Палеогеографические обстановки формирования эоценовых отложений Каспийско-Кавказского региона

Введение

Результаты геохимических исследований эоценовых отложений Кавказско-Крымского региона показывают, что они повсеместно характеризуются высоким генерационным потенциалом [6—8]. По данным Е.В. Вяткиной (2023) [5], в Восточном Предкавказье отложения могут являться источником сланцевых скоплений углеводородов. Палеоцен-эоценовая нефтематеринская толща, наряду с майкопской и среднемиоценовой, играет ключевую роль в формировании углеводородного потенциала Южно-Каспийского бассейна. В частности, исследования И.С. Гулиева и А.А. Фейзуллаева (2019) указывают на значительный углеводородный потенциал эоценовых отложений Южно-Каспийской впадины [10][11]. В работе И.В. Золовой и др. (2016), изучавшей эоценовые отложения на территории Среднего Каспия и Северного Кавказа, они также рассматриваются в качестве нефтематеринских [13].

В акватории Каспийского моря эти отложения залегают на значительных глубинах и не вскрыты скважинами. В связи с отсутствием геохимической информации, характеризующей их генерационный потенциал в пределах акватории, соответствующие усредненные характеристики прогнозируются по аналогии с сопредельной сушей. При этом наиболее надежной является экстраполяция, которая учитывает латеральные неоднородности свойств пород, обусловленные фациальными различиями палеобассейна. Для проведения такой экстраполяции необходимы палеогеографические реконструкции регионального уровня.

В связи с изложенным целью настоящей работы является выполнение палеогеографических реконструкций палеоцен-эоценовых осадочных бассейнов Каспийско-Кавказского региона, анализ условий осадконакопления эоценовых отложений, формирования их генерационных свойств, а также прогнозирование геохимических характеристик, в том числе в пределах акватории Южного Каспия.

Характеристика объекта исследования

Область исследования включает акваторию Каспия, также сопредельные территории России, Казахстана, Азербайджана и Туркменистана (рис. 1).

В структурно-тектоническом отношении изучаемая территория включает Скифскую и Туранскую плиты, граничащие на севере с Восточно-Европейской платформой. В западной части располагаются Каспийская система прогибов, Терско-Каспийский прогиб, Крымско-Кавказская орогенно-складчатая система. На юге область исследования охватывает складчато-орогенную систему Большого Кавказа, к которой примыкает Куринский межгорный прогиб [9][16][21] (рис. 2, табл. 1).

Эоценовые отложения входят в состав плитного чехла на всей исследуемой территории. В пределах изучаемого региона в составе палеогеновых отложений выделяются все три отдела системы. Эоцен разделяется на нижний, средний и верхний отделы.

На территории Центрального и Восточного Предкавказья нижний эоцен представлен глинистыми и глинисто-мергельными разностями черкесской свиты и свиты Горячего ключа. В Грузии, в области междуречья Куры и северо-восточного склона Триалетского хребта, а также в строении Аджаро-Имеретинского хребта нижний эоцен слагает флишевая боржомская свита, состоящая из мощной толщи туфогенных терригенно-карбонатных пород и глинистых сланцев. Мощность отложений варьирует от 2000 м (Притбилисский район) до 120—200 м (Кировабадский и Мурадханлинский районы). В Азербайджане, на территории Евлах-Агджабединского прогиба и площади Дальмамедли, отложения нижнего эоцена представлены глинистыми фациями. В Туркменистане нижний эоцен представлен чаалджинской и ипрской свитами, сложенными карбонатно-терригенными отложениями.

Средний эоцен на территории Центрального и Восточного Предкавказья сложен кумской (битуминозные мергели, глинистые известняки) и керестинской (терригенно-карбонатные отложения) свитами. Кумская свита в этом районе представлена микрослоистыми коричневатыми мергелями с толщинами до 60 м. В направлении Терско-Каспийского прогиба, включая Предгорный Дагестан, мощность битуминозных сланцев кумской свиты уменьшается до 30 м [20]. В области правобережья р. Куры, северо-восточного склона Триалетского хребта, Аджаро-Имеретинского хребта и г. Мцхета широко развита одноименная мцхетская туфогенная свита. В северо-западной части Азербайджана, на территории Ажаро-Триалетской складчатой системы, среднеэоценовые отложения представлены туфовыми и терригенно-карбонатными фациями. В Туркменистане на побережье (район Туаркыра, полуострова Туркменбаши, Прикарабогазья, Большого и Малого Балхана) отложения среднего эоцена представлены кошагырской, обойской, эзетской и кендерлинской свитами, которые сложены терригенно-карбонатными отложениями.

Верхний эоцен в Центральном и Восточном Предкавказье изучен в составе белоглинской свиты. Отложения представлены преимущественно глинисто-карбонатными комплексами, среди которых доминируют мергели и глинистые известняки. В целом верхнеэоценовая толща отличается выдержанностью литологического состава и сложена преимущественно мергелями и глинистыми известняками, реже глинистыми породами. Породы характеризуются трещиноватостью и локальным развитием тонкоплитчатых текстур (Прасковейская площадь). В Грузии верхнеэоценовые песчано-глинистые нумуллитовые отложения входят в состав тбилисской нумуллитовой свиты и навтлугской (глинисто-мергельной). В междуречье Куры и Иори (в бортовой части Иори-Аджиноурского прогиба) верхнеэоценовые отложения представлены глинами с прослоями песчаников — фораминиферовые слои. В Туркменистане на территории Прикарабогазья верхний эоцен представлен мергелями и глинами, на полуострове Туркменбаши — оливково-зелеными глинами.

В акватории Среднего Каспия эоценовые отложения толщиной 40—50 м вскрыты скважинами 1-Ракушечная, где они представлены буровато-белыми скрытозернистыми и биоморфно-шламовыми пористыми известняками керестинской свиты, известняково-мергельными неравномерно глинистыми фораминиферовыми пористыми породами толщиной 15 м кумской свиты, а также известняково-мергельными породами белоглинской свиты толщиной 12 м [4].

Нефтегазоносность палеоцен-эоценовой части разреза установлена по обе стороны Кавказа (рис. 1, табл. 2). Продуктивность характерна для всего интервала разреза, где встречаются нефтяные, газовые и газоконденсатные залежи [3].

Материалы и методы

В работе использовались опубликованные и фондовые геологические материалы, характеризующие состав, геохимические свойства и условия осадконакопления палеоцен-эоценовой части осадочного чехла, включая мелкомасштабные региональ- ные литолого-палеогеографические карты [1][5][9][19], карты толщин [1][5][17][24], результаты изучения вещественного состава пород и геохимических исследований [1][2][5—8][12][14][17—20].

В результате обобщения и анализа этих материалов сформированы базы данных вещественного состава пород, геохимических характеристик палеоцен-эоценовых отложений, подготовлена карта толщин, охватывающая всю изучаемую территорию.

Реконструкция палеогеографических обстановок выполнялась на основе анализа вещественного состава осадочных отложений в сочетании с региональными геологическими данными [1][5—8][12][14][17—19]. Для каждого пункта изучения пород фиксировались литологические характеристики и мощность разреза. Эти данные использовались для построения региональной карты мощностей палеоцен-эоценовых отложений, позволяющей выявить депоцентры осадконакопления.

Интерпретация условий седиментации проводилась с учетом предполагаемой глубины бассейна. На основании мощности и состава осадков, а также структурного положения участков выделены палеогеографические зоны: области денудации, литорали, сублиторали, верхней, средней и нижней батиали. Это позволило установить границы фациальных зон и реконструировать обстановки осадконакопления в региональном масштабе.

Результаты

В начале палеогена на фоне сокращения океана Тетис в регионе произошла обширная регрессия, которая сопровождалась обмелением существовавших ранее бассейнов. В конце палеоцена эти процессы замедлились и с середины эоцена началось увеличение площади морских бассейнов в сторону Урала и Центрального Казахстана [1].

В ходе реконструкции палеогеографических обстановок установлено, что значительная часть области исследования в эоценовое время представляла собой мелководный шельф (рис. 3). Наиболее глубоководные впадины развивались на юге: на территории современной Южно-Каспийской впадины и сопредельного Закавказья. От бассейна, располагавшегося в пределах Скифской и Туранской плит, Восточно-Европейской платформы они отделялись островной сушей, связанной с альпийской складчатостью. Континентальные области, по-видимому, обрамляли Южно-Каспийскую впадину с юга и юго-запада.

Довольно крупная континентальная область охватывала весь Северный Каспий и часть сопредельной и территории Восточно-Европейской платформы (рис. 4).

Толщины палеоцен-эоценовых отложений в пределах изучаемой территории варьируют от 0 до 3 км, но в основном не превышают 1 км (рис. 4а). Повышенные значения толщин, достигающие 2—3 км, приурочены к относительно глубоководным впадинам.

На большей части изучаемой территории в палеоцене-эоцене осадконакопление происходило с невысокими скоростями, которые в основном не превышали 10 м/млн лет (рис. 4б). В отдельных депоцентрах, выделяемых в Центральном Предкавказье, а также в Закавказье скорости достигали 40 и даже 80 м/млн лет. Максимальные скорости, соответствующие лавинной седиментации (до 180 м/млн лет), отмечаются в пределах Южно-Каспийской впадины (рис. 4б).

В результате проведенного исследования в пределах изучаемой территории выделены крупные фациальные зоны (рис. 5), вытянутые в направлении северо-восток — юго-запад и последовательно сменяющие друг друга в восточном направлении от преимущественно терригенной седиментации на западе через карбонатную, терригенно-карбонатную к карбонатно-терригенной — на востоке. Эти зоны в некоторых областях не имеют четких границ, «проникая друг в друга», формируя, таким образом, зональные неоднородности фациального состава.

Зона карбонатного осадконакопления охватывает Центральное Предкавказье и бóльшую часть Скифской плиты. В западной части Туранской плиты и Терско-Каспийском прогибе происходит плавная смена фаций на карбонатно-терригенные и далее на терригенно-карбонатные — в восточной части Туранской плиты, Среднем и Северном Каспии. Обширная зона терригенного осадконакопления располагается в центральной части Южно-Каспийской впадины. Она обрамляется терригенно-карбонатной и карбонатно-терригенной фациальными зонами.

Как показали проведенные исследования, латеральное распределение выделенных фациальных зон не связано с палеогеографическими доменами (рис. 3, 5), что, возможно, обусловлено влиянием локальных климатических факторов, особенностями гидродинамического режима водоемов, удаленностью источников сноса осадочного материала, а также объемами поставки в бассейн терригенной составляющей осадочного материала.

С использованием собранной базы данных результатов геохимических исследований изучены зависимости геохимических свойств эоценовых отложений от палеогеографических условий их формирования, а также фациальных обстановок осадконакопления.

Сравнение распределения С_орг. в отложениях различных палеогеографических доменов показало близкие медианные значения в областях литорали и сублиторали, которые составляют 1,20 и 1,15% соответственно (рис. 6а). При этом распределение органического углерода в отложениях литорали характеризуется высокой дисперсией, что может указывать на высокую динамичность среды осадконакопления. В целом результаты статистического анализа показали отсутствие влияния палеогеографии на содержание С_орг. в осадках в пределах изучаемого региона. При этом отмечаются различия в содержании органического углерода в отложениях, приуроченных к выделенным фациальным зонам. Так, карбонатные фации характеризуются повышенным по сравнению с остальными (рис. 6б) содержанием С_орг. и низкой дисперсией. В карбонатных отложениях отмечается увеличение значений водородного индекса, который в среднем составляет 300 мг УВ/г TOC. Для остальных фациальных зон этот показатель ниже — 220 мг УВ/г TOC.

С учетом полученных статистических зависимостей подготовлена прогнозная карта нефтегазоматеринских свойств эоценовых отложений (рис. 7).

Обсуждение результатов

Выполненные палеогеографические реконструкции показали, что на территории Крымско- Кавказского региона в палеоцене-эоцене существовал обширный морской бассейн. На большей его части преобладали мелководные условия, где происходило накопление карбонатных, терригенно-карбонатных и карбонатно-терригенных отложений с невысокими (до 10 м/млн лет) скоростями. Эти результаты согласуются с выводами О.О. Лукановой (2011), полученными на основе геохимических данных, о том, что осадконакопление палеоцен-эоценовых отложений Предкавказья происходило в шельфовом бассейне с чередованием мелководных и более глубоководных обстановок в условиях практически полного отсутствия тектонических движений. К аналогичному выводу приходит и Л.Р. Клавдиева (2007) на основании изучения геодинамических движений по данным скважин. В своем исследовании она показывает, что палеоцен-эоценовые отложения Предкавказья формировались в морском платформенном бассейне на южной окраине Скифской плиты. По данным Л.Р. Клавдиевой (2007), тектоническое погружение в этот период происходило с невысокими скоростями: в среднем 20—50 м/млн лет в Западном и Центральном Предкавказье и около 10 м/млн лет в Восточном Предкавказье, причем в эоценовое время отмечено усиление погружения западных и центральных сегментов. В работе Ш.М. Мурзина (2010) указывается, что в акватории среднего и частично Северного Каспия палеоцен-эоценовые отложения представлены морскими терригенно-карбонатными толщами, формирование которых происходило в рамках длительного этапа юрско-миоценового осадконакопления при относительно спокойном тектоническом режиме.

На фоне преобладающих мелководных условий небольшие глубоководные впадины со скоростями осадконакопления, достигающими 80 м/млн лет, располагались в пределах современной территории Центрального Предкавказья и Азербайджана. Наиболее крупная и глубоководная депрессия существовала в южной части акватории Каспия. Скорости осадконакопления здесь достигали 180 м/млн лет. Э.В. Чиковани (1974), изучавшей эоценовые отложения междуречья Иори и Куры, а также сопредельной территории Западного Азербайджана, также выделяет в пределах Среднекуринской впадины активно прогибающийся в эоцене морской шельфовый бассейн, где в раннем эоцене накапливались терригенно-карбонатные песчано-алевролитовые и песчано-мергельные толщи, а в среднем эоцене, на фоне усиления вулканизма и тектонической активности, — туфогенно-терригенные и терригенно-карбонатные комплексы. Верхнеэоценовый разрез также содержит значительную долю вулканогенных образований. В исследовании Э.М. Бугровой (2009) указано, что мелководный морской бассейн нормальной солености в эоцене существовал в Северном и Северо-Западном Туркменистане, Восточном Копетдаге и Балханах. Восточное побережье Туркменистана в начале эоцена представляло собой шельфовый бассейн с небольшими впадинами. К их числу относится Огурчинская впадина, отделявшаяся от Южно-Каспийской эоценовой депрессии сушей.

Спокойный гидродинамический режим, существовавший на большей части эоценового бассейна, в сочетании с теплым климатом способствовали ограничению циркуляции вод и формированию восстановительных и резко восстановительных обстановок [19, 20, 24, 25], накоплению и сохранению органического вещества в осадках. Эти факторы также обусловили увеличение доли карбонатной составляющей в отложениях, что объясняет установленную в рамках настоящего исследования положительную корреляцию между увеличением карбонатности отложений и улучшением их геохимических характеристик. При этом в депоцентрах выделенных впадин на фоне более интенсивного тектонического погружения и поставки большого количества осадочного материала с сопредельной суши накапливались терригенные и карбонатно-терригенные фации. Вероятно, увеличение вклада терригенной составляющей обусловило ухудшение нефтегазоматеринских свойств эоценовых отложений. Присутствие вулканитов в составе отложений также негативно сказалось на их свойствах. Так, Е.Ю. Трацевская и др. (2025) объясняет присутствием вулканитов в составе отложений ухудшение геохимических характеристик эоценовой толщи восточного побережья Туркмении, несмотря на широкое развитие карбонатного осадконакопления. В качестве дополнительного негативного фактора она приводит регрессию, которая произошла здесь в конце эоцена.

Анализ опубликованных материалов геохимических исследований показал, что в пределах Каспийско-Кавказского региона эоценовая толща является региональной нефтегазоматеринской толщей (НГМТ) [11, 12, 14, 15, 20, 22—26]. При этом карбонатные отложения характеризуются высокими значениями С_орг. (более 1%), водородным индексом (более 300 мг УВ/г породы), что соответствует керогену II типа и указывает на высокий генерационный потенциал на жидкие УВ. В терригенно-карбонатных и карбонатно-терригенных разностях среднее значение водородного индекса составляет 220 мгУВ/г породы, что соответствует II—III типу керогена.

Геохимические свойства эоценовых отложений Южного Каспия не изучены. Однако, согласно данным А.Ш. Рустамова (2018), кумская свита на территории Айзербайджана и р. Куры характеризуется хорошим генерационным потенциалом: содержание С_орг. варьирует от 1,8 до 11%, водородный индекс достигает 600 мг УВ/г породы. Поэтому, даже с учетом прогнозируемого по результатам настоящего исследования ухудшения нефтегазоматеринских свойств эоценовых отложений в акватории, существует высокая вероятность наличия эоценовой НГМТ с удовлетворительными свойствами в пределах Южного Каспия.

Заключение

Проведенное исследование показало, что нефтегазоматеринские свойства региональной эоценовой НГМТ контролируются ее фациальными особенностями. Карбонатные эоценовые отложения, сформированные в благоприятных восстановительных условиях мелководного бассейна, обладают высоким генерационным потенциалом и являются одним из ключевых источников жидких углеводородов в Каспийско-Кавказском регионе. В глубоководных впадинах эоценового бассейна с высокими скоростями осадконакопления, включая Южно-Каспийскую депрессию, прогнозируется ухудшение нефтегазоматеринских свойств отложений в результате разбавления терригенной составляющей органического вещества морского происхождения. Другим фактором, негативно влияющим на геохимические свойства НГМТ, является присутствие вулканитов в составе толщи. Это позволяет прогнозировать ухудшение генерационных свойств эоценовых отложений в районах активной вулканической деятельности.

Экстраполяция геохимических характеристик эоценовой НГМТ с сопредельной суши с учетом установленных фациальных трендов позволяет прогнозировать присутствие НГМТ с удовлетворительными свойствами в акватории Южного Каспия. При этом проведение аналогии генерационных свойств богатой карбонатной эоценовой НГМТ Центрального и Восточного Предкавказья с отложениями Южно-Каспийской впадины представляется необоснованным и приведет к завышению объемов генерации и эмиграции углеводородов при проведении оценки перспектив нефтегазоносности.

Подготовленная прогнозная карта нефтегазоматеринских свойств эоценовых отложений Каспийско-Кавказского региона, учитывающая региональные закономерности формирования начального генерационного потенциала толщи, обусловленные фациальными обстановками, является надежной основой для проведения дальнейших нефтегазогеологических исследований в регионе даже в тех областях, где пока отсутствуют результаты прямого изучения геохимических свойств пород.