Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Эволюция литосферы Западной Сибири и формирование осадочного бассейна

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Песковский, Игорь Дмитриевич, Екатеринбург

/М

Ц/ Lf ~ ■j fj

/1

г'

Западно-С ибирский научно-исследовательский

геьлбща^едтшйт^е'фшойташп^—1—~

Президщшя&тУ^ России

(решенк: /J__" J^Ti

ирис- */ченую степень ДО КТОР<

Y - Л' ' "

На правах руко ich

наук

Höfa..- /5 '-f (Г: üAK РОССИИ

[еоЦэвский Игорь Дмитриевич

ЭВОЛЮЦИЯ """" ЯИТ^ОСФКРЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ФОРМИРОВАНИЕ ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА

Специальность 04.00.22 - физика твердой Земли

Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук в форме научного доклада

Екатеринбург - 1997 г.

Работа выполнена в Западно-Сибирском научно-исследовательском геолого-разведочном нефтяном Институте (ЗапСибНИГНИ).

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, член-

корреспондент РАН К.К.Золоев

доктор геолого-минералогических наук, профессор М.С.Рапопорт

доктор геолого-минералогических наук, В. И. Шпильман

Ведущая организация Научно-исследовательский Институт

гидрогеологии и инженерной геологии при Тюменском Государственном нефте-газовом университете (НИИГИГ ТюмГНГУ)

Защита состоится "24"дек диссертационного совета Д 001: отделения РАН по адресу: 620^

часов на заседании г геофизики Уральского , Амундсена, 100.

С диссертацией можно ознакс л в на\ \ библиотеке Института геофизики УрО РАН.

Диссертация разослана "24"ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук

Ю.В.Хачай

ВВЕДЕНИЕ

Проводимые в Западной Сибири исследования ориентированы на решение вопросов, как относящихся к компетенции отдельных дисциплин геологической науки (стратиграфия, литология и др.), так и имеющих синтезирующий характер и касающихся общих представлений о строении и тектонической эволюции этого крупнейшего седиментационного бассейна - Западно-Сибирской геосинеклизы. В той или иной степени все исследования связаны с оценкой нефтегазоносности региона.

Характерной чертой проводимых работ, которая обусловлена особенностями строения геосинеклизы, является широкое применение геофизики. Имеющийся опыт геофизических исследований заслуживает специального анализа. Здесь представляется уместным лишь отметить весьма широкий диапазон возлагаемых на них задач: от картирования разноглубинных тектонических элементов - до прямых поисков месторождений углеводородов.

Наиболее существенная роль в применяемом комплексе геофизических исследований отведена сейсморазведке в ее различных модификациях. Вместе с тем, постоянно целый ряд задач геологического содержания возлагается на гравиметрические и магнитометрические съемки. Специальное значение имеют термометрические и радиометрические измерения. Относительно слабое развитие получили петрофизические исследования и работы по определению абсолютного возраста горных пород.

Библиография исследований региона весьма обширна, поэтому следует ограничиться указанием лишь тех работ, которые носят обобщающий характер.

Исследования ранней стадии связаны с именами таких известных „естествоиспытателей, как Н.С.Шатский (1951), В.В.Белоусов, А. ЛЯншин (1951, 1965 и др.).

Крупным шагом в геологическом изучении и освоении Западной С ибири оказался выход в свет в 1975 году монографии "Геология нефти ;: газа Западной Сибири" (А.Э.Конторович, И.И.Нестеров и др.). : Монография подготовлена большим коллективом специалистов и явилась -итогом многолетних исследований. Она служит одним из основных , источников информации по тектонике разновозрастных мегакомплексов

Западно-Сибирской геосинеклизы и ее нефтегазоносное™.

Многоярусное геологическое строение региона предопределило целенаправленный интерес исследователей к изучению его структурных этажей: кристаллического фундамента, мезозойского плитного и неотектонического мегакомплексов.

Вопросы, касающиеся кристаллического основания плитного мегакомплекса, наиболее полно рассмотрены П.К.Куликовым (1971), В.С.Сурковым и О.ГЖеро (1976,' 1988), В.С.Бочкаревым (1976, 1988). Содержательную информацию о тектонике мезозойского плитного мегакомплекса можно найти в работах Н.Н.Ростовцева (1964), МЛ.Руцкевича (1969, 1989), И.И.Несгерова(1975, 1982 и др.).

Неотектонический этап развития земной коры Западной Сибири описан специалистами СО АН СССР и ЗапСибНИГНИ.

Проблеме нефтегазоносное™ региона посвящено много научных трудов (Н.НРостовцев, А.Э.Конторович, ИННестеров и др.). В общем виде проблема рассмотрена И.И.Нестеровыми В.И.Шпильманом (1987).

Характерной особенностью геолого-геофизических исследований последних десятилетий является серьезное внимание к глубинным геологическим закономерностям и их роли в тектонической эволюции региона.

Взгляды исследователей по этому поводу существенно различаются. Достаточно указать две, радикально не согласующиеся между собой концепции. Одна из них предложена П.К.Куликовым (1971). В качестве основной причины крупного опускания земной коры, обусловившего в дальнейшем интенсивное накопление осадков, эта концепция предполагает тепловое воздействие мантии на коровый слой. Представленное автором аналитическое обоснование описываемого процесса из-за ограниченности сведений по глубинному строению территории носит, по существу, абстрактный характер.

Другая, более известная концепция разработана новосибирскими учеными во главе с В.С.Сурковым и А.А.Трофимуком (1982). В качестве причины образования осадочного бассейна в ней рассматривается тотальный рифтогенез, охвативший территорию Западной Сибири в раннемезозойское время. Аналитическое обоснование геодинамической сущности этого процесса авторы не представили.

Названная система взглядов находит последователей, однако

бесспорных доказательств реальности крупного по масштабам проявления рифтогенеза на территории Западной Сибири пока никем не найдено (например, С.В.Аплонов, 1989).

Важное место в числе работ, отражающих наиболее существенные черты геологического строения и историю геологической эволюции региона на протяжении рифея - палеогена, занимает монография "Тектоника и эволюция земной коры Сибири" (отв.ред. А.Л.Яншин, Ч.Б.Борукаев, 1988).

Некоторые аспекты эволюции Западной Сибири рассмотрены в монографиях "Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых", т.9 (ред. И.С.Грамберг, Ю.Е.Погребицкий, 1984), "Основные структуры и динамика литосферы Сибири по геолого-геофизическим данным" (Э.Э.Фотиади и др., 1990).

При изучении возникающих в процессе исследований вопросов теоретического характера автор обращался к трудам В.А.Магницкого, Е.Ф.Саваренского, В.Н.Жаркова, Н.А.Беляевского, А.Л.Яншина, В.В.Белоусова, О.А.Вотаха, В.Е.Хаина.

При моделировании элементарных геодинамических ситуаций автор опирался на известные разработки Е.В.Артюшкова и А.Л.Яншина, обосновавших процесс быстрого в масштабе геологического времени погружения земной коры за счет физико-химических преобразований на границе с разогретой аномальной мантией.

При оценке изостатического состояния литосферы региона автор использовал некоторые идеи М.Е.Артемьева (1975,1980) и Ю.А.Зорина (1981).

Получивший определенное развитие в работе прием прогностической оценки напряженного состояния геологической среды идеологически основан на результатах исследований С.А.Ушакова и М.С.Красса (1979) и находится в согласии с фундаментальными положениями механики сплошной среды (Л.Л.Седов, 1973).

Естественный интерес при изучении вопросов геологического строения Западной Сибири представляют исследования зарубежных специалистов. Как фундаментального (.Ш.Вапа, 1873; К.Ито, Г.Кеннеди, 1971; Ф.Стейси, 1972; А.Шейдеггер, 1988 и др.), так и прикладного (КСитЦсг, 1970;Н.Ше1^еЬаиег, 1987; НоппапН.81еер, ¡987; Тюпгшуюа, 1992 и др.) характера. Особенностью зарубежных исследований

прикладного направления является их сравнительно узкая специализация. Этим обстоятельством и определяются границы возможного применения результатов подобных работ.

Многолетний опыт работ с широким спектром геолого-геофизической информации по территории Западной Сибири не оставляет сомнений в ее весьма значительной научной и практической ценности. Тем не менее, нельзя не заметить некоторую незавершенность известных моделей геологического строения региона. Прежде всего, с геодинамических позиций, которые призваны объяснить природу тектонических процессов, вызвавших его эволюцию.

В известных моделях не уделено необходимое внимание как убедительному, согласующемуся со всем объемом геолого-геофизической информации, обоснованию вероятных текгоно-физических факторов, обусловивших заложение осадочного бассейна, так и оценке их роли в формировании его современного облика. Приходится констатировать, что до настоящего времени еще не удалось найти достаточно убедительную с геодинамических позиций концепцию, которая находилась бы в удовлетворительном согласии со всем спектром полученных к настоящему времени геологических и геофизических материалов.

Известные тектонические представления пока не контролируются устойчивой системой геолого-геофизических диагностических признаков, и это делает неоднозначным решение задач картирования как наиболее крупных тектонических элементов региона, характеризующих особенности его мегаструктуры, так и разновозрастных структурных единиц более высоких порядков, принадлежащих кристаллическому фундаменту геосинеклизы и ее более молодым мегакомплексам.

Перспектива удовлетворительного решения этой проблемы для Западной Сибири объективно зависит от представительности геофизических данных о глубинном строении земной юры и верхней мантии и предполагает определенное повышение эффективности анализа имеющейся информации.

Первое условие в настоящее время, благодаря регулярности глубинных сейсмических зондирований и, отчасти, вследствие проведенного автором анализа разноглубиных источников аномалий гравитационного и магнитного полей, выполняется. Возможность повышения эффективности приемов анализа информации видится в

совершенствовании применяемых методических процедур.

Представляемая диссертационная работа является попыткой описать вероятные геодинамические условия формирования Западно-Сибирской геосинеклизы на основе изучения совокупности взаимосвязанных физических характеристик земной коры и верхней мантии. Работа основана на результатах исследований, выполненных автором в течение 1980-1993 гг. по шести крупным темам, предусмотренным планом научно-исследовательских работ Западно-Сибирского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института.

Целью исследований явились поиски и изучение закономерностей строения земной коры и верхней мантии, дающих представление о геодинамической обусловленности и характере реализации структуроформирующих процессов в ходе эволюции литосферы при образовании Западно-Сибирской геосинеклизы.

При систематизации и анализе введенных в рассмотрение геолого-геофизических данных подлежали решению следующие задачи:

1. Разработка методики комплексного анализа геолого-геофизических материалов, обеспечивающей диагностику тектонических элементов, принадлежащих различным по глубине уровням земной коры и верхней мантии, и выяснение степени их взаимосвязи.

2. Характеристика вероятных тектонических условий реализации процесса прогибания земной коры и формирования в течение предмезозойского и раннемезозойского этапов эволюции литосферы региональных структурных поверхностей, разграничивающих мегакомплексы Западно-Сибирской геосинеклизы.

3. Развитие представлений об элементах мегаструюуры литосферы региона, их вероятной геодинамической обусловленности и режиме формирования.

4. Разработка приемов корректного картирования границ структурных элементов мезозойского плитного мегакомплекса.

5. Исследование вероятных геодинамических причин образования региональных, надпорядковых и локальных структур мезозойского плитного мегакомплекса.

6. Изучение возможностей возрастной и литологической диагностики мегакомплексов кристаллического фундамента геосинеклизы и разработки статистических моделей строения литосферы по материалам

геофизики, формационного геологического анализа и бурения.

7. Прогнозирование зон напряженного состояния земной коры и характеристика глубины их проявления.

8. Спектральный анализ геохронологических закономерностей регионального масштаба и практическое применение его результатов.

Актуальность работы определяется направленностью ее на решение важных задач геологического и методического содержания, связанных с изучением литосферных процессов, обусловивших образование ЗападноСибирского осадочного бассейна.

Новизна работы. Новизной отличаются как методическая сторона проведенных исследований, так и полученные в их ходе геолого-геофизические результаты.

Прежде всего, элемент новизны содержится в методическом подходе автора к постановке и выбору способов решения задач, связанных с обоснованием разрабатываемых геодинамических представлений. Этот подход предусматривал целевое комплексное изучение информации геологического (данные бурения, определения абсолютного возраста пород, формационного анализа) и геофизического (данные сейсморазведки ГСЗ, КМПВ, MOB ОГТ, гравиразведки, магниторазведки, термометрии скважин, космографии) содержания.

По сравнению с нашедшими применение ранее, он отличается большей разносторонностью. В процессе анализа использованы не только сами параметры, непосредственно характеризующие геологическую среду; но и особенности существующих между ними связей физического и корреляционного характера.

Аналитическое обеспечение большинства использованных методических приемов для конкретных условий Западной Сибири принадлежит автору. Впервые здесь реализованы следующие процедуры анализа материалов:

- исследованы спектральные характеристики гравитационного и магнитного полей (вероятные с геологических позиций и реально существующие) с целью выделения разноглубинных источников аномалий;

- при описании гравитационных аномалий введен и использован новый параметр, характеризующий энергию поля;

- рассчитаны гравитационные аномалии редукционного типа (форми-

руемые как рельефом поверхности, так и внутренней неоднородностью среды), изостатические, а также - аномалии гравитационного потенциала;

- построены схематические послойные карты плотности земной коры и верхней мантии;

- изучена полученная расчетным путем топография "свободной поверхности мантии" территории Западной Сибири и дана прогнозная оценка напряженного состояния земной коры, обусловленного неоднородностями литосферы;

- аналитически обоснована и реализована процедура выделения границ структур мезозойского плитного мегакомплекса регионального и локального уровней, основанная на результатах спектрального анализа глубин залегания сейсмогеологических поверхностей (она использована при построении новой тектонической схемы мезозойского плитного мегакомплекса);

- предложено описание преобразований земной коры, вызванных физико-химическим (эклогитизацией) и тепловым (изменением объемов) воздействием мантии, с учетом скорости протекания указанных процессов, дополняющее известное решение (ЕВ.Артюшшв), отвечающее стационарным условиям, и установлено непостоянство скорости погружения различных частей территории региона на председиментационной стадии ее эволюции;

- исследована вероятность проявления в условиях Западной Сибири альтернативных геодинамических факторов, действие которых теоретически могло привести к образованию бассейна седиментации: крупных растяжений литосферы, сопровождаемых рифтогенезом, или термического воздействия мантии;

- с целью повышения объективности картирования дизъюнктивных геологических границ и оценки вероятных условий трещинообразования рассмотрен (для простейших моделей) вариант прогноза механических напряжений на границах геологических структур и приближенной оценки условий возникновения разрушающих деформаций;

- разработан прием определения положения зон дислокации земной коры, предусматривающий суммирование геофизических и геологических признаков;

Проведенный анализ обеспечил получение представительной геофизической информации по любому участку территории Западной

Сибири. В сочетании с геологическими данными о формационном составе и возрасте пород, относимых к древнему кристаллическому основанию геосинеклизы, и полученными в процессе иследований представлениями о региональных и локальных закономерностях тектоники мезозойского плитного мегакомплекса эта информация обеспечила вполне уверенное выделение разнородных по особенностям строения и истории развития блоков литосферы.

Геолого-геофизические характеристики об