Изучение особенностей формирования переходного комплекса Восточного Предкавказья в связи с оценкой перспектив нефтегазоносности кряжа Карпинского

Углеводородный потенциал Восточного Предкавказья сосредоточен мезозойско-кайнозойских отложениях плитного чехла и переходного комплекса. Продуктивные комплексы преимущественно приурочены к юрско-меловым отложениям: месторождения Промысловское, Баирское, Екатерининское, Ильменское, Каспийское и др. (рис. 1). Залежи в настоящее время в значительной степени выработаны или обводнены. Это определяет необходимость выявления новых поисковых трендов, в том числе в глубокозалегающих стратиграфических интервалах переходного комплекса.

Анализ накопленной геолого-геофизической информации показывает, что объектами для поиска углеводородов могут являться пермо-триасовый комплекс отложений, а также палеозойское основание кряжа Карпинского. На это указывают признаки нефтегазоносности, установленные в скважинах [4]. Так, в скв. Чограйская-2 из коры выветривания гранитов и вулканических пород палеозойского возраста получен приток слабогазированной пластовой воды, а в скв. Хомутниковская-2 получен приток пластовой воды с растворенным газом. В скв. Олейниковская-5 при бурении палеозойского интервала в сводовой части Промысловского блока произошел аварийный выброс газа.

Некоторые исследователи, включая А.В. Бембеева, В.А. Жингеля, А.А. Ярошенко [4], учитывая наличие месторождений, расположенных недалеко от кряжа (Озерное, Байджановское, Гаруновское и др.), а также данные по скважинам, рассматривают пермо-триасовый комплекс кряжа Карпинского в качестве перспективного направления для поисков углеводородов. При этом низкая геолого-геофизическая изученность переходного комплекса, обусловленная в том числе значительными (до 7 км) глубинами залегания отложений, а также слабое понимание эволюции осадочных бассейнов и входящих в их состав углеводородных систем, обуславливает отсутствие надежной геологической основы и, как следствие, существование различных моделей формирования этой части разреза и прогнозов перспектив нефтегазоносности.

Целью настоящего исследования являлось выполнение комплексного бассейнового анализа, включающего, реконструкцию условий осадконакопления осадочных бассейнов, существовавших в пределах изучаемой территории в период среднего-позднего палеозоя, выделение элементов углеводородных систем в разрезе переходного комплекса.

Полученные результаты составят основу для дальнейшего численного моделирования бассейнов и углеводородных систем, изучения геологических рисков и оценки углеводородного потенциала кряжа Карпинского.

Характеристика объекта исследования

Объектом исследования в работе является территория Восточного Предкавказья и прилегающая акватория Каспия (рис. 1). Основными тектоническими структурами, входящими в область исследования, являются: сам кряж Карпинского, южная окраина Восточно-Европейской платформы, Западно-Прикаспийская синеклиза, Ростовско-Ставропольская система поднятий, Терско-Каспийский краевой прогиб и восточная часть Туранской плиты.

Геологический разрез Восточного Предкавказья представлен плитным чехлом, который включает преимущественно терригенные отложения от верхней юры до квартера и переходным комплексом, состоящим из образований девона, карбона, перми и триаса. В породах переходного комплекса существенную долю занимают карбонатные отложения.

Материалы и методы

Для решения поставленных задач в процессе проведенных исследований сформирована трехмерная цифровая структурная модель осадочного чехла и переходного комплекса Восточного Предкавказья, включающая все поверхности несогласия, соответствующие значимым этапам развития переходного комплекса и осадочного чехла (рис. 2). В переходном комплексе выделяются следующие несогласия: в подошве и кровле девонских отложений, вблизи кровли каменноугольной, пермо-триасовой и верхнетриасовой систем. В осадочном чехле крупные несогласия соотносятся с кровлей нижней, средней, верхней юры, нижнего и верхнего мела, палеоцен-эоцена, майкопа, подошвой среднего миоцена, сарматского яруса, нижнего плиоцена, акчагыльского яруса и квартера.

Для построения трехмерной геологической модели использовались структурно-тектонические карты разновозрастных поверхностей по материалам, разработанные коллективом специалистов ВСЕГЕИ и ГИН РАН (Антипов М.П., Быкадоров В.А., Волож Ю.А., Курина Е.Е., Патина И.С., Постникова И.С., Сапожников Р.В., Хераскова Т.Н., 2017), карты толщин слоев, опубликованные в монографии «Региональная геология и нефтегазоносность Каспийского моря» (Глумов И.Ф., Маловицкий Я.П., Новиков А.А., Сенин Б.В., 2004), скважинные данные, а также опубликованные и фондовые материалы, характеризующие геологическое строение изучаемой территории [1][4—16].

В процессе подготовки структурного каркаса модели оцифровывались изолинии структурно-тектонических карт и толщин в программном комплексе (ПК) Qgis. Карты из разных источников согласовывались между собой и трансформировались в гриды поверхностей в ПК Petrel. Контроль качества полученных гридов осуществлялся с использованием скважинных отбивок и данных по месторождениям. Кроме того, на основании Государственной геологической карты (L38, L39 масштаба 1:2 500 000) в модели учитывались области отсутствия и выходы отложений на поверхность. Таким образом, сформированная структурная модель включает 17 поверхностей: кровля и подошва квартера, подошва акчагыльского, плиоценового, сарматского ярусов, кровля и подошва майкопской серии, подошва палеогена (кровля мела), кровля нижнего мела, верхней, средней и нижней юры, кровля средне-верхнего триаса, пермо-триаса, каменноугольной системы, кровля и подошва девонской системы.

Реконструкция палеогеографических обстановок выполнена на основании анализа карт толщин с привлечением результатов изучения пород в скважинах, а также ранее выполненных региональных построений [2][4][13], фондовых и опубликованных источников [1][4—16]. В процессе проведения бассейнового анализа для каждого этапа развития переходного комплекса выделялись депоцентры осадконакопления и анализировались скорости седиментации.

Результаты

Структурно-тектоническая характеристика отложений переходного комплекса

В пределах изучаемой территории отложения девонской системы распространены преимущественно в северной и, частично, в центральной части Восточного Предкавказья. В тектоническом отношении области распространения принадлежат Восточно-Европейской платформе, кряжу Карпинского, Западно-Прикаспийской и Среднекаспийско-Мынгышлакской синеклизам, а также Терско-Каспийскому прогибу (рис. 3). На юге, в районах Мегантиклинория Большого Кавказа, Южно-Каспийской впадины и Северо-Туркменской системы поднятии, девонские породы отсутствуют. Максимальные толщины отложений девона отмечаются в пределах Восточно-Европейской платформы, где они достигают 8500 метров. Формирование девонского комплекса происходило медленно: средняя скорость осадконакопления составляла 1 см/тыс. лет. Наиболее высокие скорости, достигающие 8 см/тыс. лет, отмечаются на севере изучаемой территории в пределах Восточно-Европейской платформы (рис. 4).

Породы каменноугольной системы распространены более широко по сравнению с подстилающими девонскими (рис. 5). Они отсутствуют только в южной части исследуемой территории. Максимальные толщины отложений, достигающие 20 000 метров, приурочены к двум крупным палеопрогибам, один из которых расположен в пределах кряжа Карпинского, второй — в пределах Западно-Прикаспийской синеклизы и Сулакского прогиба. Для отложений каменноугольной системы характерны очень высокие — до 68 см/тыс. лет скорости осадконакопления, что отличает их от остальных осадочных комплексов. (рис. 6).

Пермо-триасовый комплекс, включающий отложения перми и нижнего триаса (рис. 7), распространен преимущественно в северо-восточной части изучаемого региона. В тектоническом отношении эти территории принадлежат Восточно-Европейской платформе, кряжу Карпинского, Арало-Устюртской синеклизе, северной части Западно-Прикаспийской синеклизы. На юге и юго-западе, за исключением отдельных локальных областей, отложения комплекса отсутствуют. Максимальная толщина отложений пермо-триаса, достигающая 10 000 метров, приурочена к центральной и восточной частям кряжа Карпинского. Значительные мощности отмечаются также в пределах Восточно-Европейской платформы. Скорости осадконакопления существенно варьируют в пределах изучаемой территории от первых единиц до 31 см/тыс. лет (рис. 8).

Отложения средне-верхнего триаса в целом широко распространены в пределах изучаемой территории. При этом отмечается значительная дифференциация в латеральном распределении толщин этого комплекса (рис. 9). Области отсутствия отложений наблюдаются на юге, в пределах мегантиклинория Большого Кавказа, Северо-Туркменской системы поднятий и Южно-Каспийской впадины, а также в пределах северо-западной части кряжа Карпинского. Максимальная толщина отложений среднего-верхнего триаса не превышает 3000 метров, при этом области повышенных мощностей распространены преимущественно в акватории Каспия. На сопредельной суше Восточного Предкавказья толщины этой части разреза в основном не превышают 500 м. Накопление осадков происходило достаточно медленно, скорость осадконакопления достигает 1 см/тыс. лет. Наиболее высокие скорости осадконакопления зафиксированы в акватории среднего и северного Каспия, где они достигают значений 6 см/тыс. лет (рис. 10).

В результате проведенного анализа выделены области устойчивого прогибания — территории, в пределах которых нисходящие движения сохранялись на нескольких тектонических этапах развития (рис. 11).

На севере в пределах Восточно-Европейской платформы погружение продолжалось в течение девона, и затем, после перерыва, — в течение перми и раннего триаса. В акватории северного Каспия также выделяется небольшая территория с погружением в девоне и среднем триасе. В пределах Кряжа Карпинского основное погружение и осадконакопление соотносятся с каменноугольным периодом. Затем депоцентры осадочных позднепалеозойских и триасовых бассейнов последовательно смещаются в юго-восточном направлении. Поэтому область устойчивого погружения сопряжена только с восточной частью кряжа, расположенной в акватории. В целом из-за пульсирующего и неравномерного погружения в период формирования переходного комплекса в пределах изучаемой территории существовали не очень благоприятные условия для образования и развития углеводородных систем.

На рисунке 12 представлены геоисторические диаграммы, отражающие высокую интенсивность и значительную дифференцированность тектонических движений в палеозое — раннем мезозое в пределах изучаемой территории.

Анализ графиков погружения показывает, что в каменноугольный период в пределах кряжа Карпинского существовал крупный осадочный бассейн с лавинной седиментацией. Вытянутая форма бассейна может указывать на его рифтовое происхождение, что согласуется с выводами, сделанными ранее В.В. Пыхаловым и Б.Г. Вобликовым [1][2][16]. Отмеченная выше миграция депоцентров в юго-восточном направлении характеризует особенности эволюции бассейна: последовательное его закрытие в период с конца карбона по средний триас (рис. 12).

К северу от кряжа Карпинского, на территории, входящей в состав Восточно-Европейской платформы, основной этап погружения соотносится с пермо-триасом.

Палеогеографические обстановки формирования переходного комплекса

Описанные особенности тектонического режима изучаемой территории в значительной степени определили палеогеографические условия формирования переходного комплекса (рис. 13А—Г).

Как показали проведенные исследования, к концу девонского периода на большей части изучаемой территории были распространены континентальные обстановки (рис. 13А). Небольшие вытянутые в субширотном направлении относительно мелководные морские бассейны существовали в центральной и южной частях района работ. Крупный глубоководный морской бассейн располагался к северу от кряжа Карпинского. Области, характеризующиеся наиболее высокими скоростями осадконакопления, образуют цепочку глубоководных впадин, вытянутую вдоль его южного борта.

В карбоне по сравнению с предыдущим этапом развития произошла трансгрессия в регионе, в результате чего существенно увеличилась территория морского бассейна. При этом погружение на севере изучаемой территории замедлилось или даже сменилось поднятиями в отдельных частях. Субширотные области прогибания, заложившиеся еще в девоне, трансформировались в крупный бассейн с двумя вытянутыми депоцентрами. Континентальная суша сохранилась в южной части района исследований (рис. 13Б).

К концу палеозоя в регионе произошла очередная тектоническая перестройка. Значительно увеличилась область суши, которая распространилась на всю южную и юго-западную часть изучаемой территории. В пределах Восточного Предкавказья, по-видимому, существовали несколько изолированных мелководных бассейнов. При этом возобновилось погружение на севере с образованием крупного депоцентра. Глубоководные условия сохранились также в восточной части одного из субширотных депоцентров, существовавших в каменноугольное время (рис. 13В).

В среднем-позднем триасе происходит смещение глубоководной области палеобассейна в восточном направлении — на территорию современного Каспийского моря. При этом на фоне разнонаправленных тектонических движений происходит дифференциация как в глубоководных, так и в мелководных его доменах. Это привело к развитию многочисленных впадин различной ориентировки и глубины (рис. 13Г).

Опираясь на полученные результаты бассейнового анализа, а также учитывая ранее проведенные исследования [1][2][3], в качестве потенциальных нефтегазоматеринских толщ в пределах области исследования можно рассматривать отложения нефтекумской и култайско-демьяновской свит нижнего триаса, кизлярской свиты среднего триаса, а также каменноугольные породы. Породы нефтекумской свиты, представленные карбонатными отложениями, имеют потенциал для генерации преимущественно жидких углеводородов. Култайско-демьяновкая и кизлярская свиты, сложенные терригенно-карбонатными породами, способны производить жидкие и газообразные углеводороды. Породы каменноугольной системы можно рассматривать как потенциальную сланцевую НГМТ в глубокопогруженной части палеозойского разреза.

Резервуарные толщи для нефтекумской и култайско-демьяновской потенциальных НГМТ прогнозируются в составе нижнетриасовых отложений, включая нефтекумские биогермные образования. В составе отложений среднего и верхнего триаса распространены проницаемые породы, которые могут служить резервуарами для кизлярской потенциальной НГМТ. Присутствие резервуаров в разрезе прогнозируется на основании выполненных палеогеографических реконструкций и подтверждается промышленным насыщением отложений на месторождениях Молодежное, Раздольное, Таловское, Юбилейное и др. (для нижнего триаса и нефтекумской свиты), а также на месторождениях Сухокумское, Сайгачное, Совхозное, Гаруновское и др. (для средне-верхнего триаса).

Наличие между нижним и средним триасом регионального флюидоупора, проходящего по подошве анизийского яруса, может указывать на наличие двух самостоятельных углеводородных систем, питающих разновозрастные резервуарные толщи триасовых отложений [2].

Глубокопогруженные каменноугольные отложения можно рассматривать как сланцевую толщу, которая, вероятно, формирует нетрадиционную генерационно-аккумуляционную систему. На это указывают результаты бурения, выполненного на территориях, расположенных к юго-западу от кряжа Карпинского. В частности, скв. 2 — Восточно-Джалгинская, вскрывшая глинистые сланцы с отчетливым запахом нефти, скв. 1 — Александровская при испытании глинистых сланцев верхнего карбона дала приток углеводородного газа, скв. 1 — Приманычской был получен приток густой парафинистой нефти с буровым раствором [1]. Эти факты согласуются с результатами выполненных в рамках настоящего исследования палеогеографических реконструкций, в соответствии с которыми отложения каменноугольного периода накапливались в глубоководных обстановках средней и нижней батиали.

Заключение

Тектонические перестройки на рубеже девона и карбона, а также в пермо-триасе обусловили смену палеогеографического режима в пределах Восточного Предкавказья. Преимущественно континентальные обстановки осадконакопления в условиях региональной регрессии существовали в девоне, а также в конце перми — начале триаса. Преимущественно морские обстановки были развиты в каменноугольное время и среднем-позднем триасе.

Комплексный анализ результатов изучения пород в скважинах, геохимических исследований и проведенных палеогеографических реконструкций послужил основой для прогнозирования элементов углеводородных систем в составе отложений переходного комплекса. Показано, что в триасовых отложениях существуют две классические потенциальные независимые ГАУС с НГМТ в отложениях нефтекумской и култайско-демьяновской свит нижнего триаса, а также в отложениях кизлярской свиты среднего триаса. Каменноугольная сланцевая толща, вероятно, формирует потенциальную нетрадиционную ГАУС.

ВКЛАД АВТОРА / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Суюнбаев Темирболат — разработал концепцию статьи, интерпретировал полученные результаты, подготовил текст статьи, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Suyunbayev Temirbolat — developed the article concept, interpreted results, prepared the article text, approved the final version of the article and accepted the responsibility for all aspects of the work.