Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ФОРМИРОВАНИИ КРАЕВЫХ ПРОГИБОВ ПРЕДКАВКАЗЬЯ 18
2.1. Основные этапы геологического изучения Предкавказья 18
Первый этап (до начала 1930-х гг.) - описательный 19
Второй этап (с 1930-х гг. до середины 1980-х гг.) - детального изучения 20
Третий этап (с середины 1980-х гг.) - компьютерного моделирования 27
2.2. О терминах "орогенный этап", "краевой прогиб", "моласса" 30
"Орогенный этап" 31
"Краевой прогиб" 34
"Моласса" 38
ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ПРЕДКАВКАЗЬЯ 41
СТРАТИГРАФИЯ МЕЗОЗОЙСКИХ И КАЙНОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ 55
4.1. Мезозойская группа 55
Триасовая система 55
Юрская система 62
Нижний отдел 62
Средний отдел, ааленский - батский ярусы 63
Средний отдел, келловейский ярус - верхний отдел 63
4.1.3. Меловая система 64
Нижний отдел 64
Верхний отдел меловой системы - датский ярус 64
4.2. Кайнозойская группа 66
4.2.1. Палеогеновая система 66
Палеоцен, зеландский - танетский ярусы 66
Эоцен 70
Олигоцен - нижний миоцен (майкопская серия) 74
4.2.2. Неогеновая система 75
4.2.2.1. Миоцен 76
Тарханский ярус 76
Чокракский ярус 78
Караганский ярус 81
Конкскийярус 85
Сарматский ярус 87
Мэотический ярус 94
Понтскийярус 97
4.2.2.2. Плиоцен 101
Киммерийский ярус 101
Акчагыльский ярус 104
4.2.3. Четвертичная система 107
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕКТОНИЧЕСКОЙ КОМПОНЕНТЫ
ПОГРУЖЕНИЯ ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА 111
Общие принципы backstripping-анализа 112
Определение термина "тектоническое погружение" 113
Кривая тектонического погружения 114
Процедура расчета тектонического погружения 116
Параметры, использованные при расчетах 120
Расчет средних скоростей тектонического погружения 135
Выводы по применению методики 141
6. ИСТОРИЯ ТЕКТОНИЧЕСКОГО ПОГРУЖЕНИЯ
ПРЕДКАВКАЗСКИХ КРАЕВЫХ ПРОГИБОВ 144
6.1. Основные этапы истории тектонического погружения Предкавказья
по результатам анализа кривых погружения 145
Первый этап (лейас - альб, 196,5-99,6 млн. л. н.) 145
Второй этап (сеноман - датский век, 99,6-61,7 млн. л. н.) 152
Третий этап (зеландский век - эоцен, 61,7-33,9 млн. л. н.) 152
Четвертый этап (олигоцен - средний миоцен, 33,9-12,8 млн.
л. н.) 152
6.1.5. Пятый этап (сармат - антропоген, 12,8-0 млн. л. н.) 153
6.2. Площадное распределение скоростей тектонического погружения в
позднемеловое - кайнозойское время 153
Поздний мел- датский век (99,6-61,7 млн. л. н.) 153
Зеландский - танетский века (61,7-55,8 млн. л. н.) 171
Эоцен (55,8-33,9 млн. л. н.) 171
Олигоцен - ранний миоцен (майкопское время, 33,9-17,4 млн.
л. н.) 172
Тарханский - конкский века (17,4-12,8 млн. л. н.) 174
Сарматский век (12,8-9,3 млн. л. н.) 175
Мэотический - понтский века (9,3-5,332 млн. л. н.) 176
Киммерийский век (5,332-3,600 млн. л. н.) 177
Акчагыльский век (3,600-1,806 млн. л. н.) 177
6.2.10. Апшеронское время (1,806-0,781 млн. л. н.) 179
Выводы по истории тектонического погружения 179
Возможные механизмы погружения краевых прогибов Предкавказья 186
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 199
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 201
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 202
Приложение 1. Код модуля backstripping-процедуры на языке
Visual Basic 6 219
Приложение 2. Кривые тектонического погружения 238
Приложение 3. Средние скорости тектонического погружения 255
Введение к работе
Актуальность темы. Предкавказье - хорошо изученный регион с большими разведанными и прогнозными запасами полезных ископаемых, главным образом нефти и газа. Поэтому сведения о закономерностях геологического развития этой территории имеют большое теоретическое и практическое значение. Несмотря на многолетнюю историю геологического освоения территории Предкавказья, проблема механизма образования Предкавказских краевых прогибов до сих пор остается актуальной.
Принято считать, что формирование краевых прогибов обусловлено нагрузкой на край плиты горного сооружения, которое надвигается в сторону платформы (форланда). Действительно, в случае "классических" краевых прогибов, таких как Предуральский, Предаппалачский, Предальпийский, Предкарпат-ский, имеет место общая вергентность складчатого горного сооружения в сторону платформы. Однако Большой Кавказ (БК) характеризуется южной вергентно-стью, а надвигание в северном направлении было небольшим. Таким образом, Предкавказские краевые прогибы необычны тем, что занимают "тыловое", а не "передовое" положение в общей структуре Кавказского сектора Альпийского пояса. Кроме того, если бы погружение края Скифской плиты было вызвано нагрузкой орогена, то наиболее глубокий прогиб сформировался бы рядом с самой высокой частью БК, но, в действительности, наиболее глубокая часть Индоло-Кубанского краевого прогиба соседствует с областью периклинального погружения складчатых структур БК и Горного Крыма.
Одним из аспектов изучения истории развития Предкавказских прогибов является анализ вертикальных тектонических движений: амплитуд и скоростей погружения, их распределения по площади и изменений во времени. Наибольший интерес для выяснения механизма формирования прогибов представляет изучение тектонической компоненты погружения, т. е. той его части, которая обусловлена только действием термомеханических процессов в земных недрах (ниже осадочного чехла) и не связана с нагрузкой, создаваемой осадками (см. раздел 5).
Можно предположить, что на развитие Предкавказья в кайнозое существенное влияние оказали коллизионные процессы в Альпийском поясе, причем региональные события могли отразиться в тектоническом погружении Предкав-
казских прогибов.
Цель работы - реконструкция истории погружения Предкавказских краевых прогибов во время коллизионного этапа развития Альпийского пояса с выделением тектонической компоненты погружения backstripping-методом и выявление связи между событиями региональными (в масштабе Кавказского сектора пояса) и локальными (в масштабе структурных элементов Скифской плиты).
Задачи работы. Общей задачей работы было исследование влияния региональных геодинамических процессов, происходивших в Кавказском секторе Альпийского пояса в течение коллизионного этапа, на тектоническое развитие Предкавказских краевых прогибов.
Было необходимо провести сравнительный анализ геологического строения Западно-Кубанского и Терско-Каспийского краевых прогибов, их истории формирования на альпийском этапе с целью выявления общих для них и индивидуальных закономерностей геологического развития, связи между региональными и локальными событиями во время коллизии в Кавказском секторе Альпийского пояса.
Для этого решались следующие частные задачи:
сбор фактического материала (геологических разрезов, характеризующих разные тектонические элементы рассматриваемой территории),
создание компьютерной программы для выполнения backstripping-анализа,
сбор сведений об изменении пористости и плотности горных пород с глубиной для территории Предкавказья (для учета уплотнения в backstripping-процедуре),
оцифровка геологических разрезов для математической обработки по методике backstripping-анализа,
построение и анализ кривых погружения для Предкавказских краевых прогибов и смежных участков Скифской плиты,
пространственно-временной анализ распределения скоростей тектонического погружения для изучаемой территории;
сопоставление событий истории тектонического погружения Предкавказских прогибов с событиями геодинамической истории Кавказского сектора Альпийского пояса в мезозойское и, особенно, кайнозойское время.
Фактический материал. Исходным фактическим материалом для анали-
за тектонического погружения послужили 159 геологических разрезов (рис. 1, табл. 1), характеризующих различные тектонические элементы Предкавказья (см. рис. 2).
Использовано 107 типовых нормальных разрезов скважин и 2 описания естественных обнажений в пределах Северного склона БК. Разрезы скважин Западного Предкавказья были взяты из отчетов в Росгеолфонде [Буряк и др., 1962; Егоян и др., 1968]. Значительная часть разрезов скважин Центрального и Восточного Предкавказья была предоставлена автору доц. Л. В. Паниной, остальные были взяты из отчетов в Росгеолфонде [Игошин и др., 1965]. Описание разреза Ахтырской зоны взято из книги [Щерба, 1993]. Описание разреза по р. Чанты-Аргун предоставлено Л. В. Паниной.
Поскольку перечисленные разрезы не покрывали территорию Предкавказья достаточно равномерно, автором дополнительно сконструированы 50 разрезов по картам фаций и мощностей "Атласа литолого-палеогеографических карт Русской платформы и ее геосинклинального обрамления" [Атлас..., 1961] (см. раздел 5.5).
Кроме того, использовались тектонические и геологические карты для Предкавказья и прилегающих областей, опубликованные данные по физическим свойствам осадочных пород Предкавказья, литолого-палеогеографические карты Предкавказья для мезозоя - кайнозоя.
Методика исследований. Работа базировалась на традиционных методах историко-геологического анализа, в том числе анализе фаций и мощностей. Применялась методика backstripping-анализа, позволяющая рассчитывать тектоническую компоненту погружения осадочного бассейна. По результатам расчетов строились кривые погружения, схемы площадного распределения скоростей тектонического погружения для десяти временных интервалов (позднего мела - датского века, зеландского - танетского веков, эоцена, олигоцена - раннего миоцена, тарханско-конкского времени, сармата, мэотиса - понта, кимме-рия, акчагыла и апшерона) и графики распределения скоростей тектонического погружения вдоль профилей, проведенных вкрест Западно-Кубанского и Терско-Каспийского краевых прогибов и через Ставропольский свод.
Научная новизна. Впервые на достаточно представительном материале проведен пространственно-временной анализ тектонической компоненты погружения для различных структурных элементов Предкавказских краевых про-
гибов и прилегающих участков Скифской плиты, позволивший сделать новые выводы об истории развития Предкавказских краевых прогибов, основные из которых сформулированы в защищаемых положениях. Защищаемые положения:
В позднемеловом - кайнозойском погружении Предкавказских краевых прогибов тектоническая компонента составляет около 30 %, остальные 70 % -это изостатическая компонента. Таким образом, основным фактором погружения основания Предкавказских прогибов является снос в эту область большого количества осадочного материала со смежных относительно приподнятых областей - складчатого сооружения Большого Кавказа и Восточно-Европейской платформы.
Образование Предкавказских краевых прогибов как областей с большим значением тектонической компоненты погружения, чем на окружающих территориях, было разновременным: Западно-Кубанский оформился в оли-гоцене - раннем миоцене (майкопское время; 33,9-17,4 млн. лет назад), Терско-Каспийский - позднее, в тарханско-конкское время (17,4-12,8 млн. лет назад).
Западно-Кубанский краевой прогиб сохранял свое положение с майкопского времени до акчагыльского века включительно, в нем не происходило миграции оси максимальных скоростей тектонического погружения. Для Терско-Каспийского краевого прогиба характерна более сложная история с миграцией максимумов скоростей тектонического погружения к северу.
Западная часть Предкавказья в целом характеризуется большей стабильностью картины скоростей тектонического погружения, чем центральная и восточная. Вероятно, на коллизионном этапе Западное Предкавказье испытывало в целом меньшее сжатие, чем Восточное.
Практическое значение работы. Результаты расчета тектонической компоненты погружения могут использоваться при проведении математического и тектонофизического моделирования формирования краевых прогибов для оценки соответствия моделей реальным объектам.
Полученные выводы по истории формирования Предкавказских краевых прогибов дополняют существующие представления об их эволюции и могут быть использованы при изучении процессов нефтегазообразования и нефтегазо-накопления.
Разработанная схема анализа истории тектонического погружения может
применяться при исследовании других регионов.
Апробация результатов работы. Результаты исследования докладывались на совещании "EUROPROBE/INTAS. North Caucasus foredeep" (1996 г.), 6-й Зоненшайновской конференции по тектонике литосферных плит (1998 г.), научных чтениях "Проблемы региональной геологии и тектоники", посвященных 90-летию со дня рождения М. В. Муратова (1998 г.), на XXXII, XXXIII и XL Тектонических совещаниях (1999, 2000, 2007 гг.), Горшковских чтениях (1999, 2000, 2001, 2006 гг.), а также на 3-м Всероссийском литологическом совещании (2003 г.) и научной сессии, посвященной 20-летию кафедры литологии и морской геологии Геологического факультета МГУ (2003 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ - 2 статьи и 15 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации - 153 стр. текста, 46 рисунков, 7 таблиц, 3 приложения, общий объем - 263 стр. Список литературы содержит 230 наименований.
Руководство работой. Диссертационная работа выполнена на кафедре динамической геологии геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Н. В. Короновского.
Благодарности. Автор выражает большую благодарность научному руководителю - проф. Н. В. Короновскому за внимание к работе, ценные советы и критические замечания в ходе решения отдельных задач. Огромную помощь автору оказала доц. Л. В. Панина. Выполнению работы в значительной мере способствовали контакты со специалистами ОИФЗ им. О. Ю. Шмидта - В. О. Михайловым, Е. И. Смольяниновой и Е. А. Киселевой. Автор благодарит доц. А. Н. Стафеева за дискуссии по геологической истории Скифской плиты и просмотр автореферата, ст. преп. А. А. Зарщикова, поделившегося идеями по раннеаль-пийской истории Кавказского сектора Альпийского пояса, зав. лаб. М. А. Гончарова за консультации и полезные дискуссии по геодинамике Альпийского пояса, зав. лаб. А. И. Полетаева за критический разбор защищаемых положений. На разных этапах работы автору оказывали разностороннюю помощь проф. А. Г. Рябухин, ст. науч. сотр. Г. В. Брянцева, инж. Г. В. Беловицкая и другие сотрудники кафедры динамической геологии, проф. О. В. Япаскурт, ст. науч. сотр.
М. Н. Щербакова, асе. Е. В. Карпова, ст. преп. В. Л. Косоруков и другие сотрудники кафедры литологии и морской геологии. Автор выражает признательность также проф. А. С. Алексееву (кафедра палеонтологии) за полезные советы, проф. А. М. Никишину (кафедра региональной геологии и истории Земли) за критику результатов работы, которая заставила глубже проработать методику исследований и более объективно оценить результаты, и Н. П. Бетелеву, взявшему на себя труд прочтения автореферата, что способствовало улучшению стилистики текста. Наконец, приятный долг автора - выразить огромную благодарность своим родным - маме и брату за материальную поддержку, которая сделала возможной проведение данной работы.
Часть работы (сбор фактического материала и начальный этап обработки) выполнена при поддержке международного фонда INTAS (грант 94-3881).
2. ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ФОРМИРОВАНИИ КРАЕВЫХ ПРОГИБОВ ПРЕДКАВКАЗЬЯ
Предкавказье имеет длительную, более чем столетнюю, историю геологического изучения и характеризуется хорошей геолого-геофизической изученностью. Пристальный интерес к этой территории обусловлен ее нефтегазоносно-стью.
Стратиграфия, тектоника и история геологического развития Предкавказья рассматривались в трудах многих геологов, теоретиков и практиков. Среди наиболее известных теоретических обобщений - работы Г. В. Абиха (середина XIX в.), И.М.Губкина (конец XIX - начало XX вв.), Н. С. Шатского (1923-1948), А. П. Герасимова (1928), А. Д. Архангельского (1927, 1941), В. П. Ренгар-тена (1930, 1939), Н. Б. Вассоевича (1934-1952), И. О. Брода (1938-1960), В. В. Белоусова (1937-1954), М. В. Муратова (1949-1964), В. Е. Хаина (с 1949), Е. Е. Милановского (с 1962), Н. В. Короновского с соавторами (с 1973), А. М. Никишина с соавторами (с 1994).
Поскольку подробное рассмотрение истории геологических представлений о Предкавказье могло бы занять слишком много места (библиография автора по Предкавказью и Кавказской области насчитывает около 1500 работ и занимает более ста страниц), ниже приводятся основные вехи истории геологического изучения Предкавказья с акцентом на представлениях о краевых прогибах, механизме их формирования как самостоятельных структур и образовании в них деформаций осадочного чехла.
В разделе 2.2 приводятся определения ключевых терминов данной работы: "краевой прогиб", "орогенный этап" и "моласса". Эта информация помещается в историческом разделе, поскольку представляемые трактовки сложились в результате изучения автором публикаций предшественников - исследователей краевых прогибов вообще и Предкавказских в частности.