9 місяців тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Тектоника литосферных плит внесла исключительно весомый вклад и в нефтяную геологию. Именно в этой важной области при­кладной геологии состоялось и первое широкомасштабное и очень успешное практическое внедрение новой теории в прак­тику поиска и разведки горючих полезных ископаемых. Но это произошло только в конце 70-х гг., а перед тем в США и Советском Союзе почти одновременно появи­лись новые идеи о существовании исключительно мощного механиз­ма генерации углеводородов в… зонах поддвига плит.

Предположение смелое, но его еще надо было проверить. И вот тогда советские геофизики из МГУ и Института океанологии выпол­нили следующие простые, но очень показательные расчеты. Было при­нято, что длина всех современ­ных зон поддвига плит достигает 40 тыс. км, средняя толщина слоя океанских осадков прибли­зительно равна 500 м, а средняя скорость поддвига плит — 7 см/год. Тогда оказывается, что в настоящее время под все ост­ровные дуги и активные окраины континентов ежегодно затягива­ется около 3 млрд. т осадков.

В океанских осадках обычно со­держится около 0,5% органиче­ских веществ, из которых в угле­водороды может перейти только 30%. Тогда, очевидно, ежегодно в зонах поддвига плит может ге­нерироваться около 5 млн. т уг­леводородов.

Сама по себе эта цифра не ка­жется большой, но за время разви­тия на Земле высокоорганизован­ной жизни, т. е. в фанерозое за последние 600—500 млн. лет та­ким путем могло образоваться около 2,5—3 млн. млрд. т нефти и газа, или… в тысячу раз боль­ше, чем масса общих запасов этих горючих ископаемых, выявленных на Земле к началу 70-х гг!

Как видим, результат получился просто ошеломляющим: предпо­лагаемый механизм действительно оказался исключительно мощным. Даже если его коэффициент по­лезного действия очень низок, то и тогда им можно было бы объ­яснить происхождение во всяком случае большинства из крупнейших нефтегазоносных провинций Зем­ли. В связи с этим представлялось очень заманчивым сопоставить распределение нефтегазоносных бассейнов мира с расположением современных и, главное, древних зон поддвига плит. Когда же такое сопоставление было проведено, то оказалось, что по крайней мере 80% всех мировых запасов нефти и газа действительно тяготеет к существовавшим в прошлые геоло­гические эпохи зонам поддвига плит. Сюда относятся и уникаль­ные бассейны Персидского залива, Венесуэлы, Среднего Запада США, Канады, Аляски, Индонезии и классические месторождения Ап­палачей, Предуральского прогиба, Кавказа, Карпат и многих других регионов мира.

Это было уже весомое свиде­тельство в пользу реальности но­вого механизма. Но одного такого совпадения мало. Требовалось еще доказать, что океанские осадки действительно затягиваются в зоны поддвига плит, так как в начале 70-х гг. это предположение во­все не казалось очевидным. О пу­тях решения этой задачи мы уже говорили выше: факт затягивания осадков в зоны поддвига плит пер­воначально был обоснован теоре­тически, а затем доказан и буре­нием. Кроме того, необходимо бы­ло еще выяснить механизмы и ре­жимы образования тех заполнен­ных осадками краевых или пред­горных прогибов, в которых обыч­но и концентрируются главные массы углеводородов, мигрирую­щих из-под соседствующих с ними зон поддвига плит.

Наибольшие скопления нефти и газа возникают в предгорных прогибах, образующихся в тех слу­чаях, когда островные дуги и ок­раины андийского типа надвига­ются на пассивные окраины кон­тинентов атлантического типа. В геологической истории Зем­ли такие события происходили довольно часто. Таким путем обра­зовались Аппалачи, Урал, Северо-Американские Кордильеры, боль­шая часть Альпийско-Гималайского подвижного пояса и многие другие горные цепи мира. В Ап­палачах и на Урале процесс столк­новения островных дуг с древни­ми континентальными окраинами полностью закончился еще 350 и 250 млн. лет назад; в Скалис­тых горах такое столкновение про­изошло около 100 млн. лет назад; в Персидском заливе — около 20 млн. лет назад, хотя процесс надвигания Загросской дуги на се­веро-восточный борт Аравийской платформы продолжается еще и в наше время, о чем свидетельст­вуют многочисленные землетря­сения этого района и деформа­ции самых молодых осадков. В Ти­морском море можно наблюдать начальную фазу столкновения ост­ровной дуги Малых Зондских ост­ровов с северной окраиной Авст­ралийского материка.

В осадках, накапливающихся на континентальных окраинах, всегда содержится органическое веще­ство. Иногда (как, например, в дельтах крупнейших рек) его кон­центрация достигает нескольких процентов, хотя обычно содер­жание органических веществ в таких осадках не превышает 1%. По мере опускания континенталь­ной окраины и постепенного ее засыпания осадками нижние слои осадочной толщи уплотняются и прогреваются идущим снизу теп­ловым потоком. В результате осадки литифицируются (преобразу­ются в осадочные породы), а со­держащиеся в них органические вещества подвергаются термолизу и постепенно превращаются в уг­леводороды. Этот процесс сейчас хорошо изучен и количественно рассчитан. Особенно большой вклад в изучение преобразования органического вещества в углево­дороды внесли советские ученые академик И. М. Губкин и член-корреспондент АН СССР Н. Б. Вассоевич, создавшие осадочно-миграционную теорию образования нефти и газа.

Используя эту теорию и основ­ные положения тектоники литосферных плит, другой советский ученый-геофизик С. А. Ушаков ко­личественно рассчитал условия нефтегазогенерации в осадочных толщах, накапливающихся на пас­сивных окраинах континентов, и по­казал, что «созревание» нефти и газа в них происходит уже через 20—30 млн. лет после образования самой континентальной окраины. В дальнейшем область генерации углеводородов существенно рас­ширяется.

На пассивных окраинах конти­нентов миграция нефти в толще осадков происходит только под влиянием уплотнения нижележа­щих осадков, их прогрева и дегид­ратации и развивается вяло. По­этому основная масса углеводоро­дов здесь еще находится в рас­сеянном состоянии, а крупные мес­торождения нефти и газа встре­чаются редко, тогда как гигантских и тем более уникальных скопле­ний горючих ископаемых и вовсе нет. Для более полной мобили­зации нефти и газа, рассеянных в этих толщах, необходимо прило­жить к ним мощнейшие тектони­ческие воздействия, способные «выжать» или «вымыть» из таких толщ большую часть содержащих­ся в них углеводородов. Такие воздействия обычно происходят на втором этапе развития краевых прогибов — при закрытии древ­них океанов и надвигании остров­ных дуг на бывшие окраины кон­тинентов. Природу процессов рас­крытия и закрытия океанов мы уже рассматривали, остановимся на тех геологических процессах, которые приводят к формированию в пред­горных прогибах месторожде­ний нефти и газа.

Как только островная дуга вплотную приближается к конти­нентальному склоку, происходят два примечательных события. Во-первых, с этого момента вре­мени под тяжестью надвигаемой островной дуги резко ускоряется прогибание самой континенталь­ной окраины, сопровождаемое увеличеним на ней скорости осадконакопления. Во-вторых, из осадков, ранее накопившихся в полосе континентального шельфа и попавших теперь под островную дугу, в это время начинают выжи­маться поровые воды и способ­ные к миграции углеводороды. Этот процесс активизируется и по­ступлением из более глубоких участков зоны поддвига плит термальных вод, освобождающих­ся при дегидратации попавших туда осадков и пород океанской коры. Все эти горячие флюиды перемещаются вдоль напластова­ний осадочных пород из-под островной дуги в области наимень­ших давлений, т. е. в сторону континентальных платформ. Одно­временно с этим осадки, распо­ложенные перед фронтом надви­гаемой дуги, сминаются в склад­ки, образуя систему ловушек для нефти и газа, в которых постепенно скапливаются эти горю­чие полезные ископаемые.

С возникновением молодого горного пояса заканчивается и формирование предгорных (крае­вых) прогибов с образованием в их осадочных толщах нефтегазо­носных бассейнов. При этом на­капливающиеся в таких прогибах нефть и газ поступают туда из двух источников. Во-первых, эти полезные ископаемые концентри­руются за счет мобилизации «мест­ной» рассеянной «микронефти», возникшей в самих материнских толщах, заполняющих прогибы, а во-вторых, благодаря миграции углеводородов из той части оса­дочных пород, которые к моменту формирования прогиба оказались затянутыми под тело островной дуги, надвинутой на континенталь­ную окраину.

Мощность второго источника уг­леводородов исключительно высо­ка. Так, если принять, что по бере­говой линии длиной около 1000 км шельф континентальной окраины со слоем осадков толщиной до 15—17 км перекрывается фрон­тальным карнизом островной ду­ги на ширину до 100—120 км, как это, например, произошло в Пер­сидском заливе при надвигании Загросской островной дуги на край Аравийской платформы, то оказывается, что в этом случае из зон поддвига плит в сторону краевого прогиба могло бы мигри­ровать несколько сотен миллиар­дов тонн углеводородов. Именно с этим явлением, по-видимому, и связано то обстоятельство, что во многих крупнейших и уникаль­ных нефтегазовых бассейнах ми­ра (например, в том же Персид­ском заливе, Венесуэле, Атабас­ке (Западная Канада) и в некото­рых других регионах) плотность запасов нефти и газа намного пре­вышает нефтематеринские потен­циалы тех толщ, в которых сфор­мировались месторождения этих горючих полезных ископаемых. Реальные масштабы миграции уг­леводородов, однако, оказывают­ся несколько более скромны­ми, чем это следует из простых расчетов. Связано это с тем, что часть нефти и газа сохраняется в поднадвиговых зонах, часто об­разуя там тоже крупные их скоп­ления. Примером тому могут служить обнаруженные недавно богатейшие месторождения неф­ти и газа под надвигами Скали­стых гор и Аппалачей, под офиолитовым покровом на Кубе, в Швейцарских Альпах, в Новой Зе­ландии и в некоторых других рай­онах мира.

Очень показательна в этом от­ношении история открытия новых нефтяных и газовых месторожде­ний на Кубе и в США. Кубинские и советские геологи, искавшие нефть на острове Свободы, были знакомы с идеями тектоники ли­тосферных плит. Поэтому они еще в середине 70-х гг. смело пробу­рили сложенный серпентинита­ми офиолитовый покров и вскры­ли под ним крупное месторожде­ние нефти, сформировавшееся в меловых осадках поднадвиговой зоны Кубы.

Другим примером успешного использования тектоники литосферных плит может служить ис­тория выявления и ввода в эксплу­атацию новых нефтегазоносных бассейнов в поднадвиговых зо­нах Скалистых гор и Аппалачей США. До 70-х гг. эти районы тради­ционно относились геологами к малоперспективным или даже вов­се неперспективным территориям. После появления новой теории геологи США -пересмотрели свое прежнее отношение к поднадви­говым зонам горных поясов, от­мечающим собой фронтальные участки бывших зон поддвига плит. Это позволило американским неф­тяникам быстро развернуть поис­ковые работы в поднадвиговых зо­нах Кордильер, пояса Уачито и Аппалачей. В результате уже в 1975 г. в Скалистых горах США под структурами надвигов было открыто первое из месторожде­ний этого типа Пайнвью с запаса­ми до 18,3 млн. т извлекаемой нефти. По оценкам американ­ских геологов, начальные извле­каемые запасы нефти и газа во вновь выявленных месторожде­ниях одного пояса надвигов Кор­дильер составляют на начало 1981 г. 2,1 млрд. т нефти и 2,8 трил­лионов м3 газа, что лишь в 2 раза меньше, чем текущие (оставши­еся) доказанные запасы нефти и газа в целом по стране. В послед­ние годы были открыты новые неф­тяные и газовые месторождения также в Уачитском и Аппалачском поясах надвигов.

Помимо крупнейших нефтегазо­носных провинций мира, тяготе­ющих к древним и молодым зо­нам поддвига плит, значительные концентрации нефти и газа обыч­но возникают в погребенных под мощными толщами осадков кон­тинентальных рифтовых структу­рах или авлакогенах. В рельефе коренных пород (под осадками) рифтовые структуры, как прави­ло, представляют собой вытяну­тые на многие сотни километров линейные впадины-грабены часто с крутыми ступенеобразными бор­тами сбросового происхожде­ния. Ширина этих впадин обыч­но не превосходит нескольких де­сятков километров. Типичными примерами молодых, еще не за­полненных осадками рифтовых впадин являются озеро Байкал в Сибири и система рифтовых раз­ломов Восточной Африки, а при­мерами уже заполненных осадка­ми рифтовых зон-авлакоганов, с которыми к тому же связаны ши­рокие проявления нефтегазоносности, могут служить грабены Се­верного моря, Днепрово-Донецкая впадина, грабен Бенуэ в Афри­ке и многие другие аналогичные им структуры. Возникают авлако-гены при расколах континентов, но только в тех случаях, когда раздвижение континентальных

блоков было сравнительно неболь­шим и не сопровождалось образо­ванием океанов. Такие структу­ры поэтому можно сравнивать с бороздами и шрамами в земной коре, оставшимися после «неудач­ных попыток» образования оке­анов.

Приуроченность многих нефте­газоносных бассейнов к древним континентальным рифтогенным структурам и авлакогенам объ­ясняется сравнительно быстрым прогибанием их центральных участков — рифтовых долин. Та­кое прогибание обычно сопро­вождается накоплением в них мощных толщ континентальных или морских осадков. Природа погружений континентальных риф­товых зон та же, что и опусканий океанского дна, — благодаря об­разованию под рифтовыми доли­нами свежих участков литосферы за счет охлаждения и полной кри­сталлизации горячего мантийного (астеносферного) вещества, под­нявшегося перед этим в зазор между раздвинувшимися конти­нентальными плитами. В связи с этим остается прежним и закон прогибания: глубина рифтовых впадин со временем увеличива­ется пропорционально квадратно­му корню из возраста ее образо­вания.

Процесс генерации углеводо­родов при этом развивается в самих осадочных толщах, накопив­шихся в рифтовых зонах, за счет термолиза содержащихся в них органических веществ. Миграция углеводородов в таких структурах, как и на пассивных окраинах кон­тинентов, происходит прежде все­го благодаря отжиму поровых и связанных вод при уплотнении и разогреве осадков в центральных и наиболее погруженных частях авлакогенов. Освобождающиеся таким образом воды вместе с уг­леводородами обычно переме­щаются вдоль напластований оса­дочных пород от осей погребен­ных рифтовых зон к их флан­гам. Таким механизмом мигра­ции хорошо объясняется частая приуроченность нефтяных и газо­вых месторождений к флангам и периферийным участкам древних рифтовых зон.

Наконец, в тех случаях, когда континентальная рифтовая зона после ее заполнения осадками оказывается сжатой, все процессы отжима поровых и связанных вод и миграции углеводородов возрас­тают с особой силой. Однако и в этом случае таких уникальных бассейнов, как в Персидском за­ливе, Венесуэле или Атабаске, здесь не возникает, поскольку вся нефть авлакогенов автохтонна, т. е. образуется в самой толще, заполняющей рифтовую впадину, без дополнительного притока со стороны. Поэтому во всех бассей­нах рифтового происхождения, как и на пассивных окраинах кон­тинентов, плотность запасов неф­ти и газа никогда не превышает (и даже обычно значительно ни­же) нефтематеринского потен­циала заполняющих эти бассейны осадков.

Очень важное значение для нефтяной геологии имели транс­грессии и регрессии моря. Осо­бенно большое значение имела последняя позднемеловая транс­грессия, когда в обширных мел­ководных морях, заливших тогда примерно 30% современной су­ши, в условиях повсеместно теп­лого климата пышно развивалась жизнь, в изобилии питаемая орга­ническими веществами, непо­средственно поступавшими из от­крытого океана. Остатки этой жизни в форме нефти и газа те­перь мы находим во многих меловых отложениях, распростра­ненных в наиболее богатых нефте­газоносных провинциях мира. Так с чем же было связано такое крупное наступление моря на сушу и какой процесс вытеснил воду из океанских впадин на кон­тиненты?

Современная геологическая те­ория вполне определенно отвечает и на этот вопрос. Имеются две главные причины, вызывающие эвстатические (охватывающие весь Мировой океан) колебания уровня океана. Одной из них является процесс периодического измене­ния объемов океанских впадин. Природа этого явления, впер­вые объясненная тектоникой литосферных плит, связана с зави­симостью объемов срединно-океанических хребтов от скорости раздвижения океанского дна. В периоды повышения тектониче­ской активности Земли ускоря­ются движения литосферных плит, срединно-океанские хребты стано­вятся более широкими (пологи­ми), а океанские впадины — более мелкими. В результате в такие периоды океаны выходят из сво­их берегов и затапливают все по­ниженные участки континентов. Связанные с этим явлением эв­статические колебания уровня океана могут достигать 300— 400 м. Судя по геолого-геофизи­ческим данным, такая ситуация как раз и наблюдалась в позднем мелу, т. е. в период максималь­ного развития последней крупней­шей трансгрессии моря.

Вторая причина связана с кон­сервацией воды в континенталь­ных ледниковых покровах, подоб­ных тем, которые существуют сей­час в Антарктиде и Гренландии. Если растопить все льды в Ан­тарктиде, то уровень воды в океа­не поднялся бы на 50—60 м. С другой стороны, по расположе­нию подводных террас известно, что в периоды максимального раз­вития четвертичного оледенения уровень океана понижался при­мерно на 100 м. Следовательно, амплитуда колебаний поверхности воды в океане и по этой причи­не может достигать больших зна­чений — 150—160 м. Суммарный же эффект обоих процессов пре­вышает 450—550 м.

Меловой период, как уже отме­чалось, отличался исключительно теплым климатом, и на Земле в то время вообще не существова­ло покровных ледников. Поэтому в меловое время повышение уров­ня происходило по обеим из пе­речисленных причин и достигало 350—400 м по сравнению с его современным положением.

Крупные трансгрессии и регрес­сии моря, как правило, развива­ются чрезвычайно медленно — за периоды порядка 100—200 млн. лет. Однако на их фоне часто наблюдаются достаточно кратковременные понижения уровня океана продолжительностью от нескольких десятков тысяч до не­скольких миллионов лет. Амплиту­да таких колебаний, как правило, не превышает 100 м и чаще всего равна 50—60 м, однако их послед­ствия для нефтяной геологии очень важны. Действительно, для фор­мирования нефтяных и газовых месторождений весьма существен­но, чтобы в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов про­исходило чередование коллектор­ных, т. е. водопроницаемых и во­доупорных, слоев, например пес­чанистых и глинистых отложений. Обычно глинистые отложения одновременно являются и нефтематеринскими слоями, а в песча­нистых отложениях происходит концентрация и накопление нефти и газа.

Такая смена фаций (составов) осадков обычно происходит по многим причинам, важнейшими из которых являются резкие измене­ния базиса эрозии суши, окружаю­щей осадочный бассейн, и пере­межающиеся закрывания и от­крывания связей океана с морски­ми впадинами, в которых накап­ливаются осадочные толщи. В по­движных поясах земли такие ко­лебания базиса эрозии определя­ются суперпозицией (сложением) тектонических движений и эвста­тических изменений океанского уровня, тогда как на платфор­мах — в основном только эвстати­ческими колебаниями уровня океа­на. Но описываемые кратковре­менные регрессии океана как раз к таким эффектам и приводят. На­сколько велико их влияние на гео­логическое развитие больших ре­гионов, видно на следующем из­вестном примере. Около 5 млн. лет назад в связи с развитием Антарктического оледенения уровень океана резко понизился более чем на 100 м. В результате Средизем­ное и Красное моря оказались почти полностью отрезанными от океана, стали высыхать, а на их дне началось накопление соле­носных отложений (в Красном мо­ре толщина слоя соли достигает 3—4 км). Уровень Средиземного моря при этом понизился более чем на 1,5 км, а впадающие в не­го реки прорыли себе крутые каньоны глубиной до 1,5—2 км. В это время произошло практи­чески полное опреснение Черного моря, и оно фактически преврати­лось в гигантское пресновод­ное озеро, соединявшееся обыч­ной рекой, протекавшей по глубо­ким каньонам Босфора и Дарда­нелл, с той соленосной впадиной, которая только и оставалась тогда от многоводного ныне Средизем­ного моря.

Наиболее короткие глобаль­ные регрессии моря амплитудой до 50—100 м и продолжитель­ностью порядка десятков тысяч лет могут происходить за счет возникновения или увеличения объемов покровных оледенений континентов. Более продолжитель­ные регрессии от одного до не­скольких миллионов лет возникают в тех случаях, когда происходят «заторы» литосферных плит и временно их движение замедля­ется. По мнению С. А. Ушакова, такие события происходят при столкновениях континентов или островных дуг друг с другом.

В короткой брошюре, естест­венно, не опишешь всех приложе­ний тектоники литосферных плит к проблемам нефтяной геологии, но и приведенного описания, как нам представляется, вполне дос­таточно для иллюстрации колоссальных перспектив использования этой современной геологической теории для изучения происхож­дения, строения и развития разных типов нефтегазоносных бассейнов. Однако самая важная перспектива использования новой теории — это ее исключительно высокая прогностическая способность.