Введение к работе
Актуальность и постановка проблемы исследования. Одной из фундаментальных особенностей строения Земли и планет земной группы является наличие кольцевых структур или структур центрального типа (СЦТ) размером от первых десятков метров до сотен километров в диаметре, которые составляют в целом своеобразную иерархическую систему. Как правило СЦТ закономерно сочетаются с линеаментами различного ранга, которые радиально расположены относительно центра структуры или ограничивают плиты земной коры, составляя свою иерархическую систему: от глобальных, соизмеримых по протяженности с радиусом планеты, до самых мелких трещин, видимых под микроскопом. В целом рисунок СЦТ и линеаментов представляют собой модель «разбитой тарелки». При сопоставлении контуров СЦТ с площадями распространения различных полезных ископаемых отмечается их преимущественная (70%) приуроченность к центральным и периферическим частям СЦТ, а по данным В.Д. Скарятина приуроченность залежей углеводородов (УВ) на порядок больше в контурах СЦТ, чем за их пределами. По последним результатам обработки высококачественных космических снимков (Л.В. Милосердова, 2012) выяснено, что ко всем известным месторождениям - гигантам (Тенгиз, Ромашкинское, Чиконтепег в США и др.) закономерно приурачиваются кольцевые структуры размером более 100 км. в поперечнике. При многочисленных описаниях СЦТ различной генетической принадлежности: от метеоритной (астроблемы) до магматогенной и тектоногенной, не менее 50% из всех известных остаются «неопознанными» геологическими объектами. В настоящее время в пределах СЦТ закономерности образования и размещения полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, остаются практически невыяснены, так как геодинамические условия и механизм их образования трактуются неоднозначно. В.Е. Хаин, при изложении современных проблем геологии на пороге XXI века, одну из глав своей книги (1995) назвал «Загадки кольцевых структур».
В последнее время возникли новые предпосылки изучения нефтегазоносности кольцевых структур в связи с установлением вертикальной расслоенности земной коры и мантии по составу и другим свойствам, физически выражающейся в чередовании зон уплотнения и разуплотнения. Зоны разуплотнения насыщеные флюидами, при неотектонических движениях способны к вертикальной и горизонтальной миграции и тепломассопереносу летучих флюидов, которые были названы «флюидоизированными очагами» (Б.М. Валяев, А.Н. Дмитриевский, И.А. Володин, 1994), очагами разуплотнения, насыщенными флюидами» или вместилищами природных растворов и расплавов (Б.А. Соколов, 1982), «геодинамическими узлами с повышенной флюидопроводимостью» (В.М. Перерва, В.М. Лялько, П.Ф. Шпак ,1996), «геосолитонами» или субвертикальными зонами деструкции (СЗД) (P.M. Бембель, 1987), фильтрационными тоннелями с аномальной проницаемостью (С.А. Варягов, 2000, В.А. Гридин, 2007). При этом величина тепломассопереноса по этим зонам настолько велика, что высказывается мнение о возобновлении запасов нефти и газа. В качестве наиболее реальных объектов для выявления крупных зон разуплотнения, по моему мнению, должны рассматриваться кольцевые структуры или структуры центрального типа и линеаменты (узлы
пересечений радиальных и концентрических тектонических нарушений), образование которых связано с закономерностями распространения современных, новейших и древних тектонических напряжений.
Территория Северного Кавказа и Предкавказья находится в очень выгодном географо-экономическом положении, где давно известны месторождения нефти и газа, открытые в основном в мезозойско-кайнозойском осадочном чехле на глубинах до 4 км. Исследования по дальнейшим поискам залежей нефти и газа в последнее время нацелены как на палеозойский комплекс пород фундамента на глубинах свыше 4 км, так и на поиски новых типов залежей в мезозойско-кайнозойском чехле, приуроченных к трещинным коллекторам различных горных пород, в том числе и глинистым. Для решения этих задач требуются научные обоснования и разработки новых подходов: использование современных дистанционных методов в комплексе с традиционными структурно-геоморфологическими, геофизическими и геохимическими методами. Поэтому картирование линеаментов и СЦТ различного ранга, их новая интерпретация и комплексирование с геодезическими, геолого-геофизическими и геохимическими данными является актуальной задачей. Все это возможно при выяснении геодинамических условий образования СЦТ и построении геолого-тектонических и флюидодинамических моделей на всей территории в целом и на отдельных ключевых участках в частности.
Практического значения представленной работы являются также представления о локальных и региональных очагах землетрясений с позиций концепции СЦТ. До настоящего времени СЦТ в этом плане не рассматривались. При сейсмологических исследованиях на любой территории и, в частности, на территории Северного Кавказа и Предкавказья основной проблемой при краткосрочном прогнозе землетрясений является точное определение локальных и региональных очагов землетрясений, чем и объясняется актуальность их изучения, картирования и составление новых геолого-тектонических моделей.
Цели и задачи исследований. Основная цель работы - повышение эффективности поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Проанализировать современное состояние вопроса о СЦТ и их связи с нефтегазоносностью, рудоносностью и сейсмичностью;
Разработать концепцию и теоретическую модель образования и развития СЦТ, выявить основные признаки их нефтегазоносности и рудообразования на основе закономерностей распространения тектонических напряжений;
Выявить закономерности распространения залежей нефти и газа, используя теоретические представления и построение геолого-тектонических и флюидодинамических моделей.
Разработать методику выявления и интерпретации СЦТ с целью оценки перспектив их нефтегазоносности и рудоносности с использованием результатов дешифрирования аэро- и космофотоснимков (АКФС) и комплексного анализа геодезических, геолого-геофизических и геохимических данных;
Составить карты-схемы СЦТ и линеаментов, геолого-тектонические модели отдельных площадей на территории Северного Кавказа и Предкавказья с показом перспективных объектов поисков месторождений полезных ископаемых.
6. Выдать рекомендации по освоению перспективных нефтегазоносных СЦТ Калмыкии и Ставрополья.
Методологическая основа исследования. Для решения поставленных геологических задач любой сложности необходим аксиоматический метод научного исследования с применением законов физики и геологии с учетом фундаментальных особенностей Земли как планеты:
1) колебательных движений в природной среде вообще и земной коре в
частности;
слоистости Земли и планет Солнечной системы;
спиральной циркуляции вещества в неоднородной среде;
центральной симметрии и асимметрии Земли;
5) наличия линеаментов или тектонических разрывов различного ранга,
блоктектоники;
6) наличие структур центрального типа различного ранга, рингтектоники;
7) закона скалывающих напряжений, закономерного распространение
нормальных (вертикальных) и максимальных касательных напряжений в слоистой
среде (под углом 45);
8) цикличности геологических процессов;
9) гравитационной дифференциации вещества в неоднородной среде
(магматический, соляной, глинистый и нефтяной диапиризм).
Ряд таких фундаментальных особенностей в строении Земли можно продолжить, автор же ограничивается теми, которые в той или иной мере использовались при решении основной задачи данной работы известным аксиоматическим методом. Для решения поставленных задач автором был проведен анализ имеющихся представлений о природе и геодинамических условиях образования СЦТ, сделаны выводы о дальнейших направлениях научных исследований по их генезису и связи с нефтегазоносностью.
В целом автором применялся системный метод комплексной интерпретации результатов дешифрирования аэрокосмофотоснимков (АКФС), топографических карт с геодезическими, геолого-геофизическими и геохимическими данными, при поисках ключа к разгадке геодинамических условий образования СЦТ и закономерностей распространения и формирования залежей углеводородов.
Фактический материал. Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы получен лично автором в результате производственной и научной деятельности на протяжении 30 лет на территории Калмыкии, Астраханской области и Ставропольского края.
В основу работы, кроме теоретической части, положен большой фактический материал по бурению скважин, геофизическим и геохимическим исследованиям, полевым маршрутным и аэровизуальным наблюдениям. Составлены многочисленные структурные, геологические, ландшафтно-геологические и другие карты. В работе представлены карты-схемы СЦТ и линеаментов территории исследования, составленные на основе разномасштабных аэро- и космофотоснимков (масштабы от 1 : 2 500 000 до 1 : 25 000), топографические карты таких же масштабов, карты горизонтальных градиентов вертикальных тектонических движений земной коры масштаба 1 : 2 500 000. Проинтерпретированы
многочисленные региональные (13) и локальные (детальные) сейсмогеологические профиля (73), данные гравиметрической и магнитной съемок различных масштабов.
На Нурин-Хагском площади в Калмыкии по инициативе автора были поставлены работы по геохимической съемке крупного масштаба (1: 25 000) и сейсмические исследования, в результате которых был получен достоверный фактический материал, подтверждающий теоретическую геолого-тектоническую модель автора, построенную заведомо до постановки указанных работ. На Северо-Шадженской площади, на основе структурно-геоморфологического метода, в 1986 году была пробурена скважина глубиной до Зкм в центральной части СЦТ, приуроченной к неотектоническому поднятию, в результате бурения была выявлена залежь газа в нижнетриасовых отложениях.
Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:
1. Впервые разработаны геолого-тектонические модели структур центрального типа (СЦТ) с выделением геодинамических или энергетических центров, зон сжатия и растяжения, дизъюнктивных узлов различного порядка. Сформулировано унифицированное определение структур центрального типа, которые представляют собой флюидодинамические системы, связанные как с разрядкой импульсных тектонических напряжений, так и с постоянно действующими вертикальными и максимальными касательными напряжениями в земной коре и мантии.
2.Значительно дополнен структурно-геоморфологический метод и по существу разработан новый структурно-метрический метод выявления геологических структур с возможностью их интерпретации, определения глубин до залежей УВ или геолого-геофизических разделов.
Впервые разработаны критерии нефтегазоносности СЦТ, среди которых особое значение придается геодинамическому критерию, геодинамическим центрам, зонам сжатий и растяжений и их интерференции, и особенно субвертикальным зонам деструкции.
На основе концепции СЦТ и известных представлениях об очагах и деформационных предвестниках землетрясений предложен метод выявления локальных и региональных очагов землетрясений.
В результате дешифрирования космических снимков и комплексного анализа геолого-геофизических и геодезических данных впервые составлены мелкомасштабные карты-схемы СЦТ и линеаментов Северного Кавказа и Предкавказья, где выделены зоны сжатия и растяжения, субвертикальные зоны деструкции, значительно уточнены контуры и продолжение в северном направлении известного Транскавказского субмеридионального поднятия с перспективными зонами и участками нефтегазонакопления и вероятными очагами землетрясений. Построены геолого-тектонические модели СЦТ, перспективных на нефть и газ, на отдельных участках Калмыкии, Ставропольского края, Ростовской области (Нурин-Хагский, Сенгилеевский, Ставропольский и др.).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
В соответствии с формулой специальности 25.00.01 - «Общая и региональная геология», охватывающей проблемы комплексного подхода к обобщению и анализу полученных результатов в интересах народного хозяйства, в частности для решения проблем размещения и поисков полезных ископаемых, в диссертационной работе
приводится концепция структур центрального типа и комплексная их интерпретация с выделением геодинамических центров, путей миграции флюидов в том числе и углеводородов, зон сжатий и растяжений и узловых точек, особо перспективных на обнаружение зон рудоносности и нефтегазоносности. СЦТ рассматриваются комплексно, применительно к поискам различных месторождений полезных ископаемых, выявления локальных и региональных очагов землетрясений, районирования зон сейсмичности при проведении работ по инженерной геологии и геоэкологии.
В соответствии с областью исследования специальности 25.00.01 - «Общая и региональная геология» область диссертационного исследования включает построение геодинамических и геолого-тектонических моделей структурно-формационных комплексов (осадочных и магматогенных) Северного Кавказа и Предкавказья. Предложенная концепция механизма образования СЦТ и интерпретация их на предмет размещения полезных ископаемых и очагов землетрясений, позволяет решать прикладные задачи геокартирования, т.е. существенно дополнять содержание геологических карт данными о СЦТ и линеаментах с результатами их интерпретации.
Практическая реализация выводов диссертационного исследования даст возможность не только экономически более рационально вести поиски, разведку и эксплуатацию месторождений полезных ископаемых в Ставропольском крае и прилегающих областях, но и решать некоторые вопросы по прогнозу землетрясений, оценки инженерно-геологических и экологических условий.
Практическое значение и реализация результатов работы. В работе представлен усовершенствованный структурно-геоморфологический метод (структурно-метрический), позволяющий выявить перспективные структуры на нефть и газ перед проведением поисковых сейсмических исследований, бурения поисковых скважин, сокращая их объемы минимум в два раза. Результаты теоретической геолого-тектонической модели Нурин-Хагской СЦТ, выявленной в результате дешифрирования космических снимков в начале 80-х годов прошлого века, были впоследствии (1986) подтверждены геохимическими и геофизическими исследованиями и практически структура подготовлена к бурению поисковых скважин, рекомендованных в конкретных точках площади (субвертикальных зонах деструкции). По аналогии с Северо-Шадженской площадью, где получена газовая залежь в нижнем триасе, рекомендуется целенаправленная сейсморазведка (методом ЗД) и бурение поисковых скважин на подобных более 50 структурах территории Калмыкии и Астраханской области. Карты-схемы СЦТ и линеаментов, где выделены геодинамические центры, зоны растяжений и сжатий, участки дизъюнктивных узлов или субвертикальных зон деструкции для территории Северного Кавказа и Предкавказья позволяют вести не только целенаправленные поиски месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа (связанные в основном с трещинными коллекторами), но и достоверно прогнозировать точки, участки и зоны сейсмотектонической активизации. Последнее, как известно, имеет большое практическое значение для прогнозирования мест землетрясений и проявления негативных физико-геологических процессов (селей, оползней, просадочных процессов, подтопления и т. д.).
Защищаемые положения:
1. Выявлено, что для территорий сочленения платформ и складчатых областей
характерны крупные (более 50км) по радиусу кольцевые структуры или структуры
центрального типа, представляющие собой систему сопряженных концентрических
и радиальных тектонических нарушений, являющихся результатом импульсных и
постоянно действующих тектонических напряжений. Представлены теоретические
основы и аксиоматический метод на базе фундаментальных особенностей Земли,
для объяснения и понимания природы СЦТ, новая методика выделения СЦТ и их
интерпретации, классификация СЦТ по размерам, возрасту и достоверности.
2. Доказано, что структуры центрального типа связаны с процессами
магматического, соляного, глинистого и нефтяного диапиризма. Все они возникают
в результате инверсии плотности вещества. Размеры СЦТ соответствуют глубинам
до их геодинамических центров и геолого-геофизических неоднородностей.
3. Выделяется два основных типа СЦТ: первый - с низкими градиентами
вертикальных тектонических движений (Нурин-Хагская, Ставропольская, Северо- и
Южнокаспийская), второй - с высокими градиентами вертикальных тектонических
движений (Бештаугорская и Эльбруская). Для этих структур характерен различный
тип полезных ископаемых. Построены мелкомасштабные карты СЦТ и линеаментов
Северного Кавказа и Предкавказья, особо выделяется Транскавказское
субмеридиональное поднятие.
Апробация и публикации. Основные положения и отдельные разделы диссертации опубликованы в более пятидесяти статьях, из них 15 в журналах, рекомендованных ВАК, а также впервые изложены в одном из научно-производственных отчетов автора «Обобщение геологических и аэрокосмофотометрических материалов территории Калмыцкой АССР с целью прогноза нефтегазоносности структур» (г. Элиста, 1981). На международном геологическом конгрессе в Москве в 1984 г. были изложены результаты вышеуказанной работы, т. е. представления о геолого-тектонической модели Нурин-Хагской СЦТ. Несколько позже, в 1986 году, на Нурин-Хагской площади проведены геохимические и геофизические исследования, которые подтвердили теоретическую модель СЦТ, рекомендации автора изложены в паспорте геофизических исследований Чапчаевской площади территории республики Калмыкия (А.Я. Бродский, 1986). В последние годы (1998 - 2009) положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на I и II Международных конференциях «Циклы Ставрополья» - 1999 г., 2000 г.; на IV, V и VI Международных конференциях «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» - Москва 2000, 2001, 2002 и 2004 гг.; на III региональной научно-технической конференции СевКавГТУ «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» - Ставрополь, 1999-2009 гг., на XV - XX Тектонических совещаниях г. Москва: МГУ, 2007-2011 гг. Результаты научных исследований отражены в трех научно-исследовательских отчетах НИИ ПНТ СевКавГТУ г. Ставрополя. На протяжении всей научно деятельности автором опубликовано около сотни статей, тезисов и докладов, 22 научно-производственных отчета и проекта, две монографии и 3 опубликованные карты М 1:500 000 по территории Калмыкии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Диссертация содержит 329 страниц текста и 105 рисунков и фотографий.
