Циклическое строение нижне-среднеюрских отложений Восточно-Манычского прогиба и Прикумской системы поднятий Восточного Предкавказья

Введение

Нижне-среднеюрские отложения Восточного Предкавказья, в зоне Восточно-Манычских прогибов и Прикумской системы поднятий, распространены не повсеместно, залегают на глубинах более 3 километров и заполняют впадины, сформировавшиеся на более ранних этапах развития региона. В связи со сложностью строения глубоких горизонтов осадочного чехла потенциал нефтегазоносности нижне-сренеюрских терригенных отложений изучен еще недостаточно и представляет интерес с точки зрения поиска новых залежей углеводородов.

В настоящее время одной из нерешенных задач остается задача определения границ распространения нижне- и среднеюрских отложений в Восточном Предкавказье. При региональных исследованиях нижне- и среднеюрские отложения часто рассматривают как единую формацию с общими границами распространения (Самойлович и др., 2014). Данный подход вероятно во многом связан с литологическим однообразием пород, отсутствием фаунистических остатков и единой сети региональных сейсмических профилей. При изучении отдельных разрезов юрских отложений выделяются свиты, названия которых часто приурочены к названию площадей, в разрезах которых они были наиболее полно представлены. В литературе в составе нижне-среднеюрской толщи мощностью в среднем 500 метров, иногда до 1 километра, описываются более 8 свит (Конюхов, 1968). Названия свит и их состав меняются от площади к площади, что свидетельствует о сложностях при их выделении и картировании разными авторами. Иногда исследователи выделяют свиты по привязке разреза к споро-пыльцевым комплексам (СПК), с последующей корреляцией реперных горизонтов по материалам геофизических исследований скважин (ГИС) (Арцышевич и др., 1973) (рис. 1). Большинство обобщающих работ по картированию нижне- и среднеюрских отложений проводились по материалам бурения. Привязка к сейсмо-геологическим разрезам была затруднена в силу слабой их разрешающей способности, что усложняло выделение пород в зонах, не охарактеризованных бурением. Поэтому контур юрского палеобассейна ограничивался по наличию скважинных данных (Панов, 1998). Последние государственные региональные работы, включающие обобщение материалов о геологическом строении юрских отложений района исследования, были проведены в том числе при участии авторов в 2020–2022 годах (Немцов и др., 2022).

Вторым нерешенным вопросом остается прогноз развития коллекторов и их стратиграфическая приуроченность. Несмотря на то, что нефтегазоносность нижне-среднеюрских отложений установлена более чем на 15 площадях, новые открытия отсутствуют, что требует применения на данном объекте новых геолого- методических подходов. В настоящее время одним из хорошо известных и эффективных подходов к расчленению и выделению регионально прослеживаемых одновозрастных пород коллекторов в «немых» сложнопостроенных терригенных толщах является циклостратиграфический анализ. Этот анализ основан на изучении последовательности накопления терригенных отложений нижней и средней юры в разных нефтегазоносных бассейнах, где юрские отложения формировались на этапе глобального повышения уровня моря и при большом поступлении терригенного осадочного материала в периоды относительного обмеления морского бассейна. Такие процессы формирования циклически построенных толщ нижне-среднеюрского возраста описаны в осадочных бассейнах Западной Сибири (Алексеев и др., 2003; Шемин, 2001; Комков и др., 2022), Баренцева моря (Суслова, 2014), Южно-Карской впадины (Курасов, 2015). Анализ трансгрессивно-регрессивной цикличности строения разреза на фоне общего увеличения доли морских отложений позволяет спрогнозировать положение интервалов и зон развития коллекторов и флюидоупоров внутри терригенной нижнеюрской и среднеюрской толщи.

Работа основана на материалах ГИС более 20 скважин, более 30 шлифов и 15 скважин с образцами керна, две тысячи погонных километров региональных 2D сейсмических профилей (рис. 2).

Границы распространения нижне-среднеюрских отложений

При комплексировании разномасштабных результатов интерпретации 2D-сейсмопрофилей и реперных отбивок скважин установлены границы распространения нижнеюрских и среднеюрских отложений на территории Восточно-Манычского прогиба и Прикумской системы поднятий (рис. 3).

Породы нижнеюрского возраста занимают область, вытянутую в субширотном направлении вдоль границы современных Восточно-Манычского прогиба и Прикумской системы поднятий (рис. 4). По всей видимости, нижнеюрские отложения формировались в погруженных надрифтовых зонах позднетриасового палеорельефа, выклиниваясь к бортам триасовых прогибов. В северном направлении, на северном борту Восточно-Манычского прогиба, наблюдается сокращение нижнеюрского комплекса с полным выклиниванием в районе скважины Светлоярская 56 (рис. 3А). В южном направлении так же наблюдается постепенное сокращение мощностей с полным выклиниванием пород. В скважинах Ачикулакская 25, Каясулинская 1 нижнеюрские породы отсутствуют в разрезе. Выклинивание нижнеюрских отложений по данным сейсморазведки и по характеру распределения мощностей в скважинах наблюдается в сторону Ставропольского свода, в районе скважины Приозерная 5. В восточном направлении, в сторону Каспийского моря, мощность нижнеюрских отложений увеличивается, что фиксируется кратным увеличением фаз на сейсмических региональных 2D-профилях. В скважинах Кочубеевская 2 и Северо-Кочубеевская 3 установлены мощности нижнеюрских пород порядка 220 и 160 метров соответственно.

Максимальные толщины нижнеюрских отложений зафиксированы в центральных частях «Прикумско-Манычского» палеопрогиба, где можно выделить три депоцентра их осадконакопления, центральный, северный и южный. В центральной зоне на площадях в районе скважин Плавненская, Величаевская, Колодезная, Зимняя Ставка и в северной зоне, в районе скважины Арбалинская, толщины нижнеюрских отложений достигают 350 метров. На юге, в районе скважин Кумской, Андрей-Курганской площадей, происходит резкое увеличение толщин нижнеюрских отложений от 10–20 метров до 200 метров. В восточной части толщины нижнеюрских отложений в среднем составляют 120–140 метров в центральной части палеопрогиба, увеличиваясь до 220 метров в районе скважины Кочубеевская 2. Характер распределения толщин нижнеюрских отложений в Восточном Предкавказье наследует субширотную ориентировку доюрских грабенообразных структур триасового возраста (Воронин и др., 2024).

Область развития среднеюрских отложений в пределах региона исследования значительно шире распространения нижнеюрских отложений (рис. 5). Однако, область накопления максимальных толщин среднеюрских отложений смещается к северу, в сторону центральной части зоны Манычских прогибов и современного кряжа Карпинского. Увеличение мощности в северо-восточном направлении прослеживается как по скважинам, так и по региональным сейсмическим разрезам. (рис. 3А). Максимальные мощности наблюдаются в осевой части Восточно-Манычского прогиба и достигают более 500 метров на Кочубеевской площади. На южном склоне Прикумской системы поднятий среднеюрские отложения резко сокращаются в мощности до полного их выклинивания. В скважине Каясулинская 1, расположенной на южном склоне Прикумской системы поднятий, на границе с Ногайской ступенью, юрские отложения отсутствуют, а на триасовых отложениях залегают нижнемеловые породы. В западном направлении, в сторону Ставропольского свода среднеюрские породы так же постепенно сокращаются в мощности до полного их выклинивания (рис. 3Б).

Циклическое строение нижне-среднеюрских отложений

В разрезе нижне-среднеюрской толщи выделено 4 региональных трансгрессивно-регрессивных циклита, отвечающих циклам осадконакопления в ранней - средней юре, в течение которых колебания уровня моря обусловили чередование в разрезе песчаников, алевролитов и глин с увеличением мористости отложений вверх по разрезу. Выделение цикличности проведено по профилю скважин: Урожайненская 14, Затеречная 1, Зимняя Ставка 400, Величаевская 35, Джеланская 2, Арбалинская 13, Ильменская 2 , Меклитинская 2 (рис. 6). Каждый циклит состоит из трансгрессивной и регрессивной частей разреза, накопление которых происходило в периоды относительного изменения положения береговой линии и глубины бассейна. Относительные изменения уровня моря обусловили и разное количество поступления осадочного материала в бассейн осадконакопления.

По данным описания шлифов, макроописанию керна, гранулометрии и рентгеноструктурного анализа (XRD) трансгрессивная часть разреза сложена преимущественно глинистыми породами с алевритовой примесью. Регрессивная часть разреза сложена преимущественно алевро-песчаными породами. Пример выделения циклита по скважине Эбелекская 3 (рис. 7).

Гетанг-синемюр-плинсбахский циклит 1. По каротажным диаграммам гетанг-синемюр-плинсбахский циклит выделяется достаточно условно. Кривая ПС дифференцирована и имеет пилообразную форму. В трансгрессивной части относительная кривая ПС (альфа ПС) изменяется в диапазоне 0–0.3 (рис. 8). По керну трансгрессивная часть циклита сложена переслаивающимися аргиллитами и алевролитами с тонкой горизонтальной слоистостью. Преобладающий размер зерен 0.0005–0.1 мм. В минеральном составе песчано-алевритовой части преобладает кварц (более 70%) (рис. 9). В регрессивной части значения альфа ПС понижаются от 0.8 до 0.3 д.е. Верхняя часть циклита сложена преимущественно алевро-песчаными породами, косослоистыми, средней сортировки с прослоями гравелитов и углистого материала (рис. 10). Гетанг-синемюр-плинсбахский циклит хорошо прослеживается в центральных частях бассейна, в зонах с наибольшими толщинами нижнеюрского комплекса. На склонах палеобассейна наблюдается увеличение песчанистой составляющей вверх по разрезу циклита. В зонах наименьших толщин нижнеюрских отложений (20 метров и менее) и до полного выпадения стратиграфических единиц из разреза, циклическое строение проследить затруднительно. Мощность циклита по профилю изменяется от 25 метров в зоне сочленения Прикумской системы поднятий и Манычского прогиба (скважина Урожайненская 14) до 170 метров в осевой части Манычского прогиба (скв Арбалинская 13). Сложности выделения циклитов в аллювиально-озерных бассейнах, связаны с сильной фациальной изменчивостью по латерали (Ботвинкина и др., 1991).

Тоар-ааленский циклит 2. Тоарские отложения несогласно залегают на отложениях плинсбахского возраста. В основании циклита залегает реперная, преимущественно аргиллитовая толща, которая слагает трансгрессивную часть второго, тоар-ааленского циклита. Для неё характерно постепенное увеличение вверх по разрезу показаний ПС, показания альфа ПС изменяются в достаточно узких пределах (0–0.2 д.е.) (рис. 11). Аргиллиты массивные с алевритовой примесью, пелитовая фракция составляет более 90% (рис. 12). Встречаются стяжения сидерита и единичные раковины аглютинирующих фораминифер.

Регрессивная часть циклита сложена преимущественно песчаными разнозернистыми породами ааленского возраста. Форма кривой ПС пилообразная (0.3–0.8 д.е.). В скважине Пушкарская 14 регрессивная пачка представлена разнозернистыми песчаниками с примесью алевритового материала, с включениями углисто-растительного детрита (УРД) (рис. 13). Преобладают зерна размером от 0.1–0.05 мм (более 47% от общего количества). Текстура породы преимущественно косослоистая, содержание кварца порядка 67%. Мощность регрессивной части разреза увеличивается в северном направлении.

Наибольшие толщины отложений циклита 2 составляют около 100м и приурочены к скважине Величаевская 35, расположенной в центральной части Восточно-Манычского прогиба. В сторону Ногайской ступени толщина отложений циклита сокращается до 35 метров в скважине Урожайненская 14.

Байосский циклит 3. В основании третьего циклита выделяется алеврито-глинистая толща, формирующая его трансгрессивную часть (рис. 14). По ГИС трансгрессивная часть циклита выделяется положительными аномалиями ПС, форма кривой имеет резкий скачок (0–0.2 д.е.) (рис. 15). Мощность в целом выдержанна и достигает 20 метров в скважинах Величаевская 35, Арбалинская 13.

Регрессивная часть циклита, сложенная преимущественно песчано-алевритовыми породами с локальными пропластками аргиллитов, характеризуется постепенными изменениями кривых ПС (альфа-ПС), без резких скачков (0.5–0.8 д.е.). Песчаники в основной массе светло-серые, мелко-, среднезернистые, кварцевая составляющая более 60%, по текстурным особенностям массивные и косослоистые, сортировка зёрен средняя (рис. 16). По профилю прослеживается тенденция увеличения мощности циклита с юга-запада на северо-восток. Минимальные мощности приурочены к северному склону Прикумской системы поднятий, где среднеюрские породы постепенно выклиниваются. В скважине Урожайненская 14 мощность циклита составляет 20 метров. Максимальные толщины приурочены к Арбалинской, Ильменской площадям и составляют 240 и 280 метров соответственно.

Верхнебайосско-бат-келловейский циклит 4. Самый верхний циклит сложен верхнебайосско-бат-келловейскими отложениями. Циклит представлен преимущественно алеврито-глинистыми породами и достаточно равномерно распространен по всей территории. Толщина отложений циклита изменяется от 40 метров на юге, в скважине Урожайная 55, до 100 метров на севере-востоке, в скважине Меклетинская 2. Трансгрессивная часть циклита хорошо коррелируется по всем скважинам и представлена выдержанной положительной аномалией на кривой ПС (0–0.4 д.е) (рис. 17). Разрез представлен преимущественно алевро-глинистыми породами с пелитовой составляющей более 80% (рис. 18). Глинизация трансгрессивной части повышается в северо-восточном направлении. Мощности изменяются от 10 метров в южных частях территории исследования до 100–150 метров в северных частях.

Регрессивная часть циклита достаточно маломощная, не превышает 50 метров. Характеризуется резким понижением кривой ПС с небольшими пилообразными колебаниями (0.5–0.8 д.е). В приподнятых частях Манычского прогиба в скважинах Величаевская 35, Зимняя Ставка 400, регрессивная часть практически отсутствует. Циклит сложен песчаниками тонко-мелкозернистыми с примесью алевритового материала средней сортировки (рис. 19).

Область распространения, толщины и условия формирования отложений нижне-среднеюрских циклитов

Для прослеживания распространения и изменения мощностей циклитов по территории проведена увязка скважинных и сейсмических данных. Близость скважин с выделенными циклитами к региональным сейсмическим профилям позволила с высокой достоверностью увязать их с сейсмо-стратиграфическими комплексами, выделяемыми в регионе исследования. Как правило, границы циклитов по скважинам в их трансгрессивной части хорошо коррелируются с яркими отражающими горизонтами на временных сейсмических разрезах (рис. 20). Характер распределения толщин циклитов и данные описания керна скважин позволяют оценить особенности условий осадконакопления пород.

Первый (гетанг-синемюр-плинсбахский) циклит имеет самое ограниченное распространение (рис. 21А). Гетанг-синемюр-плинсбахскому времени соответствует накопление преимущественно аллювиально-озерных отложений, среди которых выделяется система русловых тел. Зоны развития русловых отложений выделяются по резкому увеличению мощности от 100 до 190 метров, которые заполняли впадины палеорельефа. Отдельные врезы и впадины, заполненные отложениями, хорошо прослеживаются в нижней части юрских отложений по данным сейсморазведки. Отсутствие фаунистических остатков, прослои углей и наличие крупнообломочных разностей пород позволяет сделать вывод, что гетанг-синемюр-плинсбахские отложения формировались в континентальной среде, в преимущественно аллювиально-озерных обстановках. Формирование пород плинсбахского возраста в озерных обстановках отмечается так же в работах Д.И. Панова (Панов и др., 1996). Примечательно, что в одном из «палеорусел» открыта группа месторождений, приуроченная к регрессивной части циклита. Так залежи в нижнеюрских песчаниках на месторождениях Зимняя Ставка, Величаевско-Колодезное и другие связаны с коллекторами руслового генезиса.

Площадь распространения отложений второго тоар-ааленского циклита шире площади отложений плинсбахского циклита, что, скорее всего, связано с быстрым проникновением морского бассейна (ингрессии) в тоарское время и относительно равномерным распределением по площади отложений тоар-ааленского возраста мощностью около 60 метров (рис. 21Б). В тоарское время происходило глобальное повышение уровня моря, которое отмечается по всему миру (Никитенко, 2015). О морских условиях осадконакопления в тоарское время в Восточном Предкавказье свидетельствуют найденные единичные формы аглютинирующих фораминифер и признаки сидеритизации (Арцышевич и др., 1973). В ааленское время морские обстановки могли смениться прибрежно-морскими с накоплением преимущественно косослоистых алевро-песчаных отложений. К концу аалена полноценно сформировался эпиконтинентальный бассейн, т.е. внутреннее, преимущественно мелководное море, связанное с океаном проливами и периодически утрачивающее эту связь (Стафеев и др., 1993). В регрессивной части тоар-ааленского циклита открыты месторождения углеводородов Сухокумское, Песчаное и другие.

Отложения третьего байосского циклита имеют еще более широкое распространение, по сравнению с нижнеюрскими отложениями. Мощности циклита планомерно увеличиваются в северо-восточном направлении и достигают максимальных значений на территории исследования на северном борту Восточно-Манычского прогиба (рис. 21В). В раннем байоссе происходит быстрая трансгрессия и мелководно-морской бассейн распространяется на большую часть Восточного Предкавказья. Большой объем осадочного материала, поступающего в бассейн осадконакопления, привел к быстрому обмелению морского бассейна и установлению прибрежно-морских условий. Мощные регрессивные толщи песчаного состава в байосское время накапливались в пределах Кряжа Карпинского и Манычского прогиба за счёт разгрузки крупных речных систем Палеоволги и Палеоурала.

Отложения четвертого верхнебайосс-бат-келловейского циклита накапливались преимущественно в морских обстановках с общим увеличением мощности в северо-восточном направлении (рис. 21Г). Максимальные толщины верхнебайосс-бат-келловейских отложений прослеживаются в восточных частях территории исследования (Северо-Кочубеевская площадь - 320 метров). Морской бассейн установился на большей части Восточно-Европейской платформы, где происходило накопление выдержанной однообразной толщи глинистых осадков (Панов и др., 2000). Регрессия морского бассейна началась в келловейское время, что фиксируется быстрой сменой в разрезе алеврито-глинистых отложений песчаными. К отложениям циклита приурочены месторождения углеводородов Надеждинское, Юбилейное и другие.

На основании циклического анализа региона, интерпретации комплекса ГИС и кернового материла с учётом условий осадконакопления создана принципиальная схема формирования нижне-среднеюрских отложений (рис. 22). На схеме показано, что в наиболее погруженных частях доюрского палеорельефа накапливались гетанг-синемюр-плинсбахские отложения аллювиально-озерного генезиса с активной деятельностью речных систем. В тоарское время осадконакопление по площади расширилось вследствие ингрессии морского бассейна, однако, бассейн оставался достаточно обособленным и преимущественно пресноводным. В ааленское время обстановки в целом были прибрежно-морскими с общей регрессивной направленностью изменения состава отложений вверх по разрезу. В раннем байоссе наступила быстрая трансгрессия моря с заполнением обширной территорией морскими осадками и с последующим обмелением морского бассейна за счет большого количества поступающего осадочного материала и широким развитием дельтовых равнин. В позднем байоссе – келловее на территории исследования господствовал морской режим.

Заключение

Строение и особенности распространения нижне-среднеюрских отложений в пределах зоны Восточно-Манычских прогибов и Прикумской системы поднятий свидетельствуют об унаследованности области их распространения от древних форм палеорельефа и последовательном увеличении влияния морского бассейна на протяжении всего ранне-среднеюрского периода. Нижнеюрские отложения заполняли впадины и неровности, существовавшие в доюрское время. Область осадконакопления среднеюрских отложений была намного шире при общем увеличении мощности в северо-восточном направлении, в сторону современного кряжа Карпинского.

В строении нижне-среднеюрских отложений выделено 4 трансгрессивно-регрессивных циклита. Трансгрессивные части циклитов представлены преимущественно морскими алеврито-глинистыми породами, регрессивные – преимущественно алевро-песчаными аллювиальными и прибрежно-морскими отложениями. Анализ седиментационной цикличности позволил выявить изохронные границы в составе нижне-среднеюрских отложений и сопоставить одновозрастные отложения по разрезу и площади. К регрессивным частям циклитов могут быть приурочены скопления УВ. В нижнеюрских отложениях наилучшие перспективы могут быть связаны с гетанг-плинсбахским циклитом, основными прогнозируемыми ловушками являются литологические, приуроченные к развитию русловых тел. В среднеюрских породах перспективными на поиск УВ являются песчаные коллекторы дельтового генезиса.

Финансирование/Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова.

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