Предуральский краевой прогиб и зона его сочленения с Западно-Уральской внешней зоной складчатости известны как структуры с высоким нефтегазовым потенциалом [2, 10, 12—15, 20, 21, 24]. Однако сложность геологического строения, обусловленная широким развитием разрывных нарушений различного генезиса и морфологии, несоответствием структурных планов частей осадочного разреза и др., а также низкое качество имеющегося сейсмического материала и, как следствие, недостоверные геологические модели объекта являются сдерживающим фактором к освоению ресурсной базы рассматриваемой территории.

Развитие современных технологий компьютерного моделирования геологических объектов, в том числе сложных складчато-надвиговых структур, позволяет детализировать механизмы формирования структур взбросо-надвигового типа. С помощью моделирования тектонических процессов возможно создать обоснованную концептуальную геологическую модель формирования и строения надвиговых зон, прогнозировать ловушки нефти и газа и оценивать их сохранность.

В настоящей работе предпринята попытка обобщить имеющийся геолого-геофизический материал и на основе накопленных данных с помощью современных компьютерных технологий провести типизацию ловушек нефти и газа в пределах зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости и дать научно обоснованную оценку условий их формирования и сохранности.

Складчато-надвиговые образования на западном склоне Урала формируют Западно-Уральскую внешнюю зону складчатости и сопряженную с ней территорию Предуральского краевого прогиба.

В пределах взбросо-надвигового пояса Уральской складчатой системы выделяют автохтонный комплекс, залегающий под поверхностью надвига и характеризующийся покровно-складчатым строением, и противоположный ему — аллохтонный комплекс, залегающий над поверхностью надвига и имеющий чешуйчато-надвиговое строение [2].

Геодинамическая природа формирования взбросо-надвиговых структур Предуралья обусловлена герцинским орогенезом под воздействием коллизионных процессов [7, 9].

Современные представления М.А. Камалетдинова [9], Т.Т. Казанцевой [7], Ю.В. Казанцева [6], В.В. Юдина [27], В.Н. Пучкова [22], К.О. Соборнова [23, 24], С.Н. Сычева [25], А.В. Ступаковой [26] об истории геологического развития Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости позволяют выделить 5 этапов тектонодинамического развития рассматриваемой территории, которое напрямую связано с тектонодинамической эволюцией Урала (рис. 1).

Таким образом, формирование основной складчатой структуры Урала закончилось в конце карбона — начале перми, на севере Урала позже — в триасе. Перед фронтом Уральских гор был сформирован глубокий прогиб, куда поступали продукты эрозии. Дальнейшая история Урала заключалась в его постепенном разрушении, пенепленизации и формировании кор выветривания.

В нефтегазогеологическом отношении изучаемая территория относится к Предуральской нефтегазоносной субпровинции Предуральско-Предновоземельского пояса нефтегазонакопления [3, 8].

К настоящему времени в пределах субпровинции открыто более 100 месторождений УВ [1]. Продуктивны девонские, каменноугольные и пермские отложения, также есть признаки нефтегазопроявлений в силурийских комплексах [1]. Наиболее крупными из открытых месторождений являются Курьинское, Романъельское, Вуктыльское и Гежское.

В данной работе в качестве исходных данных была использована серия сейсмогеологических профилей, секущих в субширотном направлении изучаемую территорию: № 2622001-02 ШП в интерпретации В.В. Дроздова, Красновишерск-Североуральск в интерпретации А.Г. Попова, № 15-РС в интерпретации В.Н. Макаревича.

Для изучения условий формирования и сохранности ловушек УВ, их тектонодинамического развития, изучения типов разломов и времени их формирования в настоящей работе была применена технология структурно-кинематического моделирования, реализованная в ПК «Dynel» компании Schlumberger и ПК «Move» компании Midland Valley.

Основы технологии структурно-кинематического моделирования включают в себя гео-метрическую балансировку, деформационную кинематику (геометрию движения слоев), а также типизацию структурных форм, слагающих различные типы складчато-надвиговых систем [4].

Основными этапами структурно-кинематического моделирования являются [4]:

1) сбор и анализ входных данных;

2) построение структурного каркаса модели. Проверка достоверности структурной интерпретации;

3) построение сбалансированного (восстановленного) разреза;

4) построение палеоразрезов каждого слоя путем выравнивания на основные изохронные границы.

Основными методами структурно-кинематического моделирования являются [4, 5, 17]:

1) балансировка — метод восстановления разреза к преддеформационному состоянию при условии сохранения длины и мощности слоев в процессе деформации. Если разрез сбалансирован, то на восстановленном разрезе все слои должны совместиться вдоль траектории надвигов без пробелов и перекрытий;

2) палеотектонические (палинспастические) реконструкции — метод восстановления первоначального взаимного расположения геологических тел, претерпевших крупномасштабные горизонтальные смещения. Метод позволяет «раздвинуть» тектонические чешуи и «распрямить» складки.

Структурные парагенезы

Для создания ретроспективных динамических структурных моделей были изучены т.н. структурные парагенезы изучаемого объекта — устойчиво повторяющиеся целостные комплексы элементарных структурных форм, составляющие морфологически сходные тектонические зоны и отличающиеся по структуре от соседних участков [16]. Формирование всех элементарных структур единого парагенеза предполагает некий общий механизм или хотя бы общую причину. В структурные парагенезы могут быть объединены разномасштабные элементы: от макромасштабных (складчатые зоны) до мезомасштабных (отдельные складки, структуры будинажа, кливаж и пр.) и даже до микромасштабных (кинкбанды и т.д.).

В пределах зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости встречаются нижеперечисленные структурные парагенезы (римскими цифрами обозначены соответствующие структурные парагенезы на рисунках 2—4).

Условия формирования и типы ловушек нефти и газа

Для типизации ловушек нефти и газа в пределах зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости и анализа условий их формирования и сохранности было проведено структурно-кинематическое моделирование по трем региональным сейсмогеологическим разрезам, пересекающим в широтном направлении северный, центральный и южный сегменты восточного борта Предуральского краевого прогиба и зоны Передовых складок Урала (рис. 2—4).

От позднедевонской до раннепермской эпохина изучаемой территории ловушки структурного (сводового) типа в девонских, каменноугольных и пермских толщах были сформированы в результате активизации тектонических процессов. В зоне Передовых складок Урала часть ловушек структурного (сводового) типа были разрушены за счет воздымания поверхности осадконакопления и дальнейшей ее эрозии, но некоторые более глубокозалегающие потенциальные продуктивные горизонты сохранились до настоящего времени.

Ловушки структурного (тектонически экранированного) типа в самом начале формирования были по типу сводовые, однако на «постколлизионном» этапе при затухающих коллизионных процессах начали «переформировываться» из сводового в тектонически экранированного типа ловушки УВ [18]. Так, на изучаемой территории были выделены ловушки структурного (сводового), структурного (тектонически экранированного) типа. На территории Соль-Илецкого свода и Варандей-Адзъвинской структурной зоны выделены ловушки стратиграфического типа, сформированные в результате периодических процессов денудации [11, 18].

Для формирования скоплений УВ в Предуралье наиболее благоприятными являются структурные (сводовые) ловушки в девонских, каменноугольных и пермских толщах, сформированные от позднедевонской эпохи до пермского времени, сохранившие конфигурацию и объем до настоящего времени. Чуть менее перспективными являются структурные (тектонически экранированные) ловушки в девонских, каменноугольных и пермских толщах, сформированные после перми. Малоперспективными являются стратиграфические ловушки в девонских и каменноугольных толщах, распространенных в пределах Соль-Илецкого свода и Варандей-Адъвинской структурной зоны, в связи с их небольшой площадью распространения и количеством.

Таким образом, на исследуемой территории были сформированы ловушки УВ различных типов (табл. 1).

Модель формирования скоплений углеводородов

Анализ условий формирования ловушек нефти и газа во взбросо-надвиговых и поднадвиговых структурах позволили уточнить и детализировать концептуальную модель [10, 11, 13, 18] формирования в них скоплений нефти и газа (рис. 5).

На первом (конседиментационном) этапе происходило формирование (накопление) ордовикско-нижнекаменноугольного комплекса пород. На этом этапе начали реализовываться процессы генерации, миграции и аккумуляции УВ в силурийских, девонских отложениях южного и северного сегмента Предуралья. Формируются разрывные нарушения сбросового типа в условиях погружения и растяжения осадочного комплекса. Сбросы являются благоприятными путями для миграции нефти и газа.

Второй этап «мягкой коллизии» [22] обусловлен коллизионными процессами со стороны Уральского орогена, продолжавшимися со среднекаменноугольного времени и протекавшими до кунгурского времени включительно. На данном этапе происходило формирование разрывных нарушений взбросового типа.

Третий этап «жесткой коллизии» [22]. После кунгурского времени в сочленении Предуральского прогиба и зоны Передовых складок Урала транспрессивный (бокового сжатия и сдвига) геодинамический режим обусловил преобразование ранее сформированных разрывных нарушений сбросов — во взбросы, которые к концу коллизионного этапа преобразовались в надвиговую систему. Надвиги сформировали пути миграции УВ и оказали влияние на перераспределение потенциальных первичных скоплений УВ из нижележащих ловушек УВ девонских и нижнекаменноугольных отложений в вышележащие ловушки УВ средне-верхнекаменноугольных, пермских и триасовых отложений, тем самым формируя вторичные залежи УВ, или же происходило рассеивание первичных залежей УВ.

На четвертом этапе после триасового времени осуществлялась консервация ранее сформированных залежей и аккумуляция УВ в новые тектонически экранированные ловушки.

На пятом этапе в кайнозое продолжалась консервация всех залежей УВ. Однако в результате кайнозойской (альпийской) реактивации тектонических процессов на этом этапе могло происходить разрушение ранее сформированных залежей УВ.

Комплексный анализ разнородных геолого-геофизических материалов позволил провести структурно-парагенетический анализ и структурно-кинематическое моделирование зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости. Были изучены геометрия, деформационная кинематика, пространственное размещение и геодинамические условия формирования взбросо-надвиговых структур. Для разрезов южного, центрального и северного Предуралья представлены общие структурные парагенезы, что указывает на единые условия и механизм формирования изучаемых структурных форм. На основе анализа палеотектонических (палинспатических) реконструкций проведена типизация ловушек УВ в складчато-надвиговой зоне, а также определены условия и время их формирования. На исследуемой территории были сформированы ловушки УВ следующих типов: структурного (сводового), структурного (тектонически экранированного), стратиграфического в отложениях палеозоя.

Предложена модель формирования нефтегазоносности зоны сочленения Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости, учитывающая основные этапы тектонодинамического развития Предуралья.