Соляная тектоника гряды Чернышева, Тимано-Печорский бассейн: строение и георесурсный потенциал

Введение

Глобальной тенденцией развития нефтегазовой отрасли является растущая зрелость традиционных направлений геологоразведочных работ. В совокупности с грядущей трансформацией мировой энергетики и увеличивающимся спросом на материалы для новой «интеллектуальной» экономики это мотивирует выявление новых приоритетных поисковых объектов, способных дать крупный прирост запасов углеводородов, а также иных видов сырья. Мировой опыт показывает, что новые поисковые направления, в большинстве случаев, возникают там, где передовые технологии и знания создают принципиально новые нишевые возможности, которые могут обеспечить крупные открытия (Sternbach, 2020). Например, в акваториях значительная часть открытий последних лет связана с возможностью проведения поисков в новых зонах нефтегазонакопления в глубоководных условиях, которые ранее были технически недоступны. На суше новые технические средства позволяют вовлекать в добычу залежи нефти и газа на глубинах до 10 км и более. Кроме этого, современные технологии и знания позволяют успешно реализовывать геологоразведочные проекты в районах сложного геологического строения, что в прошлом было сопряжено с неприемлемо высокими рисками.

Особый интерес представляют соленосные бассейны. Согласно мировой статистике, соли составляют около 2% объема осадочного чехла осадочных бассейнов мира, при этом на долю соленосных бассейнов приходится около 50% запасов нефти и газа (Jackson, Hudec, 2017). Результаты поисковых работ последних лет говорят о том, что доля этих бассейнов в балансе запасов растет опережающими темпами. Это связано с открытием новых крупных зон нефтегазонакопления в бассейнах континентальных окраин Атлантического океана, восточной части Средиземного моря, Амударьинского бассейна в Туркменистане, ряда бассейнов Китая (Sternbach, 2020; Bishop, 2023; Zhu et al., 2024). Общей особенностью этих открытий является то, что они сделаны в слабоизученных частях бассейнов, продуктивность которых была установлена много десятилетий назад. Однако геологические неопределенности и технические сложности делали зоны соляных деформаций в их пределах рискованными для поисковых работ. Новые технические возможности и знания резко снижают риски и переводят эти районы в категорию приоритетных. Их экономическая ценность объясняется не только высоким нефтегазоносным потенциалом. С ними связаны возможности добычи редкоземельных элементов из высокоминерализованных растворов, производства гидротермальной энергии, создания подземных хранилищ газа в подсолевых резервуарах, а также захоронения в них углекислого газа и некоторых других видов промышленных отходов (Duffy et al., 2023).

Одним из перспективных соленосных районов в европейской части России является гряда Чернышева и прилегающая часть Косью-Роговской впадины, расположенные на востоке Тимано-Печорского бассейна (рис. 1). Впервые наличие солей верхнего ордовика здесь было установлено бурением на площади Кочмес в 1976 году (Грунис и др., 2016; Данилов, 2017 и др.). В последующие годы на Воргамусюрской и Адакской площадях гряды Чернышева глубокими скважинами были вскрыты аллохтонные соленосные толщи, перекрывающие осадочное выполнение Косью-Роговской впадины. На всех этих площадях были отмечены обильные нефтегазопроявления, однако промышленных открытий сделано не было. Последующие исследования показали, что основной причиной неудачных результатов бурения явилась недостаточная подготовка поисковых объектов (Грунис и др., 2016; Данилов, 2017; Соборнов и др., 2021 и др.). Пробуренные скважины оказались вне пределов замкнутых ловушек.

Обобщение накопленных геолого-геофизических данных, а также использование результатов изучения районов-аналогов позволяют актуализировать представления о строении гряды Чернышева и ее георесурсном потенциале. Для настоящего исследования были использованы данные бурения, результаты исследований керна скважин, сейсморазведки 2D/3D, несейсмических геофизических методов, геологические карты, публикации и отчеты производственных и научно-исследовательских организаций. В настоящей статье рассмотрены особенности структурного развития гряды Чернышева, а также обсуждаются новые поисковые возможности, которые в значительной мере определяются соляной тектоникой.

Очерк изученности и геологического строения

Гряда Чернышева представляет собой дугообразно выгнутую в северо-восточном направлении складчато-надвиговую зону, которая расположена между Косью-Роговской впадиной Предуральского краевого прогиба и Хорейверской депрессией Печорской плиты (рис. 1). На юге гряда Чернышева сливается со складчато-надвиговым поясом Урала. На севере она ортогонально срезается наложенным структурным трендом гряды Чернова. На поверхности гряды Чернышева обнажаются дислоцированные отложения верхнего ордовика – триаса. Ее ширина варьирует от 20 до 50 км, длина составляет около 300 км. Изучению геологического строения гряды Чернышева посвящен ряд исследовательских работ, которые заложили основу современного понимания строения этого региона (Тимонин, 1975; Богацкий, 1985; Юдин, 1985, 1994; Грунис и др., 2016; Данилов, 2017 и др.).

На раннем этапе изучения гряда Чернышева рассматривалась как горст фундамента, ограниченный субвертикальными разломами (Тимонин, 1975; Богацкий, 1985). По объективным причинам, связанным со сложными поверхностными условиями и высокой дислоцированностью осадочного чехла, данные сейсмических съемок 1980-х годов в этом районе оказались малоинформативными. В результате, во время широкого регионального изучения бассейна гряда Чернышева оставалась белым пятном. Внедрение новых сейсмических технологий в 1990-х годах и последующее глубокое бурение привели к накоплению новых данных. Они показали, что гряда Чернышева представляет собой складчато-надвиговую зону, в строении которой принимают участие соленосные породы позднего ордовика (Соборнов, Тарасов, 1992; Юдин, 1994; Грунис и др., 2016; Данилов, 2017).

Актуализированное представление о региональной структуре восточной части Тимано-Печорского бассейна дает разрез, представленный на рисунке 2. Он демонстрирует положение гряды Чернышева в структурном контексте зоны сочленения Приполярного Урала и Тимано-Печорского бассейна. Согласно предлагаемой интерпретации, важным элементом строения этой части складчато-надвигового пояса Урала является наличие субпластового срыва, который следует вдоль солей верхнего ордовика. Этот разлом (соляной детачмент) разделяет пологозалегающий фундамент и подсолевые отложения от деформированных надсолевых толщ.

Скольжение надсолевых отложений Косью-Роговской впадины по верхнеордовикским солям обеспечило передачу деформаций сжатия на значительное расстояние от орогенического сооружения Приполярного Урала. Выклинивание солей к западу от гряды Чернышева сделало невозможным дальнейшее перемещение надсолевых отложений. Это определило локализацию деформаций сжатия в пределах этой структурной зоны. Эффективное субпластовое расслоение осадочного чехла по солям объясняет малую дислоцированность надсолевых отложений в пределах большей части Косью-Роговской впадины. На ее восточном борту уральские надвиги образуют многоярусную дисгармоничную складчато-надвиговую систему.

В целом, своеобразие строения гряды Чернышева определяется наличием ряда специфических особенностей, отличающих ее от большинства других складчато-надвиговых зон Предуралья. К их числу относятся следующие:

- удаленность этой складчатой зоны от уральского орогенного сооружения;

- высокая степень деформированности слагающих ее толщ и наличие в них мощных интервалов брекчий;

- дивергентность ограничивающих гряду Чернышева надвигов, в основании которых, как правило, присутствуют верхнеордовикские соли;

- латеральная сегментированность, существование разломов типа «конского хвоста» и резкие ундудяции осей складчатых структур;

- диспропорционально широкое распространение верхнеордовикско-нижнесилурийских отложений на дневной поверхности.

Особого внимания заслуживают крупные надвиги в зоне сочленения гряды Чернышева с Косью-Роговской впадиной. Большинство этих надвигов имеют «антиуральскую» – юго-восточную вергенцию. Это контрастирует с противоположной северо-западной ориентацией подавляющего большинства надвигов Уральского складчатого пояса. Данные бурения и сейсморазведки показывают, что амплитуда горизонтального перемещения по надвигам юго-восточной вергенции может составлять 15 км и более (Соборнов и др., 2021). Тектоническая природа этих образований была предметом споров.

Бурением в центральной части гряды Чернышева установлено, что аллохтонные нижнепалеозойские толщи, перекрывающие осадочное выполнение Косью-Роговской впадины, могут представлять собой тонкочешуйчатые покровы. В центральной части гряды Чернышева их толщина измеряется сотнями метров. Геологический разрез такой зоны, составленный по данным малоглубинного бурения, показан на рисунке 3. Этот разрез проходит вдоль северного берега р. Уса, которая пересекает гряду Чернышева в районе деревни Адак. В обрывистых уступах на берегу реки установлены обнажения массивных карбонатных брекчий, которые входят в состав аллохтонного комплекса, надвинутого в юго-восточном направлении. Происхождение брекчий гряды Чернышева является предметом дискуссий (Антошкина, 2009; Майдль, Даньщикова, 2013 и др.).

Формирование осадочного чехла гряды Чернышева и прилегающих районов отражает стадийное развитие северного сегмента Уральской континентальной окраины. Тектоностратиграфическая схема рассматриваемого района показана на рисунке 4. Она показывает литологический состав осадочного чехла, основные элементы нефтегазовых систем, последовательность тектонических событий и этапы развития соляных структур. В ее основу положены данные публикаций (Тимонин, 1975; Юдин, 1994; Грунис и др., 2016; Данилов, 2017; Соборнов и др., 2021 и др.), а также отчетные данные.

Фундаментом бассейна является дислоцированное и метаморфизованное протерозойское основание Печорской плиты. Последняя спаялась с Восточно-Европейской платформой в позднем докембрии (Bogdanova et al., 2016). В составе осадочного чехла выделяются три стратиграфические мегапоследовательности. Их формирование отражает типичную стадийность развития бассейнов континентальной окраины, трансформированных в складчато-надвиговый пояс и краевой прогиб.

Начальному этапу развития бассейна отвечает рифтогенез, который происходил в конце кембрия – ордовике (Пучков, 2010). Он привел к образованию системы глубоких прогибов. В конце этого этапа, в позднем ордовике, в изолированных прогибах происходило накопление соленосных отложений. В силуре – раннем апте в результате раскрытия Уральского океана произошло образование обширного бассейна континентальной окраины (Шеин, 2012). В пределах большей части Тимано-Печорского бассейна в это время преобладала шельфовая карбонатная седиментация (Жемчугова, 2002; Никонов, 2002). В позднем девоне и ранней перми в бассейне формировались многочисленные рифовые постройки. В уральской части бассейна мелководные шельфовые карбонаты замещались бассейновыми отложениями, представленными преимущественно чередованием сланцев и мергелей. В силуре и франском веке в условиях подъема уровня моря и преобладания анаэробных диагенетических условий в шельфовых впадинах накапливались битуминозные отложения (Бушнев и др., 2017; Котик, Котик, 2018 и др.).

В конце среднего девона – начале франского века и в начале визейского века отмечались эпизоды транспрессионных деформаций, которые интерпретируются как отголоски столкновения континентальной окраины с островными дугами и микроконтинентами Уральского океана. С ними связаны региональные несогласия, которые представляют собой легко опознаваемые отражающие горизонты, являющиеся наиболее устойчивыми сейсмическими коррелятивами.

С середины артинского века в пределах северного Предуралья началось формирование краевого прогиба, что было вызвано континентальной коллизией. Коллизия привела к формированию складчато-надвигового пояса Урала, который стал основным источником обломочного материала, поступающего в краевой прогиб. В результате произошло замещение карбонатной седиментации терригенным осадконакоплением. В разрезе пермского терригенного заполнения прогиба отмечается тенденция возрастания содержания грубообломочного материала вверх по разрезу, что отражает разрастание горного сооружения. В средне-позднепермских отложениях выделяется серия угленосных интервалов (Никонов, 2002).

Интерпретация сейсмических данных показывает, что основные складчато-надвиговые деформации северного сегмента Уральского складчатого пояса происходили во второй половине арта и кунгурском веке. На это указывает то обстоятельство, что наиболее значительные угловые несогласия в зонах надвиговых деформаций фиксируются в верхнеартинско-кунгурских отложениях. Это можно видеть на примере сейсмического разреза через Интинскую складчатую зону, составленного на основе данных сейсморазведки 3D (рис. 5). Разрез показывает, что многие надвиги срезаны внутрипермским несогласием, и вышележащие пермские отложения дислоцированы существенно слабее.

Дополнительным указанием на резкое погружение краевого прогиба в позднеартинское время является накопление в его приосевой части оползневых горизонтов (Соборнов, Зозуля, 2025). Их существование является признаком резкой дифференциации структурного плана краевого прогиба, что было обусловлено нагрузкой аллохтонных пластин, которые надвигались на окраину Печорской плиты. Результатом явилась эрозия западного приподнятого борта Косью-Роговской впадины и образование оползневых тел.

С удалением от Урала в направлении форланда складчатые деформации омолаживаются. Это можно видеть на примере Хоседаю-Неруюской антиклинальной структуры, расположенной на западном борту гряды Чернышева (рис. 6). Рассматриваемая складка образована надвигом северо-западной вергенции, выполаживающимся на уровне верхнеордовикских солей. Последнее указывает на то, что ее формирование было вызвано расслоением чехла по солям. В составе складки участвует мощная толща пермских терригенных синколлизионных отложений, в которых отсутствуют признаки значительных внутренних несогласий. В своде антиклинали данные отложения глубоко размыты и несогласно перекрыты триасовыми слоями. Из этого следует, что основной импульс роста структуры, вызванный расслоением чехла по солям, достиг западной окраины гряды Чернышева в конце перми. В результате пермские терригенные отложения в своде складки были глубоко эродированы.

В верхней части разреза Хоседаю-Неруюского поднятия выделяется менее значительное угловое несогласие в кровле триасовых отложений, на которых субгоризонтально залегают юрские слои. Выделяемое несогласие фиксирует эпизод сжатия, который вызвал складчатость на Пай-Хое и реактивировал деформации Урала (Соборнов и др., 2021). В дальнейшем имели место эпизоды внутриплитных деформаций в раннем мелу и конце кайнозоя. Сжатие в раннем мелу привело к возрождению горного сооружения Урала. На это указывает наличие раннемеловых клиноформ восточной проградации в прилегающих районах Западной Сибири (Бородкин и др., 2023). Их образование происходило за счет размыва возрожденного поднятия Урала. В позднем кайнозое северная часть Тимано-Печорского бассейна пережила несколько фаз оледенений, что привело к выравниванию рельефа (Жарков и др., 2015). Новейшие деформации в пределах гряды Чернышева объясняются активизацией соляной тектоники после снятия ледниковой нагрузки (Соборнов и др., 2021).

Структурная интерпретация

Упомянутые выше особенности строения гряды Чернышева говорят о том, что ее формирование было обусловлено воздействием специфических геодинамических факторов, которые не проявили себя во многих других районах складчатого Предуралья, либо их воздействие было гораздо менее выраженным. Интерпретация накопленных данных позволяет относить к числу таких факторов сдвиговые деформации и соляную тектонику.

Сдвиговые деформации, несомненно, являются важным фактором структурного развития гряды Чернышева. На их существование указывает общий структурный рисунок этой зоны. Индикаторами сдвиговых деформаций являются ее общая косоориентированная сегментированность, наличие разломов типа «конского хвоста». С учетом современных представлений о структурном развитии Урала можно полагать, что вдоль структурного тренда гряды Чернышева происходили левосторонние перемещения. Основным аргументом в пользу этого предположения являются данные палеомагнитных исследований (Иосифиди, Храмов, 2013).

Более важным фактором, определившим своеобразный структурный стиль деформаций гряды Чернышева, по-видимому, является соляная тектоника. Предположение о влиянии верхнеордовикских солей на структурное развитие гряды Чернышева не является новым. Ранее к деформациям, связанным с солями, относилось возможное расслоение по ним осадочного чехла (Юдин, 1985). Такие структуры ранее выделялись в ряде соленосных складчатых поясов (Jackson, Hudec, 2017; Беленицкая, 2020). Эта гипотеза предлагает объяснение локализации деформаций надсолевых отложений в пределах гряды Чернышева на значительном удалении от коллизионного шва Урала. Однако, она не раскрывает происхождение остальных упомянутых структурных особенностей гряды Чернышева, включая экзотические тонкочешуйчатые надвиги юго-восточной вергенции (рис. 3).

Значительное своеобразие строения гряды Чернышева является причиной того, что структурные построения с использованием известных аналогий и моделей, описывающих типичные надвиговые зоны, сталкивались с большими трудностями при балансировании геологических разрезов. Один из примеров интерпретации строения гряды Чернышева в пределах ее центральной части показан на рисунке 7А. Приведенная интерпретация была построена на основе сейсмических данных 2D, а также результатов глубокого бурения, проведенного в 2000–2009 гг. к северу от рассматриваемого района. Обработка сейсмических данных проводилась с использованием стандартных процедур. В условиях сложной дислоцированности пород гряды Чернышева информативность сейсмических данных была низкой, что создавало большую неопределенность при интерпретации внутреннего строения гряды Чернышева.

Первый вариант структурной интерпретации (рис. 7А) вызывает вопросы. В частности, не понятен механизм удвоения верхнеордовикско-каменноугольного разреза гряды Чернышева. Не ясна тектоническая природа разломов, направленных со стороны платформенного борта прогиба в направлении Урала. Сложно понять динамику подвижек по разлому, который ограничивает гряду Чернышева с юго-востока. Данный разлом имеет незначительную амплитуду на глубине в автохтонной части разреза, где он пересекает верхнеордовикско-силурийские отложения. В то же время его амплитуда резко возрастает вверх по разрезу, где он вновь разрывает отложения этого стратиграфического интервала и далее затрагивает более молодые отложения, достигая дневной поверхности.

Рассматриваемая интерпретация предполагает относительно выдержанную мощность различных стратиграфических подразделений силура – нижней перми. Из этого следует, что формирование складчатой структуры гряды Чернышева произошло после накопления этих отложений, по-видимому, в конце перми. В конце триаса имела место структурная реактивация, что видно из наличия предюрского углового несогласия.

Альтернативой рассмотренного варианта интерпретации может стать структурная модель, которая предполагает продолжительное участие соляных деформаций в формировании гряды Чернышева (рис. 7Б). Ее главным содержанием является наличие раздавленного грибовидного диапира в данном сечении гряды Чернышева. «Шляпа» этого соляного гриба накрывает осадочный чехол прилегающих впадин. Существование аналогичных соляных структур установлено во многих районах мира (Weimer et al., 2017; Jackson, Hudec, 2017; Soto et al., 2017; Беленицкая, 2020), что свидетельствует о допустимости таких структурных построений. Предлагаемый вариант интерпретации подтверждается новыми данными электроразведки МТЗ, а также высокоточными гравиметрическими и магнитометрическими съемками, проведенными к югу от рассматриваемого района (Соборнов и др., 2021). Накопленные данные показали высокую вероятность нахождения солей в ядрах складчато-надвиговых структур гряды Чернышева.

Важной отличительной особенностью диапировой модели строения гряды Чернышева является признание длительного роста соляных структур, которое началось до наступления коллизионной складчатости. В пользу этого свидетельствуют данные сейсморазведки, которые показывают резкое сокращение мощностей каменноугольно-нижнепермских отложений в зоне сочленения гряды Чернышева и Косью-Роговской впадины (рис. 8). В основании секвенций этих пород, утоняющихся на склоне поднятия, отчетливо прослеживается подошвенное налегание на воздымающиеся эрозионные поверхности. Под зоной сокращения мощности каменноугольно-нижнепермских пород на глубинах около 2–3 км отмечено утолщение верхнеордовикских эвапоритов на глубинах около 6 км. Пространственное совпадение вариаций толщин упомянутых стратиграфических подразделений в данном структурном контексте свидетельствует об их взаимосвязи. Нагнетание солей в северо-западном направлении, вероятно, отражалось в подъеме дна бассейна, что фиксируется эрозией перекрывающих каменноугольно-нижнепермских отложений.

Сопоставление разрезов силурийско-нижнедевонских отложений показывает резкое сокращение их толщины на гряде Чернышева (Юрьева, Шамсутдинова, 2016). Кровля этих отложений срезается предфранским несогласием. Это сокращение также может быть связано с формированием соляных поднятий гряды Чернышева задолго до наступления уральской коллизионной складчатости.

Диапировая интерпретация гряды Чернышева согласуется с упомянутыми особенностями ее структуры. Расползание выжатых на поверхность соленосных отложений, принадлежащих «шляпе» диапира, объясняет наличие тонкочешуйчатых покровов, установленных малоглубинным бурением на берегу реки Уса (рис. 3). Кроме того, она предлагает простое объяснение отмеченной особенности строения рассматриваемого региона, выражающейся в диспропорционально широком распространении нижнепалеозойских отложений на поверхности. Эти отложения, вероятно, представляют собой кепрок диапира, а также участки, где соленосные отложения были выжаты на поверхность с образованием соляных глетчеров. Образец керна из скважины 2-Адак, приведенный на рисунке 9, представляет собой соляной меланж, имеющий светло-оранжевую окраску и включающий разноразмерные брекчированные обломки карбонатных пород. В некоторых образцах в трещинах карбонатных обломков отмечается присутствие битумов. Интенсивная перемятость соленосных отложений свидетельствует об их участии в тектонических деформациях. Обломки карбонатных пород, заключенные в соляной матрице, могут представлять фрагментированные части карбонатных прослоев эвапоритовых отложений и/или обломки вмещающих пород, захваченных солью по мере ее выжимания. В зонах выжимания соли на поверхность происходило ее растворение, что приводило к образованию эвапоритовых брекчий. Галокинетическая природа подобных образований документирована в ряде районов мира (Jackson, Hudec, 2017).

Априорная геологическая модель и обработка сейсмических данных

Основной проблемой при интерпретации районов сложных соляных деформаций, включая гряду Чернышева, является низкая геологическая информативность сейсмических данных. В большинстве случаев это связано со сложными поверхностными условиями сейсмической съемки, а также с высокой дислоцированностью солей и вмещающих отложений. Значительные различия в интервальных скоростях волн в дислоцированных соленосных отложениях (4,2–4,8 км/сек) и нижне-среднепалеозойских карбонатных породах (5,5–6,5 км/сек) сильно усложняют рисунок сейсмического волнового поля. Использование усредненных величин интервальных скоростей приводит к значительным искажениям в геометрии сейсмических отражений в глубинной области. Это особенно заметно под зонами утолщения солей, где возникают ложные (скоростные) поднятия.

Кроме этого, в сложных тектонических условиях стандартные интерактивные алгоритмы оценки вертикальной или горизонтальной скорости не могут построить однозначную скоростную модель, потому что отражающие границы имеют сложную форму, а определенные критерии оценки когерентности, такие как подобие, изменяются в широких пределах. Это также справедливо для трассировки лучей и инверсии томографии, которые в этом случае часто сходятся к локальным экстремумам, что приводит к неверной интерпретации ложных геологических структур.

Опыт проведения работ в подобных условиях показывает, что одним из эффективных средств повышения геологической информативности сейсмических данных может быть использование геологических критериев, учитывающих данные о строении соляных тел в сходных условиях (Jackson, Hudec, 2017). Соответственно, учет специфики геологического строения зон соляных структур позволяет получить более «геологичные» сейсмические данные в результате их целенаправленной обработки. Пример переобработанного сейсмического разреза с использованием одного из вариантов априорных геологических построений в рассматриваемой структурной зоне показан на рисунке 10.

В данном случае использование априорной геологической модели позволило улучшить прослеживаемость сейсмических отражений и уточнить положение и морфологию разломов. Разумеется, полученный результат не является гарантированно достоверным. Вместе с тем, подобный подход позволяет сузить пространство неопределенности и выбрать наиболее реалистичный сценарий интерпретации. В случае удачного подбора глубинно-скоростной модели сейсмическая картина приобретает более геологически оправданные очертания. В целом, опыт изучения районов сходного строения показывает, что в таких случаях использование современных знаний о вероятных структурных сценариях соляных диапиров позволяет составить наиболее приемлимые варианты распределения скоростей по разрезу. Это направление исследований, предполагающее распознание образов и составление априорных моделей, является одним из наиболее перспективных направлений в применении искусственного интеллекта в нефтегазовой геологии (Li et al., 2023).

Рассматривая региональную структуру гряды Чернышева, можно утверждать, что фактор соляного диапиризма не является специфической особенностью рассмотренной центральной части гряды Чернышева (рис. 7). Накопленные геолого-геофизические данные свидетельствуют о наличии признаков соляного диапиризма в различных частях этой структурной зоны. Примером может служить разрез, представленный на рисунке 11. Он пересекает северную часть гряды Чернышева.

Представленный разрез обработан без использования априорной геологической модели, предполагающей существование раздавленного соляного диапира в ядре гряды Чернышева. Его информативность резко снижается в зоне высокоамплитудных деформаций. Вместе с тем, наличие солей и вариации их толщин отчетливо видны на флангах гряды Чернышева, что указывает на участие соляной тектоники в структурном развитии этого района. Интерпретация строения сложнодислоцированной части гряды Чернышева учитывает вероятные структурные конфигурации, существование которых установлено в районах сходного строения. Следует также добавить, что в пользу участия аллохтонных и выжатых солей в строении гряды Чернышева свидетельствуют данные электроразведки МТЗ и потенциальных полей (Соборнов и др., 2021).

Структурное развитие

Предполагаемый ход структурного развития центрального сегмента гряды Чернышева показан на рисунке 12. В этих построениях учитывались данные, характеризующие структурно-седиментационные условия в силуре-перми в южной части гряды Чернышева (Данилов, 2017; Соборнов и др., 2021). Вероятно, что в зоне гряды Чернышева существовал прогиб. По-видимому, он был образован на стадии Уральского рифтинга в конце кембрия-ордовике. В позднем ордовике в нем было локализовано накопление соленосных отложений (стадия А). В последующем, в условиях развития бассейна континентальной окраины во внешней уральской части бассейна происходило быстрое погружение и накопление мощных толщ силурийско-раннепермских отложений. Повышенная мощность этих отложений в Косью-Роговской впадине способствовала перетоку мобильных солей в зону гряды Чернышева, где формировались соляные поднятия (стадия Б). Подобный ход формирования соляных диапиров отмечается во многих соленосных бассейнах (Jackson, Hudec, 2017; Stewart, 2018; Беленицкая, 2020).

Коллизионное сжатие привело к расслоению осадочного чехла вдоль верхнеордовикских солей и перемещению надсолевых отложений в направлении гряды Чернышева (стадия В).

Пластичные соли диапиров гряды Чернышева оказались в обстановке сжатия, что сопровождалось выжиманием соли на поверхность. Диапировая структура сходной морфологии, расположенная в южной части Предуральского прогиба, показана на рисунке 13. Как можно видеть, она представляет собой асимметричный грибовидный соляной диапир, «шляпа» которого надвинута на прилегающую часть прогиба. Наличие ряда угловых несогласий на периферии этого диапира свидетельствует об его продолжительном поэтапном развитии. Отличие этой структуры состоит в том, что она образована солями кунгурского яруса.

Последующее сжатие соляного диапира на гряде Чернышева привело к его «раздавливанию» с частичным выжиманием соли на поверхность и деформациям его кепрока (стадия Г). В результате выжимания соли были образованы дивергентные покровно-надвиговые структуры, в основании которых залегают соли. Подъем «шляпы» соляного вместе с перекрывающим его кепроком, а также частичное выжимание соли на поверхность объясняет большую площадь распространения интенсивно дислоцированных аллохтонных верхнеордовикско-силурийских отложений на поверхности (рис. 3). В этих условиях соли растворялись, оставляя после себя эвапоритовые брекчии. В мезозойско-кайнозойское время имели место несколько эпизодов структурной реактивации, которые привели к дополнительным складчато-надвиговым деформациям.

Пример выделения соляного покрова в зоне сочленения Коротаихинской впадины и Пай-Хоя по данным сейсморазведки 3D представлен на рисунке 14. Соленосная толща характеризуется полупрозрачной сейсмической записью. В зоне развития солей отмечаются пониженные значения гравитационного поля. Верхнеордовикские соли образуют протяженный покров сложной конфигурации толщиной до 500 м в основании надвиговой пластины. Величина горизонтального перекрытия соляного покрова может составлять около 10 км. Фронт соляных деформаций срезает по наклонной поверхности толщи заполнения краевого прогиба. Головная часть этого покрова удалена эрозионным несогласием, что указывает на выжимание соли на поверхность в ходе коллизионной складчатости. Последующее осадконакопление привело к захоронению соленосной покровной структуры. Представляется, что рассматриваемая структура может являться аналогом крупных покровов с солями в основании, которые выделяются на восточном борту гряды Чернышева (рис. 7, 11).

В целом, предлагаемый механизм структурного развития отражает вероятный сценарий, который описывает основные этапы деформаций центрального сегмента гряды Чернышева. В пределах других сегментов этой структурной зоны характер дислокаций существенно отличается. Резкие изменения структурной выраженности деформаций являются характерной чертой соленосных надвиговых зон (Jackson, Hudec, 2017; Soto et al., 2017; Stewart, 2018; Беленицкая, 2020). Эти изменения могут быть связаны с неоднородной морфологией соляных поднятий, которые формировались до наступления сжатия, изменениями толщины и состава эвапоритовых отложений, а также наличием сдвигового компонента, дополнявшего общее сжатие. В тех сегментах гряды Чернышева, где существовало два и более соляных поднятий, структурный рисунок результирующей складчатости существенно отличался от рассмотренного примера (рис. 2, 7, 12). Там могли формироваться высокоамплитудные антиклинали и надвиговые структуры с солями в основании, разделяемые межсоляными мульдами.

Опыт изучения различных соленосных бассейнов мира показывает широкое распространение подобных структур там, где соляные диапиры оказались в обстановке сжатия. Общим для этих районов является то, что подвижные соли реагировали на сжимающие усилия путем перераспределения своего объема. В условиях сжатия это, как правило, приводит к выжиманию соли и ее перемещению в зоны минимальных давлений (пьезоминимумов), которыми является дневная поверхность или интервалы чехла с пониженным пластовым давлением. При быстром осадконакоплении выжатые соляные глетчеры часто захороняются под покровом молодых осадков с образованием тонкослойных соляных покровов.

Нефтегазоносность соленосных бассейнов

С солями в мире связано существование многих зон нефтегазонакопления с высокой плотностью запасов (Weimer et al., 2017; Jackson, Hudec, 2017; Soto et al., 2017; Stewart, 2018; Беленицкая, 2020; Zhu et al., 2024). В значительной мере это обусловлено тем, что соль представляет собой самую надежную покрышку, обеспечивающую сохранность крупных залежей. Кроме того, соляные деформации образуют разнообразные структурные формы, а также зоны выклинивания, приуроченные к районам длительного роста диапиров, которые создают высокоемкие резервуары. Во многих бассейнах соляные пласты контролируют направления региональной миграции нефти и газа. В частности, положение крупнейшего скопления природных битумов месторождения Атабаска определяется выклиниванием и карстованием соленосных отложений среднего девона по восстанию слоев на платформенном борту Западно-Канадского бассейна (Broughton, 2013). В зонах, где соляные диапиры прорывают покрышки, фокусируется субвертикальная миграция нефти и газа. Это обстоятельство, в частности, может объяснять наличие битумов в трещинах карбонатных отложений в керне соленосных интервалов на площади Адак (рис. 7). В зонах соляной тектоники высокая теплопроводность солей создает эффект «холодильника» для подсолевых отложений, что обеспечивает возможность нахождения залежей нефти до глубин 8–10 км (Jackson, Hudec, 2017; Беленицкая, 2020; Neng et al., 2021). Высокая минерализация пластовых вод в соленосных бассейнах снижает вероятность распространения биодеградации нефти на небольших глубинах.

Перечисленные факторы объясняют высокую продуктивность соленосных бассейнов. Однако оборотной стороной являлись риски, связанные с проведением геологоразведочных работ. Особую сложность для опоискования представляют потенциальные ловушки, перекрытые дислоцированными аллохтонными солями. Основными факторами риска в таких зонах традиционно являлись низкая информативность геофизических данных, а также технические сложности, связанные с бурением и заканчиванием скважин. В ряде случаев открытия залежей под аллохтонными солями делались неожиданно при изучении известных зон нефтегазонакопления в надсолевых отложениях. Одним из примеров может быть Новобогатинское месторождение в Прикаспийском бассейне (рис. 15). На этом месторождении установлено наличие залежей нефти под маломощным козырьком соляного диапира. Этот соляной козырек, вероятно, может служить аналогом аллохтонного покрова, сложенного верхнеордовикско-силурийскими отложениями на гряде Чернышева (рис. 3).

Совершенствование технологий сейсморазведки и бурения значительно снизило риски геологоразведочных работ на подсолевые отложения в зоне сложных соляных деформаций. За счет новых технологий и знаний были сделаны крупные высокодебитные открытия в зонах развития аллохтонных соляных покровов в бассейне Мексиканского залива (Weimer et al., 2017). Высокопродуктивные новые зоны нефтегазонакопления открыты в соленосных надвиговых поясах Таримского и Сычуаньского бассейнов в Китае (Neng et al., 2021; Zhu et al., 2024). Особенностью этих новых открытий является нахождение залежей нефти и газа в чрезвычайно широком диапазоне глубин.

Новое понимание строения гряды Чернышева, учитывающее знания, накопленные при изучении районов сходного строения, а также использование технических инноваций, может привести к новым крупным открытиям в широком диапазоне глубин в осадочном чехле и фундаменте. Прямым свидетельством продуктивности подсолевых отложений гряды Чернышева является наличие установленных нефтегазопроявлений во всех пробуренных здесь глубоких скважинах (Грунис и др., 2016; Данилов, 2017). Анализ результатов этих работ показал, что отсутствие открытий явилось следствием недостаточной подготовки перспективных структур в зонах сложного геологического строения (Грунис и др., 2016; Данилов, 2017; Соборнов и др., 2022).

Переобработка сейсмических данных с использованием априорных построений, а также моделирование бассейнового развития могут позволить существенно увеличить надежность выявления перспективных структур, экранированных солями. Важным критерием перспективности таких структур является длительный рост соляных диапиров. Это делало связанные с ними ловушки зонами длительного нефтегазонакопления и создавало условия для формирования многозалежных скоплений нефти и газа в широком стратиграфическом и глубинном диапазонах. Основные риски структур подобного типа связаны с целостностью соляных покрышек и резкими изменениями региональных уклонов, которые могли расформировать ловушки на поздних стадиях структурного развития.

Кроме выделения новых перспективных направлений геологоразведочных работ на нефть и газ в зонах распространения аллохтонных солей, новая интерпретация глубинного строения гряды Чернышева предлагает возможности мультиресурсного развития сырьевой базы. Дополнительная экономическая ценность изучения гряды Чернышева может быть также связана с добычей редкоземельных элементов из высокоминерализованных рассолов, производством гидротермальной энергии, созданием подземных хранилищ газа в подсолевых резервуарах, а также захоронением в них диоксида углерода и некоторых других видов промышленных отходов.

Заключение

Мировой опыт геологоразведочных работ на нефть и газ показывает, что со слабоизученными зонами соляных деформаций связан потенциал новых крупных открытий. В прошлом изучение этих районов являлось высокорискованным из-за низкой информативности геофизических данных и недостатка знаний о специфических особенностях строения подобных районов. Новые знания и технические инновации снижают эти риски, переводя подобные районы в категорию высокоперспективных. К числу таких районов относится гряда Чернышева, расположенная на востоке Тимано-Печорского бассейна. Ее строение характеризуется своеобразными чертами, к числу которых относятся значительная удаленность от Уральского орогена, высокая степень деформированности слагающих ее пород, дивергентность надвигов на ее бортах, латеральная сегментированность, диспропорционально широкое распространение на дневной поверхности верхнеордовикско-нижнесилурийских отложений.

Новая интерпретация геологического строения этого района предполагает длительное развитие соляных структур, которые в условиях коллизионного сжатия были деформированы. Результатом этих деформаций явилось образование грибовидных диапиров и тектонических пластин с солями в основании. Величина надвиговых перекрытий в зоне сочленения гряды Чернышева и Косью-Роговской впадины может составлять 15 км и более. Под аллохтонными и автохтонными (материнскими) солями предполагается существование разнообразных ловушек в широком диапазоне глубин. Предлагаемая интерпретация объясняет специфические особенности строения этого района. Ее использование в качестве априорной геологической модели при обработке сейсмических данных может позволить получить дополнительную геологически значимую информацию, что сократит неопределенность геологических построений и выделения перспективных структур.

Благодарность

Авторы выражают глубокую признательность В.Н. Данилову, И.В. Колоколовой, А.В. Куранову, В.И. Логовскому, Н.И. Никонову, В.Б. Ростовщикову, А.Г. Сотниковой, М.В. Швецову за плодотворные дискуссии, касающиеся различных аспектов геологического строения исследуемого региона.