ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2013, № 4, с. 300-318
УДК 551
ЭЛИЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И СОЛЯНАЯ ТЕКТОНИКА. СООБЩЕНИЕ 1. КАТАГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В СОЛЕНОСНЫХ ТОЛЩАХ
© 2013 г. В. Н. Холодов
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: rostislavn@yandex.ru Поступила в редакцию 24.10.2012 г.
В работе приводится общая характеристика элизионных катагенетических преобразований в осадочных толщах, рассматриваются процессы дефлюидизации в глинистых и эвапоритовых отложениях и анализируются явления соляной тектоники и гидрогеологии в пределах Прикаспийской впадины.
DOI: 10.7868/S0024497X13040022
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛИЗИОННЫХ
ПРОЦЕССАХ В ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩАХ
Развитие катагенетических трансформаций в толще осадочных пород следует рассматривать с позиций динамики их образования; достаточно подробно они были описаны в ряде предшествующих работ автора [Холодов, 1982, 1983, 1987, 1990а, б, 1991, 1995, 2002а, б, 2004, 2006, 2010а, б, 2011а, б, 2012; Холодов, Шмариович, 1992; Соколов, Холодов, 1994; Холодов, Недумов, 2001а, б; Холодов и др., 1985].
В субаквальных обстановках осадочных бассейнов каждый последующий пласт осадков перекрывает предыдущий, способствует его уплотнению и дегидратации. По мере накопления осадков нижние пласты погружаются в глубь стратисферы, вступая в область повышенных температур и геостатического давления, и, в свою очередь, трансформируются под действием этих факторов.
С течением геологического времени каждый пласт медленно перемещается сверху вниз, и только тектонические инверсии и поднятия иногда прерывают и даже изменяют в противоположную сторону это направленное движение.
Верхние части осадочного разреза, находящиеся в тесной диффузионной и гидродинамической связи с водами материнского водоема, с физико-химической точки зрения чаще всего представляют собой открытую систему, тогда как в нижних, наиболее уплотненных и часто изолированных участках проявляются все особенности закрытой физико-химической системы со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Как бы то ни было, но в ходе нисходящих движений пластов в целом существенно усиливается гидродинамическая изоляция отдельных участков осадочных толщ.
Характерной чертой стратисферы, или осадоч-но-вулканогенной оболочки Земли, является присутствие в ней осадочных пород двух типов — пластических и жестких.
К пластичным породам принадлежат глины, угли, эвапориты (соли), черные сланцы, торфы, мергели, некоторые известняки. При погружении в глубь недр Земли они уплотняются, дефлюиди-зируются, пористость и проницаемость сокращаются и породы превращаются в слабопроницаемые тела, которые нефтяники называют "покрышками" .
К жестким породам относятся пески, песчаники, гравелиты, конгломераты, некоторые известняки, опоки, трепела и др. кремнистые породы. Они значительно хуже уплотняются под давлением и обычно теряют проницаемость только в результате выпадения цементирующих минералов из растворов (кольматации). В нефтяной геологии эти образования обычно именуются " коллекторами".
По мере развития нисходящих движений в осадочных бассейнах пластичные породы дефлю-идизируются; они теряют поровую и кристаллизационную воду жидкие и газообразные углеводороды, а также растворимые в воде и углеводородах компоненты. Эти осадочные образования в условиях повышенных геостатических давлений и температур становятся "донорами" — поставщиками газоводных флюидов во внешнюю по отношению к ним среду.
Избыток выделившихся флюидов (газов, жидких углеводородов, воды) увеличивает пластичность некоторых пород прежде всего глин; другие осадочные породы, такие как галититы и калийные соли, характеризуются высокой пластичностью благодаря составу и кристаллическому строению самого исходного материала. Под воздей-
ствием растущего геостатического давления в осадочных толщах на глубине происходит перераспределение масс ранее отложенного осадочного вещества и формируются эпигенетические образования — дайки, соляные купола и диапиры, горизонты с включениями, глыбовые скопления, грязевые вулканы.
В отличие от них жесткие породы — коллекторы, так же как зоны тектонической трещиновато-сти и разломов, нарушающие сплошность осадочной оболочки, обычно выполняют роль реципиентов и становятся главными путями перемещения флюидов, каналами их разгрузки.
В некоторых случаях, когда сильно повышается поровое давление такие жесткие терригенные скопления способны образовывать "плывуны" и обретать свойства пластических тел.
Важнейшей движущей силой элизионных систем, как это показали работы многих гидрогеологов (А.А. Карцев, С.Г. Вагин, Е.А. Басков, В.М. Никаноров, А.В. Кудельский, Л.А. Назар-кин и др.), является сверхвысокое поровое давление (СВПД), которое обычно возникает при де-флюидизации пластических пород в условиях замкнутых физико-химических систем; фазовые превращения составных частей пластических пород, происходящие по схеме: твердое — жидкое — газообразное в уплотненных, " запечатанных" частях разрезов, способствуют весьма интенсивному повышению порового давления и в конечном счете обеспечивают миграцию газов и растворов из наиболее погруженных частей элизионных бассейнов к их периферии и к дневной поверхности.
Именно под действием СВПД в осадочных толщах осуществляется миграция вод, рассолов и нефтяных углеводородов, а в осадочных породных бассейнах формируется обратная гидрохимическая зональность, подчеркивающая движение флюидов от глубин к земной поверхности и от центра бассейна к его периферии. Разные структурно-гидрогеологические этажи осадочно-породных бассейнов оказываются связанными между собой с помощью зон повышенной трещи-новатости, разломов и пластов-коллекторов, и эта единая гидродинамическая система устойчиво функционирует на протяжении целых этапов геологического развития регионов.
В целом элизионные системы соответствуют областям интенсивных тектонических нисходящих движений и накопления мощных осадочных толщ. Пространственно с ними совпадают области крупнейших нефтегазоносных провинций мира, угленосных и солеродных бассейнов, а также областей развития соляной тектоники (диапи-ров) и грязевых вулканов.
В зависимости от преобладающего типа флюи-догенерирующих отложений среди элизионных систем можно различать бассейны, связанные с мощными глинистыми и глинисто-органогенными (сланцевыми) толщами, с соленосными и эва-
поритовыми, а также угленосными формациями; нетрудно предположить, что скоплениям каждого типа пластических пород будет соответствовать своя модификация элизионных процессов.
Наиболее полно изучены элизионные процессы, связанные с преобразованиями мощных и однородных глинистых толщ, сложенных смекти-том, гидрослюдой и каолинит-хлоритовой составляющей без существенной примеси терригенных прослоев; обычно в них в тех или иных количествах присутствует рассеянное органическое вещество (РОВ), а атакже включения карбонатов и другие аутигенные примеси.
Как было показано ранее на примере разрезов Западного Предкубанья и Восточного Предкавказья [Холодов, 1983, 1987, 1990а, б, 2006, 2010а, б, 2011а, б, 2012], по мере развития нисходящих движений глины уплотняются, дегидратируются, их минеральный состав меняется, а выделившиеся из них вода и углеводороды создают СВПД — главную движущую силу элизионных перемещений флюидов.
Из рассеянного органического вещества, первоначально представленного планктоногенными жирами, белками и углеводами, на стадии диагенеза образуются фульво- и гуминовые кислоты, а при катагенетическом погружении в область высоких температур и давлений — кероген с его жидкими и газообразными производными — углеводородами нефтяного ряда. В результате фазовых переходов РОВ образуются нефть и углеводородные газы и увеличиваются СВПД, созданные водой. Особенно интенсивные преобразования РОВ осуществляются, по-видимому, в Главную фазу нефтеобразования (ГФН) и Главную фазу газообразования (ГФГ).
Сверхвысокие пластовые давления (СВПД) в недрах таких осадочных породных бассейнов оставляли свои следы — гидроразрывы в виде кла-стических даек, "горизонтов с включениями", а в зонах повышенной трещиноватости и тектонических нарушений в виде грязевых вулканов.
Следует отметить, что элизионные преобразования, связанные с глинистыми толщами, могут служить своеобразными эталонами различных элизионных процессов.
Менее глубоко изучены элизионные процессы, связанные с соленосными отложениями; этим явлениям, по-видимому, играющим важную роль в диапировых деформациях и соляном тектогенезе, и будет посвящено настоящее сообщение.
КАТАГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДЕФЛЮИДИЗАЦИЯ
ГЛИНИСТЫХ ТОЛЩ И СОЛЕРОДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Проблеме дегидратации глин посвящено огромное количество работ; она рассматривалась в трудах З.Ф. Этая, Х. Хедберга, Н.М. Страхова,
И.М. Горьковой и др., Дж. М. Уэллера, Н.Б. Вас-соевича, Ю.И. Мухина, В.М. Тихомирова, К. Ма-гары, Х. Рике, Дж. Чилингаряна, П. Дикея, В.Н. Холодова, П.А. Назаркина и многих других исследователей.
Наиболее полно процесс дегидратации смек-тит-гидрослюдистых глин в условиях катагенети-ческих погружений осадочных толщ был изучен М.К. Пауэрсом [Pоwers, 1967, 1969]. Согласно представлениям этого автора, обезвоживание глинистых толщ осуществляется в две стадии (рис. 1а).
Первая стадия дегидратации сводится к сокращению пористого пространства глинистого осадка (с 80—85% на поверхности свежеотложенного глинистого осадка и до 15—18% на глубине 2.5— 3.0 км). По мере развития этого процесса из глин механически удаляется поровая и межслоевая вода, и породы существенно уплотняются, приобретая все свойства глинистой покрышки.
Вторая стадия обезвоживания связана с трансформацией смектитовой составляющей, формированием смешанослойных структур иллит-смектит и, наконец, с полной иллитизацией глин. В этом процессе выделяется значительное количество кристаллизационной воды, которая в условиях замкнутой физико-химической системы накапливается в межпакетных пространствах, концентрируется на уровне критических давлений и температур и создает сверхвысокие поро-вые давления, вначале нарастающие в глинистых толщах, а затем " вырывающ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.