В специальной монографии, посвященной описанию принципов построения палеогеологическнх карт и их использованию в практике геологоразведочных работ, А. И. Леворсен указывает на следующие области их применения:
- 1) восстановление структурных форм, существовавших до образования поверхности несогласия;
- 2) освещение условий выклинивания осадочной толщи под этой поверхностью;
- 3) определение времени формирования структур;
- 4) определение времени миграции нефти и газа;
- 5) установление разломов земной коры;
- 6) освещение палеогидродинамической обстановки.
В районах развития нескольких региональных поверхностей несогласия палеогеологические карты особенно эффективно можно использовать для освещения истории тектонической жизни изучаемого региона или отдельной структуры.
Палеогеологическая карта представляет собой геологическую карту отложений, залегающих ниже поверхности несогласия. Для того чтобы правильно интерпретировать данные такой карты, необходимо установить характер погребенного рельефа поверхности несогласия. Это можно сделать, построив карту мощности отложений от поверхности размыва до ближайшего репера, залегающего выше этой поверхности, по которой можно судить об-интенсивности расчленения древнего рельефа. При отсутствии значительных колебаний мощности поверхность размыва может быть принята за горизонтальную.
В главах VII, XI мы рассмотрели применение палеогеологических карт для освещения истории тектонического развития в ретональном плане и для трассирования погребенных тектонических разрывов. Отсылая читателя, интересующегося всеми областями использования палеогеологических карт, к обстоятельной монографии А. И. Леворсена (1962), мы остановимся на возможностях. использования таких карт для прогнозирования погребенных структур.
Широкое развитие в Саратовском Заволжье погребенных девонских структур побудило осуществить профильные пересечения структурными скважинами Марксовской депрессии, отделяющей Балаковскую вершину Жигулевско-Пугачевского свода от Степновского сложного вала. Мезозойские отложения на описываемой территории залегают моноклинально, с пологим падением на запад. Их максимальное прогибание, отвечающее Марксовской депрессии, находится у г. Маркса (рис. 79). К востоку от него на структурной карте по кровле батского яруса вырисовывается обширная терраса.
Для освещения древнего девонского структурного плана была составлена палеогеологическая карта предсаргаевской поверхности несогласия. По выходу на эту поверхность более древних отложений среди более молодых четцо выделяются Балановская вершина Жигулевско-Пугачевского свода, где на поверхность размыва выходят рифейские отложения, и крупное Мало-караманское поднятие к востоку от г. Маркса (см. рис. 81, б, II, I) где среди обширного поля выходов на поверхность размыва кыновско-пашийских отложений фиксируются более древние мул-линские отложения. К юго-западу от Балаковской вершины на палеогеологической карте зафиксированы воробьевскне слон, что позволяет предположить существование здесь еще одного древнего поднятия.
Поверхность предсаргаевского несогласия наклонена на юго-запад под углом около 0°40'. На площади предполагаемого Малокараманского поднятия эрозионная поверхность выполаживается, образуя террасу с углом наклона 0°25'.
Зоны сокращенных мощностей терригенных девонских отложений, залегающих ниже поверхности несогласия, совпадают в плане с выходами на поверхность несогласия древних толщ (см. рис. 79), как это было установлено и для хорошо изученного Степновского сложного вала, расположенного непосредственно к юго-западу. В наиболее приподнятой части Балаковской вершины терригенные девонские отложения — от пласта Д2-V в воробьевских слоях до кровли кыновско-пашийских отложений — полностью размыты (см. рис. 79).
Дальнейшая задача поисков в этом районе состоит в том, чтобы после оконтуривания древних поднятий установить существование их также и в современном тектоническом плане.
Описанный пример использования палеогеологической карты для получения объективной информации о существовании погребенных структур показывает бесспорную целесообразность применения таких карт на практике, так как с их помощью к перспективным районам присоединяются такие территории, которые при малой эффективности сейсморазведки оказались бы законсервированными для поисков нефти и газа на долгие годы. Палеогеологические карты с успехом могут быть использованы и для выявления региональных погребенных структур. Располагаясь в зонах обрамления крупных впадин и прогибов, последние испытывают влияние региональных наклонов, расформировывающих верхний структурный план и скрывающих истинное строение более древних отложений.
На рис. 80 изображено строение каменноугольных отложений на территории Саратовского Заволжья1. Антиклинальные складки в этих отложениях, содержащих залежи газа, фиксируются только в северной части площади, а южнее они залегают моноклинально с падением слоев на юг под углами от 1°30' до 2°30'.
Такое строение каменноугольных отложений привело некоторых геологов к заключению, что и терригенные девонские отложения, содержащие здесь газовые и нефтяные залежи, имеют аналогичное строение, т. е. на большей части территории образуют моноклиналь, расчлененную многочисленными нарушениями на блоки (рис. 81). Следствием такого представления о тектоническом строении терригенных девонских отложений является вывод, что поисковые геофизические работы и разведочное бурение здесь следует ориентировать на поиски тектонически экранированных ловушек и залежей. В этом подходе к освещению тектонического строения более древних, девонских отложений отсутствует историко-геологический- анализ, который позволил бы осветить историю геологического развития этого региона и правильно интерпретировать имеющиеся данные бурения.
Характерной особенностью геологического строения описываемой территории является существование древних девонских размывов, имевших место в предъевлановско-ливенское и предзадонско-елецкое время. Палеогеологическая карта поверхности этих размывов позволяет восстановить структурные формы, существовавшие до их образования (рис. 82). Из этой карты видно, что на поверхность размыва среди обширного ноли воронежских отложений, образующих фон, выходят все более древние слои: бурегские, семилукские, саргаевские, затем кыновско-пашнйские и живетские. В своде Луговского поднятия на поверхность древнего размыва выходят даже рнфейские отложения. Такое распределение отложений по площади может быть обусловлено только существованием к евлановско-ливенскому времени крупной антиклинальной структуры — Степновского сложного вала северо-западного простирания. Существование этого вала к концу девонского периода подтверждается и картой мощности девонских отложений (см. рис. 72). Так как максимальный региональный наклон к югу в верхнепалеозойских отложениях не превышал 2°30', а углы наклона северо-восточных крыльев поднятий, существовавших в верхнедевонскую эпоху, достигали 5—7°, то этот сложный вал по терригенным девонским отложениям и осложняющие его отдельные валы и локальные поднятия не могли расформироваться в моноклиналь, что подтверждается и профилем вкрест простирания вала (рис. 83).
Структурная карта по каменноугольным отложениям позволяет установить, что на фоне моноклинального их залегания четко фиксируются многочисленные структурные носы (см. рис. 80). На Гуселской, Квасниковской, Любимовской, Приволжской и Южно-Степновской площадях, освещенных глубоким бурением, под этими структурными носами в каменноугольных отложениях располагаются антиклинальные складки в терригенных девонских отложениях, содержащие залежи нефти и газа (см., например, Гуселское месторождение, рис. 10).
В главе V отмечалось, что под влиянием региональных наклонов, углы которых превышают углы падения на крыльях и периклиналях локальных поднятий, существовавших к этому времени, образуются структурные носы и террасы. В унаследованно развивающихся структурах этот процесс затрагивает только более молодые отложения, так как с увеличением стратиграфической глубины углы падения, как правило, возрастают.
Снятие регионального наклона со структурной карты по кровле верейского горизонта на южном участке описываемой территории позволяет установить, что до образования наклона на площадях, занимаемых сейчас структурными носами, ранее существовали антиклинальные складки (рис. 84). Характерно, что эти расформированные в карбоне поднятия располагались линейно, образуя протяженные валы северо-западного простирания.
В результате бурения поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин на Степновском сложном валу установлено четкое совпадение зон сокращенных мощностей терригенного комплекса девона со сводами структурных ловушек и залежами нефти и газа в девонских отложениях (рис. 85). Эта взаимосвязь широко используется при поисках новых месторождений в Саратовском Поволжье. Выявлена отчетливая закономерность в размещении линейных дислокаций, к которым приурочены залежи нефти и газа в карбоне и в девоне (рис. 86). Они имеют в основном северо-западные направления. Определенная закономерность установлена и в размещении разрывных нарушений. Некоторые из них погребены на уровне верхнедевонского несогласия, другие продолжали развиваться в более позднее время — в верхнедевонскую эпоху, реже в каменноугольный период и еще реже в мезозойскую эру. Выделяются две системы разрывных нарушений — северо-западного и северо-восточного простирания. Положение погребенных сбросов в плане определяется не только по резким перепадам абсолютных глубин залегания реперных пластов терригенного комплекса девона, но и по резкому (почти под прямым углом) изменению простираний изопахит этого комплекса или но аномальному их сближению на коротких расстояниях.
Структурные ловушки девонского формирования отражаются в структурных планах перекрывающих отложений. На площадях, освещенных бурением, в терригенных отложениях девона устанавливается общее совпадение палеосводов со сводами, структурными носами и террасами в карбоне и мезозое (рис. 87).
Комплексный анализ закономерностей, выявленных на описываемой территории, позволил построить структурную карту по кровле пласта Д2-V живетского яруса терригенного девона (рис. 88). На ней хорошо видна система валов северо-западного простирания с приуроченными к ним локальными поднятиями. Отчетливо фиксируются и тектонические нарушения северо-западного и северо-восточного простираний.
Выявленные закономерности геологического строения Степновского сложного вала позволили выделить 15 новых структурных объектов, представляющих интерес для поисков нефти и газа.
Принципиальное отличие структурных схем, изображенных на рис. 81 и 86, определяет и различие в методике подготовки новых объектов для поискового бурения. Если руководствоваться представлением о моноклинальном строении значительной части описываемой территории, то задача геофизических полевых исследований должна состоять в выявлении и трассировании тектонических разрывов, с которыми может быть связано образование тектонически экранированных ловушек и залежей нефти и газа. Структурная схема, изображенная на рис. 88, позволяет ставить задачу поисков антиклинальных поднятий с одновременным изучением и картированием разрывных нарушений.
Приведенный пример еще раз убеждает в большом значении палеогеологических карт поверхностей несогласия, позволяющих выявить истинное строение глубоко погребенных крупных тектонических структур и определить наиболее эффективную методику поисков нефти и газа.
В практике поисково-разведочных работ пластовые карты, т. е. карты горизонтальных срезов, применяются сравнительно редко. Между тем, в отдельных случаях, при достаточном количестве структурных или поисковых скважин, карты среза можно построить как для больших территорий, так и для отдельных локальных поднятий и, таким образом, получить дополнительную информацию для решения региональных и частных геологических задач. Особую ценность эти карты приобретают для выявления истинного строения поднятий, осложненных тектоническими разрывами. В ряде сложных случаев пластовые карты должны дополнять комплекс методов, применяемых для обнаружения тектонических нарушении и их трассирования в пределах изучаемых площадей. Ценность пластовых карт, так же как и палеогеологнческих, в их объективности. Если выделенные в разрезах скважин горизонты стратиграфически хорошо обоснованы, то при построении карт среза влияние субъективного фактора может быть сведено до минимума, что обусловлено техникой их построения. Стратиграфический индекс горизонта, который скважина пересекла на уровне среза, принятом для построения, отмечают на карте у точки, обозначающей местоположение скважины. Положение на карте геологических границ между скважинами, вскрывающими разные горизонты разреза, находят интерполяцией, как это показано на рис. 89 (В. А. Долицкий, 1966).
В. А. Долицкий и Е. В. Кучерук (1966) построили пластовую карту Волгоградского Правобережья, использовав для этого более 4000 скважин различного назначения, расположенных на площади около 75 тыс. км2 (рис. 90). Касаясь вопроса о значении пластовых карт, В. А. Долицкий (1966) отмечает, что их составление для больших территорий позволяет уточнить представление о геологическом строении, обнаружить новые локальные структуры, создать основу для решения задач инженерной геологии и гидрогеологии, уточнить сведения о запасах различных нерудных полезных ископаемых в верхних горизонтах.
На рис. 91 изображена пластовая карта среза на глубине —1750 м южной части Саратовского Поволжья2, которая позволяет корректировать представления о геологическом строении этой территории, выявить простирание крупных региональных структур и достоверно трассировать тектонические разрывы большой протяженности. Пластовая карта дает возможность также выявить новый структурный элемент — Золотовский структурный нос крупных размеров, расположенный на юге, что позволяет обоснованно предполагать существование здесь в девонских терригенных отложениях нового крупного сводового поднятия, перспективного для поисков нефти и газа.
Большую помощь при выявлении геологического строения могут оказать пластовые карты в случае существования догребенных тектонических нарушений, которые не прослеживаются в горизонтах разреза, залегающих выше поверхности несогласия. Карты искусственных срезов хорошо дополняют комплекс методов, применяемых для выявления и трассирования погребенных сбросов.
В тех случаях, когда на значительной площади поверхности размыва выходят одновозрастные отложения, это затрудняет выделение на палеогеологической карте тектонических разрывов. Искусственный горизонтальный срез, пересекающий изучаемую площадь гипсометрически ниже поверхности несогласия, помогает дифференцировать строение этой площади, используя данные о выходах на поверхности искусственного среза различных стратиграфических горизонтов. Поясним это на примере Степновского месторождения, расположенного в Саратовском Заволжье.
Палеотектонический анализ Степновской антиклинальной складки показал, что она нарушена погребенными тектоническими разрывами (сбросами), разделяющими месторождение на отдельные поля. Разрывы были выявлены в результате анализа палеогеологической карты поверхности несогласия, карт мощностей отдельных комплексов и карты остаточных мощностей под поверхностью предъевлановско-ливенского несогласия, т. е. в результате использования методики, описанной в главе VII.
При построении палеогеологической карты предъевлановско-ливенской поверхности несогласия выяснилось, что на значительной сводовой части структуры на эту поверхность выходят только кыновско-пашийские отложения (имеющие в нормальном разрезе большую мощность) (рис. 91), в связи с чем на этой карте тектонические разрывы в пределах свода трассировать не удалось. Возникшее затруднение устранили построением пластовой карты на абсолютной отметке —1950 м, стратиграфически ниже поверхности размыва (рис. 92, II). Полученная пластовая карта оказалась хорошо дифференцированной, так как поверхность искусственного среза пересекла целый ряд стратиграфических горизонтов, что позволило для большей части площади уверенно наметить геологические границы и по аномальным контактам разновозрастных отложений трассировать положение тектонических разрывов.
Если проследить последовательность изменения возраста отложений, выходящих на поверхность горизонтального среза, заметим, что нормальная последовательность смены более древних отложений более молодыми, которая должна была бы наблюдаться при отсутствии сбросов, в направлении от свода к крыльям и периклиналям в ряде случаев нарушается. Если на северо-восточном крыле последовательность напластования нормальная, то на северо-западном погружении и на юго-западном крыле она нарушена. В направлении от свода, где на поверхности среза обнажаются воробьевские слои среднего девона, на запад дважды фиксируются выходы муллинских слоев, отделенных друг от друга полем кыновско-пашийских отложении. При отсутствии сброса с плоскостью падения, обращенной к своду, нельзя удовлетворительно объяснить, почему более древние муллинские слон залегают на более молодых кыновско-пашийских отложениях. Еще более убедительная картина наблюдается по поверхности искусственного среза в направлении от свода к северо-западной периклинали. Здесь на поверхности среза трижды появляются муллинские слон, отделенные друг от друга кыновско-пашийскими отложениями.
Может возникнуть вопрос, какое практическое значение имеет описанная пластовая карта, когда па площади пробурено уже более 70 скважин? Практика показывает, что для эффективной эксплуатации месторождений знание их истинного тектонического строения имеет большое значение. Существование отдельных изолированных полей, отсутствие движения контурных вод из-за экранирующей роли сбросов вносят осложнения в осуществление проекта разработки, если он основан на неправильных представлениях о тектоническом строении эксплуатируемого месторождения.
При региональном распространении основного эксплуатационного газоносного пласта Д2-V (живетский ярус), хорошей гидродинамической связи между эксплуатационными скважинами в зоне отбора и падении пластового давления в газовой залежи от 24,7 до 9,5 МПа на Степновском месторождении отсутствует значительное поступление контурной воды в пределы залежи. И. М. Беликов (1967) объясняет это изолирующей способностью сбросов; об этом же свидетельствует изменение пластового давления в пьезометрической скв. 12, расположенной на северо-западной периклинали, где разница пластового давления с эксплуатационными скважинами в 1966 г. — достигала 10 МПа.
Рассмотрим другой пример — Квасниковское месторождение, расположенное также в ближнем Заволжье (рис. 93). По мезозойским, каменноугольным и верхнедевонским отложениям оно имеет форму структурного носа (рис. 93, I, II, III), и лишь по кровле кыновских отложений поднятие замыкается одной изогннсой (рис. 93, VII). Структурная карта по кровле известняка Д2-V живетского яруса, построенная с применением простой интерполяции отметок, не объясняла аномальных контактов продуктивных пластов в ряде скважин, в частности,в северо-западной и юго-восточной частях структуры. Анализ палеогеологической карты предзадонско-елецкой поверхности несогласия показывает, что свод структуры расположен в ее юго-восточной части (рис. 93, IV).
Карта остаточной мощности терригенного девона и пластовая карта среза па глубине —2500 м свидетельствуют о. наличии сброса в юго-восточной и северо-западной частях структуры. В результате была построена структурная карта но кровле известняка Д2-V, которая четко увязывается с расположением водонефтяного контакта по площади. Квасниковское месторождение нарушено серией сбросов северо-восточного простирания, которые рассекали структуру до формирования залежи, чем и объясняется положение водонефтяного контакта в каждом блоке на одних и тех же гипсометрических отметках.
Примечания
1. Площадь территории, изображенной на рисунке, составляет 5000 км2.
2. Площадь территории, освещаемая картой, составляет около 20 000 км2.