= ХРОНИКА
УДК 550.361.4
ТЕПЛОВОЙ ПОТОК В СОЛЯНОКУПОЛЬНЫХ БАССЕЙНАХ ЕВРАЗИИ - СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
© 2010 г. М. Д. Хуторской*, Е. А. Тевелева*, Л. А. Цыбуля*, Г. И. Урбан**
* Геологический институт РАН, Москва, 119017, Пыжевский пер., д. 7 ** БелНИГРИ, 220108, Минск, ул. Казинца, д. 62 Поступила в редакцию 17.08.2009 г.
Анализируется распределение геотермического поля в Прикаспийской, Припятской и Северо-Германской впадинах. Эти структуры характеризуются широким распространением эвапоритовых толщ позднепалеозойского возраста, которые испытали галокинез из-за тектонической и гравитационной неустойчивости, что привело к формированию соляных куполов и штоков. На границе куполов и вмещающих пород происходит рефракция теплового потока, обусловленная контрастом теплопроводности между эвапоритами и терригенными породами межкупольных зон. Это главная причина изменчивости теплового потока по латерали и по глубине в солянокупольных бассейнах. Отмечена тесная пространственная корреляция зон повышенных температур в недрах осадочных пород с проявлениями нефтегазоносности, что подтверждается результатами 2Б- и ЗБ-моделиро-вания геотермического поля. Отмечавшаяся ранее связь локализации месторождений нефти и газа с глубинными разломами в пределах изученных впадин, создает предпосылки для рассмотрения геотермического поля как генетического фактора, формирующего тектонические и ресурсные особенности солянокупольных бассейнов.
ВВЕДЕНИЕ
Соленосные толщи имеют глобальное распространение и составляют значительный объем осадочных отложений многих седиментационных бассейнов мира. Это уникальные по генезису и условиям залегания толщи, интенсивное формирование которых происходило на протяжении всего фанерозоя: от кембрия до современного времени. Около половины нефтегазоносных провинций и областей приурочены к солеродным бассейнам. В их пределах широко распространены также термальные и промышленные воды и рассолы, сосредоточены колоссальные объемы галита и сильвинита, отмечаются месторождения серы, гипса и других полезных ископаемых. Совершенно понятно, почему, несмотря на длительную историю и достигнутые успехи в изучении солеродных бассейнов, интерес к их теоретическому изучению и практическому освоению все возрастает. Важное место в этих исследованиях принадлежит геотермии.
В данной работе мы рассмотрели особенности теплового поля и его связь с историей развития и нефтегазоносностью трех солеродных бассейнов Северной Евразии: Прикаспийского, Припят-ского и Северо-Германского. Они наиболее полно изучены методами бурения и геофизическими методами, в том числе, геотермическими.
В осадочном чехле этих бассейнов вскрыты эвапориты девонского (Припятская впадина) и
пермского (Прикаспийская, Северо-Германская впадины) возраста, имеющих форму куполов и штоков вследствие тектонической и гравитационной неустойчивости. Они представлены в основном каменной солью с редкими включениями сульфатов и прослоями разной мощности сульфатно--терригенных пород — аргиллитов, песчаников и ангидритов. Углы падения на бортах этих куполов изменяются от нескольких градусов до 75°, что связано с пластическим перемещением соли из межкупольных зон в ядра соляных массивов.
Купола, как правило, прорывают вышележащие отложения. В одних случаях из-за прекращения роста куполов вышележащие мезозойские породы остаются в горизонтальном залегании, в других — рост продолжается и образуется флексурообразный наклон надсолевых слоев, форма которого зависит от времени и скорости подъема соли. В плане купола имеют округлую, эллиптическую, удлиненную или звездообразную форму. Округлая форма характерна для центральных частей впадин, а удлиненная — для ее бортовых зон [16].
Теплопроводность каменной соли очень высока. Она составляет 5.0—5.5 Вт/(м • К), значительно превышая теплопроводность вмещающих терригенных пород, которая составляет 1.6—2.0 Вт/(м • К). Такой резкий контраст теплопроводности при крутых углах наклона границ раздела сред обусловливает сильное перераспределение глубинного теплового потока. Как и другие потенциальные поля, он распространяется по пути наименьшего сопро-
З
тивления, т.е. концентрируется в теле соляных куполов и, соответственно, разряжается в межкупольных зонах.
Таким образом, рефракция теплового потока — это главная причина неоднородности теплового поля в солянокупольных впадинах. Анализируя эмпирические данные, можно видеть, что положительные аномалии теплового потока над соляными куполами создаются, в основном, за счет структурно-теплофизических неоднородностей и присутствия "тепловодов" — толщ каменной соли. Количественные оценки других возможных причин появления аномалий (генерацию тепла за счет радиоактивного распада и экзотермических реакций, выделение тепла при трении и за счет тепломассопереноса при галокинезе) показали, что их влияние, пересчитанное в значения теплового потока, не превышает погрешности наблюдений.
Проведем более подробный анализ геотермического поля каждого из бассейнов.
ПРИКАСПИЙСКИЙ БАССЕЙН
Бассейн традиционно выделяется в границах солянокупольной области. Его северо-западным ограничением служит предкунгурский тектоно-седиментационный уступ с амплитудой до 1500 м, который протягивается в субмеридиональном направлении от г. Котельниково на юге до Саратова на севере, а далее резко поворачивает на восток, проходя по широте Уральска до Оренбурга. С востока впадина ограничена складчатыми структурами Урала, с юго-востока — Южно-Эмбинским палеозойским приразломным поднятием и с юго-запада — Донбасс-Туаркырской системой инверсионных поднятий [25]. В очерченных границах Прикаспийская впадина оформилась как замкнутый бассейн только к концу ранней перми, когда были образованы орогенный пояс Урала на ее восточных границах и инверсионное поднятие на месте Донбасс-Туаркырской рифтовой системы. До этого момента различные ее части входили в состав разных седиментационных бассейнов. Западная половина впадины была составной частью осадочного бассейна, непрерывно развивавшегося с позднего рифея, а юго-восточная часть являлась вплоть до начала девона частью крупной орогенической области. В девоне и раннем карбоне всю территорию впадины занимала обширная область седиментации, которая в палеогеографическом отношении представляла собой шельфо-вую окраину глубоководного бассейна окраинно-морского типа. Последний располагался перед фронтом зоны субдукции, разделявшей Восточно-Европейский континент и Уральский океан.
Геотермические исследования в скважинах Прикаспийской впадины начали проводиться еще в довоенные годы при разведке Южно-Эм-бинской нефтеносной провинции. Здесь на месторождениях Доссор, Таскудук, Макат, Сагиз и некоторых других были пробурены скважины, в которых в 1938—1940 гг. были получены оценки температур на глубинах до 2 км. Первые же обобщения термометрических данных позволили сделать вывод о неоднородности геотермических градиентов и о приуроченности повышенных их значений к антиклинальным, а пониженных — к синклинальным структурам [18]. Несколько позже С.С. Ковнер, на примере Южно-Эмбинских структур [17] дал теоретическое обоснование применению терморазведки для поисков погребенных куполов.
Несмотря на массовую термометрию скважин Прикаспийской впадины, обобщений таких данных относительно мало. Можно указать на работы И.Б. Дальяна, Ж.С. Сыдыкова и др. по восточной части впадины [11—13], В.С. Жеваго — по центральной и восточной частям впадины [15], А.В. Дружинина — по западной части [14].
Основной объем фактических данных по геотермии региона был собран в период составления Геотермической карты СССР масштаба 1 : 5000000 [10] и находился в архивах Лаборатории геотермии Геологического института АН СССР в виде копий термограмм. Этот материал, а также данные, опубликованные позднее, явились основой для наших исследований.
В результате первичной обработки данных производственного термического каротажа была сделана отбраковка некондиционных наблюдений в невыстоявшихся скважинах, географическая привязка и оцифровка остальных данных, проведен анализ литологических обстановок, вскрытых скважинами. Все это завершилось созданием базы данных по геотемпературным измерениям с графическим приложением, которая включала информацию о температурах в 115 скважинах региона, в том числе в 16 глубоких (4 и более км) (рис. 1).
Структурно-теплофизические неоднородности создают в пределах Прикаспийской впадины латеральные и вертикальные вариации геотермического градиента и плотности теплового потока, поэтому оценка их фоновых значений путем простого осреднения данных затруднительна и должна идти по пути детального рассмотрения особенностей температурного поля буквально в каждой скважине. Следует также учесть мозаичный характер тектонических неоднородностей во впадине, особенно, в ее наиболее обширной центральной части, выделяемой как Центрально-
Температура, °С
20 40 60 80 100 120 140
-1500
-2500
а н и
б у
л Г
З500
-4500
-5500
Рис. 1. Термограммы некоторых глубоких скважин в Прикаспийском бассейне
Скважины: 1 — Блаксай-89п; 2 — Каратюбе-34; 3 — Каратюбе-35; 4 — Кумсай-2; 5 — Биикжал-СГ2; 6 — Курсай-4; 7 — Аралсорская-СГ1; 8 — Ташлинская-25п
Прикаспийская депрессия. Здесь купола имеют округлую форму, поэтому применение к ним методов двухмерной аппроксимации теплового поля вносит априорную погрешность. В первом приближении двухмерная аппроксимация распределения параметров теплового поля возможна лишь в прибортовых частях впадины, где преобладающие соляные структуры — это соляные валы и гряды [12]. В связи с этим, мы применили методы трехмерного моделирования и отображения
геотермического поля для всей территории Прикаспийской впадины.
Основой для построения трехмерной картины распределения температур и других геотермических параметров явились данные о термометрии скважин, а также измерения теплопроводности основных литологических групп: терригенных пород, сульфатов, галита, вскрытых при бурении.
Для построения изотерм в трехмерной геометрии были использованы скважины с наиболее на-
св Я
и
Ю £
-2000
-4000
52
58
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.