|
УДК 550.36(571.56) |
Палеогеотермия осадочных пород Хапчагайского вала
И. И. АММОСОВ, Б. Г. БАБАШКИН, Л. С. ШАРКОВА (ИГиРГИ)
Хапчагайский вал занимает центральную часть Вилюйской синеклизы, он протягивается от г. Вилюйска почти до устья р. Вилюй на 300 км. Общее простирание вала субширотное, с отклонением в средней части к югу, а на восточном окончании - северо-восточное. Ширина вала 30-50 км. Он состоит из довольно крупных локальных поднятий, вытянутых цепочкой с запада на восток (Средневилюйское, Токонское, Мастахское, Соболох-Неджелинское и др.).
По данным объединения Ленанефтегаз- геология, а также авторов публикации [5], осадочные породы Вилюйской синеклизы составляют три этажа. Нижний структурный этаж представлен карбонатными рифейскими и нижнепалеозойскими отложениями. Мощность его до 2 км и более. Средний выражен среднепалеозойской карбонатно-галогенно-терригенно-вулканогенной толщей мощностью до 5 км. Верхний - верхнепалеозойско-мезозойский структурный этаж сложен терригенными породами мощностью до 10 км, которые залегают с перерывом на подстилающих образованиях. Палеоген-неогеновые отложения на большей части площади отсутствуют. Четвертичные осадки с угловым и стратиграфическим несогласием залегают на размытой поверхности верхнемеловых пород [6].
В составе верхнего структурного этажа выделяется пермо-триасовый продуктивный комплекс. На Хапчагайском валу он делится на два подкомплекса: верхнепермский и нижнетриасовый [9].
Первый сложен терригенными породами угленосной формации. Преобладают глинисто-алевролитовые осадки с пластами угля. Песчаные породы залегают в кровле подкомплекса, к ним приурочены продуктивные горизонты (сверху вниз): Р2-I и Р2-II +III.
Нижнетриасовый (неджелинский) подкомплекс представлен терригенными отложениями с вулканогенным материалом, с прослоями витрокластических и изверженных пород. Пласты песчаников приурочены к кровле подкомплекса. Они характеризуются невыдержанной мощностью и линзовидным залеганием, по простиранию замещаются алевролитами и глинами. С подкомплексом связаны продуктивные горизонты (сверху вниз): T1-IVб и T1-IVв. Сохранению залежей УВ в пермо-триасовом продуктивном комплексе способствует неджелинская глинистая покрышка.
Формирование Хапчагайского вала. Тщательный анализ процесса формирования толщи осадочных пород Вилюйской синеклизы и развития Хапчагайского вала выполнен известными геологами [6, 7, 9].
По этим данным, преобладающее погружение региона завершилось к верхнемеловому времени. Общее поднятие территории происходило в послемеловое - четвертичное время. В процессе опусканий и поднятий сформировался Хапчагайский вал. Он унаследовал слабо выраженный структурный план допалеозойских горизонтов. Далее формирование вала продолжалось в пермо-триасовое время. Однако локальные поднятия, осложняющие вал, тогда еще имели небольшую амплитуду. Затем они испытали значительное воздымание в верхнеюрское - нижнемеловое время, когда амплитуда кровли характерных горизонтов достигла 125-250 м. Активный рост вала и локальных поднятий продолжался после мелового периода. В результате амплитуда по кровле горизонта пермо-триасового продуктивного комплекса достигла на Средне- вилюйском, Мастахском и Соболох-Неджелинском локальных поднятиях соответственно 375, 300 и 525 м.
Формирование Хапчагайского вала и осложняющих его поднятий было связано с активизацией глубинных разломов и, возможно, сопровождалось внедрением в литосферу глубинного плутона, с апофизами в виде силлов траппов. Магматизм в отложениях Хапчагайского вала проявился в виде интрузий долеритов и диабазов, подсеченных буровыми скважинами в отложениях Т1, близко к границе с Р2 на Соболох- Неджелинском, Мастахском и Средневилюйском поднятиях. Предположение о внедрении плутона основано на повышенном значении палеотемператур теплового поля на западе Хапчагайского вала (см. характеристику расположения палеоизотерм и данные о геотермической истории Хапчагайского вала).
Трапповый силл Неджелинского поднятия исследован Г. П. Вдовыкиным с соавторами [8]. Силл представлен долеритом, залегает в зоне контакта отложений Т - Р на глубине 2920-3760 м и имеет мощность 5-20 м.
Опробование пород и результаты исследования витринита. Для характеристики палеогеотермических особенностей осадочных пород Хапчагайского вала использованы результаты исследования проб, отобранных нами из керна буровых скважин в 1977- 1979 гг. Последние пересекли отложения мела - перми. Были опробованы 42 скважины. Из керна взяты 183 пробы с включениями угля.
Вмещающие ОВ породы - песчаник (85 проб), алевролит, аргиллит, углистый аргиллит (45); 53 пробы отобраны из пропластков угля. Размеры прослойков и линз ОВ от 0,2 до 3 мм. Пропластки угля имеют большую мощность.
Из общего числа проб приняты определения показателя отражения витринита по 164 пробам, 19 проб оказались непригодными для замера показателя отражения по различным причинам. При изготовлении семи аншлифов витринит выкрошился, в двух оказался не витринит, а фюзинит, в семи не удалось определить показатель отражения витринита из-за обилия включений минеральных веществ и лейптинита. Кроме того, при анализе полученных замеров показателя отражения витринита были забракованы три результата, имеющие заниженные показатели отражения по сравнению с близко расположенными пробами. Причиной этого являются либо скошенные поверхности витринита в краевых частях препарата, либо микрорельеф в мелких включениях, либо окисленность вещества витринита (наличие клиновидных трещин).
В остальных исследованных пробах показатель отражения витринита (Rа ‰) колеблется от 65 до 83. В таблице дано соответствие этому показателю: величины R0, стадии изменения витринита по ИГиРГИ, индексы стадий витринитовых углей СССР и прогнозные палеотемпературы [2, 3].
Большинство проб витринита (71) исследовано из отложений Р2, вблизи продуктивного горизонта Р2-I, залегающего под поверхностью несогласия между породами перми и триаса. Из триасовых образований отобрана 31 проба, из юрских - 35, из меловых - 27.
Расположение палеоизотерм кровли продуктивного горизонта Р2-I. Палеотемпературы пород кровли Р2 на площади Хапчагайского вала изменяются в пределах 120-150°С с тенденцией нарастания их на север, к оси Линденской впадины и на восток, в сторону Предверхоянского прогиба.
Палеоизотерма 125 °С по кровле Р2-I как бы опоясывает основную (среднюю) часть Хапчагайского вала приблизительно на глубинах 3200-3300 м (абсолютные отметки), охватывая Толонское, Мастахское и Неджелинское поднятия (см. рисунок). Палеоизотермы проведены на схематической карте с интервалом в 25 °С. Для более частого нанесения палеоизотерм недостаточно данных по замерам показателя отражения витринита.
В западной части Хапчагайского вала, на Средневилюйском поднятии палеоизотерма 125 °С смещается в отложения триаса. В восточной его части, включая Бадаранскую и Нижневилюйскую структуры, горизонт Р2-I залегает на большей глубине, где породы его кровли будут находиться в интервале между палеотемпературами 125 и 150 °С.
Палеоизотерма 150°С в кровле Р2 проходит с запада на восток приблизительно по границе Хапчагайского поднятия и Линденской впадины. Здесь она приближена к изогипсе-4250 м. Однако положение палеоизотермы по глубине и ориентировке не постоянно. Так, на востоке она залегает на большей глубине (-4750 м) и меняет субширотное направление на субмеридиональное.
Сопоставление распределения запасов нефти в осадочных породах Восточного Предкавказья, Западной Сибири, Мангышлака и Устюрта показало, что главная часть геологических запасов нефти находится в интервале палеотемператур 65- 165 °С [1-3]. Таким образом, по палеотемпературам породы кровли пермских отложений Хапчагайского вала находятся в условиях, благоприятных для нефтеносности. Однако особенности геотермической истории развития вала, очевидно, сказались на формировании здесь залежей УВ.
О геотермической истории Хапчагайского вала. На основании сопоставления данных о геотермии, стратиграфии и тектонике можно сделать предположения о некоторых этапах палеогеотермической истории осадочных пород Хапчагайского вала.
В средней части Хапчагайского вала палеоизотерма 125 °С находится на глубине около 3250 м. Современная температура на этой глубине около 70 °С. Остывание пород происходило в течение длительного послемелового времени, когда периоды поднятия преобладали над периодами погружения. В результате шла медленная теплопередача из нижележащих пород в верхние и в атмосферу, со снижением температуры пород кровли Р2 около 1 °С за 1 млн. лет.
Астеносфера является основным региональным генератором тепловых потоков, прогревавших Вилюйскую синеклизу. Кроме того, здесь существовали локальные генераторы тепла в виде интрузий траппов и, возможно, в виде гипотетических плутонов.
Тепловые потоки астеносферы действовали все время. Они охватили все этажи осадочных пород. Наоборот, влияние тепловых потоков магмы плутонов на вмещающие отложения ограничено в пространстве и во времени в основном в зависимости от мощности тепла интрузии и скорости остывания магмы.
При наибольшем погружении пород Хапчагайского вала в конце верхнего мела в породах, слагающих вал, теплом астеносферы были сформированы палеотепловые зоны. Поэтому палеоизотерма 125 °С в кровле Р2, как упомянуто, опоясывает поднятия центральной части Хапчагайского вала, существовавшего в конце верхнего мела как крупная структура. Также под влиянием тепла астеносферы палеотемпература повышается до 140-145 °С на восток, к Бадаранскому и Нижневилюйскому поднятиям, где кровля Р2 опускается до глубины 4000 м и более.
Прогревание пород вала теплом астеносферы продолжалось с конца пермского периода до конца мелового. При этом температура за 1 млн. лет поднималась приблизительно на 1 °С. Можно предполагать, что латеральная миграция УВ при такой тепловой эволюции и весьма пологом залегании осадочных пород была замедленной и местами затухала. Это могло сказаться на особенностях нефтегазоносности Вилюйской синеклизы.
Кроме того, на породы T1 и Р2 Хапчагайского вала действовало тепло базитовой магмы трапповых силлов. Зона влияния этого тепла, судя по мощности Неджелинского силла (5-20 м), была небольшой (единицы и первые десятки метров). Однако известно, что вмещающие породы прогреваются магмой интрузии на сотни метров [2]. Тепловые потоки гипотетических глубинных слепых плутонов и астенолитов могли охватывать значительную часть вмещающих пород. На влияние их тепла указывает повышение палеотемпературы на западе в породах Средневилюйского поднятия, где палеоизотерма 125 °С смещается в породы Т1 а в кровле Р2 на глубине около 3000 м палеотемпература повышается до 135 °С.
В каждом регионе современный геотермический градиент недр - функция теплового потока, существующего в настоящее время. По данным С.П. Максимова с соавторами [9, рис. 3], современный геотермический градиент пород мезозойского возраста Хапчагайского вала до глубины 2000 м составляет 13-18°С/км, а в интервале глубин 2000-3300 м он увеличивается до 30 °С/км. При этом меньшие его значения отмечаются в верхней части толщи, примыкающей к мощной (400-600 м) зоне многолетней мерзлоты.
В течение геологической истории региона тепловые потоки могли изменяться. Каждый из них действовал на разновозрастные горные породы с различной интенсивностью. Этим обусловлено существование в толще пород палеогеотермических несогласий [4]. Палеогеотермическим градиентом называется изменение палеотемператур в °С/1 км между двумя палеогеотермическими несогласиями [2]. Определение палеогеотермического градиента толщи пород Хапчагайского вала оказалось затруднительным из-за: а) не сплошного, а поинтервального отбора керна исследованных скважин; б) весьма медленного и маловыразительного изменения с глубиной показателя отражения витринита в меловых и юрских отложениях (2-3 единицы Rа ‰ на 1 км); в) возможности присутствия нескольких палеогеотермических несогласий, например между Р2 и Т1, в отложениях Т, между Т и I.
Все это не позволило точно определить значение палеогеотермического градиента осадочных пород Хапчагайского вала. Однако предполагаются низкие его величины в юрских и меловых отложениях и колебания его по площади в породах различных частей Хапчагайского вала и с глубиной. Если принять 25 °С/км мощности в качестве средней ориентировочной величины изменения палеотемператур в толще мезозойских отложений Хапчагайского вала (без учета палеогеотермических несогласий), то общая мощность пород над современной кровлей Р2 (палеоизотерма 125 °С) в период максимального погружения намечается около 5000 м.
На этой глубине в центральной части вала в кровле пород Р2 была сравнительно небольшая региональная палеотемпература, соответствующая концу стадии Д каменноугольной группы витринитовых углей СССР. Все полученные определения показателя отражения витринита пород Хапчагайского вала горизонта Р2-I вне зоны контакта с интрузиями не превышали 150 °С, что не выходит за пределы средней части стадии Г.
Вблизи трапповых силлов в зоне контакта пород T1 и Р2 показатель отражения витринита, очевидно, повышается. Это может создавать представление о региональном увеличении метаморфизма ОВ и эпигенеза пород кровли Р2. В действительности такие увеличения стадий превращенности ОВ и вмещающих пород локализованы неширокой зоной влияния тепла интрузий.
Палеогеотермические несогласия, намеченные местами между отложениями T1 и Р2, вероятно, магматогенного, а не тектоно-денудационного генезиса.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
1. В течение продолжительного времени, до максимального погружения в конце мелового периода, шло нагревание пород вала в основном тепловыми потоками астеносферы, длившееся с конца Р2 около 170 млн. лет. Оно протекало весьма медленно, в среднем меньше 1 °С/млн. лет. После мезозоя наступил период преобладающих поднятий с медленным остыванием пород толщи, длившийся около 65 млн. лет. Остывание происходило также медленно со скоростью около 1 °С/млн. лет.
2. Следует продолжить изучение палеогеотермической истории нефтегазоносных отложений Вилюйской синеклизы с целью выяснения влияния замедленной эволюции теплового режима на миграцию УВ и формирование залежей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аммосов И.И. Стадии изменения осадочных пород и парагенетические отношения горючих ископаемых. - Сов. геология, 1961, № 4, с. 7-24.
2. Аммосов И.И. Петрографические особенности твердых органических веществ как показатель палеотемператур и нефтеносности.- Сов. геология, 1979, № 11, с. 53-65.
3. Аммосов И.И., Горшков В.И. Палеотемпература нефтегазоносных пород. - В кн.: Проблемы диагностики условий и зон нефтеобразования. М., 1971, с. 19-30.
4. Гречишников Н.П. Палеогеотермические несогласия. - Изв. вузов, геология и разведка, 1975, № 4, с. 35-38.
5. Об условиях формирования залежей нефти и газа в Вилюйской синеклизе и Приверхоянском прогибе / Г.Д. Лавров, В.В. Забалуев, Л.А. Грубов и др. - Труды ВНИГРИ. Л„ 1976, вып. 385, с. 6-19.
6. Развитие локальных поднятий Хапчагайского вала и дальнейшее направление поисково-разведочных работ/В.Н. Ларкин, А.М. Бриндзинский, В.Е. Бакин, В.А. Казаков. - Геология нефти и газа, 1977, №8, с. 18-22.
7. Тектоника Якутии/К.Б. Мокшанцев, Д.К. Горнштейн, Г.С. Гусев и др. Новосибирск, Наука, 1975.
8. Трапповый силл на Неджелинском газовом месторождении Вилюйской синеклизы / Г. П. Вдовыкин, Н.С. Бахметьева, В.В. Перфильева, Г.М. Варшал. - Докл. АН СССР. 1978, т. 241, № 1, с. 163-165.
9. Условия и время формирования газоконденсатных залежей в пермо-триасовых отложениях Хапчагайского вала / С. П. Максимов, В. Н. Ларкин, А. М. Бриндзинский, В. Е. Бакин - Геология нефти и газа, 1979, № 4, с. 22-27.
Поступила 22/IX 1980 г.
Таблица Соответствие показателей отражения витринита обозначениям стадий превращенности ОВ и прогнозу палеотемператур
|
Стадии изменения витринита по данным ИГиРГИ |
Показатели отражения витринита |
Палеотемпература, °С |
Индексы витринитовых углей СССР применительно к их классам |
|
|
в воздухе, % |
в иммерсии, % |
|||
|
0 |
65-70 |
0,39-0,50 |
<85 |
Б |
|
I |
71 |
0,52 |
95 |
Д |
|
72 |
0,55 |
100 |
||
|
73 |
0,57 |
110 |
||
|
74 |
0.59 |
115 |
||
|
75 |
0,62 |
120 |
||
|
76 |
0,64 |
125 |
||
|
п |
77 |
0,67 |
130 |
Г |
|
78 |
0,70 |
135 |
||
|
79 |
0,73 |
140 |
||
|
80 |
0,76 |
145 |
||
|
81 |
0,80 |
150 |
||
|
82 |
0,83 |
155 |
||
|
83 |
0,87 |
160 |
||
|
84 |
0,90 |
165 |
||
|
ш |
85 |
0,94 |
170 |
Ж |
Рисунок Схема расположения палеоизотерм в западной и центральной частях Хапчагайского вала по кровле горизонта ПТ (структурная схема по С.П. Максимову и др. [9]).
1 - палеоизотермы; 2 - контур газоконденсатныхместорождений (С - Средневилюйское, Т - Толонское, М - Мастахское, СН - Соболох-Неджелинское)