Фундамент восточной части Восточно-Европейской платформы и его влияние на строение и нефтегазоносность осадочного чехла

Понятия «фундамент», «кристаллический фундамент», «осадочный чехол» для восточной части ВЕП по представлениям автора вполне определенны. К кристаллическому фундаменту отнесены сильно дислоцированные раннедокембрийские образования, сформировавшиеся в условиях регионального метаморфизма. К осадочному чехлу отнесены залегающие субгоризонтально со структурным и стратиграфическим несогласием неметаморфизованные отложения, начиная с авлакогенного комплекса рифея. Некоторая неопределенность отнесения к фундаменту или чехлу отмечается только для интенсивно проработанных или переотложенных частей кор выветривания.

Современные представления о составе и строении фундамента востока ВЕП получили необходимое обоснование, начиная с 40-х годов, при получении результатов глубокого бурения. Исследования первых опорных скважин, проведенные В. И. Лучицким, Ю.Ир.Половинкиной и др., подтвердили представления об его раннедокембрийском возрасте. Поисково-разведочное бурение, начавшееся с открытия «Второго Баку», положило начало создания коллекций кернового материала, наиболее полная из которых собиралась и изучалась по инициативе и под руководством В. П. Флоренского на кафедре петрографии осадочных пород МНИ им. И. М. Губкина, начиная с 1946 г. В последующие годы на кафедре сформировалась научная школа по исследованию фундамента платформенных нефтегазоносных провинций. Ее ведущими представителями Т. А. Лапинской, В. С. Князевым, Е. Г. Журавлевым, С. В. Богдановой, П. В. Флоренским, О. А. Шнипом и др. разработаны основные методические подходы и положения о составе и строении доплатформенных комплексов. Важнейшую роль в изучении состава и строения фундамента Волго-Уральской области сыграли также работы Б. С. Ситдикова, М. А. Гаррис, М. Г. Кондратьевой, Л. З. Егоровой, К. Р. Тимергазина, Б. М. Юсупова, М. М. Килигиной, М. М. Толстихиной, С. П. Макаровойцентральных районов ВЕП и Волгоградского Поволжья — А. И. Педашенко, М. М. Веселовской, М. И. Островского. Региональные геолого-геофизические схемы состава и строения фундамента составлялись под руководством Л. А. Варданянца, Н. В. Неволина и Т. А. Лапинской, Е. М. Крестина.

Важнейшую роль в изучении фундамента сыграло осуществление программы по изучению глубинного строения недр и их нефтегазоносности возглавляемую Р. Х. Муслимовым. В обработке разрезов фундамента значительной мощности глубоких и сверхглубоких скважин принимали участие Н. Е. Галдин, Р. П. Готтих, В. Г. Изотов, И. Х. Кавеев, А. К. Назипов, Б. И. Писоцкий, И. Н. Пеньков, Н. А. Плотников, И. Н. Плотникова, Д. В. Постников, Л. М. Ситдикова, В. П. Степанов, Р. Ш. Хайретдинов, Р. Р. Хасанов и многие другие исследователи.

Значительную роль в изучении региональных вопросов тектоники фундамента восточной части ВЕП сыграли геолого-геофизические исследования, проводимые под руководством А. Д. Архангельского, 7.

Э.Э.Фотиади, А. А. Богданова, М. В. Муратова, Р. А. Гафарова, В. Н. Зандера, В. А. Дедеева, А. С. Новиковой, К. О. Кратца, С. В. Богдановой. Особенности внутренней структуры фундамента восточной части ВЕП, выявленные при его сейсмогеологическом изучении, нашли отражение в работах Е. Б. Груниса, В. А. Трофимова, И. А. Чиркина, С. Л. Костюченко, В. И. Шарова, В. Б. Соколова.

В наименьшей степени вплоть до недавнего времени были охарактеризованы проблемы соотношений внутренней структуры фундамента и осадочного чехла, хотя в общем виде они рассматривались многими исследователями, начиная с работ И. М. Губкина, Н. С. Шатского, А. А. Бакирова, В. Е. Хаина, Е. Е. Милановского. Некоторые аспекты таких соотношений в региональном и локальном планах отражены в работах В. А. Лобова, Р. Х. Муслимова, В. А. Клубова, М. А. Камалетдинова, С. Н. Мельникова, И. А. Ларочкиной, И. С. Гутмана, В. В. Муравьева, В. К. Александрова и др.

В последние годы в связи с истощением крупных месторождений углеводородов в осадочном чехле и открытием залежей в магматических и метаморфических образованиях различного возраста возрастает интерес к поиску нетрадиционных продуктивных объектов в корах выветривания и в теле раннедокембрийского фундамента /84, 85/. Для востока ВЕП возможности обнаружения таких залежей рассматривались в работах Т. А. Лапинской и Е. Г. Журавлева, позднее Р. Х. Муслимова, А. К. Назипова, И. Н. Плотниковой, В. Г. Изотова, Л. М. Ситдиковой, В. А. Трофимова, И. А. Чиркина,.

В настоящее время кристаллический фундамент ВЕП изучается с привлечением все возрастающего количества фактического материала. Состав фундамента восточной ее части изучен по материалам более 6 тысяч скважин. К настоящему времени сложились представления о составе, физических свойствах возрасте и соотношениях слагающих его пород. Рассмотрены различные аспекты эволюции магматических и метаморфических процессов, тектоники и геодинамики.

Несмотря на высокую степень изученности возрастных соотношений вулканогенно-осадочных и плутоногенных комплексов /59/, до настоящего времени не существует стратиграфической схемы фундамента востока Восточно-Европейской платформы, принятой РМСК. Одним из важнейших требований при разработке такой схемы является наличие опорного разреза для каждого комплекса. Наиболее важными в этом отношении являются результаты глубокого бурения, позволившие составить ряд опорных разрезов. В настоящее время в пределах восточных районов Волго-Уральской нефтегазоносной провинции пробурено около 50 скважин, вскрывших фундамент на значительную (40 — 4000 м) глубину. Их анализ дает возможность установить соотношение не только отдельных типов пород, слагающих комплекс, но и крупных стратиграфических подразделений, магматических и метаморфических комплексов. Выявление связи этих соотношений с многочисленными данными вскрытия фундамента на небольшую глубину позволяют более достоверно проводить геолого-геофизическое картирование фундамента в районах расположения глубоких скважин и региона в целом. На основе обобщения материалов глубокого и сверхглубокого бурения, 8 петрографического описания, определения петрофизических параметров (плотность и магнитная восприимчивость) их петрохимической характеристики и изотопно-геохронологических определений составлены опорные разрезы отрадненской и болыиечеремшанской серий, нурлатского, туймазинского, чубовского, бакалинского, мензелинского, сулинского структурно-вещественных комплексов, вскрытых в разрезах глубоких и сверхглубоких скважин 663, 2217, 20 015, 20 009, 20 006, 20 011, 752, 183, 20 005.

Вторым аспектом является необходимость пополнения банка геохронологических датировок, поскольку изотопные определения возраста, выполненные в последние годы на современном методическом уровне, не охватывают целый ряд стратиграфических подразделений и структурно-тектонических зон. В 1990;2001 г. г. впервые для рассматриваемого региона осуществлен большой объем геохронологических исследований. Для того, чтобы иметь полное представление о результатах U-Pb и Sm-Nd датирования главнейших магматических комплексов, в работе приводится обзор данных изотопных определений для гранулитов и амфиболитовых образований, фундамента.

К настоящему времени имеющиеся изотопно-геохронологические данные частично находятся в противоречии с ранее сложившимися представлениями о возрастных соотношениях комплексов пород. В этой связи наиболее актуальными являются проблемы стратиграфических соотношений осадочно-вулканогенных серий, возраста плутоногенных магматических комплексов фундамента, датирования метаморфических процессов.

На основе обобщения ранее имевшихся разработок по стратиграфии и периодизации эндогенных процессов рассматриваемой территории, а также вновь полученных данных об изотопном возрасте раннедокембрийских образований, создана стратиграфическая схема раннего докембрия Волго-Уральской области, дающая возможность унифицированного подхода к изучению фундамента и позволяющая более уверенно сопоставлять раннедокембрийские образования востока Русской плиты с другими регионами Восточно-Европейской платформы.

Для установления термобарических условий метаморфизма пород фундамента создан банк данных по химическому составу породообразующих минералов и проведен расчет температур и давлений.

С целью восстановления и характеристики геодинамической эволюции фундамента в раннем докембрии и фанерозое была проведена реконструкция этапов формирования его внутренней структуры. При составлении геодинамических схем, помимо структурно-вещественных особенностей строения фундамента, учитывались термобарические параметры метаморфизма и степень катакластических деформаций.

Накопление в последние годы новых данных вскрытия фундамента, а также геофизических материалов, выполненных на современном уровне, потребовало составления геолого-геофизических карт. Их построение потребовало создания новой методики, учитывающей современные представления о строении фундамента и физических свойствах, слагающих его 9 породных ассоциаций. На этой основе построена геолого-геофизическая карта фундамента Татарстана и прилегающих территорий масштаба 1:200 000.

Формирование разломно-блоковой структуры фундамента, определяющей его воздействие на осадочный чехол, в основном происходило на рифейском и раннепалеозойском этапах его развития. К зонам разрывных нарушений и трещиноватости было приурочено внедрение даек диабазов, развитие гидротермальных процессов и линейных кор выветривания. Изучение рифейской тектоники фундамента позволяет создавать разломно-блоковые схемы, служащие основанием для выяснения его соотношений с осадочным чехлом и выявления новых перспективных объектов для поисков скоплений углеводородов. Задачи изучения наложенных рифей-фанерозойских тектонических, магматических, гидротермальных и гипергенных преобразований докембрийских комплексов также потребовало разработки методики их картирования. Наиболее актуальна увязка выявленных в разрезах скважин зон повышенной трещиноватости и преобразованности пород с результатами картирования разрывных нарушений. С этой целью необходимо прослеживать связь раннедокембрийской тектоники фундамента с наложенными зонами трещиноватости. Изучение закономерностей их формирования относится к числу весьма актуальных задач. Выявление зон деструкции различного масштаба позволяют более надежно прогнозировать участки распространения коллекторов, благоприятных для скопления углеводородов в теле фундамента.

На основе изучения кернового материала по скважинам, вскрывшим кристаллический фундамент на восточном борту Мелекесской впадины и восточного склона Южно-Татарского свода и прилегающих территориях, установлены зоны повышенной трещиноватости, гидротермальной и гипергенной переработки пород фундамента. Выделены участки распространения линейных кор выветривания значительной мощности. Составлены схемы раннепалеозойской переработки и тектоники фундамента масштаба 1:200 ООО. Проведенный анализ позволил дополнительно обосновать положение разломно-блоковых структур, контролирующих основные особенности его соотношения с осадочным чехлом.

Длительная унаследованность высокой тектонической активности разломов, заложившихся в раннем докембрии, обеспечивает возможность на ряде объектов проследить влияние кристаллического основания на строение вышележащих горизонтов осадочного чехла. Движения блоков кристаллического фундамента играли определяющую роль при формировании осадочного чехла на всех этапах его развития. В условиях высокой степени изученности структурно-вещественной неоднородности фундамента, данные о его строении дают принципиально новую информацию, которая может играть существенную роль при уточнении и выявлении закономерностей строения продуктивных горизонтов в региональном и локальном планах. Наиболее благоприятны в этом отношении различные районы Татарстана, где сочетаются такие факторы как: высокая степень изученности фундамента, его значительная структурно-вещественной неоднородность, интенсивная разломно-блоковая.

10 тектоника, определившая формирование большого количества относительно мелких локальных структур осадочного чехла. Эти факторы позволяют в полном объеме применить разработанную методику установления характера влияния фундамента на строение осадочного чехла с целью уточнения его строения, выделения новых объектов для поисков залежей углеводородов.

В работе приведены схемы соотношения внутренней структуры фундамента и тектоники осадочного чехла различных районов Волго-Уральской провинции.

Цель и задачи исследований. Целью исследования является выявление унаследованности развития структуры ВЕП и связи нефтегазоносности с тектоническими элементами древнего заложения.

Основные задачи исследования:

1. Изучение вещественного состава, возрастных соотношений комплексов пород кристаллического фундамента.

2. Разработка методики геолого-геофизического картирования фундамента и составления карт его строения различного масштаба и степени детализации.

3. Анализ тектоники и эволюции фундамента в раннем докембрии.

4. Выявление разломов и анализ их эволюции на различных этапах формирования кристаллического фундамента.

5. Анализ условий формирования нетрадиционных коллекторов в кристаллическом фундаменте.

6. Выявление соотношений внутренней структуры фундамента и строения осадочного чехла.

5. Анализ связи нефтегазоносности осадочного чехла со строением фундамента.

Автор с 1971 г. работал на кафедре литологии МИНХиГП им. И. М. Губкина, где занимался изучением фундамента Восточно-Европейской и Сибирской платформ, строением осадочного чехла платформенных нефтегазоносных провинций стран СНГ. В течение ряда лет работа осуществлялась под руководством Т. А. Лапинской, С. В. Богдановой, А. Н. Дмитриевского, В. С. Князева, которым автор глубоко признателен за помощь, поддержку и консультации. Ряд положений, касающихся строения фундамента, кор выветривания и разломно-блоковой тектоники, был выработан благодаря консультациям П. В. Флоренского, Е. Г. Журавлева. Большую роль в проведении исследований и выполнения данной работы сыграла постоянная заинтересованность и организационная поддержка со стороны Р. Х. Муслимова. Исследования рифей-вендских отложений основывались на материалах, методической базе и при моральной поддержке И. Е. Постниковой. Автор выражает искреннюю благодарность коллегам по работе Л. П. Поповой, Д. О. Яковлеву, А. Б. Гориной, И. Б. Кононовой, А. С. Петренко, Л. И. Дмитренко, всем сотрудникам кафедры литологии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина и многих других научных и производственных организаций, без сотрудничества с которыми эта работа была бы трудно выполнима.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Фундамент восточной части ВЕП представляет собой гранулито-гнейсовую область раннего докембрия. В его составе преобладают позднеархейские образования. Выделено и охарактеризовано 36 структурно-вещественных комплексов различного состава, генезиса и возраста. Картирование внутренней структуры фундамента с различной детальностью позволяет выделить линейно-складчатые структуры гранулитового субстрата, разновозрастные концентрически-купольные формы, связанные с процессами его диафторической переработки и гранитоидными массивами, локальные приразломные тела различной природы. В региональном тектоническом плане выделены концентрические мегаблоки и разделяющие их линейные зоны. В раннедокембрийской эволюции выделяется три крупных тектоно-магматических цикла — два позднеархейских и один раннепротерозойский. С началом циклов связаны процессы вулканизма или формирование базитовых интрузий в режиме растяжения, на этапе стабилизации происходит накопление осадочных комплексов, завершается цикл метаморфизмом, гранитоидным магматизмом. Наряду с цикличностью отмечается направленность эволюции, локализация эндогенных процессов.

Дизъюнктивный каркас региона образуют, большей частью, унаследованные ранжированные системы взаимно-ортогональных и концентрических разломов, сохраняющих свою активность на всех этапах развития платформы.

Тектоно-термальная переработка фундамента на рифей-раннепалеозойском этапе приурочена к разветвленной системе узких протяженных зон, разделяющих изометричные или вытянутые поля, соответствующие относительно стабильным блокам. Как правило, осевой части зон переработки соответствует унаследованный разлом раннедокембрийского заложения. При этом в породах фундамента на различных глубинах, включая коры его выветривания, могут формироваться зоны коллекторов различной мощности. Обосновано предположение о возможности поступления углеводородов из древнейших метаморфических толщ фундамента в верхние его уровни и осадочный чехол.

Динамика унаследованных разломно-блоковых структур фундамента на протяжении позднедокембрийского и фанерозойского этапов развития оказывала определяющее влияние на формирование осадочных бассейнов, распределение литофаций и мощностей всех горизонтов платформенного чехла, их структурный план и нефтегазоносность. Для рифейских авлакогенов устанавливается прямая унаследованность от раннедокембрийских структур высокого ранга. Крупнейшие рифейские авлакогены наследуют раннедокембрийские сутуры высокого ранга. Распределение месторождений нефти и газа в осадочном чехле контролируется разломами древнего заложения. Данные о вещественной и структурной неоднородности фундамента могут использоваться при геологическом моделировании осадочного чехла.

Основные положения, защищаемые в диссертации.

1. Фундамент восточной части ВЕП представляет собой гранулито-гнейсовую область раннего докембрия. В его составе преобладают позднеархейские образования. Выделено и охарактеризовано 36 структурно-вещественных комплексов различного состава, генезиса и возраста. Разработана методика картирования фундамента с различной степенью детальности в зависимости от поставленных задач и качества имеющегося фактического материала.

2. Фундамент на всех технически доступных глубинах и его кора выветривания содержат зоны коллекторов и представляют собой самостоятельный нефтегазоносный комплекс.

3. Тектоника осадочного чехла и рельеф поверхности фундамента в основном определяются его разломно-блоковой структурой и частично наследуют элементы раннедокембрийской структурно-вещественной неоднородности. Крупнейшие рифейские авлакогены наследуют раннедокембрийские сутуры коллизии между главными сегментами земной коры ВЕП. Локальные структуры особенно четко обособлены вблизи зон контакта крупных стратиграфических и метаморфических комплексов. Унаследованные разломы взаимно-ортогональных и концентрических систем, как правило, сохраняют активность на всех этапах развития платформы.

4. Распределение крупнейших месторождений нефти и газа в осадочном чехле ВЕП контролируется раннедокембрийскими разломами древнего заложения высокого ранга. Структурно-вещественная неоднородность фундамента может служить дополнительным фактором при моделировании строения осадочного чехла.