Условия формирования осадочных бассейнов зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости

Введение

Объектом настоящего исследования является Уральская складчатая система, представленная складчато-надвиговыми структурами Западно-Уральской внешней зоны складчатости и сопряженной с ней территорией Предуральского краевого прогиба.

Эти элементы традиционно рассматриваются как структуры с высоким углеводородным потенциалом [12][20][23][29 и др.]. Однако сложность геологического строения рассматриваемой территории, неоднозначность интерпретации геолого-геофизических материалов и, как следствие, отсутствие достоверных геологических моделей являются сдерживающими факторами к освоению ее ресурсной базы.

Структурно-тектонические особенности зоны сочленения Предуральского краевого прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости, а также сопряженные с этим вопросы условий формирования и типизации ловушек нефти и газа были описаны в работе авторов [5].

В данной статье на основе комплексного анализа геолого-геофизических и геохимических материалов с использованием технологий компьютерного моделирования предпринята попытка восстановить историю и условия формирования осадочного чехла рассматриваемого объекта и дать характеристику элементам углеводородных систем.

Материалы и методы

Для достижения поставленной цели были применены бассейновый анализ — метод, позволяющий изучить осадочные бассейны как целостные природные системы, типизировать бассейны, определить структуры, состав, генезис и этапы развития [9], а также анализ углеводородных систем — метод, позволяющий идентифицировать в разрезе осадочного бассейна, охарактеризовать и исследовать пространственную локализацию и временную привязку нефтегазоматеринских пород (НГМП), пород-коллекторов и пород-покрышек [30].

Материалами послужили серия сейсмогеологических профильных разрезов в интерпретации различных авторов, структурные карты [8][10][11][15][16][21][22][24], тектонические схемы [1][6][7], палеогеографические и литолого-фациальные карты [16][22][25], карты распространения нефтегазоматеринских толщ [14][25][26], схемы мощностей отложений [13][17], атласы распространения тепловых потоков [2][3].

Результаты и их обсуждение

Анализ геодинамической эволюции, особенности условий осадконакопления позволили проследить историю формирования и развития трех суббассейнов, выделяемых в пределах зоны сочленения Предуральского краевого прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости: Южно-Предуральского (Бельско-Башкирского), Средне-Предуральского (Юрюзано-Соликамского) и Северо-Предуральского (Предуральско-Коротаихинского) (рис. 1, табл. 1).

В средне- и позднеордовикскую эпоху ввиду раскрытия Уральского палеоокеана на всей рассматриваемой территории существовал окраинный бассейн растяжения. На западном склоне Урала распространялись глубоководные кремнисто-глинистые отложения. Тепловой поток в этот период достигал 80—100 мВт/м².

В раннюю эпоху силурийского периода геодинамический тип бассейна сменился на окраинный бассейн сжатия — преддуговой, за счет субдукции была заложена Уральская островодужная система. В пределах Тагило-Магнитогорской зоны, а также в Щучьинском синклинории распространялись силурийские вулканиты. Тепловой поток варьировал в пределах 35—120 мВт/м².

В раннедевонскую эпоху произошло столкновение островной дуги с глыбами и микро-континентом, геодинамический тип бассейна сменился на задуговой. В начале среднего девона была сформирована новая островодужная система. Высокометаморфизованные породы островодужной системы известны в пределах Южно-Предуральского суббассейна, также встречаются локально в пределах Средне-Предуральского и Северо-Предуральского суббассейнов. До раннефранского века происходила смена островных дуг на Магнитогорскую и Тагильскую.

В среднюю эпоху каменноугольного периода геодинамический тип бассейна сменился на орогенный — предгорный и внешних зон складчатых систем. В это время происходили процессы «мягкой коллизии» по типу «дуга–континент» и «жесткой коллизии» по типу «континент–континент» [27][28]. В начале этапа происходило формирование флишоидных отложений с граувакками, а в конце произошла смена на грубообломочные формации [26][27][28].

В конце палеозоя происходило формирование Уральского орогена и предгорной депрессии. В Южно-Предуральском суббассейне происходило формирование мелководных отложений, которые сменились на кунгурские эвапориты. В депрессиях Южно-Предуральского и Средне-Предуральского суббассейнов формировались рифогенные постройки, а в Северо-Предуральском суббассейне формировались глубоководные отложения. Тепловой поток варьировал в пределах 50—120 мВт/м².

В пределах Южно- и Средне-Предуральского суббассейнов формирование Уральской складчатой системы завершилось в конце пермского периода, в Северо-Предуральском суббассейне — в триасовое время. Далее происходила эрозия и пенепленизация.

Анализ скоростей осадконакопления, а также результаты палеотектонических реконструкций [4][5][18][19] позволили установить депоцентры осадконакопления, области интенсивного устойчивого прогибания, а также определить границы осадочных суббассейнов на каждом этапе геологического развития рассматриваемого объекта.

Установлено, что в пределах зоны сочленения Предуральского краевого прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости вплоть до этапа «мягкой коллизии» мощность отложений и скорость осадконакопления были повсеместно сравнительно одинаковыми, что указывает на то, что Предуральский прогиб и Передовые складки были единым бассейном седиментации. После этапа «мягкой коллизии» депоцентр осадконакопления формируется в области интенсивного устойчивого прогибания — Предуральском прогибе. И наибольшие мощности осадков, и скорости седиментации прослеживаются в данной области до настоящего времени.

В Южно-Предуральском суббассейне (рис. 2) до конца силурийского периода мощность отложений была выдержанной по всей территории, и осадконакопление происходило равномерно. В девонско-раннекаменноугольное время в центральной части суббассейна сформировался депоцентр осадконакопления с максимальной мощностью отложений до 3 км. В среднекаменноугольную эпоху во время «мягкой коллизии» депоцентр осадконакопления сформировался в северной части суббассейна, а также там, где формировалась депрессия. Средние рассчитанные скорости осадконакопления достигали до 162 м/млн лет в позднекаменноугольную эпоху и до 145 м/млн лет в пермский период.

В Средне-Предуральском суббассейне (рис. 3) до конца раннекаменноугольной эпохи происходило накопление в основном выдержанных по мощности отложений. Средняя мощность отложений составила до 1000 м, скорости осадконакопления до 10 м/млн лет. Депоцентр осадконакопления был сформирован в центральной части Юрюзано-Сылвенской депрессии. В среднекаменноугольную эпоху депоцентр осадконакопления сместился в западную часть, в область Юрюзано-Сылвенской и Соликамской депрессии. Максимальная мощность отложений в наиболее погруженной части к концу пермского периода составляла 4000 м, средние скорости осадконакопления для среднекаменноугольных отложений составляют 35 м/млн лет, для верхнекаменноугольных — 52 м/млн лет, для пермских — 31 м/млн лет.

В Северо-Предуральском суббассейне аналогично можно наблюдать выдержанные по всей территории мощности ордовикских, силурийских и девонских отложений. Осадконакопление происходило равномерно по всей территории. В каменноугольное время область интенсивного осадконакопления сместилась на территорию Коротаихинской впадины. Погружение ускоряется. Максимальная мощность осадков во впадине составила 12 км. Средние скорости осадконакопления для пермских отложений составили 100 м/млн лет, для триасовых — 90 м/млн лет.

На основании анализа литолого-стратиграфических особенностей разрезов рассматриваемых суббасейнов, фильтрационно-емкостных и геохимических характеристик слагающих их пород были выделены и описаны элементы углеводородных систем (табл. 2). Так, в Южно-Предуральском суббассейне выделено 5 генерационно-аккумуляционных углеводородных систем (ГАУС): силурийская, нижнедевонско-франская, франско-турнейская, визейско-башкирская и нижнепермская. В Средне-Предуральском суббассейне выделено 2 ГАУС: живетско-турнейская и окско-башкирская. В Северо-Предуральском суббассейне выделено 5 ГАУС: ордовикско-нижнедевонская, среднедевонско-нижнефранская, среднефранско-турнейская, визейско-нижнепермская и верхнепермская.

Заключение

Проведенные в настоящей работе исследования позволили выделить в пределах зоны сочленения Предуральского краевого прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчастости три суббассейна: Южно-Предуральский, Средне-Предуральский и Северо-Предуральский — установить их границы, восстановить геодинамические обстановки в ходе их эволюции и проанализировать условия и скорости осадконакопления.

По типу исследуемые суббассейны относятся к бассейнам форланда и складчатых и внешних зон складчатых систем. Установлено, что Предуральский прогиб и Передовые складки вплоть до кунгурского века включительно были единым бассейном седиментации. Далее происходило смещение депоцентра в область устойчивого погружения — Предуральский прогиб. Наиболее высокие скорости осадконакопления были отмечены в пермское и триасовое время. Наибольшие толщины осадочного чехла выделены в Южно-Предуральском и Северо-Предуральском суббассейнах, что является положительным косвенным критериям для формирования очага генерации углеводородов.

В каждом из рассмотренных суббассейнов были выделены генерационно-аккумуляционные углеводородные системы, которые предопределяют перспективы нефтегазоносности рассматриваемой территории.

Полученные в рамках настоящей работы результаты являются основой для дальнейшего изучения углеводородных систем и оценки перспектив нефтегазоносности рассматриваемой территории методом численного бассейнового моделирования.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Бондарева Л.И. — занималась построением бассейновых моделей, графических материалов, внесла вклад в подготовку текста статьи и согласна принять ответственность за все аспекты работы.

Осипов А.В. — разработал концепцию статьи, окончательно утвердил публикуемую версию статьи, внес вклад в работу и принял участие в подготовке текста статьи, согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Liana I. Bondareva — was engaged in the construction of basin models, the construction of graphic applications, contributed to the preparation of the text of the article and agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Alexander V. Osipov — developed the concept of the article, finally approved the published version of the article, contributed to the work and took part in the preparation of the text of the article, agrees to take responsibility for all aspects of the work.