоники, проявившейся в средней и верхней частях разреза нижнего кембрия, которая привела к резкому несоответствию структурных планов различных горизонтов осадочного чехлаинтенсивный траппо-вый магматизмвысокоскоростной разрез нижнекембрийских отложений и резкая изменчивость физических параметров по латерали, затруднякидая однозначную интерпретацию геофизических данных, в том числе, выделение локальных структур в подсолевом комплексе, к которому приурочены основные продуктивные горизонты.

Выполненные к началу семидесятых годов геофизические работы (электроразведка ТТ, МТЗ, магнитои гравиразведка, сейсмологические работы обменными волнами со станциями «Земля» по рр.Н. тунгуска и Лена) позволили установить в общих чертах региональные особенности строения этой территории по поверхности фундамента, выделить крупные блоки земной коры, ограниченные глубинными разломами, оценить мощность земной коры. Несмотря на региональный характер проведенных исследований и неоднозначность интерпретации геофизических материалов, эти данные оказали большое влияние на развитие и планирование нефтегазопоисковых работ, приведших к ряду открытий.

Эффективное и целенаправленное планирование нефтегазопоисковых исследовании невозможно без опоры на достоверные и более полные представления о геологическом строении региона. В настоящее время наиболее актуальной и имеющей особое значение является проблема регионального изучения рельефа погребенного фундамента платформы. Значение ее не ограничивается вопросами выяснения характера развития свода в начальный период платформенного осадконакоп-ления, а тесно связано с практическими задачами выяснения строения нефтегазоперспективных отложений, залегающих в основании осадочного чехла, структурный план которых в значительной мере унаследован от рельефа погребенного кристаллического основания-платформы.

Постановка задачи более детального изучения фундамента Неп-ского свода стала возможной благодаря применению методики точечных (дифференциальных) сейсмических зондирований (ТСЗ) с использованием аппаратуры «Тайга», разработанной и теоретически обоснованной коллективом сотрудников ИГиГ СО АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР Н. Н. Пузырева.

С 1974 г. объединением «Иркутскгеофизика» совместно с ИГиГ проводятся планомерные региональные исследования строения Непско-го свода и смежных с ним территорий по поверхности фундамента и более глубоким горизонтам земной коры.

За относительно короткий срок изучена территория площадью более 2GQQ00 км^, получены принципиально новые и практически важные результаты, имеющие большое значение для выяснения условий развития свода в начальный этап платформенного осадконакопления (венд-рифе й-шиший кембрий), прогнозной оценки потенциальных запасов нефти и газа, целенаправленного и научно-обоснованного планирования нефтегазопоисковых работ.

В результате выполненных исследований решены основные методические вопросы полевых наблюдений в сейсмогеологических условиях Непского свода и интерпретации данных ТСЗ. Установлена и подтверждена глубоким бурением высокая эффективность методики ТСЗ для изучения погребенного рельефа фундамента, выявления крупных структурных элементов, а также доказана возможность прослеживания поверхности фундамента в районах с интенсивным развитием соляной тектоники и траппового магматизма. В этих районах сейсморазведка ОРТ отраженными волнами для картирования подсолевых отложений еще встречается с многими трудностями.

В основу настоящей диссертационной работы положены данные анализа и обобщения многолетних исследований поверхности кристаллического основания по методике точечных сейсмических зондирований преломленными волнами на Непском своде. На всех этапах исследований, проведения полевых работ, интерпретации материалов и их обобщения автор являлась непосредственным участником, руководителем и ответственным исполнителем.

Диссертация состоит из 15: глав, введения и заключения. Содержание ее изложено на 112 страницах машинописного текста, иллюстрированного 63 рисунками и 2 таблицами. Приведен список использованной опубликованной и фондовой литературы.

Актуальность раб о. ты определяется необходимостью изучения погребенного рельефа фундамента платформы, с которым тесно с^жзан структурный план основных нефтегазоносных горизонтов, залегающих в основании осадочного чехлаизучения Непского свода в региональном плане, выделения структур более высокого порядка для научно-обоснованного планирования нефтегазо-поисковых работ.

Решение этих задач предусмотрено народнохозяйственным планом СССР по проблеме 0.50.01 «Осуществить комплексное изучение глубинного строения земной коры глубокими и сверхглубокими скважинами и геолого-геофизическими методами и определить перспективы v „“ II негатегазоносности и рудоносности основных районов страны» и тематическим планом Мингео РСФСР на I98I-I985 гг. по проблеме Г (1)/ 101(13) «Анализ и обобщение данных точечных сейсмических зондирований с целью изучения рельефа фундамента и других горизонтов коры и южной части Сибирской платформы» .

Цель работы. Исследование рельефа поверхности фундамента и более глубоких горизонтов земной коры Непского свода и прилегающих районов сейсмическими методами и созданию надежной структурной основы по поверхности фундамента, необходимой при планировании и обосновании нефтепоисковых работ.

Идея работы заключается в анализе и исследовании волнового поля, регистрируемого при ТСЗ в условиях Непского свода, отождествлении волн по динамическим и кинематическим характеристикам, в стратиграфической привязке преломляющих и отражающих горизонтов к основным геологическим границам раздела в земной коре. Полученные параметры волн использованы для обоснования методики исследований рельефа поверхности фундамента в условиях Непского свода и смежных с ним территорий.

Научные положения, защищаемые в диссертации.

— В пределах Непского свода поверхность фундамента (Ф) является региональной преломляющей границейподошва земной коры (поверхность Мохоровичича) — основной преломляющей и о трала щей границей в литосфере.

— Граничная скорость по поверхности фундамента закономерно изменяется по площади, указывая на гетерогенность фундамента в пределах исследуемой территории. В центральной части и на восточном склоне свода граничные скорости относительно выдержаны, составляют в среднем 6,1−6,2 км/с, и отражают область преимущественного развития пород фундамента гранитного состава.

В западной части исследуемой территории, между Непским сводом и Присаяно-Енисейской синеклизой, поверхность фундамента характеризуется промежуточными значениями граничной скорости (6,36,4 км/с) — на западе, в Присаяно-Енисейской и Курейской синекли-зах, скорость увеличивается до значений 6,8−7,0 км/с.

— Поверхность фундамента в пределах Непского свода резко дифференцирована. На большей части свода она имеет практически горизонтальное или слабонаклонное залегание с углами наклона не превышающими 1°. В краевых частях, прилегающих к Прибайкальскому прогибу, Присаяно-Енисейской и Курейской синеклизам, рельеф фундамента резко расчленен и отражает строение его венд-рифейских грабенообразных прогибов, горстообразных выступов, ограниченных зонами разломов и флексур.

— С палеорельефом фундамента связаны условия осадконакопле-ния базальных отложении осадочного чехла, к которым приурочены основные нефтеперспективные горизонты.

— Надпорядковые структурные элементы. района и зона соцряже-ния Непско-Ботуобинской антеклизы с Присаяно-Енисейской и Курей-ской синеклизами выражены не только по поверхности фундамента, но и по поверхности мантии.

Обоснованность и достоверность научных положений.

Б результате анализа большого экспериментального материала по параметрическим наблюдениям (около II0Q0 км профилей) исследована волновая картина, регистрируемая при ТСЗ в условиях Непского сводавыявлены критерии отождествления доминирующих волн и изучены их кинематические характеристики. Определена природа этих волн и выполнено их отождествление с преломляющими и отражающими границами земной коры. В результате анализа регистрируемых волн, их динамических и кинематических характеристик, исследований скоростных параметров разреза оценена погрешность оцределения глубин залегания поверхности фундамента и более глубоких горизонтов земной коры, обеспечивающая изучение Непского свода на региональном р этапе исследований. Изучена территория более 2ШШ0 км, использовано более 9000 физ.наблюдений. Достигнутая точность и плотность наблюдений обеспечили построение структурной карты рельефа поверхности фундамента Непского свода в масштабе 1:500 000 и карты глубин до поверхности Мохоровичича масштаба 1:1 000 000.

Результаты глубокого бурения с высокой точностью, значительно превышающей расчетную, подтверждают достоверность структурных построений по ТСЗ. w.

Значение работы.

Обоснована и практически реализована методика точечных дифференциальных зондирований преломленными и отраженными волнами для картирования рельефа поверхности фундамента и более глубоких горизонтов земной коры Непского свода и прилегающих территорий. Изучена характеристика целевых волн. Обоснована плотность сейсмических наблюдений при профильных вариантах исследований геологических объектов Непского свода.

На основании комплексной интерцретации материалов ТСЗ, других геофизических методов и глубокого бурения получены принципиально новые данные о строении Непского свода по поверхности фундамента, установлены основные закономерности развития свода на начальном этапе осадконакопления, когда формировались базальные отложения нижнего кембрия и венд-рифейские породы промежуточного яруса платформы. На основе анализа геолого-геофизических материалов сделан вывод, что Непский свод — крупный и длительно развивающийся структурный элемент, является районом замедленного прогибания земной коры и сокращенной мощности осадочного покрова относительно областей интенсивного погружения и осадконакопления в Курейской и Присаяно-Енисейской синеклизах и Прибайкальском прогибе.

Впервые по сейсмическим данным составлена карта рельефа поверхности фундамента масштаба 1:500 000 для исследуемой территории, на которой нашли отражение основные особенности строения фундамента Непского свода и выделены структурные элементы более высокого порядка.

По материалам точечных сейсмических зондирований выполнено районирование территории по значениям граничных скоростей и, с учетом данных других геофизических методов, составлена схема глубинных разломов и флексур фундамента.

Выяснены основные закономерности соотношений тектонического плана подсолевых нижнекембршских отложений, рельефа фундамента и его внутренней структуры, связанные с развитием Непского сводавыделены крупные позднедокембрийские (венд-рифейские) грабенооб-разные прогибы (Мархаянский, Тымпычанский) и выступы фундамента (Тэтэрский, Нюйский, Наканновский), расположенные в зонах сопряжения Непского свода с областями интенсивного венд-рифейского прогибания-Шрисаяно-Енисейской и Курейской синеклизами на севере и западе, Прибайкальского прогиба на востоке.

Из соотношений аномального гравитационного поля .да и рельефа поверхности фундамента устанавливается, что на исследуемой территории региональные аномалии потенциальных полей отражают главным образом структурно-вещественную неоднородность коры и в меньшей мере связаны с глубиной залегания фундамента.

Впервые по сейсмическим данным на исследуемой территории прослежена граница раздела кора-мантия, построена карта рельефа поверхности Мохоровичича, установлена связь между надпорядковыш структурными элементами осадочного покрова и строением консолидированной земной коры.

Практическая значимость работы.

Полученные данные о строении Непского свода и прилегающих территорий имеют существенное значение для планирования и научного обоснования нефтегазопоисковых работ, связанных с решением одной из важнейших народно-хозяйственных задач — созданием новой базы нефтегазодобычи, а также других полезных ископаемых в восточных районах нашей страны. Открытие крупных выступов фундамента, общей площадью свыше 40 000 км^, повышает перспективность свода, а выявление венд-рифейских прогибов расширяет диапазон нефтегазо-перспективных отложений и увеличивает прогнозные запасы углеводородного сырья на исследуемой территории.

Реализация работы в производстве.

Обоснованная автором методика полевых наблюдении и интерпретации материалов точечных сейсмических зондирований применительно к сейсмогеологическим условиям Непского свода внедрена в практику производственных работ объединения «Иркутскгеофизика». Выделенные структурные элементы включены в план поисковых геофизических работ и глубокого параметрического бурения. Глубинные разрезы и структурная карта использованы при составлении атласа региональных разрезов и карт Сибири. Результаты исследований широко используются при комплексной интерпретации в научно-исследовательских институтах и геологических организациях ((ШИИЕГиМС, ВСНИИЕТ иМС, ВНИГРИ, ВНИГНИ, Ленанефтегазгеология, Енисейгеофизика, Ени-сейгеология, ИЗК СО АН СССР и др.).

Методика полевых исследований ТСЗ ПВ может быть рекомендована при сейсмических исследованиях поверхности фундамента и глубоких горизонтов коры в других районах Сибирской платформы.

Апробация работы и публикации.

Основные материалы исследований доложены и обсуждены на П и Ш конференциях «Геология и полезные ископаемые юга Сибирской платформы» (г.Иркутск, 1974, 1976), Щ Всесоюзной научно-технической геофизической конференции (г.Тюмень, 23−25 ноября 1976 г.), экспертной комиссии секции геофизики Научно-технического совета Мингео СССР по рассмотрению состояния и результатов работ методом КМПВ в нефтегазоносных регионах и мероприятий по их эффективности (28 июня — I июяя 1982 г., г. Тюмень), совещании Министерства геологии РСФСР «Состояние и развитие региональных геофизических работ на нефть и газ в районах Сибири и Дальнего Востока (13−17 сентября 1982 г., г. Красноярск), научной конференции Иркутского госуниверситета <март 1983 г., г. Иркутск), на 1У региональной научно-практической геофизической конференции «Основные направления комплексирования геофизических методов при поисках месторождений полезных ископаемых в Сибири и на Дальнем Востоке» (ноябрь 1983 г., Иркутск), на НТС ПГО «Иркутскгеофизика» (ежегодно, начиная с 1970 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 статьях. Результаты исследований изложены в 12 производственных отчетах. Работа выполнена в аспирантуре Иркутского государственного университета и в производственном геологическом объединении «Иркутскгеофизика», в котором автор более 16 лет занималась изучением глубинного строения земной коры юга Сибирской платформы сейсмическими методами. Основные положения диссертации разрабатывались в процессе исследований, проводившихся автором в полевых и тематической партиях ТСЗ объединения «Иркутскгеофизика», всем сотрудникам которой она приносит благодарность.

Автор вьцэажает свою глубокую признательность члену-корреспонденту АН СССР Н. Н. Пузыреву, профессору С. В. Крылову, кандидату геолого-минералогических наук Б. П. Мишенькину — сотрудникам ИСиГ СО АН СССР. Их внимание и подцержка, критические замечания способствовали формированию автора как исследователя и исполнителя этой работы.

Работа выполнена под руководством доктора геолого-минерало-гическпх наук, профессора М. М. Мандельбаума, которому автор выражает глубокую признательность и благодарность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате многолетних планомерных работ методикой точечных (дифференциальных) сейсмических зондирований получены принципиально важные данные о рельефе поверхности фундамента Непского свода — одной из наиболее высокоперспективных в нефтегазоносном отношении структур Сибирской платформы.

Основные положения выполненных исследований сводятся к следующему.

Рассмотрены принципы интерпретации материалов точечных сейсмических зондирований применительно к геологическим условиям юга Сибирской платформы. Выявлены признаки дискретной корреляции опорных волн (их динамическая выразительность, позиционное положение, кинематические характеристики) — изучены особенности и соотношения к волновых полей и выполнено отождествление этих волн с преломленными Сквазиголовными) на поверхности фундамента и преломленными и отраженными на поверхности Мохоровичича. Сделан вывод, что поверхность фундамента является региональной преломляющей границей, а поверхность Мохоровичича — региональная отражающая и преломляющая граница в литосфере.

На основе этих данных решены методические вопросы региональных точечных сейсмических зондирований. Опробован и широко внедрен в практику региональных исследований ТСЗ эффективный приповерхностный источник возбуждения упругих колебаний.

Обоснованы критерии выделения разрывных нарушений в фундаменте по данным сейсмических зондирований. Они определяются аномальными особенностями волнового поля, полей времен t (X, I) (по резко меняющимся значениям вертикальных и горизонтальных градиентов), редуцированных годографов, графиков to, флексурообразными или с разрывом сплошности изменениями рельефа преломляющей границы. В некоторых случаях дополнительным признаком выделения разрывных нарушений являлось изменение граничной скорости по преломляющему горизонту. На основании этих признаков выделена серия глубинных разломов, большинство из которых находят отражение в гравитационном и магнитном полях в виде гравитационных ступеней, смены характера поля силы тяжести или в виде зон интенсивных положительных магнитных аномалий.

Наиболее ценными представляются сведения в области получения новых геологических результатов.

На исследуемой территории (под руководством и при личном участии автора) выполнено около 11 000 км профилей и заполняющая сеть площадных наблюдений по методике точечных (дифференциальных) зондирований с целью изучения рельефа поверхности фундамента. В результате обобщения и анализа этих материалов получены принципиально новые. данные о рельефе поверхности фундамента и поверхности Мохоровичича, о распределении граничных скоростей по поверхности фундамента, о сейсмической характеристике консолидированного основания, о мощности земной коры и других особенностях регионального строения исследуемой территории.

В современном структурном плане фундамент Непского свода является сложнопостроенным гетерогенным сооружением, формирование которого связано с различным характером тектонического развития платформы. Значительное влияние на строение фундамента свода оказали тектонические движения, связанные с развитием Курейской, Присаяно-Енисейской и Вилюйской синеклиз, Прибайкальского прогиба. В результате этих движений определился современный структурный план поверхности фундамента Непского свода, представляющий сложное сочетание выступов и прогибов, ограниченных крупными региональными зонами разломов. В общем плане глубины до поверхности кристаллического основания изменяются в пределах изученной территории от.

— IIOO до -6000 м и наблюдается общее погружение от центральной части Непского свода во всех направлениях. По данным точечных сейсмических зондирований в пределах Непского свода и смежных с ним областей Непско-Ботуобинской антеклизы впервые выделены древние поднятия фундамента — Тэтэрский и Нюйский, Наканновский и Средне-Кочемский, и установлено существование крупных докембрийских'(рифейских) прогибов (Немчуиский, Тымпычанский, Мархаянский). Эти данные позволяют по-новому представить тектоническое строение юга Сибирской платформы и ставят новые задачи по изучению нефтеперс-пективных венд-рифейских отложений на ее территории.

В результате проведенных исследований построены глубинные разрезы по основным региональным маршрутам, отражающие принципиальные особенности строения рельефа поверхности фундамента Непского свода и древних толщ осадочного чехла.

Эти особенности заключаются в том, что области максимального накопления подсолевого комплекса приурочены к наиболее мобильным областям фундамента, связанным с интенсивными нисходящими движениями блоков фундамента в Присаяно-Енисейскую и Курейскую синек-лизы, в Прибайкальский прогиб. Непский свод, как часть Непско-Ботуобинской антеклизы, представляет огромную положительную структуру, складчато-блоковая тектоника фундамента которой оказала определяющее влияние на формирование структур подсолевого комплекса. Мощности подсолевого комплекса в структурах ограничения Непского свода увеличиваются на 2−3 км за счет появления в разрезе поздне-докембрийских (рифейских) отложений. Осадочный чехол в пределах Непского свода начал формироваться в самом конце докембрия (в вендское время), ранее (в рифее) он отлагался лишь в пределах грабе-нообразных прогибов и подобных им структур.

Данные анализа соотношения древних толщ осадочного чехла и фундамента свидетельствуют, что основные структуры фундамента.

Непского свода, заложенные еще в рифее, сохранились в своей основе до настоящего времени, т. е. с палеорельефом фундамента связаны условия осадконакопления базальных отложений осадочного чехла, к которым приурочены основные нефтеперспективные горизонты. Длительный характер развития Непского свода определил формирование региональных зон выклинивания позднедокембрийских отложений вдоль склонов свода и его выступов, что свидетельствует о наличии на площади условий для регионального формирования ловушек нефти и газа.

Впервые по сейсмическим данным построена карта рельефа фундамента в масштабе 1:500 000, являющаяся структурной основой необходимой при планировании геолого-геофизических нефтегазопоисковых работ на территории Непского свода, а также при решении задач, связанных с определением потенциальных запасов нефти и газа.

В результате анализа сейсмических характеристик по преломляю-. щему горизонту составлена схема распределения граничных скоростей по поверхности фундамента, в соответствии с которой установлена неоднородность вещественного состава верхней части кристаллического основания. Центральные районы исследуемой территории, соответствующие Непско-Ботуобинской антеклизе, характеризуются граничной скоростью по поверхности фундамента равной 6,1−6,2 км/с. Западная часть территории, соответствующая Присаяно-Енисейской и Курейской синеклизам, характеризуется граничной скоростью 6,8−7,0 км/с. В соответствии с этим выполнено районирование территории на две крупные области, отвечающие двум мегаблокам фундамента платформы, имеющим разный возраст и состав. Восточный мега-блок (отвечающий Непско-Ботуобинской антеклизе) представлен породами преимущественно гранито-гнейсового состава. В западном мега-блоке (Присаяно-Енисейская и Курейская синеклизы) фундамент представлен преимущественно породами основного (базальтового) состава. Зона контакта мегаблоков представляет сложный тектонический шов шириной порядка 20−30 км, Мегаблоки фундамента выделяются не только в его современной структуре, но и по особенностям строения земной коры и верхней мантии. Эволюция во времени и в пространстве динамического режима их развития предопределила основные черты осадконакопления в рифее и последующие геологические эпохи.

Выявлены основные черты строения консолидированной части коры и впервые составлена карта глубин до поверхности Мохоровичича в масштабе 1:1 000 000 на основе интерпретации отраженных и преломленных волн. Мощность земной коры в пределах территории увеличивается от 38 до 50 км. Рельеф поверхности Мохоровичича дифференцирован. Установлено блоковое строение земной коры, отражено влияние глубинных разломов на рельеф поверхности мантии. Установлено отражение надпорядковых структур платформы в рельефе поверхности мантии и строении консолидированного комплекса земной коры. В структуре поверхности мантии впервые выявлен погруженный участок (глубина около 50 км), соответствувдий области перехода от Непско-Ботуобинской антеклизы к Присаяно-Енисейской и Курейской синеклизы. Мощность земной коры увеличена здесь на 8−10 км. Эта же область представлена как одна из перспективнейших тектонических областей на Сибирской платформе для поисков нефтяных и рудных месторождений.

По всему региону оценены средние скорости в земной коре и граничные на поверхности мантии. Они изменяются в пределах V = 6,35−6,6 км/с, Vr = 8,1−8,2 км/с.

На основе комплексной интерпретации результатов исследований ТСЗ и аномалий потенциальных полей установлено, что региональные-аномалии потенциальных полей отражают главным образом структурно-вещественную неоднородность верхней части земной коры и в меньшей мере связаны с глубиной залегания фундамента.

Показана высокая геологическая и экономическая эффективность методики точечных сейсмических зондирований, разработанной под руководством Н. Н. Пузырева для экспрессного регионального изучения крупных геологических регионов.

Результаты выполненных исследований принципиально уточнили и расширили знания о глубинном строении Непского свода и прилегающих территорий и существенным образом способствуют решению однойиз важнейших народнохозяйственных задач страны — созданию крупной нефтегазодобывающей базы в Восточной Сибири.