Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона

Веселов, Олег Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона"

На правах рукописи

Веселов 0лег Васильевич

ГЕОТЕРМИЯ ТЕКТОНОСФЕРЫ ЯПОНО-ОХОТОМОРСКОГО РЕГИОНА

Специальность 25.00.10- геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Хабаровск 2005

Работа выполнена в Институте морской геологии и геофизики ДВО РАН. Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Гор-диенко Вадим Вячеславович. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук по специальности 25.00.10 Быков Виктор Геннадьевич;

кандидат геолого-минералогических наук Носырев Михаил Юрьевич. Ведущая организация: Институт геофизики (ОИГГМ) СО РАН. Защита состоится « 29 » ноября 2005 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 005.012.01 при Институте тектоники и геофизики им.Ю.А.Косыгина (ИТиГ) ДВО РАН. Адрес: 680000, г.Хабаровск, ул.Ким Ю Че-на,65.

факс: (4212) 22-76-84. E-mail: itig@itig.as.khb.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТиГ. Автореферат разослан 2005 г.

Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор геолого-минералогичсских наук

/Черкасов Р.Ф /

■2. РСв -у 2

1Ш7И5Н

Общая характеристика работы

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформированы цели и задачи исследований, раскрывается научная новизна, практическая ценность и защищаемые положения.

Актуальность работы. Тихоокеанская окраина Азии является областью современной магматической и тектонической активности, изучение геотермического режима которой дает приращение фундаментальных знаний об характере геодинамических процессов в зоне перехода от континента к океану.

Исследования различных сторон геотермического режима недр представляют значительный научный и практический интересы в связи с тем, что внутриземное тепло, передаваемое к земной поверхности кондуктивным и конвективным путями, определяет состояние, физические свойства вещества, слагающего недра планеты, обуславливает ее геологическое развитие, в частности, процессы тектогене-за и магматизма, характер геодинамических процессов и основные черты естественных геофизических полей.

Характеристики теплового поля земной коры региона являются также одним из источников необходимой информации для геологического картирования поисково-разведочных работ на углеводороды. Геотермия месторождений углеводородов становится одним из важнейших направлений теории и практики поисковых работ на нефть, газ и газовые гидраты.

Цель работы - изучить особенности распределения теплового потока (ТП), ► как индикатора текгономагматической активизации (ТМА) и геологической эволюции Дальневосточной зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану, а также представить решающее значение динамики геотемпературного режима недр при прогнозе зон оптимального нефтегазообразования и сохранения * углеводородов (УВ) в седиментационных комплексах осадочно-породных бассей-

нов Японо-Охотоморского региона.

Для этого решались следующие задачи исследований:

1) выявление на основе представительного сбора и анализа геотермических данных главных закономерностей распределения ТП в российском секторе Японо-Охотоморского региона (Азиатско-Тихоокеанской активной окраины);

2) определение на базе математического моделирования основных взаимосвязей ТП и этапов ТМА в регионе;

3) выявление специфики распределения геотермических параметров (геотемпературного градиента, теплового потока и т.п.) в зонах образования и накопления

Фактический материал и методика исследований. Основой диссертационной работы является экспериментальный материал экспедиционных и лабораторных определений величин геотермических параметров, результаты математического моделирования температурного режима недр в различных модельных представлениях, имитирующих реальную геологическую обстановку.

УВ.

Фактический материал обработан по устоявшейся методике геотермических расчётов с учётом данных о строении определённых геологических структур.

Научная новизна. Установлены общие закономерности распределения теплового потока в регионе и причины локальных особенностей его распределения. Впервые определён вклад радиогенной составляющей теплового потока в Охото-морском регионе. Построены карта и схема теплового потока основных структурных элементов Азиатско-Тихоокеанской активной окраины. Выявлена связь между значениями ТП и этапностью тектоно-магматической активизации региона. Построены температурные модели недр как по отдельным региональным профилям, так и для ряда осадочных бассейнов региона, сделаны прогнозные оценки оптимальных зон гидрато -, нефте- и газообразования в осадочной толще бассейнов Охотоморского региона.

Практическая ценность работы. Результаты исследований использованы для составления ряда геотермических карт и геотраверсов, изданных в СССР и Российской Федерации ("Геотермическая карта СССР", 1972; "Карты теплового потока и глубинных температур территории СССР", 1980; "Геолого-геофизический атлас Курило-Камчатской островной системы", 1987; "Геолого-геофизическнй атлас Тихого океана", 2002 и др.), для расчётов температур в земной коре и верхней мантии региона. Выводы автора учитываются при изучении термобарических условий в осадочных толщах ОПБ региона. Результаты исследований внедрены в производственные и научные организации (ПГО "Сахалин-геология", ОАО "Роснефть-Сахалинморнефтегаз", Институт "СахалинНИПИмор-нефть", ФГУП "Дальморнефтегеофизика", ГУЛ "Дальинформгеоцентр", ОАО "Альянс-Хабаровск").

Основные защищаемые положения.

1. Тепловой поток Японо-Охотоморского региона, складывающийся как результат суммарного взаимодействия потока из мантии, тепла радиогенных источников в земной коре и внедрившихся интрузивных масс, а также взаимодействия поверхностных факторов (нерегулярностей рельефа, временных вариаций приповерхностной температуры, гидрогеологических особенностей и др.), в основном определяется мантийной составляющей. Средняя величина ТП региона превышает подобную величину в сопредельных континентальных районах, что свидетельствует о повышенной энергетике происходящих геологических процессов в текгоносфере дальневосточных окраинных морей.

2. Дифференциация ТП дальневосточных морей и их континентального обрамления обусловлена различиями в энергетике глубинных процессов и отражает в распределении ТП степень тектоно-магматической активизации, масштаб вулканизма. Тектоно-магматическая активизация литосферы региона в неоген-четвертичное время привела к деструкции континентальной коры под впадинами Японского и Охотского морей, обусловленной подходом к подошве коры частично расплавленного астеносферного диапира. Локальные аномалии ТП созданы дополнительными источниками тепла в коре.

3. Зоны оптимального формирования и накопления углеводородов в осадочных бассейнах Японо-Охотоморского региона определяются узким диапазоном значений геотемпературного градиента и теплового потока (геотермальный

градиент в низах осадочного чехла - 30-40°С/км, температуры на кровле акустического фундамента в пределах 150-180°С, приповерхностный тепловой поток - 50-60 мВт/м2).

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано свыше 35 работ, в том числе 5 монографий (в соавторстве). Основные положения работы докладывались на IX сессии научного Совета по тектонике Сибири и Дальнего Востока (Южно-Сахалинск, 1972), III Советско-Японском симпозиуме по геодинамике и вулканизму зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану (Южно-Сахалинск, 1976), Международном совещании по геодинамике западной части Тихого океана (Южно-Сахалинск, 1981), Втором Всесоюзном съезде океанологов (Ялта, 1982), 27-м Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), Геодинамическом симпозиуме по внутриплитовым деформациям (Техас, 1985), Второй Тихоокеанской школе по морской геологии и геофизике (Южно-Сахалинск, 1985), XV сессии Научного совета СО АН СССР "Тектоника Сибири и Дальнего Востока" (Южно-Сахалинск, 1985), Международном симпозиуме "Геодинамика глубоководных желобов Тихого океана" (Южно-Сахалинск, 1987), Международном совещании "Тепловой поток и структура литосферы"(ЧССР, Бе-хин, 1987), Международном симпозиуме "Глубинное строение Тихого океана и его континентального обрамления" (Благовещенск, 1988), Международном симпозиуме "Тепловая эволюция литосферы и её связь с глубинными процессами" (Москва, 1989), Международном симпозиуме "Геолого-геофизическое картирование Тихоокеанского региона" (Южно-Сахалинск, 1989), третьей Международной конференции по морской геологии Азии "Эволюция и динамика азиатских морей" (Южная Корея, Чеджудо, 1995), Международном научном симпозиуме "Строение, геодинамика и металлогения Охотского региона и прилегающих частей СевероЗападной Тихоокеанской плиты" (Южно-Сахалинск, 2002) и др.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 127 страниц машинописного текста, 31 рисунок (31 стр.), 15 внутритекстовых таблиц (12 стр.), список литературы из 391 наименований (25 стр.). Общий объём работы 195 страниц.

Работа выполнена в лаборатории геодинамики Института морской геологии и геофизики ДВО РАН.

Автор искренне благодарен д. г.-м.н. Гордиенко В.В., своему научному руководителю. За плодотворное обсуждение отдельных аспектов работы автор признателен Я.Б.Смирнову, У.И.Моисеенко, А.Д.Дучкову, И.К.Туезову, П.М.Сычёву, М.Л.Красному, О.В.Завгородней. За помощь в исследованиях, за содействие на разных этапах выполнения многих геотермических проектов, воплощённых в экспериментальных и камеральных работах, автор выражает глубокую благодарность коллективу лаборатории геодинамики, её руководителю Е.В.Кочергину, коллегам из ряда научных и производственных организаций Сахалина: В.В.Куделькину, В.И.Исаеву, Э.Г.Коблову, В.И.Пчёлкину и многим другим, оказавшим помощь в сборе фактического материала и проведении полевых и морских геотермических исследований.

Глава 1. Краткая геолого-геофизическая характеристика Японо-Охотоморского региона

Активный вулканизм, высокая сейсмичность, интенсивные вертикальные движения, горизонтальные подвижки, дифференцированносгь геофизических полей являются отличительной особенностью региона исследований. Контрастность рельефа, выражающаяся в сочетании крупных возвышений в прибрежных районах континента, а также в островных дугах и глубоководных впадин окраинных морей и краевых океанических желобов, свидетельствует о современной активности процессов, происходящих в земной коре и мантии Земли региона и преобразующих их структуру.

На основе сейсмических данных охарактеризованы мощность земной коры региона, её основных геологических слоев, представлены сведения о закономерностях динамики магматизма в Японо-Охотоморском регионе.

Глава 2. Изучение теплового потока Яяпоно-Охотоморского региона

Дан краткий обзор существующих методов измерения температуры и тепловых свойств пород и более детально рассматриваются новые разработки в области методики и аппаратуры для геотермических исследований на суше и акваториях Дальнего Востока, описаны способы введения поправок для определения ненарушенного геотемпературного градиента.

Глава 3. Анализ значений теплового потока Японо-Охотоморского региона 3.1. Геотермическое поле Дальневосточной активной окраины

Обширный экспериментальный материал при изучении ТП на суше и аквато- <

риях Дальнего Востока в основном получен усилиями геофизиков России и Японии, начавшими геотермическое исследования с начала 60-х годов 20 века (Yasui et al., 1967; Terrestrial..., 1968; Измерения..., 1974; Савостин и др., 1974; Волкова, Веселов, 1982; Соинов, Веселов, 1975, 1979; Смирнов, Сугробов, 1979, 1980; Тепловой..., 1981; Наземные..., 1982; Методические..., 1983; Тепловые..., 1984; Веселов и др., 1986; Шевалдин и др., 1987; Смирнов и др., 1991; Тепловой поток..., 1997; Веселов, Соинов 1997; Веселов, 2000).

Степень изученности теплового потока достаточно достоверно для определения средних значений ТП в следующих областях региона: о-ва Сахалин, Хоккайдо, Японское море, Приморье, Южная Камчатка, Охотское море (средняя и южная части), Курильская дуга.

Дан краткий обзор экспериментальных определений значений коэффициента теплопроводности (КТ или X) и статистически оценено распределение КТ по ли-тологическим разностям в регионе. В целом были выполнены определения теплопроводности более 1000 образцов вулканогенно-осадочных, осадочных и коренных пород островов Сахалин, Монерон и Курильских, магматических пород с рудных месторождений Приморского края, морских осадков.

Имеющиеся данные позволяют оценить среднюю теплопроводность осадочного слоя большей части Сахалина величиной 1,3±0,28, а аномальных участков

Южного Сахалина - 2,13±0,43 Вт/м-град. Подавляющее количество исследованных магматических пород характеризуется пониженной теплопроводностью. Это принято связывать с повышенной пористостью пород вулканического происхождения. Исследование их физических свойств, выполненное в центральной лаборатории Сахалинского геологического управления, показало, что породы Курильских островов отличаются очень высокой пористостью - до 60%. Во многих образцах отмечено высокое содержание вулканического стекла, достигающее в отдельных случаях 80%. Все это может в значительной степени определить низкие значения теплопроводности исследованных пород. Осадочные и магматические породы Охотоморского региона анизотропны. В отдельных случаях анизотропия может достигать 25-30%.

Большая часть донных отложений Японского и Охотского морей относятся к группе терригенных осадков и определяются как мелкоалевритовые, алевритово-глинистые и глинистые илы. Минимальными теплопроводностями характеризуются глинистые илы. Максимальной теплопроводностью отличаются мелкоалевритовые илы.

Далее приведены средние значения ТП по районам минимальной и средней плотности сети, а затем охарактеризована экваториальная часть региона, в которой можно осуществить картирование ТП.

В Сихотэ-Алинской складчатой системе, характеризующейся сложной геологической историей, имеется не более 20 определений ТП. Среднее значение составляет, около 52 мВт/м2. Предполагается рост ТП к Восточному Сихотэ-Алиню. Южная часть Приморья отличается повышенным ТП, среднее значение которого (по 22 участкам) превышает 60 мВт/м2. Повышенные значения ТП приурочены к сквозным структурам растяжения, зонам сдвиговых дислокаций, обусловивших проявление позднекайнозойского магматизма основного состава (базальтовые плато Шкотовское, Шуфанское, Самаргинское, Совгаванское и др.). Обширные участки неоген-четвертичных формаций базальтов, аналогичные выше описанным и характеризующиеся повышенными и высокими значениями ТП, располагаются на западном побережье о.Хонсю, в юго-западном и северо-восточном районах о.Хоккайдо, на юге п-ва Камчатка, в Центрально-Камчатской депрессии.

Сахалин в целом характеризуется относительно равномерным и близким к среднеземному значению тепловым потоком - в пределах 46-50 мВт/м2. В западной части Центрального Сахалина, в районах проявления позднекайнозойской тектоно-магматической активизации, тепловой поток возрастает в среднем до 60 мВт/м2.

На Камчатке пониженные относительно общего фона значения ТП характерны для Западно-Камчатской (63 мВт/м2), Южно-Камчатской (63 мВт/м2) складчатых областей, Корякско-Авачинской депрессии (62 мВт/м2), Охотоморской и Восточно-Камчатской зоны (57 мВт/м2). Повышенные и высокие значения ТП наблюдаются в пределах Срединного выступа (83 мВт/м2) и Центрально-Камчатского вулканического пояса (95 мВт/м2), что хорошо согласуется с установленными закономерностями изменения ТП с возрастом тектоно-магматической активности Тихоокеанской окраины России. В пределах альпийской геосинклинали Восточной Камчатки и Курильской островной дуги вне аномалий средний фоновый теп-

ловой поток составляет примерно 70 мВт/м2 в западной части геосинклинали и быстро уменьшается на восток до 40 мВт/м2 в районе хребта Витязя и 20-30 мВт/м2 в пределах Курильско-Камчатского глубоководного желоба.

В Японском море по 340 определениям среднее значение ТТТ равно 93 мВт/м2. Вся акватория покрыта аномалиями, лишь на отдельных участках сохранился ТП, характерный для неактивизированной коры и близкий к ТП Сихотэ-Алиня. В крупных положительных аномалиях тепловой поток достигает 100-150 мВт/м2 в их центральных частях. Продолжением северной положительной аномалии Япономорской впадины является положительная аномалия ТП в южной части Татарского пролива, в пределах которой тепловой поток превышает 100 мВт/м2 (Веселов и др., 1986).

В Охотском море сделано более 270 определений ТП. Анализ распределения ТП в море в целом и в отдельных его районах выполнен в ряде работ (Смирнов, Сугробов, 1980; Тепловой..., 1981; Геолого-геофизический..., 1987; Тектоносфе-ра..., 1992; Веселов, 2000). Общий вывод, сделанный авторами этих работ, состоит в том, что тепловое поле региона указывает на переработку гетерогенного фундамента в мелу, а для отдельных районов - в палеогене и неогене. Основной закономерностью является уменьшение ТП с увеличением возраста тектонических структур. В центральной и южной частях моря среднее значение ТП равно 85 мВт/м2. Увеличены значения ТП во впадинах Дерюгина и ТИНРО, причем в последней ТП превышает 96 мВт/м2. Во впадине Дерюгина среднее значение - 87 мВт/м2. В Южно-Охотской впадине также высокий ТП (в среднем 90 + 30 мВт/м2). Центрально-Охотское поднятие характеризуется как зона относительно пониженного ТП (~ 60 мВт/м2). Более активизированные и раздробленные поднятия Института Океанологии и Академии Наук выделяются повышенными значениями ТП, равными в среднем 87 мВт/м2. Зона аномально высокого ТП, в среднем равная 93 мВт/м2, вытянута вдоль северо-восточного борта впадины Дерюгина, и простирается от южной части прогиба Лебедя до поднятия Кашеваровой.

Для оценки геоэнергетического потенциала верхнемантийных источников процессов активизации необходимо учесть вклад радиогенной энергии горных пород для пространственного размещения источников тепла в земной коре (в основном, в осадочном и "гранитно-метаморфическом" слоях) главных структур региона.

3.2. Оценка радиогенной составляющей глубинного теплового потока Японо-Охотоморского региона

В зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану исследование природной радиоактивности горных пород проведены на Камчатке (Леонова и др., 1972; Пузанков и др., 1977), Курильских островах (Чердынцев, Сенина, 1970; Леонова, Удальцова, 1975) и в Приморье (Смыслов и др., 1979). Публикации о радиоактивности горных пород о-ва Сахалин и дна Охотского моря нам неизвестны.

В представленной работе проанализированы результаты определения содержания радиоактивных элементов в 151 образце горных пород из коллекций каменного материала, собранных в Приморье и Хабаровском крае, на островах Мо-

нерон, Сахалин, в Охотском море, на Курильских островах и прилегающей части Тихого океана. Эти образцы пород отбирались из обнажений, скважин в процессе геотермических исследований, а также при драгировании и отборе колонок морских осадков. Определения содержания урана и тория выполнялись в ЦЛТЭ МГ РСФСР. При этом содержание первого элемента определялось перлово-люминесцентным методом, а второго - методом рентгено-структурного анализа. Контрольные определения содержания урана и тория для 80 образцов сделаны во ВСЕГЕИ. Содержание калия определялось в ИМГиГ методом пламенной фотометрии.

Основная масса образцов (114 шт.), отобранных из скважин региона, представлена осадочными и вулканогенно-осадочными породами - песчаниками, алевролитами, аргиллитами, глинами, туфами, туфоалевролитами, туфопесчани-ками. Интрузивные породы кислого состава представлены 15 образцами гранитов и гранодиоритов о-ва Сахалин, двумя образцами гранита с континентального склона средней части Курило-Камчатского желоба, по одному образцу гранодио-рита с вала Зенкевича, континентального склона желоба и океанического шельфа о-ва Уруп. Породы среднего состава представлены шестью образцами андезитов Курильской островной дуги, четырьмя - андезито-дацитов, поднятыми на восточном борту Курильской котловины вблизи островов Кунашир, Итуруп, Симушир, Шиашкотан, и одним - андезито-дацита из Поронайской скважины (о-в Сахалин). Породы основного состава представлены семью образцами - базальтами с острог вов Монерон, Кунашир, андезито-базальтами из Поронайской и Вахрушевской скважин, с западного шельфа о-ва Матуа и трахидолеритом с шельфа о-ва Беринга. Осадочные и магматические породы Сахалина имеют пониженные концентрации урана и тория по сравнению с однотипными породами континентальной коры ^ в среднем на 30%.

Средние концентрации радиоактивных элементов в образцах осадочных пород со дна Южно-Охотской впадины, островов Симушир и Кунашир и в однотипных осадках океанической коры очень близки - (2,64 и 2,7) • 10"4 % и, (6,1 и 7,0) ■ 10"4 % ТЬ, 2,11 и 2,0% К соответственно. Из терригенных пород по содержанию радиоактивных элементов к ним ближе всего алевролиты из скважины Сахалина. Коренные породы южного и восточного бортов Южно-Охотской впадины представлены восемью образцами средних и основных вулканитов, в которых концентрации и, ТЪ, К и величины отношений этих элементов понижены по сравнению с однотипными континентальными породами.

Граниты океанического склона Курильской островной дуги характеризуютя низкими концентрациями радиоэлементов (1,87 • 10"4 % и, 7,96 • 10"4 % ТЬ и 3,17% К). Содержание и и ТЬ в них вдвое ниже среднего содержания их в континентальных гранитах, а К ниже примерно на 10%. Поэтому по величинам отношений радиоактивных элементов прикурильские граниты ближе к континентальным гранодиоритам, чем к гранитам. В биотитовых гранодиоритах с океанического склона дуги концентрация радиоэлементов также ниже таковой в континентальных аналогах, причем содержание калия, как и в гранитах, ниже на 10%, а урана и тория — приблизительно на 40%.

Таблица 1

Среднее содержание радиоактивных элементов и удельная генерация тепла в слоях земной коры зоны перехода от __Дальневосточной части Азиатского континента к Тихому океану _

Район и, 10"* % ТЬ, нгЧ К,% кг/м мкВт/м и, ю■*% ТЬ. 10"4 % К,% Р,3 кг/м А, мкВт/м3 и, ть, НГ4« К,% р.кг/м3 А, мкВт/м3

Осадочный слой Гранодиоритовый слой Гранулито-базитовый слой

Сихотэ-Алинь 2,2 8,6 1,8 2500 1,26 2,5 11,5 2,2 2700 1,70 0,8 2,4 0,5 2900 0,46

Северный Сахалин 2,2 8,0 2,3 2400 1,22 2,7 8,0 2,7 2700 1.54 0.7 1,4 1,0 2900 0,41

Южный Сахалин 2,1 7,0 2,3 2400 1,13 2,3 6,0 2,5 2700 1,19 0,7 1,4 1,0 2900 0,41

О-в Монерон 1,5 3,9 2,0 2450 0,79 1,1 2,4 1,1 2650 0,67 0,7 1,2 0,9 2800 0,37

Курильская котловина 1,7 3,8 1,4 2400 0,76 1,9 4,6 1,7 2660 0,97 1,1 1,9 1.0 2800 0,54

Большая Курильская дуга (южная часть) 0,8 1,6 0,6 2400 0,35 1,1 2,0 1.1 2700 0,54 0,35 0,6 0,4 2850 0,18

Большая Курильская дуга (средняя часть) 1,5 4,0 2,0 2400 0,80 1,1 1,9 1,2 2700 0,54 0.5 1,0 0,5 2850 0,27

Малая Курильская дуга 1,6 4,6 1,5 2400 0,80 1.3 3,4 1,7 2700 0,76 0,5 1,0 0,5 2850 0,27

Вал Зенкевича 2,0 2,9 .1,7 2400 0,80 0,85 1,85 1,0 2700 0,45 0,2 0,4 0,2 2900 0,11

Из анализа распределения радиоактивных элементов в исследуемых образцах горных пород из различных участков охотоморского сектора зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану можно сделать ряд предварительных выводов. Отчётливо проявляется горизонтальная зональность в распределении радиоактивных элементов во всех типах пород — от осадочных до основных магматических. В направлении от материка к океану она выражается в последовательном уменьшении содержания радиоактивных элементов в породах при одновременной смене щелочных вулканических пород известково-щелочными и известковыми сериями, а также в общем уменьшении кислотности магматических и других типов пород.

Низкие концентрации тория и небольшие отличия в его содержании в средних и основных породах региона, относительно высокое содержание урана в сравнении с торием во всех разностях пород, пониженное и довольно постоянное торий-урановое отношение свидетельствуют, скорее всего, об основных характеристиках исходного вещества, генерирующего магмы. Этот вывод прежде всего относится к вулканическим породам Южно-Охотской впадины и Курильских островов.

Проведённые исследования позволяют произвести оценку удельной доли тепла, выделяемого в процессе радиоактивного распада в основных слоях коры региона. На основе данных о геохимии радиоактивных элементов, полученных нами и другими исследователями (Кравченко, 1971,1972; Золотарёв и др., 1973; Пузанков и др., 1977; Петрологические исследования базитов..., 1978; Смыслов и др., 1979; Перчук, Фролова, 1979; М1'уаке е1 а!., 1973 и др.), а также моделей строения земной коры подсчитана средняя величина удельной генерации радиогенного тепла в осадочном, "гранодиоритовом" и "гранулито-базитовом" слоях земной коры ряда участков Охотоморского региона и смежных зон (табл. 1).

Радиогенная коровая составляющая ТП Сихотэ-Алиня равна 33 мВт/м2. При поверхностном тепловом потоке, равном 52 мВт/м2, это составляет около 60%. Радиогенный тепловой поток Северного Сахалина равен 28-29 мВт/м2, Южного Сахалина - 25-27 мВт/м2, что для первого составляет менее 60%, а для второго -примерно 50% от поверхностного теплового потока. Ещё меньше радиогенная составляющая теплового потока, создаваемая в коре Монеронского поднятия. При мощности коры в 28 км в ней генерируется 12 мВт/м2, т.е. не более четверти поверхностного теплового потока, равного 51 мВт/м2. Кора Южно-Охотской впадины субокеаническая, мощностью около 16 км, её радиогенный поток коры составляет 11 мВт/м2, т.е. не более 1/3 от аналогичной составляющей теплового потока коры о-ва Сахалин и 12% от поверхностного ТП впадины. Кора среднего и южного звеньев Курильской островной дуги определяется как субконтинентальная. В целом коровая составляющая теплового потока среднего и южного звеньев Курильской дуги не превышает 10% от поверхностного теплового потока. Радиогенный коровый тепловой поток вала Зенкевича не превышает 2,5 мВт/м2. Данные о генерации тепла в коре исследованного региона показывают, что кроме Сихотэ-Алиня, входящего в область мезозойской тектоно-магматической активизации и характеризующегося высокой интенсивностью радиогенного тепла в породах, роль коровой составляющей на значительной территории зоны перехода не явля-

ется определяющей. Более того, для Охотоморского региона характерен высокий подкоровый тепловой поток, составляющий в основном75-90% от измеряемого поверхностного теплового потока (Веселов, Волкова, 1981).

Мантийный тепловой поток в изученных районах региона значительно варьирует - от 30 до 85 мВт/м2 и более. Следует отметить, что резкая латеральная гетерогенность теплового поля мантии, вероятно, обусловлена конвективным переносом глубинного тепла и существованием неустойчивого во времени дополнительного источника тепла в верхней мантии.

3.3. Распределение теплового потока по структурным элементам Японо-Охотоморского региона

При анализе распределения ТП по структурным элементам использована карта структурных элементов осадочного чехла Охотского моря, представленная в первой главе данной работы. При вычислении средних значений по определенным структурным элементам с целью уточнения их границ использовались схемы мощностей осадочных комплексов Охотоморского мегабассейна, составленные сотрудниками ГУЛ "Трест Дальморнефтегеофизика", СахалинНИПИморнефть, а также ИМГиГ.

При районировании ТП региона использовались данные определений ТП на о-вах Сахалин, Хоккайдо, Курильских, п-ве Камчатка, материалы по термокаротажу скважин на шельфе о.Сахалин и в Магаданском прогибе, данные по определению ТП через дно глубоководной части моря, проведенные вплоть до 2002 года.

Выделим главные положения об особенностях природы теплового потока в дальневосточных окраинных морях. <

1. Значения ТП и мощность кристаллической части земной коры региона связаны обратным соотношением. Зонами повышенных и высоких значений ТП характеризуются области с сокращенной толщиной кристаллической части коры, и наоборот. Прежде всего этот факт свидетельствует о тепловой активности верхней мантии, термической деструкции земной коры и отчасти об её теплоизолирующем эффекте. Зонам высоких значений ТП, равных 80-100 мВт/м2, в плане соответствуют области, не только имеющие сокращенную мощность кристаллической части земной коры, но характеризующиеся значительными, свыше 4 км, толщами осадочных отложений. К ним практически относятся все крупные прогибы, расположенные по обрамлению Охотоморской плиты, в частности, впадины ТИНРО, Дерюгина, Голыгинский прогиб, Южно-Охотская впадина, отдельные участки Присахалинского шельфа.

2. Основная доля ТП, фиксируемого на поверхности Земли в Охотоморском регионе, согласно моделям содержания радиоактивных элементов и, ТЬ, К в породах земной коры, определяется верхней мантией. Для Южно-Охотской глубоководной впадины и ряда прогибов эта доля оценивается в 80-90%, для остальной части Охотского моря - 60-70%, тогда как для областей континентального обрамления мантийная доля ТП не превышает, как правило, 40%. В целом мантийные

ТП Охотоморских прогибов и обрамляющих материковых окраин различаются в 3-4 раза.

3. Локальные аномалии ТП при их поперечных размерах в первые десятки километров в основном обусловлены: а) нерегулярностью форм рельефа поверхности морского дна или "контрастной" теплопроводностью нижних слоёв осадочного чехла относительно вмещающей толщи кристаллического фундамента, но при этом величина аномалии не превышает 25-30% от среднего значения для данной области; б) магматической деятельностью, тогда амплитуда ТП в 2-3 раза превышает среднее для области значение, а источники подобных аномалий располагаются на глубинах 15-20 км или менее, причём температуры в источниках дополнительного тепла близки к температурам плавления вмещающих пород.

Все эти особенности стали методической основой построения карты ТП в изолиниях с использованием схемы районирования по структурным элементам осадочного чехла Охотского моря. Был построен график зависимости средних значений теплового потока от мощности консолидированной части земной коры Охотоморского региона, при этом использованы схема мощности кристаллической части коры и характеристики структурных элементов этого региона (Бабо-шина и др., 1984; Терещенков, Бабошина, 1989; Харахинов, 1998; Тектоника..., 2004). Качественные оценки средних значений ТП по структурным элементам, полученные с использованием зависимости ТП от мощности кристаллической части коры, использованы для построения схемы распределения ТП в северной, практически не изученной геотермически части Охотоморского региона. Изолинии проводились по большей части в соответствии со структурными особенностями участков, для которых определено среднее значение ТП.

Итак, тепловой поток Охотоморской плиты, не затронутой кайнозойской активизацией, характеризуется средним значением 53±12 мВт/м2. Активизация в палеогене приводит к возрастанию среднего ТП до 63 мВт/м2. Последующие циклы ТМА в неоген-четвертичное время создают еще большее возрастание ТП и массив данных разделяется при использовании стандартного отклонения 10-12 мВт/м2 на несколько групп со средними 73, 83 и 97 мВт/м2. Авторы ряда работ (Смирнов, Сугробов, 1980; Гордиенко, Завгородняя, 1993; и др.) считают, что в окраинных морях, в частности, Охотском, средний ТП участков с неактивизированным складчатым фундаментом эпипалеозойского возраста равен 49±4 мВт/м2. С этим базовым значением следует суммировать тепловые эффекты, вызванные последующими циклами ТМА. Аномалии, связанные с молодой активизацией и порой занимающие обширные площади рассматриваемых ТСЭ, имеют для дальневосточных морей, как правило, два уровня - 24+2 и 33+3 мВт/м2. При учащении циклов ТМА наблюдаются случаи двойного и более сложения аномалий. Геологические данные по Охотскому морю позволяют утверждать, что одни зоны активизации возникли в эоцен-олигоцене (например, Байкальский, Кашеваровский, Северо-Охотские и Дерюгинские прогибы), некоторые из них продолжают существовать до настоящего времени. Другие зоны возникли сравнительно позже, с середины миоцена и моложе (отдельные Дерюгинские и ТИНРО прогибы, поднятие Полевого и др.). В целом, отмечая совпадение многих геолого-геофизических

характеристик периферийных впадин и прогибов Охотского моря (высокий ТП, сокращенная мощность кристаллического фундамента, высокие амплитуды неогеновых опусканий кровли фундамента, часто сопровождаемые некомпенсированным осадконакоплением, уменьшение глубин залегания поверхности Мохоро-вичича, характерное простирание морфоструктур и пр.), можно уверенно говорить о термической эрозии низов коры, подъеме изотерм под прогибами, переработке "гранитно-метаморфического" слоя и тому подобных признаков, присущих рифтогенным структурам. Аналогичные процессы происходят в тектоносфере Япономорского региона. Модели формирования высокого ТП дальневосточных окраинных морей рассмотрены в главе 4.

Глава 4. Геотермические модели глубоководных впадин Японо-Охотоморского региона

4.1. Вероятная природа тепловых аномалий глубоководных впадин

дна Охотского моря

На основе анализа распределения изостатических аномалий и аномалий Фая ряд авторов (Аномальные гравитационные..., 1974) предложили, что образование впадин в Охотском и Японском морях в значительной мере компенсировалось изменением положения границ раздела в коре мантии и изменением плотностей слагающего их вещества. В нашем случае уменьшение со временем мощности земной коры в термическом отношении должно приводить к возрастанию вертикальной составляющей геотермического градиента (ПТ) и, как следствие, к возрастанию ТП на поверхности морского дна. Если в первом приближении предположить, что прогибание поверхности земной коры происходит одновременно с процессами осадконакопления и подъема границы Мохоровичича, то количественный расчёт теплового эффекта сводится к решению нестационарного уравнения теплопроводности для среды с движущимися границами (Тихонов, Самарский, 1973).

Решение уравнения теплопроводности для слоя с перемещающейся границей дает нам соотношение для градиента температуры:

е +е

-с,

+ С,

а-!? (г+/р А

' (г-н? (г+2/? ^ е + е

ф [ ] - ф[ {-Ней) Ы4М

(7-2/У

Это выражение использовалось для расчёта относительного роста градиента температуры, вызванного уменьшением мощности однородного слоя. Температуропроводность среды принята равной 5 • 10"7 м2/с, мощность слоя - 15 км, скорость перемещения границы задавалась соответственно 0, 1; 0, 2; 0, 3; 0, 4; 0, б мм/год,

амплитуда прогибания Ъ = 3-8 км, и(0,т) = 0°С; и(21,т) = 1200°С; С = С,; и(1,т) = 600°С = С2.

Согласно результатам моделирования предполагаемое прогибание кристаллического фундамента, соответствующее наблюдаемому ГТГ (40-60°С/км) равно 4-6 км. Если принять, что мощность неогенового осадочного чехла составляет во впадинах ТИНРО около 5 , Дерюгина - около 4, в Южно-Охотской - 3 км, то предполагаемый возраст этих осадочных бассейнов - 12, 20, 25 млн. лет соответственно. На основании закона Фурье д = были вычислены плотности ТП

при различных коэффициентах теплопроводности X. Наблюдаемым ТП при коэффициентах теплопроводности от 1,5 до 2,078 Вт/(м-К) соответствуют скорости прогибания поверхностей кристаллического фундамента порядка 0,3-0,5 мм/год. Также следует вывод об увеличении ТП при сокращении длительности процесса утонения мощности коры. Согласно расчетам для наблюдаемого ТП во впадине Дерюгина наиболее оптимальными являются следующие параметры: средняя теплопроводность пород коры 1,9 Вт/(м-К), амплитуда прогибания кровли кристаллического фундамента около 8 км, скорость прогибания не более 0,4 мм/год за период около 20 млн. лет. Можно также предположить, что процесс сокращения мощности кристаллической коры во впадине ТИНРО происходил за более короткий период и с большей скоростью, чем во впадине Дерюгина и Южно-Охотской котловине. Вероятная разница в длительности этих процессов может достигать 10 млн. лет. Из представленных выше расчётов можно сделать вполне достоверный вывод, что высокий ТП окраинных морей обусловлен подъемом границы Мохо-ровичича при одновременном подъеме мантийных изотерм и прогибании кровли кристаллического фундамента. Предполагая подобный процесс как один из вероятных для объяснения аномальных областей высокого теплового потока, расположенных по обрамлению Охотоморской плиты, можно сделать вывод об интенсивном прогибании (обрушении) краёв плиты от среднего миоцена до настоящего времени, что привело к возрастанию ТП от 60-70 до 80-100 мВт/м2 (Веселое и др.,1989)

Причины формирования аномально высокого ТП глубоководных прогибов земной коры дальневосточных морей рассмотрены на примере Южно-Охотской глубоководной впадины.

Считая, что основным фактором наличия высокого ТП , зон аномальной электропроводности на глубинах 30-65 и 100-120 км, существования в верхней мантии зон низкой добротности и т.п. является температура, можно предположить существование нескольких тепловых источников в верхней мантии, формирующих аномальный тепловой поток. Источники могут находится в интервалах глубин 15-20, 30-40, 30-60, 80-100, 100-120 км. Сами источники тепла удобно представить в виде плоских тел с избыточными температурами, величина которых приводит к изменению геофизических параметров земной коры и верхней мантии, регистрируемых или моделируемых независимыми методами. Выбор избыточных температур должен ограничиваться сверху величиной температуры, приводящей к полному плавлению вещества на заданных глубинах.

Источники тепла в земной коре и верхней мантии, формирующие наблюдаемые на поверхности тепловые аномалии, в двумерном случае аппроксимировались суммой прямоугольных брусов. Тепловой эффект от такого источника, расположенного в неограниченной среде, описан Г.Карслоу и Д.Егером (1964), а в случае полуограниченной среды - Р.И.Кутасом, В.В.Гордиенко и др. (Кутас и др., 1987; Геофизическая модель..., 1985). Распределение температур, создаваемое телом остывающим в полупространстве, имеющим нулевую начальную температуру и равную нулю температуру поверхности, записывается в виде

1.1

X Х>/ X Хл,

1—г^~Ч>—г-^

2 + 2,, 2 + 2„ 2,-2 2.-2

где х, т. - координаты расчетной точки профиля, м; х1|; х2„ %и, г2, - координаты узлов того бруса, м; ^ - время внедрения образующего тепловую аномалию объекта, с; а - температуропроводность среды, м2/с; АТ - аномальная температура источника, °С; п - количество прямоугольных брусов.

Решение представляет собой сумму тепловых эффектов от брусов, имеющих одинаковую аномальную температуру АТ, начало действия которой от расчетного момента отделяет время Эффект от непрерывно действующего источника аппроксимировался эффектом от нескольких внедрений разогретого материала в пространство, занимаемое аномалеобразующим телом. При этом аномальная температура АТ каждый раз рассчитывалась с учетом остаточных температур после каждого предыдущего внедрения. Конечная температура на расчетных горизонтах получалась в виде суммы температуры от последнего внедрения и остаточных температур от всех предыдущих внедрений.

Программное обеспечение решения прямой задачи геотермии локальных источников тепла разработано на ИВЦ ПГО "Сахалингеология". Расчет температурных разрезов выполнялся на ЭВМ ЕС 1060.

Были рассмотрены две модели тепловых источников, формирующих избыточный (аномальный) тепловой поток на поверхности. Первая модель: 3 источника тепла в виде плоскопараллельных слоёв с избыточной температурой 600, 400, 200°С расположены на глубинах соответственно 15-20, 30-40, 80-90 км. Вторая модель: 3 источника тепла с избыточными температурами 600, 600, 400°С на глубинах соответственно 15-20, 25-30, 80-100 км. Если соотнести указанные избыточные температуры к океанической геотерме для нормальной верхней мантии пиролитового состава (Рингвуд,1972), то для первой модели суммарные температуры будут ниже температур солидуса пиролита на 100-200°С, а для второй — выше солидуса на 50-150°С, за исключением глубин 15-20 км, где как и для первой модели температуры будут ниже солидуса. Температуропроводность верхней мантии принята равной 8-10"7 м2/с. Сравнение двух моделей показывает, что в температурном режиме слоистость на 10-50 км исчезает через 0,8-1,0 млн. лет после включения источника. Избыточные температуры за это время понижаются в 2-3 раза. Через 5 млн. лет для первой модели практически размывается нижний аномальный слой, а сама зона разогрева расширяется от 15 до 100 км с максимальной температурой разогрева верхней мантии до 100-150°С. Аномальный тепловой поток и его изменение во времени можно представить через геотермиче-

ский градиент, вычисленный в пятикилометровом слое от поверхности. Для первой модели тепловой поток с поверхности составит 15-25 мВт/м2 при теплопроводности земной коры 2,5-3 Вт/(м-К). Вторая модель соответствует температурам частичного плавления верхней мантии пиролитового состава с учётом аномальной электропроводности на глубинах 30-60 км (Тектоносфера..., 1992) и величины избыточного теплового потока на поверхности 40-60 мВт/м2. Эта модель более отвечает современным геофизическим представлениям для земной коры и верхней мантии Южно-Охотской глубоководной впадины. Выполненное температурное моделирование показывает, что в рамках кондуктивного теплопереноса продолжительность жизни слоёв с частичным плавлением не превышает 1 млн. лет, а при конвективном переносе она должна существенно уменьшиться.

4.2. Модель тепловой эволюции земной коры Дальневосточных морей в кайнозое на примере впадины Уллындо (Цусимской)

О характерных чертах кайнозойского магматизма в Японском море было сказано в главе первой.

Происхождение базальтового магматизма может быть связано не только с условиями плавления перидотитов (Рингвуд, 1981) низов коры и верхов мантии под влиянием термобарических условий, создаваемых кондуктивным тепловым потоком, но и с возникновением в верхней мантии примитивных ультраосновных пикритовых магм на глубинах ниже 40-50 км (Yamashita, Fujii, 1992). Последнее показано на примерах плавления в лабораторных условиях ультраосновных минералов из образцов, извлечённых при глубоководном бурении скважин 794 и 797 на дне Японского моря (ссылка та же). По этим данным температура плавления, максимальной величиной в 1400°С, достигается при давлениях 12-14 кбар, что соответствует глубинам ниже толщи континентальной коры или границы М. Не затрагивая вопроса происхождения магм, отметим только, что геохимические особенности всех типов базальтоидов позволили большинству геологов, занимающихся вопросами эволюции Японского моря, придти к выводу о развитии этих типов магматизма на коре континентального типа (Ферштатер, 1987; Съедин, 1989; Ли Дюк Нам, 1990; Pouclet, Bellon, 1992, Власов, 1994 и др.).

Гистограмма радиометрических возрастов (РМВ), приведённая в обобщающей работе японских исследователей (Constraints..., 1990) для образцов, драгированных со дна глубоководных впадин и подводных возвышенностей, отобранных в результате глубоководного бурения, доказывает, что процессы кайнозойского вулканизма в Японском море характеризуются определённой цикличностью, которая прямо соотносится с основными этапами тектоно-магматической активности (ТМА) и фазами складчатости на сопредельных территориях Дальнего Востока, Корейского полуострова и Японских островов (Геологическое развитие ..., 1968; Варнавский, 1985; Geology of Korea, 1988; Chough and Lee, 1992). Основные этапы ТМА при этом следующие: верхний эоцен и нижний олигоцен; граница олигоцена и миоцена; середина миоцена; средний и верхний миоцен; граница миоцена и плиоцена; плиоцен - плейстоцен. Последовательность циклов ТМА в принятой модели представлена следующими временными интервалами: 46-44,40-

38, 34-32, 24-22, 16-15, 11-10, 8-6, 4-2 млн. лет. Длительность циклов ТМА 1-2 млн. лет выбрана нами из того, что основная конструктивная фаза магматизма, связанная с образованием вулканических построек, продолжается, видимо, около 0.5-2 млн. лет.

В качестве объекта моделирования выбрана Цусимская впадина, непосредственно прилегающая к континентальному склону Корейского полуострова на западе и ограниченная на севере подводным Корейским плато, с востока - островами Токто, Оки, подводными поднятиями Оки и Кита-Оки, с юга - мелководной областью, объединяющей п-ов Корея и о. Хонсю. Согласно полученным данным (Апобоу е1 а!., 1995; Глубинное..., 1996; Куцов, Ляпишев, 1997; Соинов и др., 1997) сейсмическая мощность коры в центральной части впадины оценивается 1418 км с увеличением её до 20-28 км в районах континентального склона и южной части Корейского плато. Средняя величина теплового потока для всей впадины составляет 93 мВт/м2 и 115-125 мВт/м2 в её центральной части, в пределах Корейского плато поток уменьшается до 50-54 мВт/м2. Положение слоя аномальной электропроводности под впадиной оценивается глубиной 30-35 км. Интерпретация сейсмических наблюдений дала возможность предположить, что впадина образовалась в результате "базификации" континентальной коры, современная граница М которой представлена магматическими интрузиями. В настоящей работе положено в основу тепловой модели представление о термической деструкции континентальной коры под воздействием подкорового магматизма. Первичная континентальная земная кора в раннем эоцене представлена в обобщённом виде: 1-й слой - осадочно-метаморфический мощностью 6 км; 2-й - гранодиоритовый мощностью 23 км. Земная кора подстилается 3-ем слоем толщиной 12 км. Для каждого слоя по разрезу заданы последовательно: плотность, теплоёмкость, теплопроводность и удельная теплогенерация (табл. 2).

Таблица 2.

Параметры модели_____

1-ый слой 6 км р= 2.25 г/см3; С = 895 Дж/(кг-К)\ 2=2.1 Вт/(м-К); А = 0.8- Ю^Вт/м3

2-ой слой 23 км р = 2.85 г/см3; С = 900Дж/(кг-К)\ Л--2.25 Вт/(м-К)\ Л= 1.3 • 10"6 Вт/м3

3-ий слой 12 км р = 3.30г/см3\ С= 1170Дж/(кг-К); ¿ = 3.3-4.5 Вт/(м-К)\ А = 1.3 • 10"* Вт/м3

Было рассчитано начальное распределение температур на основе решения стационарного уравнения теплопроводности при поверхностном тепловом потоке (ТП) величиной 54 мВт/м2, величина которого соответствует мезозойским структурам Корейского полуострова, с параметрами земной коры, указанной в табл. 2. Температура на глубине 29 км при этих условиях равнялась 600°С. Затем в 3-ем слое задана последовательность температурных "вспышек" величиной 1400°С, отвечающей температурам плавления основных пород на глубине 41 км. Продолжительность каждой "вспышки" от 1 до 2 млн. лет, последовательность синхронизирована с выбранными интервалами циклов ТМА и "включена" 46 млн. лет на-

зад. Подобным образом в тепловой модели имитировался верхнемантийный тепловой источник, влияние которого отражено в геологических событиях на поверхности. Перечисленные условия легли в основу краевой задачи нестационарного уравнения теплопроводности с источниками тепла, для которой получено решение в явном виде (Модель..., 1997).

Один из вариантов численного моделирования представлен на рис. 1, на котором в верхней части изображены последовательность "вспышек" температур на нижней границе 3-его слоя (41 км) и изменение теплового потока на поверхности с раннего эоцена до настоящего времени, нижняя часть рисунка представляет характер изменения глубинных температур по разрезу модели. Из результатов моделирования видно, что согласно нашей схеме последовательности температурных "вспышек", высокое значение поверхностного ТП с величинами 92-94 мВт/м2 создаётся уже в позднем олигоцене и заметно увеличивается с раннего миоцена к настоящему времени до 106 мВт/м2. При этом, вследствие относительно низкой теплопроводности пород 1-го и 2-го слоёв, происходит накопление тепла в 3-ем слое, образование и сохранение в течение среднемиоцен-четвертичного периода на глубинах ниже 30 км зоны расплава пород основного и частично ультраосновного состава с температурами 1000-1100°С, а на подошве 2-го слоя температуры за кайнозойский период изменились от 500 до 1050°С, соответственно изменилась и глубина положения изотермы 500°С с 28 до 12 км. Наиболее значительные деформации изотерм, обусловленные длительностью пауз между вспышками, происходят во 2-ом и 3-ем слоях. Таким образом, заложив в нестационарную тепловую модель в качестве начального условия модель континентального типа коры в раннем эоцене и включив с этого времени модель тепловой активности верхней мантии, соответствующую циклам ТМА на поверхности земной коры, мы получили хорошее согласие с современными геофизическими наблюдениями в Цусимской впадине.

Согласно диаграмме термодинамической устойчивости основных типов метаморфических пород в ходе кайнозойской термальной эволюции Цусимской впадины с эоцена до квартера происходит смена парагенезисов в нижней части земной коры от кианитовых эклогитов до двупироксеновых гранулитов. Верхняя граница двупироксеновой фации за период от эоцена до голоцена смещается вверх на 7 км. В средней части коры - метасоматито-метаморфическое изменение от сланцевого комплекса пород к породам типа гранатовых чарнокитов. В комплексе пород зелёносланцевой фации её верхняя граница за период эволюции смещается вверх более чем на 10 км. В процессе смены геотермических режимов происходит переход от среднеградиентной кианит-эклогитовой серии (до 20 К/км) к высокоградиентной андалузит-силлиманитовой геотермальной серии (40-90 К/км) в верхней части коры. Согласно этой схеме граница между андалузитовой и силлиманитовой ассоциациями пород в настоящее время под впадиной соответствует 12-13 км. Интервалу глубин 17-18 км соответствует гиперстен-силлиманитовая граница, а также переход к гиперстен-плагиоклазовым породам. При такой интерпретации сейсмическая граница Мохоровичича (Глубинное..., 1996) под впадиной является по своей минералогической сути фазовой границей близких по химическому составу минералогических ассоциаций, что свидетельст-

вует о перемещении вверх под термальным воздействием геофизической подошвы земной коры. Андалузит-силлиманитовая граница, соответствующая глубинам 12-13 км, также имеет своё отражение в сейсмическом разрезе. Можно заключить, что с плиоцена ниже 18 км могут сохраняться породные комплексы только основ-

Эволюция термического режима привела к преобразованию земной коры от континентального типа к субокеаническом. Наиболее вероятной причиной тепловой активности самой мантии является подъём теплового диапира с более глубоких её горизонтов (КатЬе^, 1972; СаиЙюгп, 1975; М]'уазЫго, 1986; Гаврилов, 1994; Петрогенезис..., 1994).

Глава 5. Геотермические методы оценки перспектив нефтегазоносности

недр региона

Связь между термическим режимом осадочного чехла и его нефтегазоносно-стью неоднократно анализировалась в ряде работ ( Геолого-геофизические..., 1974; Швецов, 1974; Соколова, 1980; Родникова и др., 1981 и др.), в которых температура, геотемпературный градиент (ГТГ) и теплофизические характеристики осадочных пород отмечены как один из важнейших факторов, обуславливающих возникновение и существование залежей углеводородов. Более того, анализ теплового режима нефтегазоносных бассейнов (НГБ) в зоне перехода от Азиатского материка к Тихому океану, выполненный Р.Д.Родниковой с соавторами (1981), показал, что максимальная плотность доказанных запасов нефти и газа на единицу площади приходится на провинции, где среднее значение ТП достигает 50-67

мВт/м2, ГТГ - не более 4-10"2 К/м. В связи с этим очевидна актуальность постановки исследований по изучению термического режима осадочного чехла окраинных морей Дальнего Востока, в первую очередь - Охотского моря.

5.1. Температуры и их градиенты в осадочном чехле

Расчёт температур по вертикальному разрезу осадочного чехла проводится на основе решения стационарного уравнения теплопроводности. Исходными данными для расчёта являлись экспериментальные величины ТП и построенная карта распределения ТП в изолиниях, карта-схема мощностей I, II, III региональных структурно-стратиграфических комплексов и суммарной мощности осадков (Бабошина и др., 1985), а также физические параметры осадочных пород (Веселов, Волкова, 1981; Волкова и др., 1981), представленные в табл. 3.

Таблица 3.

Физические параметры осадочных комплексов дна Охотского моря.

Возраст Литологический состав комплексов Скорость, км/с Теплопроводность, Вт/(мК) Теплогенера- ция, 10"6 Вт/м3

Неоген- Кремнисто- 1,8-2,2 1,2 1ЛЗ „

четвертичный терригенный 0,75

Палеоген- Преимущественно из

раннемиоце- терригенный 3,0-3,5 1,8 0,75

новый

Позднемеловой Терригенно-карбонатный 3,8 -4а 1,9 1,19 0,7

^Числитель - северная часть, знаменатель - южная часть Охотского моря.

В таблице 4 дана зависимость глубины изотерм 70, 140, 220°С от величины теплового потока и теплопроводности осадочных комплексов. К районам с распределением температур от 70 до 220°С в осадочном чехле относятся северовосточный шельф о-ва Сахалин и прилегающая к нему западная часть впадины Дерюгина, ряд областей Северо-Охотского прогиба и впадина ТИНРО, центральная часть Южно-Охотской впадины и Голыгинский прогиб. Дня них интервалы глубин изотермы 70°С составляют 0,8-1,3 км при ТП равном 80-100 мВт/м2, 1,42,2 км для ТП 50-60 мВт/м2. Соответственно для изотермы 140°С расчёты дают 1,95-2,7 км при ТП 80-100 мВт/м2 и 2,8-4,5 км при 50-60 мВт/м2; для изотермы 220°С при ТП 80-100 мВт/м2 интервал глубин лежит в пределах 3,35-4,7 км и при 50-60 мВт/м2 равен 5,2-7,9 км. В диссертации приведены термические параметры разреза осадочного чехла на основании выше приведённых расчётов для двух бассейнов: Лисянского и Охотского.

Были рассчитаны температуры на поверхности кристаллического фундамента, средние температурные градиенты по сейсмокомплексу, покрывающему его. Распределение температур на поверхности фундамента в основном прямо соответствует распределению теплового потока на поверхности осадочного чехла, но

более дифференцированно по интенсивности. Изолиниями температур 250°С выделены области в Северо-Охотском прогибе и впадине ТИНРО с минимальной глубиной фундамента 5 км. Внутри этих областей на глубинах 7-8 км возможны температуры от 350 до 400-450°С. Температуры в диапазоне 180-220°С характерны для фундамента обширных площадей Южно-Охотской впадины, Голыгинско-го прогиба и западной части впадины Дерюгина, в последней также выделены участки с температурой 250°С, но для глубин фундамента от 5 до 6 км.

В целом, рассматривая особенности распределения температур и их градиентов на поверхности кристаллического фундамента дна Охотского моря, можно сделать вывод, что температуры прогибов фундамента с амплитудой 4-5 км при поверхностном ТП 80-100 мВт/м2 лежат в диапазоне 200-250°С и при 7-8 км достигают 400-450°С. Подобные температуры при ТП 50-60 мВт/м2 и глубине 5-7 км находятся в пределах 150-180°С. Изложенная выше методика вычисления температур в осадочных отложениях была применена при построении температурных разрезов в ряде ОПБ Охотского моря, в частности, на Северо-Восточном шельфе о-ва Сахалина, в ряде прогибов Прибрежно-Материковой системы, в ЮжноТатарском прогибе.

Существенную роль играет температура (Тпф) на поверхности фундамента и ГТГ в нижней части осадочного чехла (1 11 Пф). В этой связи целесообразно условно выделить два типа теплового режима ОБ Охотского моря с параметрами: 1) высокоинтенсивный тепловой режим, характеризующийся ТП 80-100 мВт/м2, Т„ф - 180-220°С, ГТГ„ф - 30-50°С/км; 2) интенсивный тепловой режим: ТП 50-60 мВт/м2, Т„ф - 150-180°С, 1 "11 пф - 30-40°С/км. Этот режим наиболее оптимален для ОПБ с залежами углеводородов.

Таким образом, к ОБ с высокоинтенсивным тепловым режимом и мощностью кайнозойских отложений от 4 км и выше следует отнести Южно-Охотскую впадину, западную часть впадины Дерюгина, Северо-Охотский прогиб, впадину ТИНРО, Голыгинский прогиб. Соответственно к ОБ с интенсивным тепловым режимом - северо-восточный шельф Сахалина, северо-западный шельф Камчатки, отдельные структуры Северо-Охотских прогибов, Центрально-Курильский прогиб. Подобное районирование ОБ Охотского моря выполнено впервые и для каждого из ОБ термическая структура в количественной оценке носит прогнозный характер и имеет различную достоверность, что связано, в свою очередь, с различной степенью изученности теплового поля на акватории. В первую очередь это относится к характеристике Северо-Охотских прогибов, где построения основаны лишь по термокаротажу двух скважин (Веселое, Соинов, 1989; Тектоника..., 2004).

5.2. ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ ОХОТСКОГО МОРЯ

В связи с истощением в обозреваемом будущем традиционных углеводородных источников энергии возрастает актуальность более точного научного прогноза и совершенствования методов поиска нетрадиционных видов минерального топлива. В последнее десятилетие особое внимание обращено на природные газы, находящиеся в верхней части земной коры в гидратном состоянии.

Таблица 4

Зависимость глубины Н (м) изотерм 70, 140 и 220 С от величины теплового потока q (мВт/м1)_

Изотерма, •с Теплопроводность, Вт/(мК) Тепловой поток, мВт/м*

40 I 45 I 50 I 55 | 60 I 65 1 70 | 75 I 80 I 85 I 90 I 95 I 100 I 110 I 120

Глубина, м

70 1.25 2180 1930 1750 1560 1390 1290 1220 1130 1045 990 935 885 835 770 690

1.35 2250 2040 1850 1690 1490 1390 1310 1210 1120 1050 990 935 880 820 735

1.45 2540 2250 2050 1830 1630 1520 1420 1310 1220 1145 1080 1020 965 890 815

1.55 2740 2520 2200 2030 1790 1640 1530 1420 1310 1230 1170 1100 1060 990 895

140 1.35 4660 4230 3800 3480 3170 2980 2800 2580 2420 2260 2130 2040 1930 1770 1610

1.45 4880 4380 3940 3590 3310 3080 2860 2690 2500 2360 2220 2115 1990 1840 1625

1.55 5200 4710 4250 3850 3530 3220 2990 2820 2620 2460 2340 2235 2070 1910 1745

1.65 5440 4950 4500 4040 3690 3350 3100 2900 2710 2520 2400 2390 2140 1990 1750

220 1.40 7460 6880 6190 5690 5230 4870 4610 4290 4070 3760 3550 3400 3260 2990 2725

1.50 8200 7300 6550 5980 5500 5080 4790 4460 4140 3960 3660 3460 3390 3090 2830

1.60 8600 7780 7210 6330 5800 5300 5000 4700 4330 4180 3790 3640 3510 3210 3160

1.80 9200 8260 7620 6780 6100 5570 5240 4930 4580 4350 4060 3880 3710 3360 3100

Ниже приводятся в сжатом виде результаты поисков, условий формирования и распределения газовых гидратов (IT) в осадочной толще под дном Охотского моря, особенности их состава и ряд других проблем, связанных с существованием ГГ в осадочном чехле.

Первые признаки присутствия газовых гидратов (ГТ) в донных отложениях Охотского моря были выявлены ещё в 80-е годы при интерпретации сейсмических материалов MOB OIT в ГУЛ "Дальморнефтегеофизика".

Анализ сейсмических разрезов дна Охотского моря позволил выявить аномально высокоамплитудные, параллельные дну отражения (В SR), в верхней части осадочного чехла на склонах Южно-Охотской впадины, прогибов Дерюгина и ТИНРО и в системе прогибов центральной части моря при его глубинах более 400-500 м. На временных разрезах положение аномалии BSR ниже поверхности дна изменяется в масштабе двойного времени пробега сейсмической волны от 0,4 до 0,8 с, в основном, от 0,5 до 0,7 с. Скоростное моделирование позволяет интерпретировать аномалии BSR как фазовую границу между гидратами и свободным газом, так как на границе прослеживается характерное для BSR изменение параметров сейсмической записи, описанное ранее в ряде работ (Seismic..., 1979; Stoll, Bryan, 1979; и др.) и наблюдаемое как инверсия скорости ниже аномального BSR. При скоростном анализе газогидратных слоев выявляется ещё один эффект, выражающийся в инверсии полярности BSR относительно полярности отражения от дна. В отличии от газогидратных BSR параллельные дну отражения диагенетиче-ского происхождения, обусловленные переходом опала-A в опал-КТ, залегает на глубинах более чем в два раза превышающих глубины подошвы газогидратных слоёв. При этом на наблюдаемой диагенетической границе не происходит инверсии полярности отражения и отмечается существенное увеличение сейсмических скоростей (Веселое, Куделькин, 2000).

Геотермическая оценка глубины подошвы газогидратного слоя является примером комплексирования геофизических методов. Сейсморазведочные данные служат структурной основой для построения термобарических моделей гид-ратных BSR в Охотском море.

Давление на нижней границе слоя газовых гидратов вычисляется как сумма давления гидростатического (на глубине морского дна pw) и литостатического, создаваемого весом толщ осадков мощностью Sh,. Температура на подошве слоя газовых гидратов вычисляется по формуле

Tbsr = То + £ ' где То ~~ температура на поверхности осадочного

слоя (°С), q, - тепловой поток (мВт/м2) на поверхности i-ro слоя в толще, содержащей газовые гидраты, h, - мощность i-ro слоя (м), X, - среднее значение коэффициента теплопроводности (KT) осадков i-ro слоя (Вт/м-К), А, - среднее значение удельной плотности радиогенного тепловыделения (ц Вт/м3).

В гидратосодержащих толщах изменяются плотность (р) от 1,76 до 1,9 г/см3, теплопроводность ("к) - от 1,07 до 1,28 Вт/(м-К) (Stoll et al., 1971; Stoll and Bryan, 1979; Estimates..., 1982, Harrison and Curiele, 1982; Sloan, 1990; Miller et al., 1991; Methane..., 1996; Sassen and Mac Donald, 1997; Laberg et al., 1998; Оценки..., 1997;

Голубев, 1998; и др.). Эти данные были использованы нами для прогнозирования коэффициента теплопроводности и плотности осадков в газогидратосодержащих толщах Охотского моря.

Мощность каждого i-ro слоя определяется по сейсмическим данным. Плот-ностная характеристика выбирается по графику зависимости плотности осадочных пород и сейсмической скорости упругих волн в них или по усреднённому графику зависимости плотности от глубины в осадочной толще. Теплопроводность каждого слоя осадочной толщи определяется из графика зависимости КТ от глубины осадочного слоя.

Расчёт термобарических условий на глубину аномалий BSR, выполненный для ряда сейсмотрасс (более 20 определений), позволил вполне убедительно показать, что подошва газогидратосодержащих слоёв в осадках Охотского моря характеризуется несколько отличными параметрами от фазовой диаграммы метанового гидрата. При сопоставимых давлениях фазовая диаграмма гидратов Охотского моря (на уровне BSR) смещена в более высокотемпературную область, и в интервале давлений 120-450 атм. температуры находятся в диапазоне 25-35°С, что свидетельствует о существенной примеси к метановому гидрату компонент, формируемых за счёт гомологов метана, диоксида углерода или сероводорода (рис.2). Сопоставление полученных результатов с данными лабораторных экспериментов по формированию гидратов из смесей метана с этаном в различных пропорциях, проведённых в работе (Maekawa, 1998), а также сравнение с оценкой полей стабильности ГТ в южной части Каспийского моря, подтверждает высказанное предположение о составе газовых гидратов над BSR в Охотском море (об их явно ка-тагенетическом происхождении в нижней части 3CIT) и полигенетическом характере этих скоплений (Веселое и др., 2000).

Большая мощность гидратосодержащих толщ объясняется также тем, что гидрологическая обстановка в придонной глубоководной части моря благоприятствует созданию в приповерхносной части осадочного чехла зоны охлаждения, обусловленной очень низкими температурами (около 2°С) придонного слоя воды в Охотском море.

Не исключено, что структура газогидратного слоя Охотского моря аналогична той, которую предполагают Д.Минерт и Д.Посеванг (Mienert, Posewang, 1999; и др.) в полярных районах Атлантики, где были выделены многослойные толщи газовых гидратов, свидетельствующие, по мнению этих исследователей, о диссоциации в многоэтажной гидратосодержащей толще.

Проведена оценка зависимости зоны образования газогидратов в осадках Охотского моря от геотемпературного градиента, придонной температуры воды, глубины моря и полей стабильности газовых гидратов. Для сравнения взята типичная для океанических условий ситуация на подошве метановых гидратов (Field, Kvenvolden, 1985). Подошвы слоя газовых гидратов в осадках Охотского моря при сопоставимых глубинах воды находятся ниже морского дна на глубине примерно вдвое большей, чем BSR океанических метановых гидратов. Это свите-дельствует о значительном потенциале газогидратной толщи в осадках Охотского моря (Веселое и др., 2000).

ТЕМПЕРАТУРА , С

100

X £

Ш 500 <

<000

5000

юооо

........— 1--1-

ГАЗООБРАЗНЫЙ МЕТАН А ЕЛ v* \\ ГАЗООЕРАЗНЫЙ aAV МЕТАН ♦ ВОДА

1 w О ® n u о 1 ТЧ -----

л D X - ГИДРАТ | ; МЕТАНА* £ : ЛЕД* ГАЗ > 1 g ¿1 ■ & >1 1 .....Ц; «Л ^ ""5 ■ \*С02, СгН6, Vo 4 H2s, С3нв : V гидрат metahaVo \т + . вода ♦ газ \\ \ Y*\ \\ \ 1

1 1 1 1 ч 'Л. :

<00

н в

ю <

200

300 400 500

Q. Sb S4 ЕЗз ЕЗб ЕЗ? Sb SH« СЗ«2[Щ«зЕЗ<4

Рис. 2 Фазовые диаграммы газовых гидратов. Стрелками отмечены тенденции воздействия увеличения концентрации натриевого хлорида, диоксида углерода, гомологов метана, сероводорода на фазовую границу газового гидрата. Автор О.В.Веселов. 1-2 - фазовая граница гидрата метана: 1 - по (Sloan, 1990), 2 - по (Maekawa, 1998); 3-4 - фазовая граница гидрата этана: 3 -по (Sloan, 1990),4 - по (Maekawa, 1998), 5-7 - условия равновесия метан-этановых тидратных смесей по (Maekawa, 1998). 5 - 47,5% СН4 + 52,5% С2Н6, 6 - 76,7% СН4 + 23,3% С2Н6, 7 - 91,3% СН4 + 8,7% СгНб, сплошные кривые рассчитаны ТМаекава по программе CSMHYD (Sloan, 1990); 8-12 - результаты измерений равновесных температур и давлений диссоциации образцов гидратов грязевого вулкана Буздаг в южной части Каспийского моря (Газовые гидраты 1992), 13-14 - оценка условий стабильности газовых гидратов в осадочной толще дна Охотского моря: 13 - во впадине Дерюгина, 14 - в Южно-Охотской впадине. Большой черный крестик -расчетные параметры формирования кристаллов гидрата пропана (Черский, Михайлов, 1990)

При оценке ресурсов метана в гидросодержащих осадках Охотского моря площадь протяженности газосодержащей зоны моря нами оценивалась в 100 тыс.км2 а её мощность в среднем 200 м. Согласно формуле Д.Лаберга (Laberg et al., 1998) (при коэффициенте содержания 0,1) запасы метана составляют более

2-lO'V.

Проблема изучения гидратоносности недр Мирового океана является актуальной и в перспективе долгосрочной (Max and Lowrie, 1996; и др.). Для Дальнего Востока она особо важна в силу обнадёживающих прогнозов огромных запасов метана на континентальных склонах и их подножиях в окраинных морях, как потенциального энергетического источника в будущем.

Заключение

Окончательные выводы сводятся к следующему:

1. Тепловой поток Японо-Охотоморского региона, складывающийся из взаимодействия потока из верхней мантии, тепла радиогенных источников в земной коре и внедрившихся интрузивных масс, в основном определяется мантийной составляющей и её средняя величина превышает в Японском и Охотском море подобную величину в сопредельных континентальных районах 2-4 раза.

2. Дифференциация ТП дальневосточных морей и их континентального обрамления обусловлена различиями в энергетике глубинных процессов и отражает степень тектономагматической активизации в распределении теплового потока. Тектономагмэтическая активизация тектоносферы региона в неоген-четвертичное время привела к деструкции континентальной коры под впадинами Японского и Охотского морей, обусловленной подходом к подошве коры частично расплавленного диапира. Локальные высокие аномалии ТП созданы дополнительными источниками тепла в коре.

3. Зоны оптимального формирования и накопления углеводородов в осадочных бассейнах Японо-Охотоморского региона в значительной мере определяются узким диапазоном значений геотемпературного градиента и теплового потока (геотемпературный градиент в низах осадочного чехла - 30-40 °С /км, температуры на кровле АФ в пределах 150-180 °С, приповерхностный тепловой поток -50-60 мВт/м2).

Полученные результаты исследований автора используются при решении ряда геолого-геофизических задач, в которых необходима информация о распределении температур в литосфере.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

Монографии

1. Тектоника Курило-Камчатского глубоководного желоба / Г.С.Гнибиденко, Т.Г.Быкова, О.В.Веселов, В.М.Воробьёв, Ким Чун Ун, Р.З.Тараканов. - М.: Наука, 1980. - 180 с.

2. Веселов О.В., Липина E.H. Каталог данных о тепловом потоке Востока Азии, Австралии и Запада Тихого океана. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1982. -122 с.

3. Туезов И.К., Веселое О.В., Липина Е.Н. Тепловой поток Запада Тихого океана, Востока Азии и Австралии. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1984. - 150 с.

4. Тектоносфера Тихоокеанской окраины Азии / В.В.Гордиенко, А.А.Андреев, С.К.Биккенина, Л.Л.Ваньян, О.В.Веселов и др. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1992.-238 с.

5. Тектоника и углеводородный потенциал Охотского моря / О.В.Веселов, АЛ.Ильев, В.Э.Кононов, Е.В.Кочергин, В.Н.Патрикеев и др. - Владивосток: ДВО РАН, 2004.-160 с.

Статьи

6. Веселое О.В. Определение естественных температур горных пород и геотермического градиента, нарушенных в результате бурения, на примере скважины 1-пр. Борисовской площади (Приморье) // Геофизические исследования строения земной коры и верхней мантии в зоне перехода от Азиатского материка к Тихому океану. - Южно-Сахалинск, 1970. - С. 129-137. - (Труды / СахКНИИ ДВНЦ АН СССР; Вып. 24. Геофиз. сборник № 2).

7. Веселов О.В., Туезов И.К. Тепловой поток в северо-западном секторе Тихоокеанского подвижного пояса // Геофизические исследования строения земной коры в зоне перехода от Азиатского материка к Тихому океану. - Южно-Сахалинск, 1972. - С. 171-180. - (Труды / СахКНИИ ДВНЦ АН СССР; Вып. 26. Геофиз. сборник № 3).

8. Измерение теплового потока в зоне перехода от Азиатского материка к Тихому океану / О.В.Веселов, Н.А.Волкова, Г.Д.Еремин, Н.А.Козлов, В.В.Соинов // Докл. АН СССР. - 1974. - Т. 217, № 4. - С. 897-900.

9. Соинов В.В., Веселов О.В. Новые данные о тепловом потоке в Охотском море // Земная кора и верхняя мантия Азиатской части Тихоокеанского кольца. -Южно-Сахалинск, 1975. - (Труды / СахКНИИ ДВНЦ АН СССР; Вып. 37. Геофиз. сборник № 5).

Ю.Верхняя мантия и её неоднородности / О.В.Веселов, Ю.А.Павлов, В.В.Соинов, Р.З.Тараканов и др. // Строение земной коры и верхней мантии в зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану. - Новосибирск, 1976. - С. 249-265.

11.Определение коэффициента теплопроводности образцов горных пород / О.В.Веселов, Н.А.Волкова, Г.Д.Еремин, Н.А.Козлов, В.В.Соинов // Геофизические поля северо-западной части Тихого океана. - Владивосток, 1976. - С. 8186. - (Труды / СахКНИИ ДВНЦ АН СССР; Вып. 42).

12.Соинов В.В., Веселов О.В. Аномалия высокого теплового потока вблизи восточного побережья Сахалина // Геофизические поля островных дуг Востока Азии. - Владивосток, 1979. - С. 75-80.

13.Geotermal Investigations carried out in the Northwestern Sector of the Pacific Mobile Belt / O.V.Veselov, N.A.Volkova, G.D.Eremin // Structure of Transition Zone. -Dordrecht, 1980.-P. 141-148.

И.Тештовой поток / О.В.Веселов, Н.А.Волкова, Г.Д.Еремин и др. // Строение дна Охотского моря. -М., 1981. - С. 98-111.

15.Веселов О.В., Волкова H.A. Радиоактивность горных пород Охотоморского региона // Геофизические поля переходной зоны Тихоокеанского типа. - Владивосток, 1981.-С. 51-70.

16.Волкова H.A., Веселое О.В., Кочергин A.A. Теплопроводность горных пород Охотоморского региона // Геофизические поля переходной зоны Тихоокеанского типа. - Владивосток, 1981. - С. 44-50.

17.Тепловой поток и геодинамика западной части Тихого океана / П.М.Сычев, О.В.Веселов, Н.А.Волкова, В.В.Соинов // Тихоокеанская геология. - 1982. - № 6.-С. 43-55.

18.Наземные геотермические исследования, проведенные СахКНИИ в южной части Дальнего Востока / О.В.Веселов, Н.А.Волкова, Г.Д.Еремин и др. // Геофизические поля северо-западной части Тихого океана. - Владивосток, 1982. -С. 16-43.

19.Веселов О.В., Волкова H.A., Соинов В.В. Частотный кварцевый термометр для геотермических исследований // Методические и экспериментальные основы геотермии. - М., 1983. - С.23-24.

20.Heat Flow and Geodynamics of the Transition Zone from Asia to the North Pacific / P.M.Sychev, O.V.Veselov, V.V.Soinov, N.A.Volkova // Geodynamics of the Western Pacific-Indonesian Region /Ed. by T.W.C.Hilde, S.Uyeda.-Washington, 1983.-(Geodynamics Series; Vol. 11). - P. 237-247.

21.Веселов O.B., В.В.Соинов, В.Н.Соловьёв Особенности распределения теплового поля Татарского пролива // Геологические и геохимические исследования Охотоморского региона и его обрамления. - Владивосток, 1986, - С. 104-118.

22.Веселов О.В. Тепловой поток. Распределение теплового потока. 1: 5 ООО ООО // Геолого-геофизический атлас Курило-Камчатской островной системы. - Л., 1987.-Л. 15.

23.Веселов О.В., Соинов В.В. Термическая структура осадочного чехла дна Охотского моря // Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Дальнего Востока. - Владивосток, 1989. - 4.1. С. 127-160.

24.Веселов О.В., Соинов В.В., Цвелая З.И. О тепловом потоке и возрасте тектоно-магматической активизации котловин средней и северной частей Охотского моря // Возраст геологических образований Охотоморского региона и прилегающих территорий. - Владивосток, 1989. - С. 81-90.

25.Sychev P.M., Soinov V.V., Veselov V.V. Heat Flow as an Indicator of the Dynamics of Deep Processes Oceaning in the Marginal Seas and Island Arcs of the North Western Pacific // terrestrial Heat Flow and the Lithosphere Structure (Exploration of the Deep Continental Crust). - Berlin, 1991. - P.264-282.

26.Карта теплового потока территории СССР. 1:5 000 000 / Т.А.Аширов,..., О.В.Веселов, В.В.Соинов и др. // Редкол.: В.В.Гордиенко, У.И.Моисеенко. -Киев: Геопрогноз, 1992 (Геол. ин-т СССР; Ин-т геофизики АН Украины). - 4 л.

27.Тепловой поток Северо-Запада Тихого океана /В.В.Соинов, О.В.Веселов, А.В.Кочергин и др. //Геофизические поля и моделирование тектоносферы. -Южно-Сахалинск, 1997 (Геодинамика тектоносферы зоны сочленения Тихого океана с Евразией; T.III). - С. 14-20.

28.Модель тепловой эволюции земной коры для Южной части Японского моря в кайнозое / В.В.Соинов, О.В.Веселов, А.В.Кочергин, Б.-Ч.Сок // Геофизические поля и моделирование тектоносферы. - Южно-Сахалинск, 1997 (Геодинамика тектоносферы зоны сочленения Тихого океана с Евразией; ТЛИ). - С. 91-101.

29.Веселов О.В., Соинов В.В. Тепловой поток Сахалина и Южных Курильских островов // Структура и вещественный состав осадочного чехла Северо-Запада Тихого океана. - Южно-Сахалинск, 1997 (Геодинамика тектоносферы зоны сочленения Тихого с Евразией; Т. IV). С. 153-176.

30.Веселов О.В., Куделькин В.В., Чухонцев В.И. Особенности распространения и образования газовых гидратов в Охотском море // Строение земной коры и перспективы нефтегазоносности в регионах Северо-Западной окраины Тихого океана: Сб. статей. - Южно-Сахалинск, 2000. Т.1 - С. 32-37.

31.Веселов О.В. Структура теплового потока Охотоморского региона // Строение земной коры и перспективы нефтегазоносности в регионах Северо-Западной окраины Тихого океана: Сб. статей. - Южно-Сахалинск, 2000. Т.1 - С. 107-129.

Веселое Олег Васильевич

Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона Автореферат

Подписано в печать 28.10.05 Усл. печ. листов 1,8. Уч.изд. листов 1,8. Формат 60 х 84/16. Бумага «Балет». Тираж 100 экз. Заказ № 7422 Печать офсетная. Офсетный цех ИМГиГ Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН г. Южно-Сахалинск, ул. Науки, 16

! 1

! j

РНБ Русский фонд

2006-4 21106

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Веселов, Олег Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯПОНО

ОХОТОМОРСКОГО РЕГИОНА.

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ЯПОНО-ОХОТОМОРСКОГО РЕГИОНА.

2.1. Теоретические основы геотермических исследований.

2.2. Методика и аппаратура для геотермических исследований.

2.2.1. Геотермические измерения в скважинах.

2.2.2. Геотермические измерения на море.

2.3. Введение поправок при интерпретации геотермических измерений.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЗНАЧЕНИЙ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ЯПОНО-ОХОТОМОРСКОГО РЕГИОНА.

3.1. Геотермическое поле дальневосточной активной окраины.

3.1.1. Теплопроводность горных пород Японо-Охотоморского региона.

3.1.2. Результаты геотермических измерений вЯпоно-Охотоморском регионе.

3.2. Оценка радиогенной составляющей глубинного теплового потока Японо

Охотоморского региона.

3.3. Распределение теплового потока по структурным элементам региона.

ГЛАВА 4. ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГЛУБОКОВОДНЫХ ВПАДИН ЯПОНО-ОХОТОМОРСКОГО РЕГИОНА.

4.1. О тепловом потоке и возрасте гектоно-магматической активизации впадин охотского моря.

4.1.1. Вероятная природа тепловых аномалий глубоководных впадин дна

Охотского моря.

4.1.2. Температурная модель формирования аномально высокого теплового потока Южно-Охотской впадины.

4.2. Модель тепловой эволюции земной коры дальневосточных морей в кайнозое на примере впадины Уллындо (Цусимской).

4.2.1. Магматизм и его эволюция для Японского моря на протяжении кайнозоя

4.2.2. Моделирование.

4.2.3. Интерпретация результатов моделирования.

ГЛАВА 5. ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ НЕДР РЕГИОНА.

5.1. Температуры и их градиенты в осадочном чехле.

5.1.1. Схема расчета и теплофизические параметры осадочного чехла.

5.1.2. Карта глубин изотерм 70, 140, 220°с и термические параметры Охотоморских осадочных бассейнов.

5.1.4. Термическая структура осадочных бассейнов дна Охотского моря.

5.2. Газовые гидраты Охотского моря.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона"

Геотермия - наука о внутрипланетарных тепловых процессах и термическом поле Земли. Её экспериментальная основа - изучение температуры в верхних горизонтах литосферы и теплопроводности среды. Измерения температуры на суше проводятся в глубоких скважинах и горных выработках, на океанах она изучается с помощью специальных зондов - термоградиентометров, а также в скважинах глубоководного бурения или в скважинах, пробуренных на шельфе с целью поисков нефти и газа. На основании измерений температуры вычисляется важнейшая характеристика поля - геотермический градиент (g): g= grad Т = (дТ/дх) Г + (дТ/Зу) j + (dT/dz) £ .

Или, когда речь идёт о вертикальном градиенте, g = grad Т: = dT/dz .

Теплопроводность среды определяется обычно в лабораторных условиях на небольших образцах керна из скважины или донных трубок, реже она измеряется in situ. Произведение градиента температуры на теплопроводность даёт кондуктивный тепловой поток g = - X grad Т, где g - вектор плотности теплового потока, выражающий потери внутриземного тепла через единицу поверхности в единицу времени.

В общем случае для определения теплового потока решается уравнение теплопроводности дТ 8 (. дТ\ , д (, дТ) д(,дт\ А. . , ~ рс — = — Л— + — Л- - +— Л — = div (Л grad Г), ct ох у ох) ду ^ ду J oz\ oz где с, р, Л - теплоёмкость, плотность и теплопроводность среды.

В конкретных случаях решаются различные модификации уравнения теплопроводности, учитывающие конвективный теплоперенос, генерацию тепла и т.п. (Карслоу, Егер, 1964; Тихонов, Самарский, 1966).

В практике геотермических исследований обычно употребляются следующие основные единицы измерений:

1) температура (7) — °С в системе СГС; К - градусы Кельвина в системе СИ;

2) геотермический градиент (g, у, Г)- °С/см, °С/100 м, °С/км (СГС); К/м, К/100 м, К/км (СИ);

3) коэффициент теплопроводности (А,, К) - Ю-3 кал/см • с °С, мкал/см • °С (СГС); Вт/(м-К) (СИ);

4) коэффициент теплоёмкости (с) — кал/г °С; Дж/(кг- К);

5) коэффициент температуропроводности (тепловой диффузии) (к,а) - см /с;

-у м7с, равный к = XIср;

-у

6) плотность теплового потока (q) - 10" кал/см"с = мккал/см"с (единица теплового потока; аббревиатура етп, ЕТП, HFU- heat flow unit) в системе СГС;

10"3 Вт/м2 в системе СИ (1 emn = 1- 10"6кал/см2с = 41,868 мВт/ м2);

7) генерация тепла (А) - 10"13 кал/см3с (единица генерации тепла; аббревиатура егт, ЕГТ, HGU - heat generation unit, HPU - heat production unit) — в системе СГС; 10'6 Вт/м3 - в системе СИ.

Согласно классификации данной в работе "Методические и экспериментальные основы геотермии" (1983), современная геотермия подразделяется на ряд сравнительно самостоятельных направлений, отличающихся объектами и методами исследований.

1. Аппаратура и методика геотермических исследований. Главная задача в этом направлении - создание современной надежной и недорогой аппаратуры для высокоточных измерений температуры и теплопроводности горных пород различных горизонтов литосферы суши, шельфа и глубоководных частей океанов; установления соответствия температуры, измеренной в скважинах, с температурой массива, не нарушенной процессами бурения (вычисление так называемого равновесного градиента); сравнение теплопроводности пород, определяемой в лабораторных условиях на маленьких образцах, сих теплопроводностью в условиях естественного залегания; исследование тепловых свойств горных пород при высоких Т—Р условиях.

2. Региональная геотермия. Это направление включает изучение пространственного распределения геотемпературного поля и теплового потока в различных структурах Земли, а также вариаций этих параметров во времени, по площади и по глубине в связи с климатическими, геоморфологическими, гидрогеологическими, геолого-структурными и другими факторами, т.е. выяснение генезиса аномалий геотермического поля.

3. Физико-математическая теория интерпретации геотермических полей. В этом направлении рассматривается теория и даются решения уравнения теплопроводности, позволяющие количественно учесть искажающее влияние тех или иных факторов и установить величину фона и аномалий разного происхождения в конкретных пунктах измерения теплового потока (так называемая теория поправок).

4. Геотермические методы поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Нередко аномалии геотермического поля связаны с месторождениями полезных ископаемых вследствие различия теплопроводности рудных дел и вмещающих пород, конвективного тепломассопереноса над нефтяными и газовыми залежами, выделения дополнительного тепла над окисляющимися месторождениями сульфидов и органики или над урановыми месторождениями и т. п. Поэтому геотермические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых могут успешно применяться в практике геолого-разведочных работ, особенно в комплексе с другими методами. Добавим, что геотермические измерения очень важны для гидрогеологических исследований; эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, в частности, методом движущегося очага пластового горения для повышения нефтеотдачи; разработки глубоких рудников и шахт и во многих других случаях. С успехом данные термокаротажа могут применяться и для корреляции литолого-стратиграфических горизонтов, зон притока вод в скважинах, обнаружения участков протекания физико-химических процессов с положительными или отрицательными тепловыми эффектами реакций и т. д.

5. Геотермия области отрицательных температур. Это один из основных методов мерзлотоведения, имеющий большое практическое значение для промышленного и гражданского строительства в мерзлых грунтах и эксплуатации нефтегазовых и других месторождений в многолетнемерзлых горных породах.

6. Планетарная геотермия. В этом направлении выделяется несколько проблем: а) термика Земли и планет земного типа; б) изучение механизмов теплопередачи в глубоких зонах Земли; в) тепловая история Земли при учете кон-дуктивной теплопроводности и при условии конвекции в ядре и мантии Земли; г) происхождение источников глубинного тепла; д) тепловой баланс Земли в настоящее время и в процессе эволюции планеты.

7. Тепловые процессы в тектоносфере. Как и в п.6, можно рассмотреть несколько основных проблем:

А. Исследование связей теплового потока с возрастом тектономагматиче-ской активности в различных структурах континентов, океанов и переходных зон. Задача такого исследования - выяснение энергетического баланса основных тектонических структур Земли и связей геотермического поля с другими геофизическими полями и геолого-геохимическими процессами в тектоносфере. Тектоносфера - это земная кора, верхняя часть мантии Земли, где происходят процессы, непосредственно обуславливающие вертикальные и горизонтальные неоднородности состава и физических свойств их вещества.

Б. Изучение глубинных температур в тектоносфере на основании геотермических данных. Проблема имеет общее значение для оценки Т-Р условий в литосфере и астеносфере, определяющих состояние и свойства глубинного вещества и физико-химические процессы в этих зонах. В частности, по Т-Р условиям вычисляются мощность и глубины залегания метоморфических фаций, глубины залегания зон фракционного плавления в коре и мантии и изотермы Кюри (потеря породами магнитных свойств) и мощность литосферы, оценивается возможность тех или иных фазовых переходов на разных глубинах, фазовое состояние воды, преобразование органического вещества, скорость физико-химических реакций и многие другие параметры.

8. Динамика тепловых процессов и изучение движущего механизма тектонических процессов. Основная проблема — разработка энергетических и геодинамических моделей развития активных зон: геосинклиналей и областей нетектонической активизации, зон перехода от континента к океану, континентальных и океанических рифов, глубинных разломов. Во всех случаях экспериментальные данные теплового потока служат исходным параметром для построения моделей и важнейшим ограничивающим условием.

9. Энергетика геологических процессов. Так как все геологические процессы протекают с выделением или поглощением тепла, то целесообразно перечислить только те процессы, энергетику которых необходимо изучать в первую очередь. Это магматизм, вулканизм и гидротермальная деятельность, с которыми связан конвективный вынос тепла к поверхности Земли; эпейрогенические движения, сопровождающиеся горообразованием и эрозией или прогибанием коры и седиментацией; пликативные и дизъюктивные деформации горных пород; образование шарьяжей, покровов и надвигов, движение по разломам, погружение литосферных плит в зонах субдукции и подъём астеносферы в осевых зонах срединно-океанических хребтов; глубинные фазовые переходы с большими тепловыми эффектами, например, метаморфизм или переходы типа габб-ро-эклогит, оливин-шпинель, кварц-стишовит, оливин-серпентин и др. Отметим, что пункты 7, 8 и 9 тесно взаимосвязаны.

10. Практическое использование глубинного тепла Земли (ГТЗ). Направление практического освоения внутриземного тепла приобретает в последнее время всё большее значение в связи с усиливающимся энергетическим кризисом и нецелесообразностью использования горючих ископаемых как топлива. Сейчас в этом направлении разрабатываются следующие проблемы: а) методика подсчёта запасов глубинного тепла, заключённого в термальных водах, па-рогидротермах, "сухих" горных породах и промежуточных магматических очагах; б) методы и техника освоения ГТЗ с целью производства электроэнергии, теплоснабжения народнохозяйственных объектов; в) экономическая эффективность использования ГТЗ; г) экологические проблемы при использовании ГТЗ.

В исследованиях, проводимых автором данной работы с конца 60-х годов минувшего века до настоящего времени, затронуты в той или иной степени проблемы, связанные со всеми перечисленными направлениями за исключением геотермии области отрицательных температур. В представленной к защите работе описана та часть проведенных исследований, которая охватывает экспериментальные работы по определению теплового потока, измерению теплофи-зических характеристик горных пород, выявлению закономерностей распределения теплового потока, моделированию процессов термической эволюции земной коры в пределах Японо-Охотоморского региона, применению геотермических данных для создания моделей температурного распределения в осадочных бассейнах региона для нефтегазопоискового прогноза.

Цель работы - изучение особенностей распределения теплового потока (ТП), как индикатора тектономагматической активизации (ТМА) и геологической эволюции Дальневосточной зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану, а также представить решающее значение динамики геотемпературного режима недр при прогнозе зон оптимального нефтегазообразования и сохранения углеводородов (УВ) в седиментационных комплексах осадочно-породных бассейнов Японо-Охотоморского региона.

Для этого решались следующие задачи исследований:

2) определение на базе математического моделирования основных взаимосвязей ТП и этапов ТМА в регионе;

3) выявление специфики распределения геотермических параметров (геотемпературного градиента, теплового потока и т.п.) в зонах образования и накопления УВ.

В работе рассматриваются около тысячи определений теплового потока, значительная часть которых получена при участии автора, сотни определений теплопроводности горных пород, содержания радиоактивных элементов (U, Th, К40). Фактический материал обработан по устоявшейся методике геотермических расчётов с учётом данных о строении определённых геологических структур.

Научная новизна. Установлены общие закономерности распределения теплового потока в регионе и причины локальных особенностей его распределения. Впервые определён вклад радиогенной составляющей теплового потока в Охотоморском регионе. Построены карта и схема теплового потока основных структурных элементов Азиатско-Тихоокеанской активной окраины. Выявлена связь между значениями ТП и этапностью тектоно-магматической активизации региона. Построены температурные модели недр как по отдельным региональным профилям, так и для ряда осадочных бассейнов региона., сделаны прогнозные оценки оптимальных зон нефте- и газообразования в осадочной толще бассейнов Охотоморского региона.

Практическая ценность работы. Результаты исследований использованы для составления ряда геотермических карт и геотраверсов, изданных в СССР и Росийской Федерации ("Геотермическая карта СССР", 1972; "Карты теплового потока и глубинных температур территории СССР", 1980; "Геолого-геофизический атлас Курило-Камчатской островной системы", 1987; "Геолого-геофизический атлас Тихого океана", 2002 и др.), для расчётов температур в земной коре и верхней мантии региона. Выводы автора учитываются при изучении термобарических условий в осадочных толщах ОГТБ региона. Результаты исследований внедрены в производственные и научные организации (ПГО "Са халингеология", ОАО "Роснефть-Сахалинморнефтегаз", Институт "Сахалин-НИПИморнефть", ФГУП "Дальморнефтегеофизика", ГУП "Дальинформгео-центр", ОАО "Альянс-Хабаровск").

Основные защищаемые положения.

1. Тепловой поток Японо-Охотоморского региона, складывающийся как результат суммарного взаимодействия потока из мантии тепла радиогенных источников в земной коре и внедрившихся интрузивных масс, а также взаимодействия поверхностных факторов (нерегулярностей рельефа, временных вариаций приповерхностной температуры, гидрогеологических особенностей и др.), в основном определяется мантийной составляющей. Средняя величина ТП региона превышает подобную величину в сопредельных континентальных районах, что свидетельствует о повышенной энергетике происходящих в тектоносфере геологических процессов.

2. Дифференциация ТП дальневосточных морей и их континентального обрам* ления обусловлена различиями в энергетике глубинных процессов и отражает в распределении ТП степень тектоно-магматической активизации, масштаб вулканизма. Тектоно-магматическая активизация литосферы региона в неоген-четвертичное время привела к деструкции континентальной коры под впадинами Японского и Охотского морей, обусловленной подходом к подошве коры частично расплавленного астеносферного диапира. Локальные аномалии ТП созданы дополнительными источниками тепла в коре.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано свыше ста работ, в том числе 8 монографий (в соавторстве). Основные положения работы докладывались на IX сессии научного Совета по тектонике Сибири и Дальнего Востока (Южно-Сахалинск, 1972), III Советско-Японском симпо-• зиуме по геодинамике и вулканизму зоны перехода от Азиатского континента к

Тихому океану (Южно-Сахалинск, 1976), Международном совещании по геодинамике западной части Тихого океана (Южно-Сахалинск, 1981), Втором Всесоюзном съезде океанологов (Ялта, 1982), 27-м Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), Геодинамическом симпозиуме по внутриплитовым деформациям (Техас, 1985), Второй Тихоокеанской школе по морской геологии и геофизике (Южно-Сахалинск, 1985), XV сессии Научного совета СО АН СССР "Тектоника Сибири и Дальнего Востока" (Южно-Сахалинск, 1985), Международном симпозиуме "Геодинамика глубоководных желобов Тихого океана" (Южно-Сахалинск, 1987), Международном совещании "Тепловой поток и структура литосферы"(ЧССР, Бехин, 1987), Международном симпозиуме "Глубинное строение Тихого океана и его континентального обрамления" (Благовещенск, 1988), Международном симпозиуме "Тепловая эволюция литосферы и её связь с глубинными процессами" (Моства, 1989), Международном симпозиуме "Геолого-геофизическое картирование Тихоокеанского региона" (Южно-Сахалинск, 1989), третьей Международной конференции по морской геологии Азии "Эволюция и динамика азиатских морей" (Южная Корея, Чеджудо, 1995), Международном научном симпозиуме "Строение, геодинамика и металлогения Охотского региона и прилегающих частей Северо-Западной Тихоокеанской плиты (Южно-Сахалинск, 2002) и др.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 194 страниц машинописного текста, 31 рисунок, 15 внутритекстовых таблиц, список литературы из 391 наименований. Общий объём работы 194 страницы.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Веселов, Олег Васильевич

Основные результаты и выводы по проведенным исследованиям, связанным с изучением геотермии тектоносферы Японо-Охотоморского регионы, определяемых как фундаментальными, так и практическими целями, сводятся к следующему.

В части повышения уровня изученности теплового потока в регионе достигнут прогресс по следующим направлениям:

1) с использованием созданной в СахКНИИ (ИМГиГ) аппаратурой проведены геотермические исследования в более чем 250 скважинах на 70 площадях южной части Дальнего Востока (Приморского и Хабаровского краев, Сахалинской области), на 140 геотермических станциях в Японском и Охотском морях;

2) для расчета ненарушенного температурного режима в невыстоявшихся скважинах применялись разработанные методы «трех термограмм», номограмма восстановления градиента:

3) на основе экспериментальных данных по определению теплопроводно-стей и удельной плотности радиогенного тепла (за счет U, Тг, К40) созданы модели теплопроводности и удельной теплогенерации пород осадочного слоя и консолидированной части коры;

4) теплопроводность и удельная плотность радиогенного тепла пород региона свидетельствует о пониженных их средних значениях в основных породных комплексах в сравнении со средними значениями соответствующих комплексов типичной континентальной коры; вклад коровой радиогенной составляющей в поверхностный тепловой поток дальневосточных окраинных морей существенно ниже (в 3-5 раз) мантийной составляющей.

В части решения проблемы районирования теплового потока в регионе получен определенный законченный результат:

1) для основных структурных элементов региона определены средние значения ТП;

-1662) на основе данных о распределении ТП выявлены его взаимосвязи с мощностью кристаллической части земной коры структурных элементов, на основе построенных графиков зависимости сделан прогноз распределения ТП для участков Охотоморского региона, где отсутствуют или крайне мало геотермических данных, необходимых при прогнозировании термобарических условий в породно-осадочных бассейнах (ПОБ), перспективных на поиски углеводородов (УВ).

Для решения проблемы создания адекватных температурных моделей литосферы и термической эволюции земной коры региона: •.

1) построены температурные модели земной коры по отдельным профилям ГСЗ, пересекающим основные структурные элементы региона;

2) представлена модель'распространения аномальных тепловых источников в литосфере, вызывающих современные высокие ТП глубоководных впадин Охотоморского региона;

3) разработана модель термической эволюции земной коры дальневосточных морей на примере впадины Уллындо. »

Дальнейшие исследования в этой области направлены на совершенствование модели термической эволюции тектоносферы Тихоокеанской окраины Азии.

Для решения проблемы создания температурных моделей осадочных бассейнов Дальнего Востока с целью регионально-зонального прогнозирования материнских толщ и зон вероятного накопления УВ:

1) на основе эмпирических данных и корреляционных зависимостей теплопроводности от объемной плотности горных пород, распределения ТП в регионе построены схемы глубинного положения изотерм 70, 140, 220 °С, характерных для зонального распределения оптимальных условий нефтегазообразо-вания и сохранения углеводородов;

2) на основе комплексной интерпретации сейсмических и геотермических данных построена фазовая диаграмма газовых гидратов Охотского моря, доказывающая их гетерогенность в нижних этажах гидратосодержащей толщи, дана ресурсная оценка содержания метана в гидратосодержащем слое осадков Охотского моря.

Дальнейшие перспективы этих исследований определяются задачами прогнозирования современных и палеотемператур осадочного разреза ранне-кайнозойских и позднемеловых отложений как на шельфе Японского и Охотского морей, так и на территории Дальнего Востока, в частности, в осадочных прогибах Хабаровского края, юго-западной части о-ва Сахалин и т.п., а также выявления особенностей распространения газовых гидратов и термобарических параметров диагенетических границ в осадочных толщах дальневосточных морей.

Окончательные выводы сводятся к следующему:

1. Тепловой поток Японо-Охотоморского региона, складывающийся из взаимодействия потока из верхней мантии, тепла радиогенных источников в земной коре и внедрившихся интрузивных масс, в основном определяется мантийной составляющей и его средняя величина превышает в Японском и Охотском море подобную величину в сопредельных континентальных районах 2-4 раза.

2. Дифференциация ТП дальневосточных морей и их континентального обрамления обусловлена различиями в энергетике глубинных процессов и отражает степень тектономагматической активизации в распределении теплового потока. Тектономагматическая активизация тектоносферы региона в неоген-четвертичное время привела к деструкции континентальной коры под впадинами Японского и Охотского морей, обусловленной подходом к подошве коры частично расплавленного диапира. Локальные высокие аномалии ТП созданы дополнительными источниками тепла в коре.

3. Зоны оптимального формирования и накопления углеводородов в осадочных бассейнах Японо-Охотоморского региона в значительной мере определяются узким диапазоном значений геотемпературного градиента и теплового потока (геотемпературный градиент в низах осадочного чехла — 30-40 °С /км, температуры на кровле АФ в пределах 150-180 °С, приповерхностный тепловой поток —

50-60 мВт/м ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Веселов, Олег Васильевич, Хабаровск

1. Андреев А.А., Воробьёв В.М. Региональные аномалии магнитного поля Охотско-Курильского региона // Тихоокеанская геология. - 1989. - № 5. -С. 93-96.

2. Андреев А.А., Воробьёв В.М. О тектонике Охотоморского региона в свете геомагнитных данных // Тихоокеанская геология. 1991. - № 1. - С. 27-33.

3. Аномальные гравитационные поля дальневосточных окраинных морей и прилегающей части Тихого океана / А.Г.Гайнанов, Ю.А.Павлов, П.А.Строев и др.- Новосибирск: Наука, 1974. 108 с.

4. Антипов М.П. Тектоника неоген-четвертичного осадочного чехла дна Японского моря М.: Наука, 1987. - 86 с.

5. Бабошина В.А. Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных при изучении строения земной коры Охотского моря в связи с перспективами нефтегазоносности. Дис. канд. геол.-мин. наук. Оха: Саха-линНИПИнефтегаз, 1984. - 218 с.

6. Бабошина В.А., Терещенков А.А., Харахинов В.В. Гравитационное поле Охотоморского региона и его интерпретация в комплексе с батиметрическими и сейсмическими данными // Тихоокеанская геология. 1985. - № 6. -С. 49-59.

7. Балобаев В.Г., Левченко А.И. Геотермические особенности и мерзлая зона хр. Сунтар-Хаята (на примере Нежданинского месторождения) //Геотеплофизические исследования в Сибири. Новосибирск: Наука, 1978. - С.129-142.

8. Баранов В.И., Христианова Л.А. Радиоактивность океанических отложений//Химия земной коры; М.: Изд-во АН СССР, 1963. - Т.1.- С.105-107.

9. Бернем К.В. Гидротермальные флюиды магматической стадии // Геохимия гидротермальных рудных месторождений. М., 1970. - С. 40-73.

10. Берч Ф. Плотность и состав верхней мантии // Земная кора и верхняя мантии. М.: Мир, 1972. - С. 27-50.

11. Беус А.А. Геохимия литосферы (породообразующие элементы). М.: Недра, 1972. --296 с

12. Биккенина С.К., Жильцов Э.Г., Соловьёв В.Н. О строении земной коры Охотского моря. Препринт. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО АН СССР, 1991.-23 с.

13. Болохоццев Е.В.,Уфимцев Г.Ф. Карты новейшей тектоники (анализ принципов и методов составления) // Принципы тектонического районирования. Владивосток, 1975.-С. 146-167.

14. Большаков А.К., Большакова Р.А., Шаинян С.Х. О возрасте осадочных образований Северо-Охотского прогиба // Возраст геологических образований Охотоморского региона и прилегающих территорий. Владивосток, 1989.-С. 16-26.

15. Вайнблат А.Б., Скакун А.П. Северо-Восток СССР // Методические и экспериментальные основы геотермии. -М.: Наука, 1983. С. 157-160.

16. Варнавский В.Г. Геодинамика кайнозойских нефтегазоносных осадочных бассейнов активных континентальных окраин. — М.: Наука, 1994. -20S с.

17. Варнавский В.Г. Корреляция геологических событий (на примере1 палеогена и неогена Тихоокеанского региона). М.: Наука, 1985. — 145 с.

18. Васильев Б.И., Путинцев В.К., Рублёв А.Г. Абсолютный возраст интрузивных пород подводных возвышенностей Охотского моря // Докл. АН СССР. 1984.-Т. 278. - № 6. - С. 1426-1429.

19. Вассоевич Н.Б. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти (исторический обзор и современное состояние) // Известия АН СССР. Сер. геол.- 1967.-№ И.-С. 135-156.

20. Вассоевич Н.Б. Принципиальная схема вертикальной зональности и генерации углеводородных газов и нефти // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1974. -№5.-С. 123-135.

21. Вассоевич Н.Б. Происхождение нефти // Вестн. МГУ. Сер.4. Геология. -1975.-№5.-С. 3-23.

22. Верхненорийские отложения в фундаменте Охотоморской плиты / Ю.М. Бычков, О.С. Корнев, Ю.Л. Неверов, В.И. Нарыжный // Возраст геологических образований Охотоморского региона и прилегающей территории. -Владивосток, 1980. С. 6-8.

23. Веселов О.В. Структура теплового потока Охотоморского региона // Строение земной коры и перспективы нефтегазоносности в регионах Северо-Западной окраины Тихого океана. Южно-Сахалинск, 2000. - Т. 1. - С. 107-129.

24. Веселов О.В., Волкова Н.А. Радиоактивность горных пород Охотоморского региона // Геофизические поля переходной зоны Тихоокеанского типа. -Владивосток, 1981.-С. 51-70.28,29,30,31.

Информация о работе

Веселов, Олег Васильевич
кандидата геолого-минералогических наук
Хабаровск, 2005
ВАК 25.00.10

Диссертация

Геотермия тектоносферы Японо-Охотоморского региона - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы