Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Роль разрывных нарушений в гелогическом строении дна центральной и восточной частей Баренцева моря

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Роль разрывных нарушений в гелогическом строении дна центральной и восточной частей Баренцева моря"

РГ6 од

2 0 Ю.-7

на правок рукописи

Владимир Михайлович АНОХИН

РОЛЬ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ СТРОЕНИИ ДНА ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ВОСТОЧНОЙ ЧАСТЕЙ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

Специальности:

04.00.01 — общая и региональная геология 04.00.04 — геотектоника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого — минералогических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена на кафедре Исторической и динамической геологии Санкт-Петербургского Государственного горного института (технического университета) им. Г.В.Плеханова и в отделе Региональной геоэкологии и морской геологии Всероссийского научно — исследовательского геологического института им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ)

Научный руководитель :

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор геолого — минералоги — ческих наук, профессор Павел Стефанович Воронов доктор геолого — минералоги — ческих наук, старший научный сотрудник Евгений Евгеньевич Мусатов;

кандидидат геолого — минера — логических наук, доцент Леонид Николаевич Кулямин Государственное научно—произ -водственное предприятие «Севморгео»

Защита диссертации состоится ^¿у часов на заседании Диссертационного

199* г. в 1$*° совета К.063.15.07 при Санкт-Петербургском Государственном горном институте (техническом университете) им. Г.В. Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия В.О., д.2, ауд. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт — Петербургского Государственного горного инсти — тута (технического университета).

Автореферат разослан «1о«лн& 193$-г. Учёный секретарь I—УУ^

Диссертационного совета (I доцент В.В. Аркадьев

АВТОРЕФЕРАТ

В последние десятилетия Баренцевский шельф интенсивно исследуется геологами самых разных организаций, в том числе и специалистами ВСЕГЕИ. Это не только интереснейший геологический объект, но и новая нефтегазоносная провинция, способная в потенциале стать существенным дополнением к энергетической базе России.

Актуальность исследований определяется необходимостью выявления фундаментальных структурных особенностей региона, что может повлечь за собой выявление закономерностей расположения нефтегазоносных структур. Кроме того, интенсивное освоение Баренцевского шельфа связано со строительством буровых платформ, подводных трубопроводов и портов, что невозможно без знания структурной геологии региона, его разрывной тектоники и глубокого понимания процессов, происходящих в верхних горизонтах осадочного чехла.

Основная цель исследований состоит в выявлении особенностей дизъюнктивной сети региона путем дешифрирования сейсмоакустических разрезов, исследования характеристик разрывов и их последующей статистической обработки, в изучении той роли, которую играют разрывные нарушения в геологическом строении региона; целью работы яв — ляется также выявление тектонических процессов, повлиявших на формирование данной разрывной сети.

-4В соответствии с определившейся целью ставятся следующие основные задачи.

1. Изучение разрывов верхней части осадочного чехла Баренцевского шельфа на основе интерпретации сейсмоакустических данных и их увязки с существующими структурно—тектоническими концепциями региона.

2. Выделение основных характеристик разрывов, определяющих структурный план региона.

3. Формализация структурных данных и их статистическая обработка.

4. Интерпретация результатов статистической обработки и идентификация процессов, создавших основной структурный план региона.

Изучение геологического строения региона автор проводит с 1990 года под руководством доктора геолого — минералогических наук П.С. Воронова, кандидатов геолого — минералогических наук М.А. Спиридонова и A.B. Амантова.

Основной фактический материал для диссер — тационной работы получен в процессе опытно — методических работ по нескольким темам, выполнявшимся силами Шельфовой партии ВСЕГЕИ в сотрудничестве с МГУ.

Личный вклад автора заключается в изучении и интерпретации сейсмоакустических профилей по Баренцеву морю общей протяжённостью около 10 ООО км, в отборе и систематизации уже имеющихся данных других исследователей региона, в обобщении и увязке всей основной имеющейся информации по разрывным нарушениям региона.

-5В итоге диссертантом составлена серия схематических карт структурно—тектонического и геологического содержания. Далее автором была проведена формализация данных по разрывным нарушениям региона и их статистическая обработка. Результаты всех этих исследований послужили основой для выводов о геологическом строении региона и повлиявших на него процессах.

Научная новизна работы заключается в:

1) — выделении новых, ранее не обнаруженных разрывных нарушений, в том числе Центральной Баренцевой зоны разрывов предположительно 1-го порядка;

2)— выявлении разрывной сети региона, её закономерностей и особенностей, отраженных на со — ставленных автором (с использованием построений других исследователей) схемах;

3) — определении и систематизации основных характеристик разрывных нарушений с последующим сведением этой информации в каталог;

4) — фиксации связи нефтегазоносных структур региона с дизъюнктивными нарушениями;

5)— разработке методики формализации структурно—тектонических данных до уровня, необходимого при статистической компьютерной обработке;

6)— применении факторного анализа как инструмента выявления механизма формирования структурного плана региона.

Практическая ценность работы. Составленные в процессе работы структурные схемы, каталог дизъюнктивных нарушений могут быть использо —

ваны в дальнейших работах по региону. Связь распространения локальных потенциально нефтегазоносных структур с разрывами может служить косвенным поисковым признаком на нефть и газ.

Влияние вновь выявленных разрывных нарушений, в том числе активных в настоящее время, должно учитываться при производстве любых строительных работ на дне (прокладка подводных трубопроводов, строительство буровых платформ и т.п.) Дальнейшее применение методики формализации структурно — тектонических данных и их последующая статистическая обработка, включающая факторный анализ, обеспечивает обнаружение влияния общих геологических процессов на обширные регионы.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы доложены на заседании отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ВСЕГЕИ 28 декабря 1995 года, а также на заседании кафедры Исторической и динамической геологии СПГГИ 21 мая 1996 года.

Внедрение результатов комплексных опытно—методических работ на шельфе Баренцева моря осуществлялось путем представления отчетов по двум темам во Всесоюзный геологический фонд и в Северо-западный территориальный геологический фонд.

Публикации. Автор имеет пять публикаций по теме диссертации. Приняты к публикации ещё три статьи, в которых изложены основные положения диссертации.

Объем работы. Диссертация общим объёмом 208 страниц текста состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы. Она содержит 59 рисунков, 3 таблицы, 5 текстовых и графических приложений. Список использованной литературы включает 114 наименований.

В процессе исследований автор пользовался помощью и советами М.А. Спиридонова, A.B. Амантова, А.Е. Рыбалко, Н.К. Федоровой, Д.В. Сло — бодинского, А.Р. Григорьева, С.ф. Мануйлова, П.Е. Москаленко, Ю.П. Кропачева, A.B. Старовойтова, В.В. Шахвердова, В.И. Жамойды, H.H. Вылежневой и многих других коллег по работе, в чём приносит им свою глубокую благодарность.

В изучение геологического строения дочет — вертичного осадочного чехла Баренцева моря большой вклад внесли В.Д. Дибнер, Ю.Е. Погребиц — кий, И.С. Грамберг, Б.Х. Егиазаров, М.А. Верба, В.Э. Волк, Ю.Г. Самойлович, A.B. Скоробогатько, Ю.А. Касабов и другие исследователи. В настоящее время исследованиями строения Баренцевского шельфа занимаются М.А. Верба, В.Г. Лопатин, Е.Е. Мусатов, A.B. Амантов, А.Д. Павленкин, Б.К. Остис — тый, Е.Г. Бро (Россия), С.Е. Йохансен, Р.Х. Габри — ельсен, Л.Н. Йенсен, Ф. Риис (Норвегия) и многие другие учёные как в России, так и за рубежом. В настоящей работе автор учитывал результаты их исследований и опирался на них.

Баренцевский шельф является одним из крупнейших на планете. Он представляет собой седиментационный бассейн с гетерогенным фунда —

ментом, имеющим в разных частях шельфа разный возраст и строение: архейско — протерозойский кристаллический на западной окраине шельфа, складчатый байкальский на Печорской плите и в районе Центрального Баренцева поднятия, складчатый раннекиммерийский — у подножия Новозе — мельской гряды, глубокопогруженный деструкти — рованный и местами лишенный гранитного слоя — в Баренцево — Карском мегапрогибе. Фундамент перекрыт палеозойско — кайнозойским чехлом мощностью до 20 км (во впадинах), в котором выделяются нижняя терригенно — карбонатная (V—Б), средняя карбонатная (Б —С) и верхняя терригенная (Р —О) толщи.

Осадочный чехол Баренцевской шельфовой плиты разбит на блоки многочисленными разрывными нарушениями, многие из которых прослеживаются в фундаменте. Практически все структуры 1-го— 2 —го порядков в исследуемом регионе контролируются поднятыми или опущенными платформенными блоками, которые в свою очередь в большинстве своем наследуют блоки фундамента.

Разрывы осадочного чехла и структурный план Баренцевского шельфа в пределах исследуемого региона являются предметом настоящего ис — следования.

Исходя из итогов работы, на защиту выносятся следующие основные положения.

1. Автором установлено, что структурный план региона центральной и восточной части Баренцев-

ского шельфа имеет упорядоченный характер и определяется разрывными нарушениями двух основных структурных направлений, средними значениями азимутов которых являются 40° и 130°. Разрывы первого — второго порядков образуют в плане правильную ортогональную сеть с шагом примерно в 200 км, и этой сети подчиняются блоки, контролирующие практически все крупные структуры осадочного чехла региона.

Это положение обосновывается с помощью составленных автором схемы структурных элементов и Структурно—тектонической схемы региона. На этих схемах хорошо видны и упорядоченная по простираниям и по шагу повторяемости дизъюнктивная сеть региона, и подчиненные этой сети структуры, которые контролируются платформ — менными блоками, вычлененными из тела Барен — цевской шельфовой плиты в основном именно теми разрывными нарушениями, которые образуют вышеупомянутую правильную ортогональную сеть.

2. Установлено, что разрывная сеть восточной части Баренцева моря образована под воздействием четырех основных факторов:

1)- изотропного рассредоточенного слабого растяжения, усиливающегося со временем;

2)- затухания во времени напряжения, связанного с определенным направлением (анизотропного);

3)- анизотропного напряжения, обусловившего образование разрывов с азимутами простирания

от 0° до 90°, в том числе и одной из главных систем разрывных нарушений с азимутом 40°;

4)- анизотропного напряжения, обусловившего образование разрывов с азимутами простирания от 90° до 180°, в том числе другой главной системы разрывных нарушений с азимутом простирания 130°.

Это положение обосновывается результатами факторного анализа, которому были подвергнуты формализованные характеристики разрывных нарушений, выделенных в регионе исследований.

Каждому разрыву был присвоен порядковый номер, произведены замеры его азимута простирания, степени изгиба, длины, видимой амплитуды, по разным источникам и признакам определено время его первой и последней активностей, зафиксирован его тип и принадлежность к тому или иному reo — блоку из входящих в регион исследований. Массив данных, куда была сведена вся упомянутая информация, был подвергнут факторному анализу методом главных компонент по семи перечисленным признакам, с помощью пакета программ PGD PC, разработанного специалистами ВСЕГЕИ.

В результате анализа были получены четыре значащих фактора, повлиявших на формирование структурного плана региона.

Первый, и самый весомый из всех, имеющий момент 33%, связан обратными зависимостями с длиной, изгибом, амплитудой и типом разрыва, т.е. чем короче, менее изогнут, менее смещает слои, чем ближе к сбросу по типу данный разрыв, тем сильнее в нём влияние первого фактора. Фактор никак не

-11-

связан с направлением разрыва. Интерпретация этого фактора нетрудна. Поскольку им сформировано множество мелких беспорядочных низкоамплитудных сбросов (а сброс — структура растяже — ния), поскольку он связан прямой зависимостью со временем заложения разрыва, то это — изотропное рассредоточенное усиливающееся со временем слабое растяжение.

Второй фактор, с моментом 16% связан сильными обратными зависимостями со временами первой и последней активностей разрыва и обратной же зависимостью с его направлением. Автор интерпретирует его как угасание активности направленных (анизотропных) напряжений во времени.

Третий фактор с моментом 15% связан сильнейшей прямой зависимостью с азимутом простирания разрыва, прямыми же зависимостями с изгибом и амплитудой разрыва, обратными зависимостями со временем последней активности и типом разрыва. Интерпретируется как направленное (анизотропное) напряжение, обусловившее образование крупных высокоамплитудных разрывов с азимутами от 90° до 180° (в том числе и главной системы разрывов со средним азимутом 130°), затухающее со временем.

Четвертый фактор с моментом 13% связан как и третий, очень сильной, но обратной зависимостью с направлением разрывного нарушения, прямой — с его изгибом, обратной — с амплитудой и прямой — с временем первой активности разрыва. По многим признакам весьма схож с третьим фактором, но

-12-

находится с ним в противофазе. Интерпретируется как анизотропное напряжение, обусловившее образование разрывов с азимутами от 0° до 90° (в том числе и другой главной системы разрывных нарушений с азимутом 40°).

Автор считает возможным, что три последних фактора имеют в своей основе единый процесс, а именно — затухающее (или пульсирующее) направленное напряжение, в результате которого образовались главные системы разломов региона.

3. Доказано, что на формирование структурного плана региона существенное влияние оказали планетарные ротационные силы, а упорядоченная ортогональная сеть разрывов региона является частью общепланетарной регматической сейш. Обосновывается это положение с помощью сопоставления построенной по фактическим данным региона розы—диаграммы разрывных нарушений центральной и восточной части Баренцева моря с идеальной розой—диаграммой планетарной сети разрывов и основными направлениями разрывооб — разования ротационного генезиса. Столь явное совпадение усредненных значений азимутов разрывных нарушений на обоих розах —диаграммах не может быть случайным. Результаты факторного анализа данных по разрывам говорят о некоем едином пульсирующем процессе, сформировавшем упорядоченную разрывную сеть региона, окончательно доказывают ротационную природу сети разрывов. К этому можно добавить сходство сети дизъюнктивов в исследованном регионе с разрывными сетями иных областей, в том числе абсолютно

-13-

несхожего с ним района — зоны Кларион — Клип — пертон в Тихом океане, район с чисто океанической корой. Ничем, кроме воздействия общеглобальных сил, это сходство не может быть объяснено.

4. Установлено, что в исследуемом регионе большинство локальных куполовидных поднятий, с которыми связаны проявления нефти и газа, имеют пространственную связь с разрывными нарушениями. Связь эта может быть не только косвенной (локальные поднятия связаны с региональными блоковыми поднятиями, которые ограничены разрывами) но и прямой, т.е. в зонах крупных разрывов создаются благоприятные условия для накапливания углеводородов — ловушки в виде локальных блоков, приразрывных положительных складок, тектонические границы ловушек, подводящие каналы по зонам разрывов. Особенно благоприятными для образования нефтегазовых месторождений в регионе являются зоны пересечения крупных разрывных нарушений, и, в частности, узлы обнаруженной автором ортогональной дизъюнктивной сети.

Связь локальных нефтегазоносных структур с крупными разрывами доказывается совпадением расположения «цепочек» локальных поднятий с расположением зон разрывов.

Как видно из сопоставления планового положения разрывов и локальных поднятий, это совпадение весьма полное. При этом сопоставлении видно, что локальные структуры с наиболее обильными проявлениями нефти и газа, в том числе Штокманская,

-14-

Мурманская, Песчаноозёрская, Северо — Кильдинс — кая и другие явно тяготеют в плане к узлам ортогональной сети разрывов 1...2го порядков с азимутами 40 и 130 градусов, и шагом 200 км (см. положение 1).

Выводы:

1) — основную роль в структурном плане Ба — ренцевского шельфа, имеющего блоковое строение, играют разрывные нарушения, пликативные структуры имеют подчинённое значение;

2) — наиболее крупные дизъюнктивы региона образуют в плане правильную ортогональную сеть с основными напралениями 40 и 130 градусов и шагом 200 км;

3) — сеть разрывных нарушений региона создана с одной стороны всё усиливающимся изотропным рассредоточенным слабым растяжением, с другой — ослабевающим анизотропным растяже — нием, сосредоточенном на двух основных системах разрывов;

4) — все особенности ортогональной дизъюнктивной сети региона говорят о том, что помимо прочих процессов, существенную роль в её форми — ровании играли ротационные силы, т.е. дизъюнктивная сеть региона является фрагментом общепланетарной регматической сети разрывов;

5) — разрывные нарушения, контролируя положительные потенциально нефтегазоносные локальные структуры, могут служить поисковым признаком на месторождения нефти и газа.

В процессе исследования был опробован новый инструмент геологического исследования — фактор

-15-

ный анализ структурно — тектонических данных. Его применение принесло значимые новые результаты, послужив пониманию процессов, сформировавших структуру региона.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. Новый морской цифровой сейсмоакусти — ческий комплекс и возможности использования его при геологической съёмке шельфа — В сб. Методика морских поисковогеологосъёмочных работ. Материалы семинара. С —Пб., 1993. С. 24.

(ВНИИОкеангеология). (В соавторстве с Ю.П. Кропачевым).

2. Строение Южно — Кларионской впадины. — Доклады Академии наук, 1994, т.ЗЗб, Ио2. С. 216...220.

3. Особенности структурного плана центральной и восточной частей Баренцева моря. — Деп. в ВИНИТИ N0 2999-В96,

11.10.1996. 8 с.

4. Факторный анализ данных по разрывной тектонике центральной и восточной частей Барен — цеыва моря. — Деп. в ВИНИТИ N0 3000-В96, 11.10.1996. 17 с.

5. Дизъюнктивная сеть центральной и восточной частей Баренцева моря и ротационная теория. — Деп. в ВИНИТИ N0 3001-В96, 11.10.1996. 11 с.