Тектонические нарушения в доплитном комплексе и платформенного чехла Северного Каспия: причины и следствия

Введение

В пределах Северного Каспия происходит сочленение разновозрастных блоков земной коры – Прикаспийской синеклизы Восточно-Европейской древней платформы и молодой Скифско-Туранской плиты. В последние десятилетия здесь проведен значительный объем геофизических работ, пробурен ряд скважин, что привело к открытию в платформенных отложениях месторождений нефти и газа. Были получены и обобщены новые данные по геологии и нефтегазоносности региона, что позволило раскрыть основные закономерности строения платформенного чехла (рис. 1) и месторождений нефти и газа Каспийского региона.

Несмотря на высокую степень изученности платформенных отложений, многие вопросы нельзя считать окончательно решенными. К их числу можно отнести широко распространенную точку зрения о присдвиговой природе антиклиналей (Анисимов, 2023; Бочкарев и др., 2013; Делия и др., 2004; Тимурзиев, 2020). Некоторые исследователи считают, что большинство структурных элементов платформенного чехла развивались унаследовано от предыдущих эпох, что привело к соответствию их морфологии не только на различных стратиграфических уровнях чехла, но и в фундаменте (Бочкарев и др., 2013; Медведев и др., 2008; Одолеев и др., 2002). В ряде работ предполагается, что ортогональное расположение сбросов и сбросо-сдвигов по отношению друг к другу приводит к формированию разломно-блокового строения залежей месторождений углеводородов, являющееся отражением аналогичной структуры подстилающего тафрогенного комплекса и палеозойского фундамента (Бочкарев и др., 2013; Силантьев, 2014). При этом утверждается, что конседиментационные сбросо-сдвиги чехла (как отражение тектонических напряжений растяжения пород) развиваются по трассам палеозойских разломов (Бочкарев и др., 2013). Одновременно с этим существуют работы, в которых приводятся сведения о широком развитии в осадочном чехле платформы складчато-надвиговых дислокаций, в том числе бескорневых антиклиналей, формирование которых связано с горизонтальными тектоническими движениями (Попков, Попков, 2023, 2024а, 2024b).

Гораздо меньше имеется качественной информации о верхнепалеозойско-триасовом доплитном комплексе, строение которого до сих пор является предметом дискуссий (Попков, Попков, 2024а). Широко распространена точка зрения о пликативно-дизъюнктивном характере его внутренней структуры, допускающая наличие надвигов и сдвигов, крутопадающих взбросов и сбросов (Анисимов, 2023; Бочкарев и др., 2013; Медведев и др., 2008; Остроухов и др., 2011).

Целью данной работы является изучение морфологии и условий образования складчатых и разрывных дислокаций верхнепалеозойско‒триасовых толщ доплитного комплекса, а также перекрывающих его юрско‒кайнозойских отложений платформенного чехла. Авторами также предпринята попытка рассмотреть и некоторые аспекты нефтяной геологии. Несомненно, что решение этих вопросов может способствовать более обоснованной оценке перспектив нефтегазоносности региона, выбору рациональной методики геологоразведочных работ.

Материалы и методы

Для изучения тектонических нарушений осадочного чехла использовались материалы сейсморазведки методом отраженных волн. Изучение волновой картины на временных разрезах позволило установить важные детали морфологии, стратиграфической приуроченности и истории развития дислокаций, а также определить кинематическую природу разрывов. При изучении тектонических нарушений в отложениях пермо‒триаса привлечены сведения о тектоническом строении сопредельных территорий, прежде всего, прилегающего с востока к исследуемому району Бузачинского полуострова (Попков, Попков, 2023, 2024b).

Для более глубокого понимания строения погребенных тектонических срывов и правильной диагностики сейсмических данных использована информация по аналогичным дислокациям в естественных обнажениях кайнозойских отложений западной части Туранской плиты (Попков, 2010). Большое внимание уделено известным сведениям о тектонических нарушениях в осадочном чехле, полученным в процессе бурения глубоких скважин на акватории Северного Каспия (Анисимов, 2023; Делия и др., 2004; Касьянова, 2017). Рассмотрены обнаруженные в керновом материале текстурные особенности дезинтегрированных интервалов пород, определена их природа.

Ценную информацию о послойных срывах и их нефтегеологической роли дали результаты специальных гидродинамических и трассерных исследований, проведенных на месторождениях углеводородов Северного Каспия (Касьянова и др., 2015).

Полученные результаты и их обсуждение

Морфология и условия формирования дислокаций

Интерпретация сейсмических материалов дает возможность достаточно детально расшифровать строение осадочного разреза Северного Каспия. Полученные при этом данные свидетельствуют об определяющей роли горизонтальных тектонических движений в формировании тектонических дислокаций как в доплитном верхнепалеозойско-триасовом, так и в вышележащем платформенном комплексах отложений.

По характеру волновой картины на временных разрезах выделяются два структурных этажа (Исмагилов и др., 1990). Верхний этаж характеризуется в целом плоскопараллельной конфигурацией осей синфазности и отражает строение мезозойско-кайнозойского платформенного чехла. Отражающие горизонты нижнего структурного этажа залегают несогласно по отношению к верхнему и соответствуют доюрскому (доплитному) осадочному комплексу, отличающемуся более значительной дислоцированностью слагающих его толщ.

Границей между этажами служит отражающий горизонт V1, приуроченный к подошве юрских отложений, и выделяющийся на всей площади в виде интенсивной оси синфазности с видимой частотой около 30 Гц. Характерной особенностью, облегчающей корреляцию отражающего горизонта V1, является соотношение этой границы с наклонными осями синфазности нижезалегающей толщи, прекращающими прослеживаться у горизонта V1 по схеме эрозионного среза (рис. 2).

Основное направление падения отражающих горизонтов в доплитном комплексе – южное, что отчетливо наблюдается на временных разрезах близмеридионального простирания. Динамическая выразительность осей синфазности горизонтов изменчива: от сильных отражений до полной потери корреляции. Следующей особенностью прослеживания этих горизонтов является наличие резких перерывов корреляции со смещением во времени регистрации, появление значительных изломов, аномальных наклонов осей синфазности, вызванных наличием осложняющих их разрывных нарушений.

В отличие от субмеридиональных разрезов, на которых в доюрском комплексе детально прорабатываются оси синфазности южного падения, на субширотных профилях отмечаются лишь отдельные короткие отражающие площадки протяженностью 0,5–1,0 км. Объяснение этому факту можно дать исходя из признания присутствия в пермско-триасовом комплексе рассматриваемого региона мощного пакета тектонических пластин, образовавшихся под воздействием мощного бокового сжатия на рубеже триаса и юры. То есть здесь можно говорить о тектонической расслоенности отложений доплитного комплекса. Силы сжатия, как и в других районах запада Туранской плиты (Попков, Попков, 2023), были ориентированы в северном направлении.

Подтверждением тектонической природы отражающих границ, их связи с пологими надвигами и срывами может служить характер их поведения в разрезе. Так, например, на рис. 2 в доюрской части разреза можно наблюдать «утыкание» отдельных осей синфазности, ограничивающих тектонические пластины, в вышележащий отражающий горизонт V1, отвечающий эрозионной поверхности, разделяющий доплитный комплекс и платформенный чехол. Наряду с этим отдельные срывы проникают в перекрывающие отложения с формированием в их фронтальных частях складчато-надвиговых дислокаций (рис. 2, 3). Подобные соотношения со всей очевидностью отвергают вероятность связи отражающих границ в пермско-триасовом комплексе отложений с особенностями их литологии.

В перекрывающем юрско-кайнозойском платформенном чехле вертикальная амплитуда смещения по разрывам уменьшается вверх по разрезу – от 200 м по подошве юры до первых десятков метров в верхних горизонтах осадочного чехла. Надвиги в верхних частях разреза имеют крутое падение (65–70°), с глубиной происходит их выполаживание.

Описанные деформации Северного Каспия являются связующим звеном между Камышанско-Каспийским и Цубукско-Промысловским валами (восточное побережье) (Делия и др., 2003) и располагающейся на востоке Бузачинско-Токубайской надвиговой системой, хорошо изученной на суше (Попков, Попков, 2023). В отличие от последней, где в доюрских отложениях широко представлены листрические надвиги, переходящие на глубине в доплитном комплексе в субгоризонтальные срывы, на Северном Каспии ярко выражены тектонические пластины. Это может быть следствием более интенсивного бокового сжатия и (или же) значительного предъюрского размыва дислоцированного палеозойско-триасового комплекса, в результате чего к поверхности были приближены его глубокопогруженные горизонты, где преобладают подобного типа структуры («корневые» части листр). Величина эрозионного среза, по мнению некоторых исследователей, здесь могла достигать 1–2 км, а возможно и более (Куницына и др., 2020).

Формирование рассмотренных тектонических структур обусловлено коллизионными процессами, сопровождавшими окончательное закрытие остаточных осадочных бассейнов океана Палеотетис (Попков, Попков, 2024а; Хаин и др., 2004), с последующей глубокой эрозией возникших топографических поднятий. Эти процессы привели к образованию резко выраженных стратиграфического и углового несогласий на границе доплитного комплекса и перекрывающего его платформенного чехла.

Территория неоднократно испытывала тангенциальное сжатие и на платформенном этапе развития (Попков, 1991), что сопровождалось возобновлением подвижек по некоторым надвигам с образованием в чехле асимметричных антиклиналей с более крутыми северными принадвиговыми крыльями. При этом необходимо отметить не известный ранее интересный факт – наличие в меловых отложениях Северного Каспия внутриформационных (послойных) срывов, фиксируемых на временных сейсмических разрезах (рис. 4). Приурочены они к мощной преимущественно глинистой толще альбского возраста. Очевидно, что толща глин под воздействием сил бокового сжатия, направленных с юга на север, была сорвана с нижележащих более жестких песчано-карбонатных горизонтов с образованием характерных чешуй. О наличии в их подошве песчано-карбонатных отложений говорит динамическая выраженность связанных с ними сейсмических отражений.

О тектонической природе срывов свидетельствуют приуроченность к фронтальной части некоторых чешуй бескорневых антиклинальных складок в перекрывающей толще, пересечение разрывами стратиграфических границ с проникновением в вышележащие отложения вплоть до разрыва осадочного чехла на всю его мощность, что говорит также о молодости деформаций. Эти два важных момента показаны на увеличенном фрагменте центральной части приведенного профиля (рис. 4). Это также доказывает, что подвижки произошли после накопления альбских глин и перекрывающих толщ и, соответственно, подтверждают тектоническую природу дислокаций.

Имеются и иные свидетельства наличия поcлойных срывов в платформенных отложениях Северного Каспия. Так, в кернах многих скважин, пробуренных на акватории, в разрезе юрско-меловых и палеогеновых отложений обнаружены интервалы развития тектонических несцементированных брекчий мощностью 1,5–2,0 м, представленные остроугольными обломками размером 1,5–2,5 см. Местами породы практически полностью раздроблены, образуя сыпучую тонкообломочную фракцию (Анисимов, 2023; Делия и др., 2004; Касьянова, 2017). Наблюдаются также участки концентрированного развития субгоризонтальных зеркал скольжения и трещин. Многие трещины содержат подвижную нефть (Касьянова и др., 2015). Характерной чертой распределения нарушенных интервалов является их концентрация в определенных зонах, где в интервалах разреза 25–30 м отмечено от 4 до 7 горизонтов дробления (волжский ярус в скважине 1 Ракушечной, титонский ярус в 3-й и 4-й Хвалынских скважинах). При этом отсутствует строгая стратиграфическая приуроченность горизонтов брекчий в различных площадях и скважинах, что в совокупности с приведенными выше сведениями убедительно указывает на их взаимосвязь с послойными срывами.

Подобного типа тектонические нарушения (складчато-надвиговые дислокации, сдвиги, послойные срывы, образующие тектонические покровы и др.) были нами обнаружены и детально изучены в обнажениях кайнозойских отложений Южного Мангышлака в урочищах Узунбас, Тарлы, Жилгабай. В зонах послойных срывов отложения брекчированы, широко представлены дуплексы, структуры будинажа, субгоризонтальные зеркала скольжения, глинка трения, складки волочения и другие деформации, характерные для структур горизонтального скольжения. Образование дислокаций произошло в предсреднемиоценовое время, но многие из них остаются активными и сегодня (Попков, 2010).

Следовательно, можно говорить о региональной природе тангенциального стресса, обусловившего формирование послойных срывов и иных тектонических дислокаций в платформенном чехле Северного Каспия. Морфология дислокаций свидетельствует о вероятной передаче тангенциального стресса со стороны альпийского складчато-надвигового пояса в пределы молодой платформы. Изучение современной геодинамики региона с привлечением данных GPS-наблюдений показало быстрое горизонтальное смещение Северного Кавказа в северо-восточном направлении со скоростями 26–28 мм/ год (Milyukov et al., 2015). Результаты этого воздействия особенно ярко проявляются в непосредственно прилегающих к нему районах Дагестана, где сформирована система тектонических покровов, бескорневых складок, сгруппированных в линейные антиклинальные зоны северной и северо-восточной вергентности (Соборнов, 2019). Установлено, что этот процесс влияет на распределение горизонтальных напряжений в пределах Евразийской плиты на расстоянии до двух тысяч километров от ее южного края (Леонов и др., 2001). Рассмотренные нами дислокации удалены к северо-востоку от Дагестанского клина всего лишь на 300–350 км.

Возможное применение полученных результатов при решении нефтегеологических задач

Полученные результаты дают возможность решить ряд прикладных задач при проведении геолого-разведочных работ и последующей разработке месторождений нефти и газа.

Установлена резко выраженная дисгармоничная складчатость платформенного чехла и доплитного комплекса, при которой их структурные планы кардинально отличаются друг от друга. В соответствии с этим структурный план юрско-кайнозойских отложений, в которых развиты принадвиговые антиклинали, не может быть использован при выборе местоположения скважин при поисках скоплений углеводородов в доплитном комплексе, в строении которого решающее значение имеют тектонические пластины. В последнем случае поиск ловушек нефти и газа необходимо вести отдельно по каждому структурному уровню (тектонической пластине). До появления надежной сейсмической информации опоискование глубокозалегающих объектов представляется сложным и рискованным. В последующем с появлением более информативных сейсмических данных возможна детализация структурных построений по глубинным горизонтам, что позволит наметить перспективные объекты геологоразведочных работ.

Тектонические пластины доплитного комплекса, надвинутые в северном направлении в сторону Прикаспийской синеклизы, служат барьером на пути латеральной миграции углеводородов из ее пределов в прилегающие районы Скифско-Туранской плиты, что может сопровождаться формированием тектонически экранированных залежей, как это имеет место, например, в пределах Бузачинской зоны нефтегазонакопления (Попков, Попков, 2024b). Это заключение актуально и для сопредельных регионов суши – Каракульско-Смушковской складчато-покровной зоны.

Наличие в чехле бескорневых «подвешенных» антиклиналей требует дифференцированного подхода при выборе поисковых объектов в различных стратиграфических частях разреза нефтегазоносных осадочных бассейнов.

Другим важным следствием тектонической расслоенности чехла является то, что пологие надвиги и послойные срывы сопровождаются зонами брекчирования, повышенной трещиноватости, которые могут являться путями латеральной миграции углеводородов. Кроме того, дробление пород в зонах срывов увеличивает коллекторский потенциал нефтегазоносных пластов. При сближении разрывов в продуктивном интервале образуется сложнопостроенная многоярусная система горизонтов с различными емкостно-фильтрационными свойствами. В случае развития срывов в породах, не обладавших первоначальными коллекторскими свойствами, их емкостные параметры определяются присутствием горизонтальных трещинных систем. Подтверждением этому служат результаты трассерных и геофлюидодинамических исследований волжско‒неокомской части резервуара месторождений углеводородов, открытых в северной части Каспийского моря (Касьянова и др., 2015). Эти сведения также необходимо учитывать при разработке месторождений нефти и газа.

Кроме этого, в низкопроницаемых интервалах разреза при благоприятных структурных условиях (первоначальный волнистый характер поверхности послойного срыва или образование антиклинального изгиба при последующей его деформации) подобные зоны разуплотнения могут служить самостоятельными ловушками нефти и газа.

Современные подвижки по послойным срывам могут приводить к срезанию и деформациям обсадных колонн на разрабатываемых месторождениях нефти и газа.

Заключение

Анализ геолого-геофизических материалов показал, что глубинная тектоника северной части Скифско-Туранской платформы на акватории Северного Каспия характеризуется сложной морфологией дислокаций в доплитном комплексе и вышележащем платформенном чехле, образовавшихся в обстановке бокового сжатия.

Формирование дислокаций доплитного комплекса связано с коллизионными процессами, сопровождавшими закрытие остаточных бассейнов океана Палеотетис. В последующем своем развитии платформа периодически испытывала горизонтальное сжатие, приводившее к возобновлению подвижек по погребенным надвигам, что привело к образованию в их фронтальных частях асимметричных антиклиналей в юрско-кайнозойских отложениях. Важным следствием этих процессов является резко выраженная дисгармоничная складчатость, при которой структурный план платформенного чехла кардинально отличается от строения глубинных слоев. Данный факт необходимо учитывать при планировании геологоразведочных работ в регионе.

На заключительных этапах геологического развития Скифско-Туранская плита оказалась в зоне транспрессивного влияния области альпийского коллизионного орогенеза Кавказа. Передававшиеся в пределы платформы тангенциальные напряжения привели к образованию в ее чехле послойных срывов и сопутствующих им бескорневых антиклиналей, не связанных с предшествующими дислокациями. Послойные срывы, сопровождающиеся зонами катаклазированных пород, обладающих повышенными емкостными и фильтрационными параметрами, могут служить путями латеральной миграции углеводородов, а в пределах продуктивных интервалов разреза при разработке месторождений обеспечивать более высокие дебиты флюидов. Этот фактор необходимо также учитывать на более поздних стадиях разработке нефтяных месторождений при использовании законтурного заводнения нефтяных пластов. При благоприятных условиях послойные срывы и сопровождающие их зоны разуплотнения пород могут стать самостоятельными ловушками нефти и газа.

Таким образом, полученные результаты дают возможность решить ряд прикладных задач при планировании и проведении геологоразведочных работ в акватории Северного Каспия и последующей разработке месторождений нефти и газа.

Благодарности

Авторы выражают благодарность рецензентам за ценные замечания и предложения, которые способствовали улучшению работы.