Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ определяется интенсивным промышленным освоением российского севера и арктических шельфов. Западно-Арктическая континентальная окраина (ЗАКО), занимая наиболее благоприятное географическое и экономическое положение среди всех арктических шельфов России и отличаясь от них наименее суровыми климатическими условиями, является потенциально максимально перспективной на нефть и газ и другие виды полезных ископаемых. Продолжающаяся в Баренцевом и Карском морях геологическая съемка шельфа (ГСШ) требует региональных неотектонических обобщений. Открытые Штокмаиов-ское газоконденсатное, Приразломное нефтяное и другие месторождения на шельфе подтверждают существование огромных запасов углеводородов в регионе. Отсюда вытекает большое значение неотектонических исследований материковой окраины для реконструкции режимов новейших движении земной коры и современной геодинамики недр, разработки неотектонических критериев нефтегазоносное, определения величин кайнозойского эрозионного среза и оценки степени влияния эветатических колебаний уровня моря и гляциоизостатпческих подіштий и опусканий па нефтегазоносность.
Продолжающееся глубокое параметрическое бурение на шельфе, строительство трубопроводов, буровых платформ и других сооружении требуют детальных инженерно-геологических и геоэкологических изысканий, проведение которых невозможно без всестороннего неотектонического изучения всей материковой окраины. Усыновление промышленных россыпей некоторых видов твердых полезных ископаемых на ЗАКО свидетельствует о необходимости разработки неотектонических критериев россыпеносности региона. Реконструкция палеогеографического развития континентальной окраины в кайнозое имеет важнейшее значение при региональных геологосъемочных и поисково-разведочных работах. Наконец, актуальность работы обусловлена и тем. что Россия ныне лишена значительной части вь ході в к Балтийскому и Черному морям; это определяет необходимостьпнтененвного освоения именно Арктического шельфа.
Диссертационная работа целиком относится к реализации программы Роском-недра 'Шельф России" как части Государственной программы развития минерально-сырьевой бази и геологической службы России в 1993-95 г.г. идо 2000 г.. Работа призвана также внести вклад в реализацию программ Министерства науки России по проект;. 05.7.01 'Литосфера Арктики", "Комплексные исследования океанов и морей Арктики и Антарктики" и ГНТП "Минерально-сырьевой потенциал морей Ро. спи". "Мировой океан" и "Глобальные изменения природной среды и климата".
В свя:и с расширяющимся международным сотрудничеством в Арктике, диссертационная работа выполнялась з значительной степени как часть ряда международных программ. К ним относятся в первую очередь ряд проектов Международного Арктического Научного Комитета, российско-канадское сотрудничество по проблемам Арктики и Севера "Геологическая наука и арктическая нефть" и российско-норвежское сотрудничество в области изучения Арктики и Севера (в частности, совместный проект геолого-іеофизнческих изыскании в полосе шельфа Шпицберген Земля Франца-Иосифа, где автор являлся ответственным исполнителем;.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ являлось всестороннее изучение современного и погребенного мега-, макрои мезорельефа, геологического строения верхней части осадочного чехла, палеогеографического развития Западной Арктики в кайнозое и, как результат предпринятых исследований, восстановление характера и режима новейших движений ЗАКО, их количественный подсчет и оценка степени влияния на нефтегазоносность и россыпеносность региона.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ вытекали из ее цели:
-
Периодизация неотектонического этапа, исследование геоморфологического строения ЗападноАрктической зоны перехода и сопоставление его с другими материковыми окраинами.
-
Проведение сейсмостратиграфического анализа кайнозойского осадочного чехла, изучение его вещественного состава и выявление связи его геологического строения с неотектоническим режимом континентальной окраины.
-
Проведение анализа мощностей кайнозойских отложений, подсчет амплитуд новейших движений, неотектоническое районирование и картирование материковой окраины.
-
Реконструкция палеогеографического развития материковой окраины в кайнозое и выявление роли неотектонических движений в новейшей истории Западной Арктики.
-
Выявление неотектонических критериев нефтегазоносное и россыпеобразо-вания, роли новейших движений в палеоэкологических изменениях региона в кайнозое и влияния неотектонического режима на инженерно-геологические характеристики шельфа.
-
Западно-Арктическая континентальная окраина является пассивной зоной перехода и отличается от других окраин атлантического типа аномальным геоморфологическим строением: некомпенсированные грабен-желоба, краевые шельфовые поднятия, уникальная ширина шельфа отражают высокоамплитудные и дифференцированные, преимущественно нисходящие новейшие движения, проявившиеся на ранней стадии развития материковой окраины и обусловленные зависимостью неотектонического режима зоны перехода от процессов рифтогенеза в кайнозойских спрединговых Евразийском и Норвежско-Гренландском океанических суббассейнах.
-
В составе кайнозойского чехла региона выделено 4 структурных этажа: палео-цен-эоценовый морской, олигоцен-миоценовый лимно-аллювиальный, плиоцен-плейстоценовый морской, ледниковоморской и ледниковый и верхнеплейстоцен-голоценовый морской.
-
Амплитуды неотектонических движений зоны перехода составляют от +200-+1000 м в поясе пограничных орогенов и на окраинных архипелагах до -500—700 м в краевых грабен-желобах. Максимальная унаследованность неотектонического режима от позднепалеозойско-мезозойских этапов характерна для внутриматериковых плит
и Баренцево-Северо-Карского мегапрогиба; автономно развивались на новейшем этапе краевые шельфовые поднятия и наложенные грабен-желоба. Выделяются пять крупных неотектонических провинций: континентальная (пограничные ороге-ны, щиты и выступы складчатого основания), внутренняя шельфовая (внутриматери-ковые плиты), внешняя шельфовая (мегапрогиб окраинно-материковой плиты), окраинно-шельфовая (краевые поднятия и грабен-желоба) и склоновая (материковые склон и подножье), резко дифференцированные по режиму новейших движений.
4. В истории кайнозойского развития Западной Арктики установлено четыре
крупных этапа: палеоцен-эоценовый седиментационный (трансгрессивный) тектони
ческого спокойствия, олигоцен-миоцёновый денудационный (регрессивный) текто
нического воздымания, плиоцен-плейстоценовый денудационно-седиментационный
(регрессивно-трансгрессивный) колебательных, преимущественно нисходящих тек
тонических движений и позднеплейстоцен-голоценовый седиментационный (транс
грессивный) тектонического погружения шельфа и гляциоизостатических воздыманий
ряда материковых побережий и архипелагов. Рубежи этапов ознаменовались эпохами
региональных поднятий и врезанием речных палеодолин. Ведущим неотектони
ческим процессом была последовательная деструкция области сноса, располагав
шейся в палеогене и неогене в северной периферии зоны перехода вдоль материкового
склона Евразийского суббассейна.
5. Неотектонический режим континентальной окраины благоприятствует сохра
нению и переформированию залежей углеводородов и приросту амплитуд нефтегазо
носных структур на Печорской и Западно-Сибирской плитах и в южных и
центральных частях Баренцево-Карской плиты. За счет интенсивных подвижек по
активизированным дизъюнктивам значительная часть залежей в приокеанической
части Баренцево-Карской плиты разрушена в позднем кайнозое. Установленные
системы палеодолин и депоцентры кайнозойской седиментации на шельфе перспек
тивны для обнаружения повышенных концентраций твердых полезных ископаемых.
Восстановление характера новейших движений позволяет совершенствовать прогноз
современных мерзлотных и других геологических процессов и явлений на шельфе,
что необходимо при морских инженерно-геологических, геокриологических и геоэко
логических исследованиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в предложенной впервые схеме неотектонического строения аномальной материковой окраины пассивного типа, находящейся на ранней стадии своего развития. По предложенной автором методике впервые на количественном уровне установлены амплитуды новейших движений ЗАКО, что отражено на соответствующих картах. Собран и обобщен большой региональный геолого-геофизический материал, выявлена связь рифтогенеза в Норвежско-Гренландском и Евразийском океанических суббасссйнах с неотектоническим режимом их общей материковой окраины. Предложена новая модель развития Западно-Арктической зоны перехода в кайнозое. Разработаны неотектонические критерии нефтегазоносности и россыпеносности континентальной окраины.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в комплексе неотектонических исследований, необходимых при прогнозировании запасов нефти и газа и твердых полезных ископаемых на шельфе, а также при ГСШ, инженерно-геологических, геокриологических и геоэкологических работах.
Установление знака и амплитуд новейших вертикальных и горизонтальных движений, масштабов гляциоизостатических воздыманий и прогибаний, величин тек-тонои гляциоьвстатических колебаний уровней палеобассейнов в кайнозое и объемов новейшего эрозионного среза позволяет выявить неотекгонические критерии нефтегазоносное Западной Арктики. Установлен прирост амплитуд перспективных структур на шельфе за новейший этап. Неотектонический режим материковой окраины благоприятствует сохранению углеводородов и миграции их из древних залежей и позволяет оценить значительную часть шельфа как высокоперспективную область. Северная периферийная часть шельфа оценена как низкоперспективная из-за интенсивной дизъюнктивной неотектоники и разрушения древних залежей.
Составленные автором батиметрические, геоморфологические и геологические карты несут важную практическую информацию о возможных перспективах шельфа на различные виды твердых полезных ископаемых. Установленные в работе области сноса и накопления кайнозойских осадков, системы олигоценовых, миоценовых, плиоценовых, средней позднеплейстоценовых палеодолин, пределы распространения покровных оледенений на шельфе и морских трансгрессий позволяют выявить направления и пути транспортировки терригенного материала на неотектоническом этапе и оконтурить районы с различными типами кайнозойского разреза. Выделенные трансгрессивно-регрессивные циклы 1, 2 и 3 порядков в кайнозое определяют этапы формирования россыпей на шельфе.
Исследованные рельефообразующие комплексы неоген-четвертичных отложений, их возраст, генезис, литология и другие параметры позволяют прогнозировать инженерно-геологические свойства грунтов на шельфе. Изученные в работе уклоны отдельных поверхностей шельфа, амплитуды новейших и современных движений, величины смещений по новейшим разломам и их кинематика также являются важными инженерно-геологическими показателями. В работе исследованы неотектонические критерии палеоэкологических изменений Западной Арктики в позднем кайнозое.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В основу диссертационной работы положены геолого-геофизические материалы, полученные во время научно-исследовательских работ ВНИИОкеангеология и производственных работ НПА "Севморгеология" на шельфе и побережьях Баренцева, Карского и Белого морей, а также опубликованные материалы других организаций. Основу фактических данных составили результаты непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСП), полученные в различные годы на Западно-Арктическом шельфе подразделениями ВНИИОкеангеология, МАГЭ и ПМГРЭ НПА "Севморгеология", ВСЕГЕИ и Норвежского Полярного института, в работах которых автор принимал личное участие. Общий объем проинтерпретированных профилей НСП в низкои высокочастотной модификациях составил около 100 000 погонных км. Для общей характеристики строения осадочного чехла использовались материалы многоканальной сеисмики МОВ ОГТ, а для изучения его самой верхней части и современного рельефа дна данные высокочастотного геоакустического профилирования (эхоло-тирования). При неотектоническом районировании использовались также аэромагнитные и гравиметрические данные.
Вторая часть фактического материала получена геологическими методами, позволившими идентифицировать и интерпретировать геофизические поля. Это, в
первую очередь, имеющиеся во ВНИИОкеангеология разрезы инженерно-геологических скважин, пробуренных на шельфе, и результаты палеонтологического изучения их керна. Использовались также опубликованные данные по глубокому бурению на шельфе и островах. При отсутствии скважин в северной части шельфа основными "прямыми" геологическими данными явились результаты донного опробования ударной грунтовой трубкой с длиной керна до 5 м. Автором проинтерпретирован керн свыше 1000 грунтовых колонок.
Комплекс палеонтологических исследований кайнозойских отложений включал микрофаунистический (фораминиферы, остракоды), палинологический и диатомовый анализы, а также определения малакофауны. Литолого-минералогические исследования включали гранулометрический, рентгеноструктурный, термический, минералогический и мннералого-петрографический анализы. Из абсолютных геохронологических методов широко использовались результаты радиоуглеродного, иногда уран-иониевого анализов.
По результатам анализа морских карт и данных эхолотирования и с учетом ранее опубликованных в России и за рубежом карт и схем автором был составлен ряд разномасштабных батиметрических карт Западно-Арктического шельфа. При неотектоническом анализе автором были отдешифрированы тысячи аэрофотоснимиков (АФС) и космических снимков (КС) локального и регионального уровней генерализации, составлен ряд схем интепреташш материалов дистанционных съемок.
Личный вклад автора в первую очередь состоит в получении и интерпретации во время неоднократных геолого-геофизических рейсов в Баренцевом, Карском, Белом, Норвежском и Гренландском морях обширных сейсмои геоакустических материалов и многочисленных грунтовых колонок. Полевые исследования автора, положенные в основу работы, охватили районы Кольского п-ова, п-ова Канин, Печорской низменности, Предуралья, Таймыра, Новой Земли, Шпицбергена и Земли Франца-Иосифа. Возможности для сравнения геолого-геоморфологического строения ЗАКО с другими зонами перехода предоставили полевые работы на Чукотке, о-ве Бэнкс Канадского архипелага и в долине р. Маккензи. Автором составлена серия геологических, тектонических, геоморфологических, структурных и палеогеографических карт и схем.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, использованные при неотектоническом анализе материковой окраины, сводятся к следующим:
группа геоморфологических методов, включая морфоструктурный анализ;
метод неотектонического дешифрирования КС И АФС;
метод корреляции разновысотных уровней морских террас;
методы и приемы сейсмостратиграфического анализа;
комплекс палеонтологических и литолого-минералогических методов исследования кайнозойского чехла;
метод мощностей;
метод подсчета деформаций поверхностей выравнивания с использованием корреляционного, факторного и кластерного анализов;
метод неотектонического исследования речных палеодолин; палеогеографический метод неотектонического анализа.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на ряде международных конференций: совещании Приарктических государств по исследованию природной среды (Ленинград, 1988), совещании по геодинамике и палеоэкологии континентальных окраин (Баку, 1991), конференции по неотектонике и четвертичной геологии ледниковой области Восточной Европы (Апатиты, 1992), совещании по экологии Министерства науки России (Пермь, 1993), IX и X школах морской геологии (Геленджик, 1992, 1995). Научные проблемы, затронутые в диссертации, обсуждались на заседаниях по российско-норвежскому сотрудничеству в области изучения Арктики и Севера (Осло, 1992,1993) и совещаниях Международного Арктического Научного Комитета (Стокгольм, 1993; Осло, 1994; Копенгаген, 1995). Материалы работы были опубликованы в тезисах докладов на международных конференциях по нефтегазоносности Баренцево-Карского шельфа (Мурманск, 1993) и по геологии Арктических континентальных окраин (Анко-ридж, 1992; Магадан, 1994). Ряд положений диссертации опубликован в Канаде на циркумполярной карте четвертичных отложений Арктики и в тексте к ней (1991), в Великобритании в Атласе палеогеографических карт Евразии в мезозое и кайнозое (1992) и в Норвегии в совместной российско-норвежской монографии по геологии Земли Франца-Иосифа и северной части Баренцевоморского шельфа (в печати), где автор являлся редактором с российской стороны.
Отдельные разделы работы докладывались на Всесоюзных и Всероссийских совещаниях: 2 конференции по географии и картографированию океана Географического общества СССР (Ленинград, 1985), VI, VII и VIII школах морской геологии (Геленджик, 1986, 1988, 1990), II, III и IV конференциях по палеоэкологии и палеогеографии северных морей (Мурманск, 1987, 1989, 1991), III Съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), IX Геологической конференции Коми НЦ УрО АН СССР (Сыктывкар, 1988), конференции по геохронологии четвертичного периода ГИН АН СССР (Москва, 1989), XX, XXI и XXII пленумах Геоморфологической комиссии РАН по материковым окраинам (Владивосток, 1989), инженерной геоморфологии (Вологда, 1993) и инженерной географии (Псков, 1995), совещаниях СО РАН по возрасту рельефа и геоморфологии (Иркутск, 1991, 1993), совещании по методике геологической съемки шельфа (Санкт-Петербург, 1993), XXVIII Тектоническом совещании Межведомственного тектонического комитета (Москва, 1995).
Отдельные положения диссертации докладывались на региональных совещаниях: научно-практической конференции Миннефтепрома по нефти и газу северных морей (Мурманск, 1989), научно-техническом совещании Мингео и ВДНХ по сейсмостратиграфии (Москва, 1990), совещании Мингео по ГСШ (Симферополь, 1991), научных чтениях памяти В.Н.Сакса по стратиграфии мезозоя и кайнозоя Арктики (Санкт-Петербург, 1991).
По теме диссертации опубликовано 80 научных работ, из них три коллективные монографии и один сборник статей, где диссертант выступал в роли редактора и одного из авторов.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, шести глав и заключения общим объемом 525 стр., включая список литературы из 466