РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

  • Г.П. ЩЕРБИНИНА Горный институт УрО РАН

Аннотация

Территория исследований находится в области выклинивания лунежской соля- ной толщи и включает восточный край Восточно-Европейской платформы и западную часть Предуральского прогиба. На площади находится Белопашнинское поднятие по кровле соли, которое является одной из вершин регионального Камско-Вишерского со- ляного вала, сформированного вдоль восточной границы плат формы. Поднятие имеет амплитуду 160 м, горизонтальные размеры 10×10 км. Кровля соляной толщи на верши- не поднятия расположена на абсолютных отметках от 0 м до +21 м, т.е. соляные поро- ды здесь залегают близко к земной поверхности - на глубине 130-150 м. Средний угол падения соляной поверхности на склонах составляет 2.0-2.5°. Слои надсоляной толщи, представленные глинистыми, алевро-песчаными, кар- бонатными отложениями, повторяют морфологию соляной поверхности. Верхняя часть надсоляной толщи на вершине поднятия эродирована, имеет неполный разрез, что го- ворит о разрыхленном состоянии горных пород. Морфология гравитационного поля (рис. 1) с почти равномерным падением зна- чений на восток формируется многими причинами. Основной вклад вносит изменение по площади мощности соляной толщи и глубины залегания ее кровли и подошвы. В 167 ----------------------- Page 168----------------------- районе вершины соляного купола мощность соляной толщи достигает 480 м, у подно- жия восточного склона - 340-350 м, а в 6 км западнее вершины, на границе с платфор- мой, толща соли выклинивается. Граница между надсоляной толщей, сложенной поро- 3 дами высокой плотности (2.35-2.47 г/см), и нижележащей толщей соляных пород, ха- 3 рактеризующихся низкой плотностью (1.98-2.17 г/см), является гравиактивной. По ре- зультатам моделирования Белопашнинское соляное поднятие создает отрицательную аномалию силы тяжести амплитудой около -1.8 мГал. Мощность соляной толщи кроме ее верхней поверхности определяется и формой ее подошвы. Подошва соляной толщи (ОГ «С») на данной площади изучена сейсмораз- ведкой, проводившейся в 2001 и 2002 гг. с нефтепоисковой целью. Отражающий гори- зонт «С» фиксируется на западе в пределах отметок -260 м, в восточной части площади погружается до отметок -500 м (рис. 2). Общее падение подошвы соляной толщи в восточном направлении осложняется наличием в ее морфологи приподнятых зон, расположенных южнее и севернее вершины соляного поднятия. Таким образом, под соляным куполом в подошве соляной толщи на- блюдается отрицательная структура в виде «залива» заходящего с востока. Совпадение в плане поднятия в кровле соли и отрицательной структуры в подошве соли говорит о том, что такое соотношение структур не случайно. Так как кровля соляной толщи находится близко к земной поверхности, то является вторичной по отношению к форме ее подошвы. Наличие «залива» в подошве жесткого соляного ложа обеспечивало неоднородность на- пряженного состояния соляной толщи и создавало геодинамические условия благоприят- ные для максимального нагнетания сюда соли во время формирования приплатформенно- го вала. Таким образом, данное поднятие, можно рассматривать как элемент, сформиро- ванный за счет выдавливания соли на границе с жесткой платформой в обстановке гори- зонтального сжатия при воздействии давления Уральской системы. Рис. 1. Гравитационное поле: 1 - пункты гравиметрических наблюдений, 2 - скважины, 3 - локальная положительная аномалия, обусловленная надвигом 168 ----------------------- Page 169----------------------- Сложная картина распределения геодинамических напряжений, генерируемых складчатой зоной Урала, определила сложную геологическую ситуацию на изучаемом участке. Данные бурения показывают наличие интенсивных вторичных изменений по- род, неравномерное их выветривание, изменяющуюся по латерали мощность толщ, разную полноту разреза. В скважине 2201, пробуренной в 2 км западнее вершины соляного поднятия, наблюдается повторение разреза надсоляной толщи. На каротажной кривой естест- венной радиоактивности наблюдается двойная закономерная последовательность ритмов, что свидетельствует о вскрытии скважиной надвига. Пересечение скважи- ной плоскости надвига фиксируется на глубине 105 - 110 м. Описание керна в районе этого интервала отражает крайнюю степень нарушенности пород - углы наклона слоистости до 90°, наличие систем микросбросов, зеркал скольжения, от- крытых и минерализованных трещин и т. д. Сильные вторичные изменения пород характерны для всей надсоляной толщи данной скважины. Это говорит о том, что породы в районе скважины 2201 интенсивно подвергались тектоническим преобра- зованиям. Кроме скважины 2201 значительные изменения пород по описанию керна отме- чаются также в скважине 2204, расположенной в 1.7 км южнее скважины 2201. Однако, повторение разреза на каротажной кривой скважины 2204 визуально не просматривает- ся по причине слабой ее дифференцированности. Геологический разрез, приведенный на рис. 2, дает общее представление о строении изучаемого участка. Надвиг, зафиксированный в надсоляной толще скважины 2201, пересекает, согласно построенному разрезу, надсоляную и продук- тивную толщи и, вероятно, затухает в пластичных породах подстилающей соли. Исходя из истории геодинамического развития региона, принимаем, что движение породных масс осуществлялось с востока на запад. Следовательно, плоскость над- вига должна падать на восток, что и отражается на разрезе. Угол падения плоско- сти надвига составляет в данной модели 13°, амплитуда надвига по плоскости смещения 150-160 м. На разрезе фиксируется неравномерное по площади растворение верхней части соляной толщи. Максимальное растворение отмечается на выпуклых вверх участках (скв. 146, 406), где на границе соляной и надсоляной толщ во время на- гнетания соли формировались области максимального вертикального давления, что способствовало ускоренному растворению соляных пород. На пониженных участках соляной поверхности, находящихся в зонах менее интенсивных верти- кальных напряжений, наблюдается практически сохраненный полный разрез верх- ней части соляного массива: переходная толща, покровная соль, продуктивная толща. На геологическом разрезе такие участки наблюдаются в скважине 2201, где продуктивная толща сохранилась под плоскостью надвига в локальном понижении автохтона, в скважинах 407, 110 - на пониженных участках восточного склона со- ляного поднятия. 169 ----------------------- Page 170----------------------- Рис. 2. Геологический разрез и модельное гравитационное поле: 1 - геологические поверхности, 2 - скважины, 3 - глинисто-гипсовая шляпа, плос- кость надвига, 4 - повторяющиеся элементы кривой ГК в автохтоне и аллохтоне, 5 - средняя плотность толщ, г/см3 (толщи: Q - четвертичная, ПЦТ - пестроцветная, ТКТ - терригенно-карбонатная, СМТ - соляно-мергельная, ПКС - покровная каменная соль, пер.т. - переходная, прод. - продуктивная, кр.З. - кровля пласта З, кр.Д. - кровля пласта Д, кр.подст. - кровля подстилающей соли, ОГ "С" - сейсмический от- ражающий горизонт "С") На разрезе фиксируется неравномерное по площади растворение верхней части соляной толщи. Максимальное растворение отмечается на выпуклых вверх участках (скв. 146, 406), где на границе соляной и надсоляной толщ во время нагнетания соли формировались области максимального вертикального давления, что способствовало ускоренному растворению соляных пород. На пониженных участках соляной поверх- ности, находящихся в зонах менее интенсивных вертикальных напряжений, наблюда- ется практически сохраненный полный разрез верхней части соляного массива: пере- ходная толща, покровная соль, продуктивная толща. На геологическом разрезе такие участки наблюдаются в скважине 2201, где продуктивная толща сохранилась под плос- костью надвига в локальном понижении автохтона, в скважинах 407, 110 - на пони- женных участках восточного склона соляного поднятия. 170 ----------------------- Page 171----------------------- На базе разнообразных данных о строении и развитии территории стала возмож- на эффективная интерпретация гравиметрических материалов. Для построения транс- формант гравитационного поля использовалась программа «Вектор» [2]. Применение гравиметрии при подготовке изучаемого участка для проведения горных работ позволило решить две задачи. Во-первых, выяснить положение в плане, выявленного по результатам бурения, надвига, определить его длину. Во-вторых, вы- явить участки с низкими прочностными свойствами пород, т.е. пород пониженной плотности - повышенной пористости и трещиноватости. Для выяснения характера проявления надвиговой структуры в гравитационном поле был рассчитан гравитационный эффект от кровли соляной толщи для модели над- вига, показанной на рис. 2. По результатам решения прямой задачи гравиметрии, уве- личение мощности плотных надсоляных пород в районе надвига создает положитель- ную аномалию амплитудой 0.7 мГал. На карте поля силы тяжести (рис. 1) в районе скважины 2201 отчетливо видна положительная аномалия линейной формы. Ее длина около 3 км, ширина 700-800 м. Амплитуда и ширина подобны модельным величинам. Это означает, что западный склон соляного купола осложнен надвигом меридиональ- ного простирания длиной около 3 км. Можно предположить, что своевременное выявление надвига, осложняющего надсоляную и верхнюю часть соляной толщи, позволит избежать негативной ситуации при горных работах. Вторая задача решалась путем построения разностных трансформант гравитаци- онного поля, которые отражают плотностную неоднородность породных слоев на вы- бранных глубинах. На трансформантах, рассчитанных для глубин залегания надсоляно- го и верхней части соляного разреза, наблюдается мозаичная картина положительных и отрицательных локальных аномалий. Отрицательные аномалии указывают положение участков разуплотненных пород. Разуплотненные участки относительно структуры поверхности соляной толщи располагаются закономерно. Например, на разностной трансформанте для глубины 130 - 280 м (рис. 3) локальные аномалии 1, 2, 3, 4 обнаружены в области вершины соляного валика, сформированного перед фронтом надвига. Серия разуплотнений 26, 8, 9 сформирована вдоль перегиба надсоляной толщи над соляным носом, простирающимся от вершины поднятия на юг. Аномалия 13 вытя- нута вдоль другого соляного носа в юго-восточном направлении. Аномалии 24, 18, 19, 20, 14, 15, 16 приурочены к склону соляного купола. Выводы. На одном из соляных куполов приплатформенного Камско- Вишерского вала выявлено дизъюнктивное нарушение - структура горизонтального сжатия - надвиг, который осложняет верхнюю часть геологического разреза. Положе- ние надвига в плане отражается в морфологии гравитационного поля. Наличие надвига в западной части Предуральского прогиба является свидетельством того, что геодина- мическое влияние Уральской складчатой зоны распространялось до границы платфор- мы. Данный надвиг вписывается в общую картину других проявлений горизонтального давления с востока, зарегистрированных в Предуральском прогибе. Надсоляная толща и верхняя часть соляной толщи приобрели в течение геологи- ческой истории высокую степень плотностной неоднородности с формированием уча- стков плотных и разуплотненных пород. Разностные трансформанты гравитационного поля показали конкретное положение разуплотнений на изучаемом участке. На при- поднятых участках на контакте надсоляной и соляной толщ наблюдается неполный разрез соляной толщи - растворение под давлением. Причины вторичных преобразова- ний пород - тектонические процессы в условиях зоны гипергенеза. 171 ----------------------- Page 172----------------------- Рис. 3. Плотностное строение надсоляной толщи: 1 - изогипсы кровли солей по скважинным и гравиметрическим данным, 2 - граница распространения калийной залежи, 3 - локальные отрицательные аномалии силы тяжести Полученные данные на конкретном примере подтверждают высказанную ранее идею о том, что рассматриваемая территория является одним из элементов сложной геодинамической системы Предуральского краевого прогиба, и находится в зоне дейст- вия сжимающих уральских напряжений, хотя расположена на большом расстоянии от передовых Уральских складок (50 км) - у границы Восточно-Европейской платформы. Ранее [1] на данном участке было спрогнозировано наличие Усольского надвига, как элемента системы предполагаемых региональных надвигов, нарушающих структуру Верхнекамского месторождения и ниже залегающих толщ палеозоя. Проведенные исследования продемонстрировали, что применение гравиразведки по- вышает эффективность изучения территории. Полученные результаты комплексной интер- претации геолого-геофизических материалов повышают безопасность горных работ.

Литература

  1. Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей / под ред. Н.М. Джиноридзе. - СПб; Соликамск, 2000. - 400 с. - С. 19-82.
  2. Об интерпретации гравитационного и магнитного полей на основе трансформации горизонтальных градиентов в системе Vector / Г.В. Простолупов, В.М. Новоселицкий, В.Н. Конешов, Г.П. Щербинина // Физика Земли. - 2006. - № 6 - С. 90-96.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи