На правах рукописи

БОНДАРЕНКО Николай Антонович

ПОГРАНИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ ПЛАТФОРМ

ЧЕРНОМОРСКО-КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА

Специальность 25.00.01 – общая и региональная геология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Саратов – 2009

Работа выполнена на кафедре региональной и морской геологии

Научный консультант	–	чл.-корр. АН ВШ, доктор геол.-мин. наук, профессор Соловьев Владимир Алиевич ГОУ ВПО Кубанский государственный университет 350040 г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149
Официальные оппоненты	– – –	доктор геол.-мин. наук, зав. кафедрой геологии нефти и газа, профессор Сианисян Эдуард Саркисович ФГОУ ВПО Южный федеральный университет 344090 г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40 доктор геол.-мин. наук, профессор Огаджанов Виктор Александрович Нижневолжский НИИ геологии и геофизики 410600 г. Саратов, ул. Московская, 70 доктор геол.-мин. наук, профессор Волкодав Игорь Георгиевич ГОУ ВПО Адыгейский государственный университет 385000 Адыгея, г. Майкоп, ул. Первомайская, 208
Оппонирующая организация	–	ГОУ ВПО Астраханский государственный университет 414056, г.Астрахань, ул.Татищева, 20а геолого-географический факультет

Кубанского государственного университета (КубГУ)

Защита состоится 3 апреля 2009 г. в ____ час. на заседании диссертационного совета Д 212.243.08 при ГОУ ВПО Саратовский государственный университет по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, геологический факультет. 1 корп., ауд. 53. Тел./факс: (845-2) 51-69-52.
С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Саратовского государственного университета по адресу: 410000, г. Саратов, ул. Университетская, 42.
Автореферат разослан “____” _____________2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геол.-мин. наук

О.П. Гончаренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Несмотря на длительную историю изучения Черноморско-Каспийского региона, многие принципиальные вопросы геологического строения этой сложно построенной территории остаются до конца не решенными. Анализ накопленных к настоящему времени геолого-геофизических данных по строению юго-востока древней Восточно-Европейской платформы и молодой Турано-Скифской плиты, а также Черноморской плиты позволяет по-новому оценить существующие проблемы тектонического районирования гетерогенных структур исследованного региона. Особое значение при этом имеет решение теоретической задачи по разработке методики принципов систематики, переходных или пограничных между этими платформами структур, среди которых, как известно, рассматриваются Прикаспийская синеклиза (впадина), Индоло-Кубанский и Терско-Каспийского прогибы Предкавказья.

Обнаруженная пространственная локализация нефти и газа к нефтегазоподводящим каналам в виде глубинных разломов позволяет по-новому оценивать углеводородные ресурсы пограничных структур Черноморско-Каспийского региона и определяет целесообразность дальнейшего проведения здесь региональных геологоразведочных работ. Очевидно, что для успешной реализации проектов выявления скоплений углеводородов (УВ) необходимо иметь надежную тектоническую модель пограничных структур, отвечающую современным представлениям о геологическом строении их главных платформообразующих комплексов. Кроме этого, известно, что сравнение геологического строения удаленных тектонических структур – эффективный метод прогноза месторождений полезных ископаемых. Поэтому установление эквивалентов пограничных структур платформ в регионах, где запасы УВ разведаны, актуально для оценки перспектив нефтегазоносности юга России. Не меньшее значение имеет и обратная связь: по аналогии с пограничными структурами этой территории могут быть оценены перспективы нефтегазоности других подобных регионов.

Цель работы – теоретическое обоснование строения геологического пространства пограничных структур платформ Черноморско-Каспийского региона путем создания их типологических моделей. На основе разработанных принципов типизации пограничных структур установление их структурных аналогов в других нефтегазоносных областях и прогнозирование возможных новых объектов скоплений нефти и газа.

Направление исследований:

1. Обзор принципов тектонического районирования и систематик пограничных структур.

2. Расшифровка слоистой структуры соседствующих платформ Черноморско-Каспийского региона по профилям–трансектам для раскрытия сочетаний тектонических комплексов в разрезе их пограничных структур.

3. Определение и исследование типов и видов пограничных структур платформ изучаемого региона.

4. Выявление структурных эквивалентов установленных типов и видов пограничных структур платформ в других регионах.

5. Прогноз скоплений нефти и газа на основе сравнительного анализа материалов по эквивалентным пограничным структурам платформ других регионов, а также на основе построения флюидодинамических моделей их нефтегазоносности.

Методы исследований. Методически работа основывалась на объемном геологическом картографировании и структурном профилировании. Выявление закономерностей строения платформ и их пограничных структур строилось на типизации имеющегося для изучаемой территории массива геолого-геофизического материала. Использование метода структурной эквивалентности позволило выполнить прогноз перспективных в нефтегазоносном отношении комплексов для конкретных типов и видов пограничных структур Черноморско-Каспийского региона.

Достоверность результатов базируется на использовании представительного фактического материала, обеспечивается корректностью постановки рассмотренных задач, а также сходимостью полученных теоретических результатов с имеющимися данными по нефтегазоносности эквивалентных пограничных структур.

На защиту выносятся:

1. Типизация и систематика гетерогенных структур земной коры Черноморско-Каспийского региона, рассматривающая их слоистую структуру как триаду главных платформообразующих комплексов.

2. Принципы систематики пограничных структур разновозрастных платформ Черноморско-Каспийского региона.

3. Выделенные типы и виды пограничных структур платформ региона, базирующиеся на определении их соседствующих элементов в плане и набору геологических комплексов в разрезе.

4. Результаты сопоставления платформообразующих комплексов выделенных пограничных структур Черноморско-Каспийского региона с аналогичными комплексами в структурах других регионов и прогноз их нефтегазоносности, основанный на принципе эквивалентности пограничных структур структурам с разведанными запасами углеводородов.

Научная новизна результатов исследования. На основе принятого в исследовании методологического подхода проанализированы гетерогенные структуры земной коры Черноморско-Каспийского региона и предложена новая тектоническая трактовка его строения. Это позволило предложить для изученного региона новый подход к систематике пограничных структур платформ и впервые определить их типы и виды. С учетом новых данных автором обоснованы типологические модели пограничных структур между Скифской плитой и Кавказом, между Кавказом, Крымом и Черноморской плитой, между Скифской плитой и Восточно-Европейской платформой. Впервые разработанные принципы систематики позволили аргументировано сопоставить платформообразующие комплексы выделенных пограничных структур Черноморско-Каспийского региона с аналогичными комплексами в структурах других регионов. На основе их эквивалентности спрогнозированы возможные новые объекты скоплений нефти и газа пограничных структур платформ юга России.

Практическое значение результатов работы. Разработанные в диссертации теоретические подходы послужат основой для переоценки перспектив старых нефтедобывающих районов в Черноморско-Каспийском регионе. Это даст возможность компаниям уменьшить степень риска бурения пустых скважин, поскольку в своей основе прогноз возможных скоплений углеводородов строится на эквивалентности разбуриваемых структур тем структурам, в которых уже найдены нефтяные или газовые месторождения. Выявленная закономерность между перспективными нефтегазоносными комплексами и типами пограничных структур представляет методологическую основу для планирования региональных геологоразведочных работ, в том числе и на морских акваториях.

Доказательством важности такого рода исследований, выступает финансовая поддержка работ в 2001–2007 гг. в виде грантов Минобразования РФ (№ Е02-9.0-85), Университеты России (№ ур.09.01.107) и РФФИ (№ 06-05-96693-р_юг_а).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на более чем 23 представительных конференциях и научных форумах. Среди них: Международная конференция “Закономерности эволюции земной коры” (Санкт-Петербург, 1996), Всероссийский съезд геологов и Научно-практическая геологическая конференция “Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века” (Санкт-Петербург, 2000), XXXIII тектоническое совещание “Тектоника России” (Москва, 2000), Всероссийская научно-практическая конференция “Геология Русской плиты и сопредельных территорий на рубеже веков” (Саратов, 2000), 7-ая международная конференция “Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа” (М., 2004), 2-ая и 3-я Международные конференции “Геодинамика нефтегазоносных бассейнов” (М., 2004, 2005), Международная конференция “Нефть и газ Черного, Азовского и Каспийского морей” (Геленджик, 2004), региональная научно-практическая конференция “Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса Приволжского и Южного федерального округов на 2006 и последующие годы” (Саратов, 2005), Юбилейная Y Международная научно-практическая конференция “Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии” (Астрахань, 2006), Международная конференция “Проблемы геологии и освоения недр юга России” (Ростов-на-Дону, 2006), XLI тектоническое совещание “Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики” (Москва, 2008) и др.

Публикации. Основные научные результаты диссертационного исследования раскрыты в 3 коллективных монографиях, в 7 статьях в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, в 47 публикациях в прочих реферируемых научных журналах и изданиях, рекламно-технических описаниях и тезисных сообщениях по материалам всероссийских и международных конференций и симпозиумов.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляют результаты исследований в рамках грантов Министерства образования РФ по научной отраслевой программе “Развитие научного потенциала высшей школы” (раздел “Университеты России”, № ур.09.01.107; 2001–2002) и по программе “Разработка перспективных технологий и приоритетных направлений научно-технического прогресса” (№ Е02-9.0-85; 2003-2004), а также гранта РФФИ “Систематика нефтегазоносных структур земной коры и геодинамические условия их формирования как основа поисков новых месторождений нефти и газа в Черноморско-Азовском регионе” (№ 06-05-96693-р_юг_а; 2006–2008).

В работе также использован материал полевых исследований, полученный автором в результате более 35-летнего изучения Юго-востока Русской и Скифской плит (1971–1994), Копет-Дага и юго-восточной части Кавказа (1989), а также С-З Кавказа и Предкавказья (1995–2007). В разные годы полевое изучение этих регионов имело как стратиграфическую, литологическую, палеогеографическую, формационную, геотектоническую, так и геолого-геофизическую направленность. Опыт преподавания, приобретенный с 1981 г. при чтении курсов “Структурной геологии и геокартирования”, “Геотектоники” и “Региональной геологии Северной Евразии” студентам-геологам Саратовского и Кубанского государственных университетов, также оказался полезным.

В работе использована геологическая информация, которая была получена в период 1996–2006 гг. в качестве соисполнителя научных проектов РФФИ в совместных экспедициях с сотрудниками: палеомагнитной лаборатории НИИ Геологии СГУ (Саратов), кафедры исторической и региональной геологии МГУ и кафедры региональной и морской геологии КубГУ (Краснодар).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, включающих семь глав и заключения. Объем работы 284 страницы текста. Он сопровождается 46 иллюстрациями, 7 текстовыми таблицами и списком литературы из 271 наименований.

Благодарности. Глубокую признательность автор выражает своему научному консультанту чл.-корр. АН ВШ, д.г.-м.н., проф. Соловьеву В.А. (КубГУ). Автор благодарен акад. РАЕН, д.г.-м.н., проф. Попкову В.И. (КубГУ), критические замечания которого по вопросам тектоники и геодинамике нефтегазоносных областей юга России и смежных регионов позволили более объективно реализовать поставленные задачи по исследованию пограничных структур и поиска в них возможных новых нефтегазоносных объектов.

Особую признательность хочется выразить акад. РАЕН, д.г.-м.н., проф. Фролову Ф.Т. (МГУ), чье постоянное внимание автор ощущал на протяжении более 25 лет сотрудничества. Весьма полезными для автора оказались научные контакты с А.Д. Наумовым^†, Я.А. Рихтером, В.Я. Воробьевым, В.Н. Зайонцем, А.Ю. Гужиковым, Е.Ю. Барабошкиным, В.С. Милеевым, которые своими замечаниями и консультациями содействовали улучшению работы.

1.МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ СТРУКТУР

1.1. Типы платформ земной коры Черноморско-Каспийского региона

На юге России попарно стыкуются три типа платформ: древняя Восточно-Европейская (ВЕП) и молодая Центрально-Евразийская (ЦЕАП), молодая ЦЕАП и юная Средиземноморская (СМП) со своими щитами и плитами, что и позволяет выявить на их примере все многообразие пограничных структур платформ Черноморско-Каспийского региона.

Согласно существующим суждениям слоистая структура земной коры платформ может быть представлена триадой последовательно сменяющихся комплексов геосинклинальных, орогенных и плитных, которые были названы главными платформообразующими комплексами (Муратов, 1963, 1965). Признавая их в качестве значимого признака для тектонического районирования, важно подчеркнуть, что тип структуры земной коры определяется типами отношений между этими комплексами. В соответствии с представлениями (Соловьев, 1975; Вотах, 1976), они при этом находятся между собой в пространстве в отношениях эквивалентности (одинаковости) стратиграфического положения и порядка (последовательности) стратиграфического положения. Структуры, характеризующиеся отношениями эквивалентности и порядка, рассматриваются как слоистые. Если рассматривать слоистую структуру земной коры в пределах плит древних и молодых платформ Черноморско-Каспийского региона, то в их разрезе четко выявляется повторение триад последовательно сменяющихся главных платформообразующих комплексов. Таким образом, в качестве платформ рассматриваются системы, образованные триадой главных комплексов.

С учетом гетерогенности комплексов, слагающих платформы, их фундамент представляет собой совокупность комплекса основания и геосинклинальных комплексов, а чехол – совокупность главных плитных, эпиплатформенных плитных и орогенных комплексов. Следовательно, понятия “фундамент” и “чехол” отражают только структурно-морфологическую характеристику и, по существу, дублируют понятие “структурный этаж”. Отсюда становится ясной тенденция описывать структуру платформенных областей на языке структурной геологии и выделять между фундаментом и чехлом еще и “промежуточный этаж”. Фактически промежуточные этажи у разных платформ представляют собой “главные орогенные комплексы этих платформ” (впадины, авлакогены и тафрогены).

1.1.1. Древняя платформа – платформа, главные комплексы которой охватывают протерозойско-палеозойский стратиграфический интервал (геосинклинальный комплекс – протерозойский, орогенный – рифейский и плитный – венд-палеозойский). Площади древней платформы, на которых развиты, в основном, комплексы основания, главные геосинклинальные и орогенные комплексы признаются щитами, а те площади, где распространены, в основном, плитные комплексы – плитами. Черноморско-Каспийский регион охватывает юго-восточную часть Русской плиты древней ВЕП, главный плитный комплекс (венд-палеозойский) которой сменяется плитным комплексом (мезозойско-кайнозойским) соседней Скифской плиты молодой ЦЕАП.

В пределах щитов древних платформ выше главных орогенных (верхнепротерозойских и рифейских) располагаются еще орогенные комплексы соседствующих платформ (палеозойско-мезозойские и даже кайнозойские). Совокупность орогенных комплексов, чужеродных по отношению к главным орогенным, названа В.Е. Хаиным эпиплатформенными орогенными комплексами. Это позволяет совокупность плитных комплексов, чужеродных по отношению к главным, также рассматривать как эпиплатформенные плитные комплексы. Приставка “эпи” (над) точно выражает структурный смысл этих понятий, подчеркивая особенность позиции этих орогенных и плитных комплексов – расположение их в разрезе над главными комплексами, т.е. над комплексами древней платформенной системы.

1.1.2. Молодая платформа. Также как и в случае с древней платформой, в слоистой структуре байкало-каледоно-герцинских складчатостей и молодых плит четко обособляется триада главных комплексов – геосинклинальных, орогенных и плитных, стратиграфический интервал которых рифей – мезозой. Это вторая повторяющаяся в слоистой структуре земной коры триада “спаянных” комплексов характеризует молодую платформенную систему. Картирование реальных геологических тел в слоистой структуре Черноморско-Каспийского региона свидетельствует, что Скифская плита Предкавказья молодой ЦЕАП представлена следующими главными комплексами: геосинклинальным – рифей-палеозойским, орогенным – пермско-триасовым и плитным – юрско-эоценовым. Здесь также ниже и выше главных комплексов располагаются комплексы основания (дорифейские), эпиплатформенные орогенные (олигоцен-четвертичные) и эпиплатформенные плитные (миоцен-четвертичные) комплексы. По латерали комплекс основания и эпиплатформенный комплекс, подобно древним платформам, связаны с соответствующими комплексами соседних платформ, структурными элементами которых они, по существу, и являются. Эта специфическая особенность слоистой структуры наиболее четко дешифрируется на сейсмостратиграфических разрезах Черноморской и Скифской плит (Туголесов и др., 1985; Кравченко, Муратов и др., 1973).

Как известно щиты молодых платформ могут быть как многоугольной формы (Казахстанский щит), так и линейной формы (Уральский щит). Существенным является лишь то обстоятельство, что на них всегда развиты комплексы, которые по отношению к плитам платформ выступают фундаментом. Например, несмотря на “линейность” герцинские комплексы Урала продолжаются под Западно-Сибирской плитой. Как щит молодой ЦЕАП рассматривается структура складчатого Донбасса, которая в виде кряжа Карпинского прослеживается под чехлом Скифской плиты подобно герцинидам Урала. Решающим признаком для формулировки понятия “щит” является выход на поверхность комплексов фундамента платформ, пусть даже в форме небольшого выступа.

1.1.3. Юная платформа. Интерпретация имеющихся геолого-геофизических материалов по тектонике мезокайнозойских отложений Черноморской впадины позволяет в систематике структур земной коры Черноморско-Каспийского региона обособлять новый (третий) тип платформ, которые, следуя традиции наименования платформ (древняя, молодая), можно называть юными. К ним следует относить Средиземноморский складчатый пояс с его внутренними морями-плитами (Черноморской, Каспийской и др.), по отношению к которым альпийские Крымско-Кавказские складчатые сооружения выступают как щиты, т.е. подобно тому, как это отмечено для Тихоокеанского пояса (Соловьев и др., 1974) с его окраинными морями-плитами (Охотоморской, Япономорской и др.). Особенностью юных платформ является то, что триада главных платформообразующих комплексов (геосинклинальный-орогенный-плитный) занимает в слоистой структуре земной коры мезо-кайнозойский стратиграфический уровень. При этом щиты и плиты юных платформ отличаются от своих эквивалентов на древних и молодых платформах тем, что процесс их формирования продолжается и в настоящее время (седиментогенез в морях и вулканизм в горах).

Выводы. Рассмотрение гетерогенных структур земной коры Черноморско-Каспийского региона как слоистых структур, состоящих из триад главных платформообразующих комплексов, позволяет считать их геотелами одного иерархического уровня, т.е. одноранговыми платформенными системами и типизировать их по стратиграфическому положению главных платформообразующих комплексов на древние, молодые и юные. Такой подход соответствует главному принципу, предъявляемому для всех классификационных построений – принципу простоты и терминологической ясности (Забродин, 1989).

1.2. Принципы систематики пограничных структур платформ

Выделение разновозрастных платформ предопределяет существование на их границах пограничных структур. В разрезе этих структур наблюдается сочетание комплексов соседствующих платформ. Примером может служить пограничная система между молодой и древней платформами. Здесь краевые массивы выступают как части комплексов основания древних платформ; краевые швы – как части геосинклинальных комплексов древних платформ, а перикратонные прогибы – как части плитных комплексов древних платформ. Что касается краевых прогибов, то они, будучи частями молодых платформ, выполняются уже орогенными комплексами. Совокупность этих разнородных элементов и называется пограничной системой. Когда речь заходит только о слоистой структуре этих систем, употребляется термин “пограничные структуры”.

Термины “краевой шов”, “краевой прогиб” и “перикратонный прогиб” прочно вошли в научный язык геотектоники с основополагающих работ Н.С. Шатского (1946, 1947); А.А. Богданова (1955); Ю.М. Пущаровского (1959); Е.В. Павловского (1959) и др. Позднее был введен термин “пограничные структуры”, как сочетание краевых швов, перикратонных и краевых прогибов, которые с учетом состава называют “краевыми системами” (Зоненшайн и др., 1966). В истории систематики пограничных структур следует отметить точку зрения, рассматривающую пограничные структуры как сочетание элементов разных по возрасту платформ (Вотах, 1976). Со временем значение пограничных структур стали осознавать и нефтяники, которые наряду с “платформенными” и “складчатыми” территориями начали выделять “переходные” (Королюк, Крылов и др., 1983; Полякова, 1986; Каштанов, 1990). Из истории вопроса систематики пограничных структур и их нефтегазоносности видны не только достижения, но и не решенные задачи. Во-первых, существует проблема неопределенности принципов систематики структур земной коры вообще и пограничных в частности. Во-вторых, провозглашая те или иные принципы, исследователи чаще всего не реализуют их сами на примере пограничных структур конкретных регионов. Нет таких работ и по югу России.

Изучение пограничных структур проводилась нами в рамках задач геостатики – построения моделей структур в том виде, в котором они предстают перед исследователем в настоящее время. Как известно, решение таких задач регулируется методологическими принципами. Например, принцип системности предписывает исследователю рассматривать естественные геологические тела как системы – пограничные системы платформ. Принцип иерархии предписывает различать среди тел разные ранги (породы, формации, комплексы, геосферы). В нашем случае при решении поставленных задач мы рассматриваем тела регионального ранга, т.е. геокомплексы разновозрастных платформ Черноморско-Каспийского региона. При структурных исследованиях использован принцип одноранговости, который при расшифровке структур предписывает определять отношения и связи только между одноранговыми телами. Поскольку принимается тезис о том, что пограничные структуры возникают на границе элементов платформ, основными из которых являются щиты и плиты, то в этом случае, щиты и плиты могут быть либо одной и той же платформы, либо разных.

Для пограничных структур платформ Черноморско-Каспийского региона такой подход позволяет наиболее однозначно проводить выделение этих структур. Тип пограничной структуры определяется нами по соседствующим элементам платформ. Например, Русская плита древней платформы – Скифская плита молодой платформы (тип П_Д–П_М), Кавказский щит юной платформы – Скифская плита молодой платформы (тип Щ_Ю–П_М), Черноморская плита юной платформы – Кавказский щит той же платформы (тип П_Ю–Щ_Ю). Вид пограничных структур определяется их слоистой структурой, в разрезе которой наблюдается перекрытие комплексов одной платформы комплексами другой (чешуйчато-слоистый характер взаимоотношений). Так в Терско-Каспийском прогибе, который по строению наиболее соответствует классическому краевому прогибу, между Скифской плитой молодой платформы и Кавказским щитом юной платформы в разрезе снизу–вверх отмечены герцинский комплекс основания молодой платформы, структурный шов, юрско-нижнемиоценовый плитный комплекс молодой платформы (периплатформенный прогиб) и перекрывающий его среднемиоценово-четвертичный орогенный комплекс (предгорная орогенная впадина юной платформы). Именно такой вид сочетания комплексов в пограничной структуре соответствует краевым прогибам типа Предуральского.

Выводы. Согласно предлагаемым принципам систематики пограничные системы могут быть определены как области сочленения геокомплексов разных по возрасту платформ с присущими им типами и видами пограничных структур. При этом их тип и вид определяются характером слоистой структуры в краевых системах, выявляемой на основе отношений между комплексами как по латерали, так и вертикали.

2. ТИПЫ ПОГРАНИЧНЫХ СТРУКТУР ПЛАТФОРМ

следующая страница>