Особенности геологического строения и перспективы нефтегазоносности бассейна Умкилир

Введение

Актуальность работы обусловлена планом развития Северного морского пути до 2035 года, утвержденного Правительством Российской Федерации. Южное продолжение Северо-Чукотского бассейна расположено на арктическом шельфе РФ в акватории Восточно-Сибирского моря вблизи маршрута Северного морского пути, однако ввиду крайне низкой изученности ранее район рассматривался как малоперспективный на наличие промышленных залежей углеводородов (УВ). Однако проведенные в 2018—2019 гг. сейсморазведка 2D по сетке 10×10 км, грави- и магниторазведочные съемки, поверхностная геохимическая съемка и отбор донных проб изменили представления о его строении и нефтегазоносности. Название Умкилир для южного продолжения Северо-Чукотского бассейна употреблено в работах [9][10] по чукотскому названию острова Врангеля. В данной работе мы также используем его.

Геологическое строение и история формирования осадочного бассейна

На композитном профиле на рисунке 1 показано, что в разрезе бассейна Умкилир два структурных этажа — кайнозойский и меловой, которые соответствуют двум этапам тектонической эволюции. Первому этапу соответствует континентальный дрейф и коллизия, а второму — постколлизионный период формирования бассейна [8]. 

В отличие от трога Ханна С-З шельфа Аляски, бассейн Умкилир сформировался в позднеюрском — раннемеловом периоде. О раннемеловом возрасте бассейна также свидетельствуют возрастные определения гранитоидов на Новосибирских островах и Чукотке, результаты бурения скважины ACEX (Arctic Coring EXpedition — Арктическая экспедиция по бурению), скважины Айон, данные по обнажениям на острове Врангеля, Новосибирских островах и островах Де-Лонга [3][4]. Предположительно граница верхнего и нижнего мела в пределах Северо-Чукотского прогиба IAU (Intra Albian Unconformity — внутриальбское несогласие) идентична с отражающим горизонтом BU (Brookian Unconformity — брукское несогласие), который также является границей верхнего и нижнего мела в пределах трога Ханна. Оба бассейна несут в себе следы альпийской складчатости, которая привела к перестройке структурного плана — транстенсионным разломам на границе мела и кайнозоя (горизонт mBU (middle Brookian Unconformity — среднебрукское несогласие).

Акустическим фундаментом бассейна являются отложения палеозойско-мезозойского возраста, дислоцированные на этапе позднекиммерийской складчатости. Некоторые исследователи [5] выделяют их на данных глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) как метаосадочный слой с плотностью, промежуточной между осадками и кристаллической корой.

Возрастная привязка отражающих границ во многих исследованиях совпадает по региональным поверхностям несогласия, однако в более дробных делениях расходится [3][4][10][11]. Это объясняется отсутствием параметрических скважин в бассейне. Опубликованные недавно результаты стратиграфического бурения в Восточной Арктике [6] не опровергают действующую модель, однако и не вносят уточнений, так как скважины пробурены на поднятиях и объем меловых отложений остается невыясненным, граница mBU является полихронной ввиду своего генезиса. Возрастные определения горизонтов Восточно-Арктического бассейна согласно последним публикациям и авторской интерпретации приведены в таблице. 

В результате интерпретации данных сейсморазведки были построены карты мощности кайнозойского (Fa-mBU) и мезозойского (mBU-морское дно) ССК бассейна (рис. 2). Мощность мелового ССК (рис. 2б) изменяется от нулевой в районе Шелагского выступа до 16 км в дремхедском грабен-рифте. По мнению ряда исследователей [10], нижняя толща мезозойского ССК, выделяемая в основании осадочного чехла в Северо-Чукотском прогибе, представлена молассовыми отложениями аптского возраста. Источником сноса, вероятно, являлась Врангелевско-Геральдская гряда. К кровле молассовых отложений приурочен отражающий горизонт K₁a. Молассовые отложения аптского возраста перекрываются терригенными морскими и мелководно-морскими отложениями предположительно альбского возраста. Вблизи кровли отложений альбского возраста выделяется отражающий горизонт IAU. Верхнемеловые отложения предположительно накапливались в условиях регрессии и при некомпенсированном заполнении бассейна терригенным осадочным материалом, сносимым с юга. К выделенным крупным подкомплексам приурочены ОГ, индексируемые как LB0, LB1, LB2, соответствующие поверхностям максимального затопления. В кровле верхнемеловых отложений выделяется региональное несогласие, к которому приурочен ОГ mBU. 

Мощность кайнозойских отложений в пределах бассейна увеличивается с юго-запада на северо-восток (рис. 2а). Выделяются два депоцентра, разделенные существовавшей в тот период возвышенностью на северо-западе. В интервале кайнозойских отложений были выделены крупные клиноформные комплексы в интервале от ОГ mBU до KZ-00. Анализ толщин сейсмокомплексов и временных разрезов в этом интервале показывает, что происходило некомпенсированное заполнение палеобассейна в северо-восточном направлении, при поступлении осадочного материала с юга [13]. Возможным источником материала и агентом переноса может быть палео-Колыма [15]. В современном рельефе дна также наблюдается каньон ЮЗ-СВ простирания.

И меловой, и кайнозойский ССК осложнены разломами, которые можно разделить на две группы:

• разломы глубинного заложения, затрагивающие породы фундамента и проникающие в осадочный чехол, которые сформированы за счет преимущественно вертикальных тектонических движений и обусловлены блоковым строением поверхности фундамента;
• разломы, ограниченные интервалом осадочного чехла и представленные многочисленными системами сбросо-сдвигов, образованных за счет горизонтальных тектонических движений — в большей степени субширотного растяжения, осложненного зонами сжатия и тангенциальных напряжений.

Перспективы нефтегазоносности

Очевидно, что разветвленная система разломов могла создавать благоприятные условия для вертикальной миграции УВ. Основным примером проводимости тектонических разломов является наличие динамически выраженных ярких пятен, связываемых с возможным газонасыщением отложений вдоль линий тектонических нарушений на сейсмических разрезах (рис. 3). 

Отмечается приуроченность аномалий типа «залежь» (далее — АТЗ) к отдельным тектоническим блокам или куполам структур, а характер аномалий «мягкий отклик» указывает на понижение акустического импеданса, которое может быть связано с газонасыщением. Дополнительными признаками наличия газовых залежей служат кинематические «затяжки» и зоны понижения синфазности под аномалиями. Стоит отметить, что АТЗ наблюдаются только в кайнозойском сейс­мокомплексе, что может говорить как о наличии в меловом ССК только нефтяных залежей, так и том, что все углеводороды мигрировали по разломам из меловых нефтегазоматеринских пород (НГМП) в кайнозойские ловушки.

Также подобные аномалии отмечаются и вне структур. Такие аномалии типа «залежь» были отнесены к возможным литологическим объектам. Примером таких объектов являются аномалии, выделенные в областях прогнозного распространения коллекторов в шельфовых и глубоководных частях клиноформных сейсмокомплексов в интервале кайнозоя (ОГ KZ1, KZ2, KZ3). Среди таких объектов выделяются достаточно большие по размерам и площади (рис. 4). По разрезу видно, что разломы для неструктурных ловушек также играют роль путей миграции. 

В связи с отсутствием фактических данных об углеводородной системе бассейна Умкилир при оценке перспектив нефтегазоносности использовались представления о региональных предпосылках формирования элементов нефтегазоносной системы и интерпретация сейсморазведочных данных по меловой и кайнозойской частям разреза [12][14]. Для выделения вероятных НГМП использовались результаты прогноза условий осадконакопления в меловой части разреза.

Основной вероятной НГМП может являться верхняя часть интервала LB2—LB1, в этом комплексе на сейсмических разрезах отмечается интервал динамически ярко выраженных, относительно протяженных по площади плоскопараллельных отражений. С точки зрения сейсмостратиграфического анализа этот интервал формировался при повышении относительного уровня моря и отнесен к трансгрессивному системному тракту. Второй по значению вероятной НГМП является интервал в верхней части IAU—K1а, наличие морских отложений предполагается на основании характера волновой записи. На временных разрезах этот интервал представлен плоскопараллельными отражениями, часто выдержанными по площади и динамически более яркими по отношению к подстилающим и перекрывающим интервалам, также о морских обстановках свидетельствует то, что перекрывается этот интервал клиноформными отложениями комплекса LB0—IAU.

Зрелость органического вещества вероятных меловых НГМП на изучаемой площади не вызывает сомнений ввиду значительной глубины залегания. В качестве основной НГМП рассматривалась толща вблизи ОГ LB2. Для оценки зрелости была использована структурная карта по ОГ LB2 и средний по планете геотермический градиент 3 °С/100 м. При таком градиенте температура на уровне ОГ LB2 достигает 170 °C, что соответствует стадиям МК₃—МК₄.

Наличие АТЗ на сейсмических разрезах косвенно подтверждает наличие миграции и аккумуляции газообразных УВ. Однако генезис газа может быть как низкотемпературный микробиальный, так и термогенный.

При отсутствии изученности поисковым бурением были необходимы дополнительные подтверждения работающей углеводородной системы. На поисковом этапе на первый план выходят косвенные методы прогноза наличия залежей УВ и процессов миграции УВ. Была проведена площадная геохимическая съемка, отобраны донные пробы, геохимические исследования газов эманаций (рис. 1), битумоидов, литологические и гидрогеохимические исследования.

В донных пробах по всей площади исследования обнаружено активное проявление процесса сульфатредукции, связанное с поступлением органического углерода. Как следствие, наблюдается прямая метаморфизация состава поровых вод: снижение содержание SO₄^2-, увеличение содержания HCO₃, которое, в свою очередь, ведет к появлению в осадках сероводорода, гидротро­илита и образование аутигенных карбонатных минералов массивной структуры. Изотопный состав углерода и кислорода карбоната конкреций свидетельствует о формировании карбонатов аутигенно и за счет окисления поступающего метана термогенной природы (рис. 5).

В зонах газовых эманаций были обнаружены повышенные концентрации метана. Данные об изотопном составе газовой фазы УВ свидетельствуют в пользу наличия значительных концентраций термогенного газа в изучаемых осадках. На хроматограммах в зонах газовых эманаций присутствует бимодальное распределение н-алканов, что является признаком подтока миграционных УВ (рис. 6). 

Заключение

В результате проведенных исследований удалось уточнить строение осадочного бассейна Умкилир в составе Восточно-Арктической перспективной нефтегазоносной провинции (ПНГП), изучить его геологическую эволюцию и получить представление о его нефтегазоносности. Были использованы все возможные косвенные методы изучения элементов нефтегазоносной системы. Широкое распространение газовых эманаций подтверждает наличие в бассейне работающей нефтегазоносной системы [1]. Для перевода Восточно-Арктической ПНГП из перспективных в доказанные необходимо поставить поисковое бурение на первоочередных объектах со вскрытием кайнозойского и мелового ССК. На текущий момент остается невыясненным, есть ли в бассейне помимо потенциальных газовых залежей нефтяные.