Отчет (предварительный) по 3D-моделированию района Янги-Юганской параметрической скважины

Отчет (предварительный) по 3D-моделированию
района Янги-Юганской параметрической скважины

Данный отчет подготовлен по результатам гравитационного 3D- моделирования на первом этапе бурения скважины в порядке выполнения проекта, согласованного между автором отчета и Объединением «Недра»

1. Постановка задачи

Перед Янги-Юганской ПС поставлена задача исследования зоны повышенной электропроводности, выявленной работами МТЗ на севере-северо-востоке Уральского складчатого пояса в пределах Северо-Сосьвинского поднятия, вблизи его восточной границы с Гортским синклинорием. Выбор места заложения скважины в этом районе позволяет ставить вопрос природы этих структур, расположенных в зоне относительно мощного MZ-KZ чехла (1000-1500м), на погружении складчатого пояса Урала в сторону Западно-Сибирского бассейна.

Ранее пробуренные здесь скважины лишь на небольшую глубину вскрывали складчатое основание. Это не позволяло судить и о природе ограничения Урала со стороны поперечного (Харбейского или Лангот-Юганского) поднятия древних пород и связи Урала с изолированным северней Щучьинским «синклинорием». Размещение скважины в выбранном пункте представляет в этой связи интерес, так как ожидаемый разрез может одновременно использоваться для освещения структуры Уральского складчатого пояса закрытой части полярного сектора.

В этой связи для понимания результатов бурения необходимо представить общую модель земной коры в районе, одновременно включающем и Уральский складчатый пояс, и Щучьинский синклинорий, и ближайшие к ним структуры с запада и с востока. Такое единое представление может быть достигнуто на основании 3D – моделирования по гравитационным и магнитным данным.

Перед данной работой поставлена задача разработка 3D модели земной коры соответствующего района в координатах 61⁰30’ – 68⁰30’ в.д. и 66⁰00’ – 70⁰00’ с.ш.

2. Альтернативные подходы и выбор метода

Ныне разработан ряд технологий трехмерного моделирования. Алгоритмы, различающиеся в способах прямых и обратных вычислений и в различной мере использовании априорных данных (ограничений), легли в основу нескольких автоматизированных систем. Известны примеры комплексирования гравитационного и магнитного, а также гравитационного и сейсмического методов. Получение результатов, согласованных по данным разных методов, стало ведущим мотивом многочисленных исследований по отдельным проектам.

Между тем, многие вопросы интерпретации гравитационных (и магнитных) съемок остаются нерешенными.

Во-первых, мешают существенные упрощения, такие как однонаправленность вектора намагниченности геологических структур по современному полю Земли, игнорирование фактических (карта поверхности, результаты бурения, данные по стратиграфии, петрологии, тектонике и др.) геологических данных, произвольность уровня отсчета интерпретируемых аномалий. Такие упрощения очень удобны для вычислений: они сокращают размерность задачи, обеспечивают быструю сходимость получаемых решений при аппроксимации аномалий и т.п. Однако, получаемые модели трудно согласовать с реальностями и проконтролировать.

Во-вторых, серьезной проблемой остается согласование данных грави- и магнитометрии по смежным и удаленным одна от другой территориям, а также данных детальных и предшествующих региональных работ. Эта проблема обычно решается выделением для совместной обработки данных отдельных профилей, протяженных на сотни и тысячи километров (геотраверсы), вдоль которых предварительно получены результаты различных сейсмических методов. Сейсмические модели принято использовать в качестве базовых. Затем гравитационные и магнитные наблюдения используют для экстраполяции сейсмической модели в ближайшее к профилю пространство (например, в полосах шириной в десятки - первые сотни километров). При указанных выше упрощениях, не могут быть, однако, вычислены такие характеристики геологических структур, как: направление вектора намагниченности, плотностная, а отсюда – вещественная зональность геологической среды в ортогональном профилю направлении. Также проблематично соблюдение постоянства уровня отсчета гравитационных и магнитных аномалий относительно нормы.

При моделировании многими (включая автора) исследователями применены различные методики и вычислительные средства, в прошлом отвечавшие разным уровням развития технических средств. При этом вынужденно прибегали к тем или иным упрощениям, допускавшим расчеты. В подавляющем числе были получены 2D-модели. Они никак не могли соответствовать минимальным требованиям: постоянства уровня отсчёта, контроля точности, учёта ограничений, вытекающих из геологических и различных комплексных данных.

Отдельную проблему представляет обоснование тектонической концепции. В прежних моделях развитие Урала понималось по-разному всеми авторами. Считается,что в силу многозначности гравитационного метода, все эти модели равноправны.К тому же отсутствие единства в средствах вычислений не допускало сравнимости различных гипотез.

В последние (примерно с 1995-2000) годы начато решение вычислительных проблем. В частности, разработанный нами, совместно с О.А. Васильевым, метод ГМТ (гравитационной и магнитной геотомографии), основанный на решении предельно общей прямой и обратной задач гравиметрии (Г.Г. Кравцов), на сегодня уже является, видимо, приемлемым для создания единых моделей земной коры больших (миллионы км²) территорий. Этот метод принят для решения задачи, поставленной настоящим проектом.

3. Описание исходных данных

геол. карты Полярного Урала и Зауралья (Приобья) в т. ч. со снятым чехлом, м-б 1:200 000 – 1 000 000;
карты и профили полей G и Tа в т. ч. “ в цифре “ (аномалии Буге и высоты пунктов – по сетке 2 на 2 км);
сейсмические МОВ ОГТ (временные и сейсмогеологические) и геоэлектрические (МТЗ) – разрезы, структурные карты осадочного чехла.

4. Методика

4.1 Особенности методики вычислений

Требования к методу приближения таковы:

Точность - 1-3%, чтобы «исчерпать» информационный ресурс съемки
Соответствие реальности - согласование с геологическими, топографическими и различными геофизическими данными
Контроль результата делается на основании данных бурения
Приемлемая трудоемкость

4.2 Формирование модели

Модель строится в процессе последовательных приближений средствами системы MAGNET (рис.1)./ /

Шаг 1 – задание некоторого (например, 4-слойного параллелепипеда) шаблона.

Шаг 2 – приспособление шаблона к моделируемому объёму (верхней границы – к топографическому рельефу, второй – к кровле фундамента, нижней – к разделу Мохо).

Шаги 3, 4, 5… – деление полученных слоев поверхностями (геологическими контактами) и их совмещение с известными и предполагаемыми границами.

Процедуры “деления и совмещения” сопровождены автоматизированным контролем, обеспечены программными средствами и ведутся интерактивно. Каждый шаг сопровожден решением трехмерных прямой и обратной (вычисление плотности по данным измерений G) задач.

Рис. 1 Система MAGNET: рабочий стол

Основные операции, доступные в системе MAGNET, включают:

работу с проектами
разнообразные представления модели и ее разрезов
редактирование (удаление, соединение и разделение многогранников, их перемещение, вращение, масштабирование и т.д.)
операции над списками структур
работу со всеми видами карт, планов и разрезов
разнообразные функции проверки корректности многогранников (самопересечение, заполнение, пересечение с топографической поверхностью)
редакцию легенд стратиграфии и литологии

Красный эллипс, показанный на Рис. 1, ограничивает область вокруг избранных вершин, где оценивается ошибка нелинейных параметров. Когда пользователь системы двигает вершины, значение ошибки меняется. Пользователь системы останавливается по достижению минимума локальной ошибки. Процесс моделирования включает много тысяч таких итераций.

4.3 Особенности метода

модель привязывается к геологической карте местности, к топографии и согласовывается с тектонической концепцией
вектор намагниченности (включая направление) и плотность масс вычисляются с учетом двусторонних ограничений на их характеристики по геоданным
вычисленные поля сравниваются с полными (а не остаточными) аномалиями G в редукции Буге и аномальными значениями магнитного поля
размер участка превышают 10-кратную глубину освещения разреза

4.4 Геологическое обоснование модели

Состав работ:

стратиграфический, тектонический, структурный, формационный и др. анализ данных, с учетом представлений о геологии Урала и прилегающих территорий;
разработка легенды – полного перечня элементов, соответствующих структурным или формационным единицам модели;
формирование систем ограничений, учитываемых при 3D – моделировании;
постановка и решение задач моделирования численными методами (технология ГМТ).

Рис. 2 Модель Среднего Урала (район СГ-4) в плане

Контуры геологических тел являются линиями пересечения многогранников плоскостью Z = 0.1км. Легенда геологической карты – см ГосГеолКарту СССР масштаба 1:200000. Основные параметры модели:

площадь – 60 000 км²
число элементов – 250
число линейных переменных – около 900
число уравнений – около 30 000
нелинейных параметров – порядка 10⁵

Многогранники заполняют геологическую среду сплошь. Число тел может оказаться слишком большим, для того чтобы нашлось удовлетворительное решение в одном цикле вычислений. Поэтому приходится прибегать к следующим мерам:

уменьшать область, сокращая число структур (например, от 1000 до 100)
искать решение «по частям»
делить очень сложные структуры на локальные однородные тела или аппроксимировать плотность внутри них полиномами до второго порядка

Рис.3 Разрез Среднего Урала (район СГ-4) в плоскости X=0

EEC – Восточно-Европейский континент; TZ – Тагильская зона; КC – Казахстанский континент; CUZ – Центрально-Уральская зона; EUZ – Восточно-Уральская зона; MUF – Главный Уральский разлом; ATF – Осевой Тагильский разлом; SF – Серовский разлом; SG – Салдинскй гранит; SM – Сарановский массив; PС – осадочные породы (Павдинская серия); CS – вулканические породы океанического и островодужного генезиса - Кабанской, Салатимской и Красноуральской серий, ImC – Именновская серия; SDH – Уральская сверхглубокая скважина.

Тагильская зона Урала включает фрагменты коры PZ₁-океана (на рисунке CS и SF), и две вулканические дуги, которые были деформированы во время коллизии Восточно-Европейского и Казахстанского континентов. На этом важном для модели примере иллюстрируются перемещения мантийных пород во фронтальную (Салатимскую) и тыловую (Серовскую) зоны со дна бассейнов, исчезнувших при субдукции (PZ₂) их литосферы к востоку и последующей (PZ₃) коллизии континентов и ряда их разделявших дуг.

При гравитационных исследованиях Казахстанского, Южного (в 200км полосе URALSEIS),), Среднего и Полярного секторов Урала удалось показать, что коллизионная модель (рис.3) может стать универсальной. Этому заключению способствует, во-первых, однотипность отношений аномалий к геологии Урала на его протяжении от Северного Приаралья до Карского побережья:

Главная (до140-160мгл на интервале до 20 - 40км) гравитационная ступень везде совпадает с зоной ГУР (Главного разлома). При этом с запада, где аномалии близки или до 30- 40мгл ниже обычного поля EEC, к ней примыкает область ВНЕШНИХ, а с востока, где аномалии образуют линейные цепи с постепенно уменьшающейся сторону KC и Зап.Сибири величиной, область ВНУТРЕННИХ уралид
Феноменальной Главной ступени, где линия ГУР близка к ее основанию, соответствует:

а) наклон зоны разлома под пологим или умеренно крутым (например,20-40⁰) углом и определение его как протяженного на 30-40 км и более надвига внутренних на зону внешних уралид;

б) резкий, на 0.3-0.6г⁄см³, скачок плотности пород на плоскости наволока от ниже - к вышележащим, которым удается одновременно объяснить и чрезвычайный по интенсивности градиент поля G и величину ступени;

в) разделение Урала на области с разным соотношением геологических структур и аномалий - если во внешней области знак структур совпадает со знаком, а амплитуда примерно пропорциональна величине аномалий, то на востоке, во внутренней, находятся в противофазе.

Во-вторых, тектоническому строению Тагильской зоны (рис.3) как структуры коллизионной, оказалось аналогичным строение ее южного (Магнитогорская) и северного (Войкарская зоны) продолжений в указанных секторах Урала и по данным модели. По этим же данным обнаруживаются их структурно-вещественные особенности, видимо обусловленные предшествующим (PZ₁ –PZ ₂) и постколлизионным развитием.

Выход продукции:

Трехмерное распределение плотности. (Находится решением задачи численного моделирования, в виде набора параболических функций X,Y,Z - характеризующих этот параметр внутри каждого элемента):
Структурная 3D – модель земной коры.(Определяется на базе указанных исходных данных, их анализа и подбора с ограничениями)
Система продольных, поперечных (включая плоскость скважины) и горизонтальных (глубинные карты) сечений, представляющих модель соответственно принятой гипотезе и геологическим данным

5. Результаты моделирования района Янги – Юган
и их геологическая интерпретация

В результате выполненных работ разработана 3D модель геологического строения района Янги-Юган. Среднеквадратическая погрешность воспроизведения наблюдённых аномалий составила ±2,0 мгл, при максимальной ошибке – 4.7 мгл (что соответствует относительной ошибке до 2.4 %). Уровень отсчета теоретических аномалий относительно нормального поля Земли отклоняется на -0,5мгл.

При указанных границах участка, модель показывает строение земной коры до глубины 40-45км (раздел М) в следующих (с запада на восток) зонах:

Тимано-Печерской (С-В краевая часть с Коротаихинской и Косью-Роговской впадинами, Енга-Нэпейским и Мана-Танырдским поднятиями и грядой Чернова между ними);
Центрально-Уральской (в полярном секторе) антиклинорной, включающей вдоль восточного края Лемвинскую систему складок и покровов, а также два выступа к востоку в сторону внутренних уралид –Хараматлоуский, между Войкаро-Сыньинским и Рай-Изским массивами ультрабазитов, и Лангот-Юганский (Харбейский) – между массивами Рай-Из и Серовского пояса (с их вмещением - Войкарским синклинорием) и Щучьинским синклинорием;
Войкарской (продолжение Тагильской в полярном секторе Урала), с названными вдоль линии ГУР крупнейшими (до 300км в длину) ультрабазитовыми массивами, и Щучьинской синклинорной, с запада обрамленной ультрабазитами (Сыум–Кеу). При этом в перекрытых MZ-KZ чехлом породах Войкарского синклинория отмечается примерно та же формационная и стратиграфическая последовательность, что и в Тагильской зоне на Среднем Урале (рис.3);
Северо-Сосьвинской антиклинорной, являющейся северным, вплоть до Харбейского выступа, продолжением Восточно-Уральского поднятия;
Гортской синклинорной, как северным продолжением Восточно-Уральского прогиба

Список структурных единиц и их обозначение в сечениях

Наименование структурных зон	Структурные единицы	Плотность г/см³	№ в сечениях
Тимано-Печорская
Косью-Роговская	MZ (терригенный комплекс)	2.42 - 2.46	23
	PZ₂(то же + карбонаты)	2.49 - 2.53	14
	PZ₁(терригенный комплекс)	2.55 – 2.65	114
	R_2-3 (то же +метаморфизм)	2.64 – 2.66	49,51,57
	PR _1-2- AR₂ (метаморфиты)	2.68 – 2.72	87,132
Коротаихинская	MZ₁(терригенный комплекс)	2.42 – 2.46	27
	PZ₃(терригенный комплекс)	2.49 – 2.55	13
	PZ_1-2(карбонатный комплекс)	2.58 – 2.64	114
	R₃- V (терригенный комплекс) PR_1-2(метаморфиты) AR –PR₁(ультраметаморфиты)	2.68 – 2.72 2.70 – 2.74 2.66 – 2.70	57,132,49,51
Центрально-Уральская
Осевая часть	R₃- V (метаосадочный комплекс)	2.61 – 2.67	10,57,105,200
	PR₂ (гранито-гнейсовый комплекс)	2.66 – 2.70	49,51,83,129,132
	PZ₁(гранитоидный комплекс)	2.60 – 2.64	53,92,134,135
Краевая (Лемвинская) зона	(?) PZ_2-3 (осадочный комплекс)	2.58 – 2.62	66
	R₃- PZ₁(сланцевый комплекс)	2.72 – 2.80	10,83,101,200
	PR_1-2(метабазитовый комплекс)	2.90 – 3.10	7,86
Аллохтоны	Енга-Непейский офиолит	2.94 – 2.96	123
Тагильско-Щучьинская
Фронтальные ультрабазиты	Войкаро-Сыньинский массив Рай - Из	3.00 – 3.20 3.02 – 3,20	8 85,151,152
	Сыум-Кеу (включая южный)	2.94 - 3.20	6,17
	(Без названия – «слепой» массив под вулканическим комплексом 3)	3.06 – 3.10	148
Вулканические комплексы	Войкарский (западное крыло) восточное крыло+щучьинский	2.90 – 2.96 2.84 – 2.86	3,72,74 73
	габброиды+пироксениты	2.94 – 3.16	89, 90
	граниты, гранодиориты	2.62 – 2.68	53,69,91,94,149,85
Комплексы основания	Метабазитовый: Хараматлоуского выступа Харбейского выступа	2.82 – 3.10 2.98 – 3.10	7,178 86
	Метаморфический	2.64 – 2.70	10,49,110,111,132
	Ультраметаморфический	2.68 – 2.72	65,112
Ядра синформ	PZ_2-3 (осадочный комплекс)	2.64 – 2.68	41
Тыловые офиолиты	Ультрабазиты (серпентиниты)	2.78 – 2.80	33,124
	Габброиды	2.90 – 2.94	90,125
Северо-Сосьвинская
	PR₂ Метаморфический комплекс: метаосадочный - метавулканический	2.66 – 2.74	37,116,136,181,187
	PZ₃Интрузивный комплекс (граниты, гранодиориты)	2.62 – 2.68	38,43,64
Гортская	PZ₂Вулканический комплекс, офиолиты	2.88 – 2.94	33,52
	PZ_2-3Осадочный комплекс	2.72 – 2.74	136,144

Внезональные структуры	Mz-Kz Осадочный чехол	2.11 – 2.27	4
	AR- PR Нижняя кора	2.70 – 2.78	2,9,11,201,202
	Мантия	3.05 – 3.10	1

Структурные единицы указанных зон (таблица) представлены в виде 3D многогранников, контуры которых на поверхности совмещены с литологическими, стратиграфическими, тектоническими и др. геологическими контактами, а на глубине подобраны таким образом, чтобы при наделении фактическими плотностными характеристиками их суммарное притяжение отвечало минимальной ошибке воспроизведения аномалий силы тяжести. Число элементов модели доведено до 220 единиц. Помимо опознанных в выходах на поверхность, в модели также использованы гипотетические (не вскрытые эрозионным срезом - рельеф Мохо, слепые интрузии различного состава, ультрабазитовые массивы в сутурах и т.п.) структуры.

Наиболее общей для модели особенностью является определение регионального характера Главного Уральского разлома - как пологого сквозного надвига, разделяющего зону ВНЕШНИХ (Тимано-Печерский прогиб, Пай-Хой, Центрально Уральское поднятие, Лемвинскую зону) и ВНУТРЕННИХ (от фронтального пояса ультрабазитов на западе, до Гортского синклинория на востоке) уралид. Допускается, что Главный разлом, кроме соответствия пологому внутрикоровому наволоку, где служит ограничителем нарушений со встречным наклоном в верхней (до15-20км) коре внутренних уралид, еще унаследует палеозону поглощения древнего (гипотетического) океанского дна на востоке - под системой внутренних морей, вулканических дуг и микро- и субконтинентов.

Зоны к востоку от главного надвига фрагментированы структурными поднятиями докембрийского фундамента, одно из которых - западное, находится вблизи центральной части Войкарского прогиба, а второе, восточное, где находится скважина (ЯПС), соответствует Северо-Сосьвинской зоне.

В отношении природы системы этих син-и антиформ в пределах внутренних уралид исследованы два альтернативных предположения:

синформы разобщены антиформными поднятиями в PZ₃, после надвигания по внутрикоровой субгоризонтальной поверхности;
синформы и антиформы сформированы местными тектоническими движениями до их общего надвига и каждая из них наследует местные бассейны, вулканические дуги или субконтиненты, которые испытали предколлизионную аккрецию и деформацию.

Вторая модель ранее казалась предпочтительной (см. выше рис.3), структурное отображение она находит за счет тектонических сбросов, взбросов и сдвигов.

Далее представлены разрезы земной коры в вертикальных (широтных и меридиональных) и горизонтальных (карты) сечениях района ЯПС.

5.1.Северо-Сосьвинское поднятие.

В восточной части Северо-Сосьвинского поднятия, где находится скважина, показан наклонный под углом до 20⁰ надвиг раннепалеозойских пород Гортской синформы на докембрий (рис.4), а западней его в 10-15км – крутой (до 70⁰) контакт между разными древними породами, также, видимо, тектонической природы. Его наклон – встречный, западный. На глубине около 25км этот контакт упирается в поверхность наволока ГУР. Таким образом, Главный разлом разграничивает в районе ЯПС кору внутренних и внешних уралид на глубине порядка 25км.

Рис.4 Геологический разрез в плоскости Х-24км

Докембрийский комплекс пород поднятия с запада перекрыт ультрабазитами и базитами восточного крыла Войкарского прогиба. Здесь их характеристики и структурная позиция совпадают с Серовско – Маукскими офиолитами Тагильской зоны на Среднем Урале (рис.3), где ультрабазиты тыловодужного бассейна с корой океанического типа сначала были обдуцированы на подножие микроконтинента к востоку, а затем, при коллизии плит - передвинуты и подняты по осевому надвигу.

Рис. 5 Горизонтальное сечение в плоскости Z=0.7км

Главные отличия рассматриваемой антиклинорной Северо-Сосьвинской зоны:

практически полное, за возможным исключением типичных для отдельных частей Восточно-Уральского поднятия малых серпентинитовых массивов, отсутствие глубинных ультрабазитов;

резко несогласное прилегание пород докембрийского возраста к основанию смежных палеозойских синформ;

включения гранитных и гранодиоритовых масс, растянутых вдоль основания синформ, выступающих на поверхность в замковых частях антиклинория, и также контролируемых тектоникой.

5.2. Смежные структуры.

Прилегающая к антиклинорию структура Войкарской зоны, при кажущемся подобии крыльев (ультрабазиты и с запада и с востока), является, вместе с тем, такой же асимметричной, как продолжающая ее к югу Тагильская. В её осевой части проходит линия раздела, вдоль которой полоса (72) умеренно плотных пород (типа андезитов) сменяется к западу (структура 3) высокоплотными базальтами. В северной части зоны на поверхность выступают докембрийские породы фундамента (на карте показаны розовым цветом), аналогичные породам замковой части Северо-Сосьвинского антиклинория. При этом на северном замыкании синформы офиолиты западного (Рай-Из) и восточного (пояс Серовский в его полярном секторе) крыльев соединяются по субширотной дуге, а структуры докембрийского основания – с Северо -Сосьвинскими.

Феноменальной гравитационной ступени на западе Войкарской зоны соответствуют ультрабазиты с мантийными (3.2г/см³) параметрами (массивы Войкаро-Сыньинский и Рай-Из) при их расчетной мощности до 8-10км, и большом, до 60-80км от западного края, удалении вглубь зоны. Залегание ультрабазитов в широтных сечениях – пологое, до горизонтального. Только южный край массива Рай-Из – крутопадающий. С запада и ниже ультрабазитов к ним прилегают интенсивно (амфиболитовая фация) метаморфизованные базиты и, видимо, ультрабазиты харматалоуского и харбейского комплексов, слагающие соответствующие выступы фундамента в обрамлении Войкарского с запада и севера, и Щучьинского - с юга и запада, синклинориев.

В итоге обнаруживается, что комплексы мафических пород Войкарской зоны (равно как и Щучьинской) «подвешены» к верхней части коры, в далеком (30 км) отрыве от современной мантии. Они могли оказаться в наблюдаемой позиции, скорее всего, в результате горизонтальных тектонических движений. Это, как предполагается, могло произойти после закрытия морских бассейнов (в т.ч. с океанической корой).

Структуры Центрально-Уральской зоны (поднятия), относящейся к Восточно-Европейскому континенту, продолжается вглубь под ультрамафитами и ультрабазитами Войкарской, Харбейской и Щучьинской зон, а также базальтами и андезитами Войкарского и Щучьинского синклинориев, далеко на восток, вплоть до присоединения к крутопадающим телам Северо-Сосьвинской зоны.

Отсюда следует:

амплитуда горизонтального перемещения внутренних палеозоид Полярного Урала с востока на запад составляет, по меньшей мере – 300 км, так что Северо-Сосьвинский антиклинорий так же, как Войкарская, Щучьинская и, дальше на восток, Гортская синформы, является аллохтонным;
синклинорные зоны Полярного Урала, включая Войкарскую и Гортскую, представляет собой синформы с тектоническим основанием, при этом на примере Войкарской зоны можно видеть их существенную асимметрию и связь как с восходящими надвигами или взбросами, так и с продольными сдвигами и сбросами;
основная масса ультрабазитов Полярного Урала (более 95%) сосредоточена во фронтальной зоне. Их доля резко уменьшается к востоку (Серовско-Маукский и др. более короткие пояса), что, видимо, обусловлено их разным происхождением – во фронтальной зоне – как наследников коры древнего (Уральского) океана, в тыловых зонах - как фрагментов коры меж- и задуговых локальных бассейнов.

5.3 Разрез скважины и расчетные параметры вскрытых образований.

Мощность мезозойского чехла в пункте ЯПС составила по данным бурения 1.05км. Расчетная плотность MZ-KZ чехла составляет: 2.11 (сверху)- 2.27г/см³(внизу). Изменение параметра по вертикали линейное.

Согласно предварительной, до бурения, модели, разработанной в 2005-2007 г для территории 1,5 млн. кв км мощность чехла предполагалась 1.5-1.6км. Привязка модели к указанным фактическим данным параметрической скважины потребовала детализации картины глубинного строения, в частности, ввода в разрез структур, сложенных породами резко пониженной (2.62-2.64г/см³) плотности – гранитов.

По принятым, в качестве исходных, данным скважина расположена у восточного края Северо Сосьвинского поднятия, сложенного метаморфическими и интрузивными породами. Близость Гортской синформы может объяснить вскрытие непосредственно под MZ оcадками нижне-среднепалеозойских(?) пород ее западного крыла (хотя бы останца).

Начиная с глубин 1500 м, скважина вскрыла породы протерозоя(?), в более высокой степени метаморфизованные, представленные метаосадочными и метавулканогенными образованиями. Расчетная плотность метаморфических образований, вскрытых скважиной, определена - 2.71-2.72 г/см³. Такой плотности могут соответствовать характерные для позднего протерозоя и действительно установленные бурением сланцы (в т.ч. кремнистые или графитисто-кремнистые) и карбонатные породы, метаморфизованные в зелено-сланцевой и амфиболитовой стадиях вулканические породы до основного состава.

В забое скважины на глубине около 1.5км вскрыты метаморфизованные осадки и вулканиты, которые согласно модели на глубинах от1,5 до 8-10 км характеризуются той же плотностью (2.69-2.71г/см³). В ожидаемом разрезе, согласно модели, могут еще находиться граниты (мощность до 0.5- 1км) или лейко- и мезократовые кристаллосланцы.

Рис. 6 Горизонтальное сечение в плоскости Z=2.5км

Рис.7 Геологический разрез в плоскости У-356км

Рис.8 Горизонтальное сечение в плоскости Z=1.5 км

5.4.Положение и возможная природа аномалии МТЗ

Для объяснения зоны высокой по данным МТЗ электропроводности приемлемым предположением может быть развитие графитизированных и сульфидизированных образований в породах фундамента. Полученными по данным бурения результатами показано, что такими образованиями могут быть метаморфизованные осадки позднего докембрия.

Ниже на рис.9 показано распределение геологических структур в горизонтальном сечении на глубине 23км. Можно видеть также (рис.4), что глубинная аномалия МТЗ приурочена к зоне ГУР в ее горизонтальном, в нижней коре, продолжении.

Рис. 9 Горизонтальное сечение в плоскости Z=23км

Аномалия электропроводности МТЗ располагается в интервале: 315-355км - по оси Y и 0-50км - по оси Х, прилегает сверху к поверхности контакта между метаосадками позднего протерозоя, видимо относящимися к коре Восточно-Европейского континента (показаны крапом), и метаморфитами Сосьвинской антиформы (обозначены цветом). Поверхности “прилегания”, видимо, соответствуют сутурам – тектоническим зонам между блоками (террейнами) коры, испытавшими коллизию.

Зона исследована дополнительно. Введенная новая структурная единица №181. Она представляет собой многогранник, помещенный в разрезе на место глубинной МТЗ-аномалии. На месте двух расходящихся к верху ветвей глубинной зоны МТЗ найдены наклонные, предполагается – тектонические, границы. Западная граница, наклонная на восток, снизу на глубине около 2км упирается в офиолиты (ультрабазиты) “Серовского” пояса. Восточная граница, наклоненная на запад, на том же уровне усекается подошвой Гортской синформы. Граниты, до указанных изменений предполагавшиеся под ее западным крылом для его гравитационной компенсации, - удалены.

При названных изменениях модели, по сравнению с последним до учета МТЗ вариантом, достигнутая ранее точность аппроксимации – сохранилась. Значимые отклонения найдены для плотностных характеристик модели:

-нововведенная структура 181 охарактеризована дефицитом плотности - -0.06, что отвечает ее средней плотности 2.66-2.67г/см³.;

структура, прилегающая к “новой” с запада, характеризуется дефицитом 0.03–0.05;

на границах, круто восходящих из глубинной зоны к краям синформ в обрамлении Северо-Сосьвинского антиклинория, определены скачки плотности в пределах -0.02-0.04

На этих основаниях, а также с учетом данных об электропроводности, “новая” структура может рассматриваться в качестве особой зоны высокой, например – на уровне 20%, концентрации графита в кварцитах или в тех или иных сланцах. Смежную структуру предлагается принять за массив гранодиоритов, а ветви, восходящие от глубинной аномалии МТЗ вверх - как следы повышенного динамометаморфизма углистого вещества, содержащегося в породах Северо-Сосьвинского поднятия, приуроченные к тектоническим нарушениям.

5.4 Природа северного ограничения Урала

Результаты гравитационного моделирования района ЯПС позволяют высказать предварительные, по итогам первого этапа, суждения по вопросам северной границы Урала. При этом обсуждается только граница внутренних уралид – структур, чужеродных по отношению к континентальному окружению.

Гортский синклинорий, согласно модели (рис. 5, 6), огибающий Харбейское (Лангот-Юганское) поднятие в 110-120км к северу от ЯПС, далее присоединяется к Щучьинскому синклинорию. Вдоль широтной границы этих слившихся синформ, возле Карского побережья, ранее прослежена узкая полоса ультрабазитов (скрытое СВ-В продолжение массива Сыум-Кеу).

В основании вулканитов, слагающих эти структуры, полого наклоненном к югу и к востоку, ультрабазиты Сыум-Кеу выклиниваются на глубинах до 4-6км (рис10). Лежащие выше ультрабазитов вулканиты Щучьинской зоны характеризуются плотностью 2.82-2.86г/см³. Это совпадает с характеристикой вулканитов восточного (но не западного – 2.90-2.96) крыла Войкарской зоны и позволяет отнести их к породам андезитового ряда, а структуры зоны рассматривать в качестве наследников тыловой дуги.

Рис.10 Продольный разрез Полярного Урала в сечении Y= 320км (Ю-С)

Далее к северу и в пределах суши (Ямал, Югорский п-ов) и в акватории Карского моря под отложениями MZ-KZ чехла размещены структуры, присущие только внешним уралидам. Таким образом, Щучьинский синклинорий, не только в открытом, но и в скрытом под позднейшими осадками залегании, является самой северной структурой внутренних уралид, а массив Сыум-Кеу – замыкающим звеном всего фронтального ультрабазитового пояса Урала и, одновременно, тылового Серовско-Маукского пояса.

Основная синнклинорная зона внутренних уралид, именуемая в приполярных и полярных широтах Войкарской,и рассмотренный выше сопряженный с этой зоной Северо-Сосьвинский (Восточно-Уральский) антиклинорий круто взброшены (надвинуты), по расчетным данным, на Харбейское поднятие. Противостоящая граница Харбейского поднятия погружается под Сыум-Кеу и вулканические породы Щучьинской зоны в противоположном направлении. Это позволяет определить поднятие как ТЕКТОНИЧЕСКОЕ ОКНО, вскрытое позднейшей (PZ₃ – MZ) эрозией из-под сплошного тектонического надвига. Отсюда следует:

1) Войкарская и Щучьинская синформы - фрагменты единой коры аккретированных вулканических дуг и междуговых бассейнов, перемещенной (PZ₂) на край континента;

2) Хараматлоуский выступ – тектоническое окно, вскрытое эрозией ультрабазитов между Войкаро-Сыньинским и Рай-Изским массивами;

3) Войкаро-Сыньинский, Рай-Из и Сыум-Кеу – фрагменты единого, до среза эрозией, массива мантийных ультрабазитов, вовлеченного в надвиг, а кроме этого – массив Сыум-Кеу быть первоначальным продолжением тылового”Серовского”пояса;

4) Комплекс поздне- и, возможно, раннепротерозойских метаморфизованных (амфиболитовая фация) пород с расчетной плотностью – 2.86 – 2.92г/см³ Харбейского поднятия коррелируется с аналогичными по составу и возрасту породами, прилегающими к подошве ультрабазитов других массивов фронтального и тылового поясов.

Учитывая смену характерного для уралид меридионального на СВ простирание в их полярном секторе и широтное простирание северной границы, общей для Щучьинской и Гортской (рис.5) синформ, можно было бы сделать ряд далеко идущих выводов об истории Урала. Это может, например, касаться проблем эволюции и места палеоокеана и вулканических дуг, происхождения, зональности и металлогении офиолитов, слияния в арктическом секторе Восточно-Европейского и Восточно-Сибирского палеоконтинентов и природы древних осадочных бассейнов арктического шельфа.