Нефтегазоносность фундаментов, кор выветривания

ЛЕКЦИЯ 12

Нефтегазоносность фундаментов, кор выветривания,

Мобилистские идеи в нефтяной геологии

Гаврилов В.П. Мобилистские идеи в геологии нефти и газа./Геология нефти и газа. №2. - 2007. – с. 41-49.

Во второй половине XX в. на смену учению о геосинклиналях пришли мобилистские воззрения, которые оформились в «тектонику литосферных плит» (ТЛП). Если геосинклинальная теория объясняла развитие геологических структур как результат вертикальных тектонических движений, а процесс эволюции земной коры как законно-мерный переход во времени геосинклинальных областей в платформенные, то ТЛП во главу угла ставит примат горизонтальных тектонических движений и все многообразие геологических явлений трактует как следствие движений литосферных плит по земной сфере, а глобальную эволюцию литосферы – как закономерную смену океанических структур континентальными и наоборот.

Под углом зрения геосинклинальной теории формировались основополагающие идеи и в геологии нефти и газа. Одна из таких идей развилась в осадочно-миграционную теорию нефтегазообразования. Ведущая роль в ней принадлежит вертикальным тектоническим движениям, а местом образования нефти и газа являются осадочно-породные бассейны (ОПБ) длительного развития (погружения). Выделяются «главные зоны нефте- и газообразования» (ГЗН И ГЗГ) и, соответственно, стадии онтогенеза углеводородов (УВ): генерация – миграция – аккумуляция (формирование залежей УВ в нефтегазоносных комплексах /НГК = коллектор+покрышка/ ловушек разных типов) – эволюция (переформирование или расформирование залежей нефти и газа).

Опираясь на осадочно-миграционную теорию нефтегазообразования, геологи в ХХ веке открыли десятки тысяч залежей УВ-сырья, обеспечив современную цивилизацию энергетическим потенциалом.

По мнению сторонников мобилизма, несмотря на значительные успехи в теории и практике нефтегазового дела, классическая осадочно-миграционная теория к концу прошлого столетия практически себя изжила. На смену ей пришла ТЛП.

В соответствии с мобилистскими идеями образование УВ могло происходить в разных геологических условиях: в традиционных областях устойчивого тектонического прогибания; в узких, вытянутых рифтовых бассейнах со специфическим геодинамическим режимом недр; в районах столкновения литосферных плит, выраженных вначале зонами субдукций, а на завершающей стадии развития региона – субдукционно-обдукционными зонами. Наряду с органическими источниками нефти и газа, стала допускаться реальность неорганического синтеза УВ. Сумма всех этих новых подходов к теории нефтегазообразования и нефтегазонакопления в земной коре оформилась в геодинамическую (микстгенетическую, полигенную) модель образования нефти и газа.

Её суть заключается в том, что процесс возникновения нефти и газа увязывается с глобальными циклическими процессами раскрытия и закрытия океанов. Серии эпизодов геологической истории океанов от их зарождения до закрытия и образования на их месте континентальной суши объединены в крупные тектоничексие циклы, известные как циклы Вильсона продолжительностью около 600 млн. лет. Дополняя эти океанические циклы континентальной историей развития литосферы, была предложена концепция геодинамической цикличности эволюции литосферы (Гаврилов В.П., 1989). Полный геодинамический цикл состоит из двух крупных этапов: образования океанов (океаногенез) и континентов (континентогенез). Этапы, в свою очередь, состоят из стадий, а последние – из фаз.

Диаграмма полного геодинамического цикла эволюции литосферы

(по В.П.Гаврилову)

Океанический этап

стадии
Предокеаническая	Собственно океаническая	Эпиокеа-ническая
фазы
Началь-ной деструк-ции лито-сферы	Континен-тального рифта	Морского рифта	Спрединга	Частич-ной субдук-ции	Полной субдукции (субдук-ционно-обдук-ционная)	Орогенная
	Геосинклинальная стадия
периоды
Неблагоприятные для нефтегазообразования	Наиболее благо-приятные для нефтега-зообразо-вания	Неблаго-приятные для нефтегазо- образова-ния	Наиболее благоприятные для нефтегазообразования

Континентальный этап

стадии
Платформенная	Эпиплатформенная
фазы
Кратониза- ции (для древних платформ)	Авлакоген- ная (тафроген- ная, доплит-ная)	Синеклизная	Плитная	Эпиплатформенной активизации
периоды
Неблагоприятные для нефтегазообразования	Благоприятные для нефтегазообразования	Неблагоприятные для нефтегазообразования

Новое толкование цикличности развития литосферы позволяет по-иному осмыслить и взаимосвязанные с ними процессы формирования месторождений нефти и газа.

Для нефтеобразования наиболее благоприятны фаз морского рифта, частичной и полной субдукции (субдукционно-обдукционная фаза).

По мнению В.П.Гаврилова это основывается на двух основных доводах:

· формирование в течение этих отрезков геологического времени значительных масс осадочного материала с органическими остатками на относительно ограниченных площадях;

· высокая термическая и сейсмотектоническая активность недр, что является определяющим фактором быстрой, в геологическом времени, трансформации органического вещества (ОВ) в УВ-газ и капельно-жидкую нефть.

Указанные фазы эволюции литосферы характеризуются максимальной раскрытостью недр, что создает благоприятные условия для взаимного обмена флюидами поверхностных и глубинных сфер.

В соответствии с этим предложено выделять две основные модели «производства» нефти: рифтогенную и субдукционно-обдукционную.

Рифтогенная модель нефтегазообразования подразумевает накопление мощной толщи осадков (10-12 км) вначале в континентальных рифтах, а затем рифтогенных межконтинентальных морях. Застойный режим осадконакопления благоприятствует формированию глинистых пород, обогащенных органикой, в восстановительной геохимической обстановке (нефтегазоматеринские свиты). Высокий тепловой поток, который идет от приближенной к подошве литосферы горячей мантии (астеносферный выступ), активизирует процессы переработки органики в капельно-жидкую нефть. В этой ситуации необязательно, чтобы нефтегазоматеринские породы были погружены на значительную глубину. Образование нефти и газа в условиях высокой активности недр может начаться и активно протекать уже в донных осадках, как это происходит, например, в «горячих ямах» Красного моря и в наши дни (Вебер В.В., 1983).

По мере своего развития внутриконтинентальные рифты трансформируются в океанические бассейны с центрами спрединга. С двух сторон формирующегося океана возникают пассивные окраины континентов, представляющие собой фрагменты изначально рифтовых осадочно-породных бассейнов. Если процессы рифтогенеза не сопровождаются раскрытием океана, а останавливаются на фазе (стадии) рифта, то над рифтовыми структурами обычно происходит заложение крупных внутриплатформенных структур (синеклиз). Региональные зоны нефтегазонакопления рифтогенного типа формируются внутри континентов. К ним относятся, например, месторождения Западной Сибири и Северного моря. Таким образом, рифтогенные геодинамические режимы могут проявляться внутри континентов и быть внутриконтинентальными, а могут затрагивать и пассивные континентальные окраины и являться как бы окраинно-континентальными.

По своей сущности рифтогенная модель близка к классической бассейновой (осадочно-миграционной) модели нефтегазообразования, за тем исключением, что рифтогенный режим подразумевает более высокую прогретость недр – более ранне, более быстрое и более полное созревание органического вещества (ОВ) и его преобразование в нефть и газ.

Субдукционно-обдукционная модель нефтегазообразования характерна для зон субдукций, расположенных по окраинам океанов, и коллизионных зон столкновения континентов при закрытии океанических пространств Она подразумевает сгружение огромных масс осадков с РОВ (аккреционные призмы), их частичное затягивание непосредственно в зону поглощения, где они попадают в жесткие термобарические условия. Находясь под действием высоких температур (100-400^оС) в течение 1-2 млн. лет, органика оказывается в очень благоприятной для нефтегазообразования ситуации, когда за короткий отрезок геологического времени она трансформируется в газ и капельно-жидкую нефть. Рассеянные в породе УВ мобилизуются и вовлекаются в общий глубинный водоминеральный поток термальными водами, возникающими при дегидратации океанической литосферы в зонах субдукции (Сорохтин О.Г., Ушаков С.А., 2002). Избыточное давление термальных вод поддерживается постоянной мобилизацией и перегревом поровых вод океанических осадков, а также вод, освобождающихся при дегидратации коры. По мере удаления от зон подвига температура и давление термальных вод уменьшаются, замедляется и скорость фильтрации водоминерального потока. Создаются условия, благоприятные для аккумуляции УВ в залежи.

Образование нефти и газа по субдукционно-обдукционной модели не предусматривает обязательного наличия нефтегазоматеринских пород. Возникновение УВ-флюида будет происходить по мере погружения океанической коры в мантию.

Следует различать два основных механизма, приводящих к генерации УВ в зонах столкновения литосферных плит.

1) Поддвигание океанической плиты под островные дуги или континенты (субдукция);

2) Надвигание на пассивную окраину континента (обдукция).

Второй механизм, по мнению В.П.Гаврилова, более нефтеобильный и по масштабам образования нефти и газа существенно превосходит первый.

Это объясняется тем, что в процесс обдукции вовлекается пассивная окраина континента, которая уже обладает определенным нефтегазогенерационным потенциалом. Обдукционные процессы за счет трения вызывают дополнительное тепло, которое способствует более полному преобразованию РОВ в УВ нефтяного ряда, а повышенное давление в поднадвиговой части обдукционной системы усиливает отжатие капельно-жидкой нефти из нефтегазоматеринских свит деформированной (преобразованной) пассивной окраины. Обдуцирующие пластины земной коры создают таким образом эффект «горячего утюга», что существенно увеличивает общий масштаб нефтегазообразования в субдукционно-обдукционных областях.

Наряду с рассмотренными геодинамическими режимами, не отвергшается существование традиционной депрессионной (бассейновой) модели нефтегазообразования.

Представляется весьма вероятным существование в земной коре, гидросфере и атмосфере двух УВ-потоков: органического и неорганического, которые в своей эволюции испытывают взаимное проникновение и смешение. Необходимо признать многофакторность, многовариантность, нелинейность процесса генезиса нефти и газа. Образование УВ обязано различным причинам, носит смешанный (микстгенетический, полигенный) характер.

Тенденцией современного этапа развития геологии нефти и газа является пересмотр глобальных закономерностей пространственного распределения месторождений УВ в земной коре, корректировка подходов к нефтегазогеологическому районированию недр. Рассматривается поясное распределение нефтегазоносных территорий (В.Е.Хаин, Д.В.Несмеянов, В.П.Гаврилов и др.)

Под поясом нефтегазонакопления понимается ассоциация территориально близких нефтегазоносных провинций (бассейнов) или областей, в пределах которых образование и накопление нефти и газа протекали под доминирующим влиянием определенного геодинамического режима.

Предлагается выделять пояса нефтегазонакопления (ПНГН):

· рифтогенного типа;

· субдукционно-обдукционного типа;

· депрессионного типа.

Если причины образования ПНГН более или менее понятны, то происхождение центров (узлов или полюсов центров) нефтегазонакопления (ЦНГН) представляет собой загадку. Возможное объяснение этого феномена предполагает следующие сценарии.

1. Затягивание в зону субдукции палеодельт – крупных объемов осадочного материала с обильным содержанием Сорг. Такая ситуация возможна в период закрытия океанических пространств (субдукционно-обдукционная фаза), когда складчатые комплексы надвигаются на пассивные континентальные окраины. Если на пути миграции УВ-потока из поднадвиговых зон (областей) попадаются участки (зоны) с благоприятными условиями для накопления и консервации залежей (наличие резервуаров с высокими ФЕС, региональных покрышек, крупных ловушек и т.д.), то образуются ЦНГН (ЦНГН в Баренцево-Каспийском ПНГН).

2. Существование длительно действующего потока УВ из нижних секций земной коры, образовавшегося за счет минерального синтеза. Современные рифтовые длины – «черные курильщики» - ежегодно поступает до 10 млн. т метана; при наличии покрышки только за 1 млн.лет сформировались бы газовые месторождения с запасами около 10 трлн. т (10¹⁶ м³). Подобный сценарий – уникальные скопления газа и нефти в Западно-Сибирском рифтогенном поясе.

3. Определяющую роль могут играть крупные разломы земной коры, особенно в узлах их пересечения (Гаврилов В.П., 1975).

Руководствуясь геодинамической идеей, геологи-нефтяники в ряде стран достигли успехов при:

1. Разбуривании поднадвиговых зон (Канада, Мексика, Куба, Новая Зеландия Швейцарские Альпы и др. В России перспективные зоны выявлены вдоль Верхоянья и Западного Урала.

2. Нетрадиционный объект поиска – фундамент платформ; на древних – Северная и Южная Америка, на молодых – Западная Сибирь, Западная Европа, в пределах мезозоид - шельф Вьетнама, в межгорных впадинах молодых горно-складчатых сооружений – Венесуэла и др.

ВЫВОДЫ – мобилистские идеи в современной нефтяной геологии:

1. Образование УВ происходит различными путями – не только по сценарию классической осадочно-миграционной (бассейновой) теории, но, например, и в зонах столкновения литосферных плит (субдукционно-обдукционная модель).

2. В глобальном процессе нефтегазообразования нельзя исключать минеральный синтез УВ (неорганический синтез продецирует преимущественно метан, настоящие нефти в своем образовании требуют участи ОВ; генезис нефти и газа следует признать смешанным микстгенетическим, полигенным – В.П.Гаврилов, 2007).

3. Выделение поясов нефтегазонакопления, в составе которых вычленяются нефтегазоносные провинции и бассейны.

4. Выделение центров (узлов или полюсов центров) нефтегазонакопления (ЦНГН).

5. Плитотектонические подходы к пониманию закономерностей поясного размещения месторождений нефти и газа.

6. Внедрение геодинамических идей – мобилистского мировоззрения в поиски новых нетрадиционных нефтегазоносных объектов (поднадвиги, фундаменты и др.).

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АБСОЛЮТНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЛИТ - термин введен в связи с концепцией горя-чих точек, считающихся неподвижными, относительно которых можно определять (для длительных периодов времени) абсолютное перемещение плит. В южных частях Атлантического и Тихого океанов, в Индийском океане последние 100 млн. лет горячие точки были неподвижными.

Сопряженные понятия АВТОХТОН-АЛЛОХТОН приобрели в настоящее время особое значение в связи с утвердившимся представлением о покровно-чешуйчатом строении горно-складчатых областей как отражении процесса тектонического скучивания вследствие столкновения континентов при конвергенции (сближении) литосферных плит.

АККРЕЦИЯ – приращение массы какой-либо геосферы или планеты в целом (Ю.М.Пущаровский).

АККРЕЦИОННАЯ ПРИЗМА – глубоководные желоба (ГЖ) и островные дуги (ОД).

Глубоководные желоба (ГЖ) – узкие протяженные прогибы океанского дна, являющиеся самыми глубокими зонами Мирового океана (до 11 км); располагаются либо с внешней стороны островной дуги на расстоянии 100-150 км о неё, либо вдоль активных континентальных окраин; имеют протяженность до 5000 км при ширине 10-20 км. Характерна сохраняющаяся на значительных расстояниях асимметричная форма с относительно крутым (от 10^о и более), прилегающим к суше склоном и более пологим (в среднем 5-7^о), обращенным к океану бортом.

Островные дуги (ОД) – сложный структурный комплекс, входящий в обрамление океанских бассейнов. Морфологически представлен цепочками вулканических островов и прилегающих к ним глубоководных желобов; в систему ОД включаются также невулканические острова и окраинные моря (задуговые бассейны). Все эти морфологические элементы закономерно сменяют друг друга вкрест простирания дуги. В направлении от оси желоба к континенту наблюдаются нижний, или верхний, склон желоба, фронтальная дуга, вулканическая дуга, задуговый бассейн (окраинное море), остаточная, или третья, дуга.

АКТИВНЫЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОКРАИНЫ – один из типов ископаемых и современных зон перхода от континента к океану. Геодинамическая интерпретация связывает формирование АКО с подвигом океанской литосферы под континентальную.

ГОРЯЧИЕ ТОЧКИ (ПЛЮМЫ) – геодинамическая модель, основанная на представле-ниях о мантийных плюмах (плюмажах) – колоннах разогретого мантийного вещества, поднимающегося к подошве литосферы от границы раздела мантия – ядро.

ГРАНИЦЫ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ – узкие геологически активные зоны (пояса), по которым две литосферные плиты примыкают друг к другу.

(вулканиты толеитовой серии формируются над плюмами в пределах хребта или вне его; вулканиты переходной серии, серий щелочных базальтов, базанитов и нефелини-тов образуются в указанном порядке по мере удаления вулкана от плюма)

ДИВЕРГЕНТНЫЕ ГРАНИЦЫ ПЛИТ – границы расходящихся литосферных плит. Очерчиваются узкими поясами эпицентров землетрясений, приуроченных к осевой части срединно-океанических (СОХ) и зонами континентального рифтогенеза.

ОБДУКЦИЯ (obduction – Р.Коулман, 1971) - изостатически неуравновешенный процесс надвигания океанской коры и мантии на континентальную окраину в зонах конвергентных границ плит (границами сходящихся литосферных плит).

ОКЕАН – крупнейший структурно-морфологический элемент рельефа земной поверхности, представленный совокупностью глобальных впадин, заполненных водой. Современные океаны и моря образуют единую систему –Мировой океан, которая слагает одну из внешних оболочек Земли – гидросферу, окружающую разрозненные материки и острова.

ОКЕАНСКИЕ ХРЕБТЫ – линейно вытянутые топографические возвышенности глубокого дна океанских бассейнов, характеризующиеся крутыми склонами и неровным рельефом Морфологически выделяются спрединговые (срединно-океанские) и хребты вулканических островов (асейсмичные хоебты).

СПРЕДИНГ ОКЕАНСКОГО ДНА – одна из совремнных концепций тектоники плит, в соответствии с которой дно современных океанов разрастается со скоростью от 2-4 см/год до 18-21 см/год. Осями симметричного расширения являются рифтовые долины.

ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ - современная мобилисткая геотектоническая теория, рассматривающая эволюцию вещества и структур на поверхности Земли как результат взаимодействия литосферных плит в процессе их горизонтального перемещения по астеносфере под воздействием конвекции в мантии.

КОНВЕКЦИЯ – упорядочное движение вещества в поле силы тяжести под влиянием разности температур и соответствующих им плотностей. В условиях Земли конвекция рассматиривается как один из основных процессов дифференциации мантийного вещества с выделением внутреннего ядра и силикатных оболочек.

ЛЕКЦИЯ 12

Нефтегазоносность фундаментов, кор выветривания,