К оглавлению

О связи между геотермическим режимом осадочной толщи и строением кристаллического фундамента

А. В. Дружинин

В 1949 г. М. Ф. Беляков [1] на основании обобщения и анализа геотермических замеров в нескольких скважинах Куйбышевского Поволжья построил геотермический профиль почти широтного направления по линии Сызрань-Зольный овраг-Бугуруслан (рис. 1, а). Западное окончание профиля расположено в районе Самарской Луки, характеризующемся приподнятым залеганием фундамента, восточное - в зоне депрессии. В районе Сызрани глубина залегания кристаллического фундамента около 1500-1600 м, а в районе Бугуруслана 3000 м.

Геоизотерма 25° С в общих чертах повторяет рельеф фундамента, погружаясь с запада на восток на глубины от 750 до 1500 м. Аналогичная, хотя и менее четкая, зависимость отмечается М.Ф. Беляковым и по линии Бугуруслан - Туймазы.

На основании приведенных фактов М.Ф. Беляков высказал предположение о том, что рельеф и глубина залегания кристаллического фундамента в общих чертах могут быть предугаданы по данным геотермических исследований в скважинах, не вскрывших фундамент. Несколько позже В.А. Лобов [4] впервые построил для Куйбышевского Поволжья схему изменения температур для абсолютной глубины 1000 м.

Однако новый фактический материал, полученный в последнее время, часто не подтверждает высказанного предположения. Оказалось, что, помимо глубины залегания и рельефа кристаллического фундамента, на тепловое поле осадочного чехла существенно влияет ряд других факторов, главными из которых являются термические свойства горных пород, гидрогеология и тектоника района [2].

Преобладающее влияние того или иного фактора приводит к тому, что положение геоизотерм в разрезе не всегда отображает положение фундамента, как это видно, например, на составленных нами геотермических профилях широтного направления. Охотничья - Байтуган и Покровка - Пилюгино (рис. 1,б и в).

На обоих профилях наблюдается несоответствие между положением геоизотермы 25° С и рельефом фундамента. Так, на восточном конце профиля Охотничья - Байтуган области максимального погружения фундамента отвечает приподнятое положение геоизотермической поверхности, а на западном конце профиля Покровка - Пилюгино фундамент резко погружается (около 700 м) между Покровкой и Никольском, в то время как заметное погружение геоизотермической поверхности наблюдается восточнее, между Никольском и Муханово.

В свете нового фактического материала можно предположить, что приподнятое положение геоизотермы 25° С в районе Самарской Луки вызвано в основном дизъюнктивной нарушенностью кристаллического фундамента. Ниже приводится обоснование такого предположения.

По Куйбышевской области и прилегающим районам с 1950 по 1959 гг. накоплен фактический материал, позволяющий дать общую геотермическую характеристику этой территории.

На основании данных замеров геотермического градиента электротермометрами нами составлена схема глубин залегания геоизотермической поверхности 25° С (рис. 2). При составлении схемы были использованы также точечные замеры пластовых температур регистрирующими ртутными термометрами.

Фактический материал, положенный в основу схемы, приводится ниже.

В большинстве случаев перед замером геотермического градиента скважины значительное время находились в состоянии покоя, что является основным условием, гарантирующим достоверность полученного материала. На большей части использованных термограмм очень четко отображены основные особенности литологического строения разреза, вскрытого скважинами. Это указывает на то, что к моменту измерения глинистый раствор воспринял температуру окружающих пород.

При составлении схемы глубины залегания геоизотермы 25° С отсчитывались от дневной поверхности. Поправки за влияние рельефа на положение геоизотерм не вводились, так как при максимальных абсолютных высотах дневной поверхности 250-300 м оно не существенно.

Глубину залегания геоизотермы 25° С записывали непосредственно с термограмм, полученных электротермометрами, а при точечных замерах находили интерполяцией или экстраполяцией.

 Сечение изолиний взяли через 100 м, учитывая сравнительно редкую сеть исследованных скважин и возможность случайных ошибок при измерении температур.

Для сопоставления на рис. 2 нанесены изогипсы поверхности кристаллического фундамента по Э.Э. Фотиади (1958).

Глубина залегания геоизотермической поверхности для Куйбышевской области изменяется от 500 до 1490 м, в среднем она равна 900-1100 м. Наиболее приподнята геоизотермическая поверхность в центральной части территории.

Относительно аномалийные положительные и отрицательные геотермические зоны, выделяемые на схеме, представляют значительный интерес.

На западе рассматриваемой территории отчетливо выделяется положительная термоаномалия, протягивающаяся от Кузнецка к Красному Яру. Следует отметить, что наиболее высокое положение геоизотермической поверхности в пределах этой аномалии точно совпадает с положением Жигулевского вала. Глубина залегания рассматриваемой геоизотермы меняется от 500 м (Комаровка) до 800 м (Жигулевск).

К югу и к северу от Жигулевского вала геоизотермическая поверхность погружается соответственно до 1100-1400 м.

Кроме того, выделяются три четко выраженные отрицательные термоаномалии, расположенные в северной части рассматриваемой территории. Первая, северо-западная, отмечается в Прудовской скв. 1 и приурочена к наиболее приподнятой части Токмовского свода; вторая (Мелекесская) и третья (Бугурусланская) расположены несколько восточнее, в пределах так называемой Мелекесско-Радаевской впадины. Глубина залегания геоизотермической поверхности названных термоаномалий составляет 1300-1400 м.

Выявленные по геоизотерме 25° С особенности теплового поля осадочного покрова в общих чертах сохраняются и для более глубоких геоизотермических поверхностей (геоизотермы 30 и 40° С).

Сопоставляя структуру геоизотермической поверхности с рельефом кристаллического фундамента, можно сделать общий вывод об отсутствии определяющего влияния рельефа фундамента на геотермический режим осадочного покрова.

Трудно также допустить, что в пределах рассматриваемой территории на тепловое поле может значительно влиять и гидрогеологический фактор. Куйбышевское Поволжье и прилегающие районы имеют застойный гидрогеологический режим, при котором скорость движения подземных вод определяется единицами сантиметров в год [3]. Исключение, возможно, составляет Токмовский свод, являющийся областью питания. Здесь основное влияние на тепловой режим оказывает, по-видимому, гидрогеологический фактор, который и обусловливает четкий геотермический минимум в районе Прудов.

Литологический состав осадочного покрова также не позволяет объяснить наблюдаемую дифференциацию теплового поля. Так в скв. 152 (Сызрань), скв. 1 (Мелекесс) и скв. 24 (Байтуган) мощность осадочного покрова порядка 2200 м. Разрезы скважин представлены в основном чередованием терригенных (глины, песчаники, алевролиты) и карбонатных (известняки, доломиты) пород. При этом суммарная мощность терригенных отложений составляет в них соответственно 670, 770, 550 м. В связи с тем, что терригенные породы обладают повышенным тепловым сопротивлением, следовало ожидать более высокую температуру вблизи кровли фундамента в скв. 1, фактически же здесь самая низкая температура. Имеется ряд других аналогичных примеров.

Структурно-тектонический фактор в условиях рассматриваемой территории, характеризующейся, за исключением Жигулевского вала и Сокско-Шешминской группы дислокаций, пологим залеганием слоев, также не может заметно влиять на термический режим осадочной толщи.

Такой вывод подтверждается в частности тем, что в скважине Боровка, расположенной в пределах дислокации, отмечается положительная термоаномалия, а в скважинах Радаевка и Байтуган, имеющих аналогичные структурные условия, наоборот, фиксируются отрицательные термоаномалии.

В то время как Жигулевский вал в западном направлении затухает, глубинные температуры, наоборот, возрастают, что хорошо наблюдается по повышению глубины залегания геоизотермической поверхности.

На основании приведенных фактов можно предполагать, что наблюдаемая дифференциация теплового поля является следствием дизъюнктивной нарушенности и неоднородности петрографического состава кристаллического фундамента и физических и химических процессов, происходящих в толще земной коры.

Возможность возникновения положительных термоаномалий в осадочном чехле над зонами разломов фундамента хорошо видна на примере Жигулевской дислокации. Близкое совпадение контуров наиболее высокого залегания геотермической поверхности и дислокации не случайно. Можно предположить, что повышение глубинных температур в пределах Жигулевского вала связано с наличием глубинного раскола в фундаменте.

Приподнятое положение геоизотерм в районе Боровки, по-видимому, также обусловлено дизъюнктивной нарушенностью фундамента, на что указывает наличие в этом районе нескольких магнитных максимумов, обнаруженных аэромагнитной съемкой.

В этом отношении исключительно интересны находки эффузивных пород в пашийских слоях Сергиевского района, которые по мнению геологов являются прямым доказательством палеозойского вулканизма. Возможно, что геотермическая аномалия расположена в зоне одного из наиболее интенсивных очагов древней вулканической деятельности.

Значительно труднее объяснить природу отрицательных термоаномалий. Гидрогеологи склонны объяснять их температурным воздействием инфильтрующихся поверхностных вод (Покровский, 1958). Как отмечалось выше, такое объяснение вполне приемлемо для термической аномалии Токмовского свода, но природа Мелекесской и Бугурусланской аномалий явно другая. Уменьшение плотности теплового потока в пределах этих аномалий, по-видимому, может быть обусловлено либо изменением петрографического состава фундамента, с чем связывается изменение и его термических свойств, либо физическими и химическими процессами, происходящими в толще земной коры. Такие процессы могут протекать как с поглощением, так и с выделением тепла, вероятно, не только в региональном масштабе, но и в пределах локальных участков.

Изучение таких процессов представляет большой интерес, так как оно может оказаться полезным при выяснении генезиса, миграции нефти и формировании нефтяных и газовых месторождений.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Беляков М.Ф. О связи геоизотерм с докембрийским рельефом Русской платформы. ДАН СССР, т. 64, № 2, 1949.

2.     Дьяконов Д.И. Геотермия в нефтяной геологии. Гостоптехиздат, 1958.

3.     Козлов А.Л. Формирование и размещение нефтяных и газовых залежей. Гостоптехиздат, 1959.

4.     Лобов В.А. Тектоника и нефтеносность Куйбышевской области. Автореферат докт. дисс., 1956.

Куйбышев НИИ НП

 

Таблица

Площадь

скв.

Максимальная глубина замера, м

Температура на максимальной глубине

Глубина залегания геоизотерм 25° С

Период покоя скважины

Примечания

Пилюгино

18

2843

62,2

880

2 месяца

Замер градиента

Бугуруслан

15

2000

28,2

1490

более месяца

электротермометром

Байтуган

24

2085

46,9

1225

40 дней

То же

Мелекесс

1

2160

42,7

1430

4 месяца

»

Охотничья

1

1520

31,2

1000

10 дней

»

Прудовская

1

1375

25,9

1325

?

»

Сызранская

152

2250

59,0

680

30 дней

»

Кикино

7

1815

62,6

560

более 2 месяцев

»

Пугачев

10

1510

29,8

1025

более месяца

»

Сорочинск

3

2568

47,2

1200

?

»

Муханово

41

2850

72,0

1070

35 дней

»

Коханы

401

2685

67,2

1150

11 дней

»

Радаевка

19

1390

28,6

1125

2,5 месяца

»

Комаровка

2

1170

42,2

500

20 дней

»

Покровка

189

1630

39,0

915

более 20 дней

»

Карлово-Сытовка

3

1140

32,0

850

сведений нет

Точечный замер ртутным термометром после откачки жидкости из пласта

Жигулевск

1

1628

47.5

795

То же

Красный Яр

7

1630

34,8

975

»

Чубовка

1

1756

34,0

1241

»

Б. Дергуновка

3

2123

47.8

1095

»

Гремячево

15

800

22,2

925

»

То же

Кулешовка

1

850

22,0

930

»

»

Сосновка

100

2365

51,0

1105

»

»

Красная Поляна

7

1205

34,8

890

»

»

Боровка

8

1500

30,0

1160

»

Точечный замер

Никольская

6

1000

25,0

1000

»

То же

 

Рис. 1. Геотермические профили по линиям:

а - Сызрань-Бугуруслан (по М.Ф. Белякову); б - Охотничья - Байтуган; в - Покровка -Пилюгино. 1 - кристаллический фундамент; 2 - геоизотерма 25 С.

 

Рис. 2. Схема глубин залегания геоизотермы 25° С.

1 - точечный замер; 2 - замер геотермического градиента; 3 - стратоизогипсы кровли кристаллического фундамента (по Э.Э. Фотиади); 4, - изолинии глубин залегания геоизотермы 25° С; 5 - положительная термоаномалия; 6 - отрицательная термоаномалия