Как отмечают Р. Г. Гарецкнй и А. Л. Яншин (1960), «...мощности пород являются очень тонким инструментом тектонического анализа, при помощи которого можно подходить к выделению и классификации тектонических структур..., выяснению времени их заложения и истории их развития».
В. Е. Ханн (1954) подчеркнул, что для выявления залежей нефти очень большое значение имеет изучение локальных изменений мощностей, обусловленных развитием отдельных поднятий.
В настоящее время метод анализа мощностей используется у нас геологами-нефтяниками для освещения истории развития не только крупных регионов, как это было в прошлом, но и отдельных структур. Этот метод нашел признание и в практике работ геологов США. В. А. Вер-Вибе (1959) отмечает большую популярность карт равных мощностей, благодаря которым было открыто много новых залежей нефти.
Теоретическое обоснование и примеры практического использования метода мощностей в региональных исследованиях обстоятельно изложены в трудах В. В. Белоусова (1947, 1954), В.Е. Ханна (1954, 1964), Н. Н. Форша (1953) и др. Поэтому мы не будем здесь останавливаться на основных принципах метода и коснемся лишь тех возражений, которые, по мнению некоторых геологов, создают ограничения для применения метода мощностей. Эти возражения в основном сводятся к следующему.
1. На обширной территории морского дна накапливаются осадки различной мощности, что обусловливается разным расстоянием отдельных участков его от береговой линии. Волновые процессы не обеспечивают равномерного перераспределения отложившихся осадков; увеличение мощности в дельтах рек связано с более интенсивным процессом накопления осадков, а не с прогибанием этих участков, что создает неровности дна в эпиконтинентальных бассейнах. Имеют место также явления облекания неровностей морского дна.
2. В связи с удалением от берега происходит смена фаций, приводящая к образованию различных осадков за одно и то же время. Таким образом, мощности и состав осадков зависят друг от друга. В процессе накопления осадков морское дно не было ровным.
3. Морские течения эпиконтинентальных бассейнов влияют на процесс накопления осадков и сказываются на рельефе морского дна.
4. Морское дно эпиконтинентальных морей прошлого не представляло собой ровной и тем более горизонтальной поверхности, о чем можно судить по современным подобным бассейнам, дно которых имеет неровности и расчлененный рельеф.
5. Диагенетические процессы — выщелачивание и цементация — во многих случаях влияют на мощность отложений, например, пески уплотняются значительно меньше, чем глины. В распределении мощности образуется «пятнистость».
6. В области развития некомпенсированных прогибов применение метода мощностей может привести к ошибочным выводам.
7. Погребенный эрозионный рельеф иногда может быть принят за рельеф тектонический.
8. В некоторых районах известны рифовые сооружения, природа которых не сразу может быть выявлена.
В последних трех случаях могут быть допущены ошибки в связи с тем, что поверхность толщи осадочных пород, принятая для анализа мощностей, не была первоначально горизонтальной.
Некоторые из перечисленных возражений создают только отдельные ограничения при региональных палеотектонических ,построениях и не являются препятствием для такого анализа. Тем более они не препятствуют палеотектоническому анализу локальных поднятий. Они могут привести к ошибкам, если исследователю, изучающему конкретную территорию, ничего не известно о ее геологическом строении, литологнческнх особенностях разреза и закономерностях его изменения, об условиях осадконакопления и фациальной характеристике отложении.
При изучении локальных объектов в связи с их небольшой площадью изменения мощностей и фаций на больших пространствах морского дна не могут оказать существенного влияния на результаты палеотектонического анализа. Их нужно принимать во внимание при региональных построениях. При палеотектоническом анализе локальных поднятий следует исключать слон, отложенные в изменчивой фацнальной обстановке, или же учитывать их влияние. То же относится к слоям, выполняющим эрозионный рельеф. Однако уже по кровле терригенных толщ построения будут вполне надежными, если отсчет мощности вести от горизонта, залегающего ниже перерыва в осадконакоплении. Тогда поверхность несогласия окажется внутри принятого для анализа интервала мощности, а неровности этой поверхности будут полностью компенсированы. Таким образом, мощности следует рассматривать «на фоне общей фациальной изменчивости осадков» (Гарецкий и Яншин, I960).
Явления компенсации осадками эрозионного рельефа отмечены рядом исследователей Волго-Уральской нефтегазоносной провинции.
А. И. Олли (1950), изучавший закономерности изменения мощностей и литологии нижнекаменноугольных отложений в Саратовском Поволжье, указывает на сохранение суммарной мощности турнейского яруса и бобриковского горизонта. Между тем известно, что визейские отложения в этом районе лежат на турпейских с некоторым перерывом различной продолжительности для разных частей этой территории. При этом турнейские отложения подверглись эрозионному размыву с исчезновением на ряде площадей кизеловского и даже черепетского горизонтов.
По данным Н. Н. Форша (1953), вслед за периодами размыва и формирования эрозионного рельефа в отложениях палеозоя Волго-Уральской провинции обычно происходит накопление терригенных отложений, почти полностью нивелирующих неровности рельефа.
А. И. Иванов (1954) при изучении газонефтяных залежей в терригенных отложениях визейского яруса пришел к выводу, что рельеф размытой поверхности турнейских отложений но отражается в толще осадков яснополянского подъяруса, так как происходит процесс нивелирования осадками отрицательных форм рельефа к концу седиментационного цикла.
Таким образом, если для палеотектонического анализа локальных поднятий принимаются реперы, залегающие в разрезе ниже перерыва и выше его, в кровле терригенной толщи, то искажающее влияние размывов и неравномерного накопления осадков на мощности, принятые для палеотектонического анализа, практически будет сведено до вполне приемлемого минимума.
Применению метода мощностей с целью палеотектонпческих реконструкций, по мнению некоторых геологов, препятствует то, что осадки никогда не отлагаются горизонтально, так как верхняя стратиграфическая граница, принимаемая обычно за горизонтальную (нулевую) поверхность, в действительности таковой не является. Между тем, еще М. В. Ломоносов во второй половине XVIII в. в своем трактате «О слоях земных» писал: «Наклоненное положение камней диких к горизонту показывает, что оные слои сворочены с прежнего своего положения, которое но Механическим и Гидростатическим правилам должно быть горизонтально».
И. М. Губкин (1950) при изучении геологического строения Нефтяно-Ширванского месторождения для изображения размытой поверхности фораминиферовых слоев с отложенными на ней песками принимал, что после выравнивания углублений отложение осадков происходило «на поверхности, близкой к горизонтальной».
Л. Н. Розанов (1959) отмечает, что в процессе отложения осадки стремятся занять почти горизонтальное положение, нивелируя неровности морского дна. Меньшая мощность осадков образуется в местах относительного подъема.
Интересные наблюдения, подтверждающие горизонтальное положение слоев к концу их отложения, приводит А. И. Леворсен (1958). Он описывает пример выдержанности на расстоянии в сотни миль маломощных (0,1—3 м) известняковых формаций пенсильванского и пермского возраста, которые отлагались на всем протяжении в одинаковых условиях под равномерной толщей воды. Это приводит к выводу о том, что во врелш отложения эти формации образовали приближенно горизонтальные поверхности.
Аналогичная выдержанность отдельных маломощных пластов на больших пространствах морского дна отмечается в Саратовском Поволжье. Здесь можно выделить пласт известняка мощностью 3—6 м, который залегает у кровли воробьевских слоев и четко прослеживается в разрезах скважин на всей территории, освещенной бурением. Трудно представить, чтобы этот пласт, выдержанный по составу и мощности, отложился в условиях разных глубин от уровня моря. Если бы дно моря, на котором отлагался данный пласт, имело наклон на восток под углом только 0° 05', то и тогда данный пласт, залегая, например, в районе г. Калининска на .глубине 100 м от уровня моря, должен был бы отлагаться в районе г. Пугачева (т. о. на расстоянии около 300 км) на глубине 520 м. Нельзя рассчитывать, чтобы при такой разнице в условиях осадконакопленпя литологический состав и мощность описываемого пласта оставались постоянными. По-видимому, только при равных условиях осадконакопленпя, т. е. при приблизительно равных глубинах от уровня моря, мог образоваться выдержанный по составу и мощности пласт известняка в кровле воробьевских отложений.
На горизонтальное или практически горизонтальное положение слоев в начальной стадии формирования серии отложений указывали В. В. Белоусов (1940, 1954), В. Е. Ханн (1954, 1967) и другие исследователи.
Касаясь затронутого вопроса, Е. М. Геллер (1959) писал! «На самом деле дно всегда имеет некоторый мористый уклон, но это не меняет существа дела, так как параллельность границ нластов указывает, что к моменту отложения каждого последующего слоя поверхность предыдущего была выровненной, более или менее близкой к плоскости. Ссылки на неровности дна современных бассейнов несостоятельны. На больших площадях и при большой амплитуде они могут иметь разные причины. Но неровности на сравнительно небольших участках, имеющие малый размах, всегда есть результат процесса перераспределения осадка, стремящегося к состоянию выровненности, есть одна из промежуточных стадий достижения этого состояния. Нельзя забывать, что накопление слоя осадка даже сравнительно небольшой мощности — явление в наших обычных масштабах чрезвычайно длительное, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч лет. Было бы методически совершенно неправильно определять конечный его результат по одной из чрезвычайно кратковременных стадий, каковой является состояние рельефа дна в тот или иной момент, на ту или иную календарную дату. Здесь нужны не топографические, а геологические критерии, каковыми являются выдержанность нередко па больших расстояниях мощностей осадков, отложенных в условиях спокойных водоемов, параллельность границ слоев и т. п. Если же, следуя принципу актуализма, обращаться к аналогиям с современными наплатформенными морями, то следует рассматривать не топографию дна, а условия залегания молодых осадков. Но во всех известных нам исследованиях, проведенных в самых различных современных бассейнах, как раз и наблюдается в пределах даже тех нескольких метров осадка, которые доступны обзору, поразительная выдержанность слоев и параллельность их границ».
Касаясь вопроса о возможном влиянии неравномерного уплотнения осадков и образования пятнистости на распределение мощности, следует указать, что оно может иметь место при резком изменении литологического состава пород на коротких расстояниях. Но такие случаи всегда можно учесть и исключить их влияние.
Вопрос о выборе интервалов мощности для палеотектонического анализа немаловажен, так как неудачный их выбор может затушевать или исказить истинные закономерности и привести к ошибочным выводам. При больших изменениях мощности отдельных пластов и горизонтов на коротких расстояниях следует анализировать закономерность этих изменений для значительно больших интервалов. В этих случаях в результате явлений компенсации и нивелирования влияние «пятнистости» на распределение мощностей отдельных горизонтов в значительной мере сглаживается.
В качестве примера приведем случай резкого возрастания мощности песчаной линзы в тульском горизонте Колотовского поднятия в Саратовском Поволжье (рис. 1). Здесь в скв. 20 вскрыт песчаный пласт мощностью 62 м, тогда как в скв. 26, расположенной в 1 км к северо-западу от этой скважины, мощность двух пропластков песчаника составляет только 5 м, а в скв. 27,. в 800 м к юго-востоку от той же скважины, мощность песчаников равна 23 м. Естественно, что в результате неравномерного уплотнения глинистых и песчаных пород мощность терригенных отложений тульского горизонта в этих скважинах существенно меняется (табл. 1).
Если бы мы анализировали мощность только этих отложений, то пришли бы к выводу о существовании к концу тульского времени впадины в районе скв. 20. Однако, если рассматривать мощность интервала разреза от кровли черепетского горизонта до кровли нижнебашкирского подъяруса или от упинского горизонта до нижнебашкирского подъяруса, можно легко убедиться в том, что в результате явлении компенсации, т. е. нивелирования, мощности этих интервалов в разрезах трех рассматриваемых скважин оказываются очень близкими и, таким образом, неравномерное уплотнение не препятствует использованию метода мощностей для палеотектонического анализа локальных поднятий (при выборе оптимальных мощностей исследуемых интервалов).
Как видно из рис. 1, ннжнеокские известняки сохраняют постоянную мощность (16 м) и, следовательно, уплотнение терригенной толщи тульского горизонта началось ,позже, в процессе отложения вышележащей толщи карбонатных пород окско-серпуховского подъяруса. Таким образом, если для палеотектонического анализа мы примем мощность отложений от малевского горизонта нижнего карбона до кровли верейского горизонта, то опасность ошибки, связанной с неравномерным уплотнением, практически будет исключена.
Приведенные выше данные но скважинам позволяют приближенно подсчитать уплотнение глинистых пород по сравнению с песчаниками.
Из профиля (см. рис. 1) видно, что в скв. 20 тульский горизонт (без пропластков известняка) имеет мощность 72 м, из которых на долю глин, залегающих в кровле, приходится 10 м, а остальную часть разреза (62 м) составляют песчаники. Предполагая, что к концу формирования террнгенных осадков их кровля была практически горизонтальной2, исключим в разрезах скв. 20 и 20 по 10 м мощности глинистых пород, а в скв. 20, кроме того, 5 м песчаных пород (мощность прослоев песчаников в скв. 26). При этом в скв. 20 мощность песчаных пород составит 62—5 = 57 м, а в скв. 26 мощность глин сократится до 44—15 = 29 м.
Таким образом, уплотнение глин по сравнению с песчаниками составит
В скв. 27 общая мощность глин и песков равна 59 м. Исключив 10 м глин и 23 м песчаных пород, мы получим для сопоставления с разрезом скв. 20 мощность глин 59—33 = 26 м. В скв. 20 из 62 м песчаных пород исключим 23 м (мощность песчаников по скв. 27), тогда для сопоставления с разрезол1 скв. 20 останется мощность песчаников 62—23 = 39. Уплотнение глин в. разрезе скв. 27 по сравнению с песчаниками составит
На рис. 2 приведен другой пример, позволяющий приближенно определить степень гравитационного уплотнения глин по сравнению с карбонатными породами. Разрезы скв. 17 и 18 Пристанской площади, расположенных в 850 м друг от друга, отличаются значительным изменением мощности пласта Д2-1У живетского яруса: 14 м в скв. 17 и 63 м в скв; 18. В то же время мощность живетских глин, покрывающих известняки пласта Д2-IV, в скв. 17-составляет 73 м, а в скв. 18 только 35 м. В результате неравномерного уплотнения известняков и глин суммарная мощность пород от подошвы пласта Д2-IV до кровли живетских глин в скв. 18 на 11 м больше, чем в скв. 17. Подсчитаем, как уменьшилась мощность глин в результате уплотнения по сравнению с известняками.
Для получения сопоставимых данных уменьшим мощность известняков пласта Д2-1У в скв. 18 на 14 м (мощность известняков в скв. 17), а мощность глин в скв. 17 на 35 м (мощность глин в скв. 18). Тогда окажется, что мощности карбонатных пород пласта Д2-IV в скв. 18, равной 63—14 = 49 м, во времени будет отвечать пачка глин в скв. 17 мощностью 73—35 = 38 м (см. рис. 2). Следовательно, сокращение мощности глин в результате уплотнения составит
Следует подчеркнуть, что и в этом, также редком случае, несмотря на резкую изменчивость литологии на относительно близком расстоянии, мощность отложении от подошвы пласта Д2-1У до кровли саргаевского горизонта в результате явлений компенсации и выравнивания практически постоянна: 196 м в скв. 17 и 198 м в скв. 18.
По данным В. Е. Хайна (1954), в результате гравитационного уплотнения сокращение мощности глин может достигать 80%. Изменения мощности литологпчески однородных толщ, как указывают Р. Г. Гарецкии и A. Л. Яншин (1960), с успехом могут быть использованы для палеотектонического анализа.
Применять метод анализа мощностей осадков в областях развития некомпенсированных прогибов следует с большой осторожностью и располагая достаточной и надежной информацией об особенностях геологического разреза, т. е. об изменениях фациального состава осадков на изучаемой территории. Однако при решении некоторых палеотектоническнх задач метод мощностей может быть применим и в этих редко встречающихся условиях. Дело в том, что, как отметил В. Е. Хайн (1964), «благодаря последующей компенсации суммарная мощность интервала разреза, более крупного, чем время некомпенсированного погружения, в конце концов оказывается соответствующей раз-мер-у тектонического прогибания за этот отрезок времени. Таким образом, когда мы строим карты мощности для осадков целых геологических эпох, нет особых оснований опасаться несоответствия мощностей осадков н тектонического погружения. Другое дело, когда такие карты строятся для отдельных веков или, тем более, для еще более мелких интервалов геологического времени. В этих случаях следует постоянно иметь в виду возможность существования зон некомпенсированного погружения».
В районах развития бногерм (рифов) применение метода мощностей для палеотектонического анализа также затруднено. Следует, однако, надеяться, что глубокое изучение особенностей геологического строения таких территорий с привлечением математических методов анализа позволит и в этих не часто встречающихся случаях использовать метод мощностей для изучения истории формирования структур. Так, в работе Р. О. Хачатряна и 10. Н. Батурина (1968) описывается разработанная ими методика количественного изучения тектонического и седиментацнонного факторов в строении и формировании локальных поднятий, осложненных биогермами.
Нельзя не согласиться с Е. М. Геллером (1959), считающим, что «можно выдвинуть очень много всякого рода возражений и опасений против применения любого метода исследования и все они будут казаться весьма существенными до тех пор, пока этот метод не опробован на практике. Но если сама практика дала доказательные свидетельства применимости метода, то остается только определить его ограничения, удельный вес возможных искажений и способы их учета. Совершенно очевидно, что анализ карты мощностей по какому-либо горизонту может быть выполнен только в свете сопоставления амплитуды их изменения вследствие роста структуры с размахом возможных случайных отклонений».
Если, например, выделить для анализа кыновско-пашийские отложения, мощность которых на сводах отдельных поднятий по сравнению с крыльями в Саратовском Поволжье уменьшается более чем в 2 раза (что свидетельствует об интенсивности процесса складкообразования), то возможность ошибок будет исключена. Это объясняется тем,' что при таком интенсивном росте структур влияние различных факторов, искажающих мощность, не будет иметь существенного значения и не отразится на точности построений карт мощности с принятым сечением изопахпт 10 м.
Совершенно иные результаты можно получить, если анализировать отдельные горизонты какой-нибудь толщи в период замедленного роста * структур. В этом случае возможные изменения мощностей отдельных горизонтов могут быть замаскированы случайными факторами. При анализе всей толщи характер распределения ее мощностей на структуре отобразит структуроформирующие движения, если они происходили в то время.
Как отмечает Е. М. Геллер (1959), это объясняется тем, что «случайные отклонения не обладают постоянством знака и в одном и том же месте структуры в разное время приводят то к уменьшению, то к увеличению мощносги. При суммировании в пределах достаточно мощного слоя эти отклонения с разным знаком взаимно вычитаются и остающаяся погрешность оказывается сравнительно небольшой. Напротив, изменения, обусловленные направленной тенденцией роста структуры, даже медленного, неизменно складываются и суммарная их величина для достаточно большой толщи оказывается много большей, чем влияния случайных факторов».
В качестве примера неудачного выбора интервалов разреза для палеотектонического исследования можно привести результаты, полученные при анализе четырех поднятий в Куйбышевской области. Исследовались раздельно мощности турнейского яруса, бобриковского и тульского горизонтов, башкирского яруса, Верейского и каширского горизонтов. Например, по Покровскому поднятию из общей мощности каменноугольных отложений, составляющей 1450 м, для палеотектонического анализа использовано только 334 м и исключены из рассмотрения породы окского и серпуховского, подъярусов и намюрского яруса нижнего карбона, мячковского и подольского горизонтов и весь верхний карбон. В результате такого анализа был сделан вывод, что мощность осадков изменяется независимо от структурного плана, а формирование изученных структур относится к послекаменноугольному времени (Фадеев, 1952).
Между тем, при раздельном рассмотрении общей мощности девонских, каменноугольных и пермских отложений, слагающих разрез Покровского поднятия, выяснилось, что мощность девона на своде меньше, чем на периферии, на 67 м, а каменноугольных — на 46 м. Мощность нижнепермских отложений увеличивается от свода к крыльям на 27—45 м. Эти данные позволили установить, что формирование Покровского поднятия связано с многофазными движениями, начало которых относится но к послекарбоновому, а к верхнефранскому времени (Трушкин, 1957).
Широко распространенное мнение о якобы большом влиянии изменения фациального состава осадков на точность палеотекто-ннческих построении ири помощи метода мощностей для анализа локальных поднятий является, очевидно, недоразумением. При па-леотектопических реконструкциях мы не ставим перед собой задачи определить темпы’прогибания различных частей структур или дать сравнительную оценку времени накопления осадков различных типов. Мы определяем пространственное положение одних слоев (нижних) относительно других, залегающих выше, чтобы выяснить, были ли они на определенные геологические даты уже наклонены и изогнуты в складки и образовали ли ловушки для нефти и газа, т. е. установить относительное время образования ловушек. Поэтому, если мы принимаем для палеотектонического анализа верхнюю геологическую границу практически горизонтальной, то пространственное положение нижнего слоя определяется непосредственно не фациальным составом осадков, а изменением мощности интервала, выбранного для анализа. При этом, разумеется,'нижняя граница выбранного для анализа интервала не должна являться неровной поверхностью эрозионного размыва.
Маловероятно также, чтобы отдельные локальные поднятия размещались на границе литолого-фациальных зон3, хотя такую возможность полностью исключить нельзя. Высказываются также опасения, что размывы сводовых частей поднятий и перерывы в осадконакоплении могут оказать существенное влияние на результаты палеотектонического анализа. Между тем на примере регионального перерыва, фиксируемого в Нижнем Поволжье между палеозоем и мезозоем, можно показать отсутствие какого-либо' нлияпия такого перерыва на точность построений при анализе локальных поднятий, /если интервалы разреза выбраны надлежащим образом. Детальные исследования, выполненные 10. П. Бобровым (1957), показали, что незначительные колебания мощностей нижней базальной песчаной пачки байоса в этом регионе, залегающей па размытой поверхности палеозоя, свидетельствуют об отсутствии скодько-нибудь значительных неровностей рельефа этой поверхности в начале байосского века.
А. И. Леворсен (1958) отметил, что поверхности несогласия могут быть хорошими опорпыми горизонтами для построения карт изонахит, так как при равномерной мощности налегающего на эту поверхность горизонта можно представить себе, что поверхность несогласия к началу отложения вышележащих осадков была практически горизонтальной.
Что касается размывов сводовых частей локальных поднятий, то при помощи метода мощностей можно легко определить амплитуду размыва по величине остаточных мощностей, сопоставив сохранившуюся на крыльях мощность отложений от репера, расположенного ниже поверхности размыва, до репера, лежащего выше этой поверхности, с мощностью, сохранившейся на своде.
Освещая вопросы методики палеотектоиических исследований локальных поднятий при помощи анализа мощностей, следует отметить еще одно обстоятельство, существенно влияющее на результаты этих исследований. Так, например, некоторые исследователи, изучая Песчаноуметское поднятие (в Саратовском Поволжье), считают, что оно формировалось только в конце палеозойской эры. К такому выводу они приходят потому, что рассматривают это поднятие изолированно от соседних — Вязовского и Грузнновского. Так как мощности каменноугольных отложений на Песчаноуметском поднятии изменяются незначительно, считать его возраст более ранним очень трудно. Если же проанализировать совместно мощности но Вязовскому, Песчаноуметскому и Грузиновскому поднятиям для интервала от тульского горизонта до кровли верейского горизонта, то окажется, что Песчаноуметское поднятие в карбоне существовало уже к концу верейского времени; об этом свидетельствует увеличение мощности в данном интервале в направлении погружения от 470 до 510 м, т. е. на 40 м. Как показал палеотектонический анализ, еще в каменноугольную эпоху указанные выше поднятия представляли собой единую, антиклинальную зону, расчлененную позже, в альпийскую фазу тектогенеза, на три самостоятельных поднятия.
Таким образом, всегда следует сопоставлять возможную высоту изучаемой антиклинальной складки с тем интервалом гипсометрических высот, в пределах которого расположены пробуренные скважины. Говоря иначе, скважины, пробуренные на самой вершине свода поднятия, при его большой общей амплитуде могут не дать ясного представления о действительной зависимости мощностей от структуры. Это можно хорошо проиллюстрировать на примере Гуселского поднятии (Саратовское Поволжье). Если бы мы рассматривали только скважины, расположенные на своде в пределах изогписы — 1980 м но кровле продуктивного пласта Д2-V, т. е. в пределах 40-метровой амплитуды складки, то установили бы изменение мощности от этого пласта до кровли кыновско-пашийских отложений только на 10 м. Естественно, что сделать определенный, категорический вывод о существовании структурной ловушки в пласте Д2-V к концу кыновско-пашийского времени очень трудно. Если же использовать данные скв. 4, расположенной на далеком южном крыле, то окажется, что мощность от пласта Д2-V до кыновско-пашийскнх отложений увеличивается здесь на 170 м и, следовательно, вывод о существовании ловушки в пласте Д2-V к началу отложения карбонатного верхнего девона будет бесспорным (см. рис. 10).
В свете этих замечаний всегда следует представить, какую часть складки но высоте (амплитуде) освещают пробуренные скважины, и не делать поспешных выводов об отсутствии тектонических движений, если структура освещена ими но высоте на 20—30 м, а возможная» предполагаемая амплитуда поднятия может составлять 200—300 м.
При выборе конкретных реперов для палеотектонического анализа следует руководствоваться следующими основными условиями. Прежде всего, выделяемый репер должен быть литологически хорошо выдержан но всей исследуемой площади. Каротажная характеристика репера должна быть настолько четкой, чтобы глубину залегания его можно было определить с точностью до 1—2 м. Желательно, чтобы принимаемый для анализа репер располагался в кровле терригенной свиты; в большинстве случаев в результате явлений компенсации при этом исключается влияние размывов, неравномерного накопления и употнения осадков. Интервалы мощности отложений между выделенными реперами должны быть достаточно большими, так как в этих случаях сглаживается влияние факторов, затушевывающих проявления тектонических сил, и ярче становятся направленные тенденции роста локальных поднятий, вследствие чего суммарная величина этих тенденций для достаточно большой толщи превышает влияние случайных факторов.
Наконец, желательно, чтобы выделяемые реперы совпадали с отражающими горизонтами при сейсмических исследованиях. Это позволяет в ряде случаев прогнозировать возраст локальных поднятий, выявленных сейсморазведкой, и их вероятную продуктивность.
Степень точности палеотектонических построений, их насыщенности фактическим материалом весьма различна при региональных построениях и при анализе локальных поднятий. Принимая во внимание, характерную черту унаследованных локальных поднятий — изменение истинных мощностей ряда стратиграфических интервалов в пределах разных элементов положительных структур (свод — крылья), мы приходим к выводу, что результат региональных построений в значительной мере зависит от того, какие скважины (на своде или на крыле) приняты за исходные для палеотектонического анализа. Относительно более достоверный результат можно получить, если на каждой площади взять наиболее погруженные скважины. В случае малого числа скважин на площади (одна-две) выбор их для анализа оказывается произвольным. Вот почему объективное использование метода анализа истинных мощностей осадков для решения некоторых принципиальных вопросов дает более падежные результаты при анализе локальных поднятии, чем при региональных построениях, имеющих обычно менее точную исходную геологическую базу. В отдельных случаях фациальные замещения также больше влияют на точность построений при региональных исследованиях, чем при анализе строения ограниченных площадей.
Некоторые исследователи указывают, что наличие крутых крыльев ограничивает возможности применения метода мощностей для анализа локальных поднятий, так как мощности отдельных интервалов разреза могут возрастать на крыльях вследствие увеличения углов падения. Эти опасения, с нашей точки зрения, преувеличены. В самом деле, если мы имеем достаточно надежные данные для построения структурной карты, то, очевидно, можно определить угол падения и с такой же точностью построить палеотектонические карты. Для пологих же крыльев в условиях платформенных структур величина поправки на угол падения несущественно влияет на точность палеотектонических построений при принятом сечении между изопахитами. Так, при угле падения 5° и интервале мощности 500 м поправка для получения истинной мощности составит всего 2 м. Следовательно, получить достаточную для практических целей точность, не внося поправок для получения истинных значений мощности, можно при углах падения 5° и мощностях анализируемых отложений до 500—800 м, приняв сечение изопахит 10 м.
При палеотектоническом анализе локальных структур, расположенных в зонах значительного регионального увеличения мощностей отдельных комплексов, можно прийти к ошибочным выводам о времени формирования изучаемых поднятий, если не исключить влияния регионального градиента увеличения мощности анализируемых отложений.
Если поверхность изучаемого комплекса принять за горизонтальную, как это обычно делается при палеотектоническом анализе, то нижняя граница комплекса будет наклонена в направлении увеличения мощности, а ее поверхность будет волнистой. Эта волнистость обусловлена сокращением мощностей на участках расположения локальных структур, формировавшихся в рассматриваемое время. При построении изопахических схем для аналогичных случаев мы принимаем для анализа наблюдаемую по скважинам мощность, которая содержит две составляющие — региональную, отражающую влияние тектонических процессов регионального плана, и локальную, обусловленную формированием отдельных поднятии и прогибов в период отложения анализируемых осадков. Задача, следовательно, состоит в том, чтобы при анализе мощностей на отдельном локальном поднятии исключить влияние (значение) региональной составляющей и выделить-для рассмотрения только те значения мощности, которые обусловлены формированием локальной структуры. Эту задачу можно решить графически и с применением математических методов анализа (см. главу V). Что касается графического метода, то в принципе он аналогичен способу снятия регионального наклона со структурных карт для выявления ранее существовавших поднятии, расформированных в более позднее время под влиянием образующихся региональных наклонов. В качестве примера) можно привести результаты применения описанного выше способа исключения регионального градиента увеличения мощности на Багаевском поднятии, расположенном в Саратовском Правобережье.
Изучая распределение мощности отложении от кровли второй пачки каширского горизонта среднего карбона до кровли батского яруса средней юры, некоторые исследователи приходят к выводу, что Багаевское поднятие молодое, т. е. что оно формировалось в послемезозойскую эру. Так как в Саратовском Поволжье структуры, сформировавшиеся после отложений мезозойских осадков, в карбоне обычно непродуктивны, то факт промышленной газоносности нижнекаменноугольных отложений на этом поднятии противоречил представлениям о его молодом возрасте.
Действительно, если анализировать палеотектоническую схему строения Багаевской площади но второй пачке каширского горизонта, можно прийти к выводу, что к концу батского века замкнутое поднятие в каширском горизонте здесь отсутствовало (рис. 3). Если, однако, исключить, графическим путем значение регионального изменения. мощности, принятого для палеотектонического анализа, и таким образом выделить локальные изменения мощности, обусловленные формированием Багаевского поднятия, убедимся в том, что оно уже было сформировано к концу батского века (рис. 3, 4)4.
Решение обратной задачи, т. с. определение влияния локального сокращения мощности, связанного с формированием конседигенной антиклинальной складки, па распределение мощности в региональном плане, описывает В. Л. Долицкий (1966).
На рис. 5 топкими параллельными прямыми линиями, проходящими па равных расстояниях друг от друга, изображены изопахиты комплекса отложений с равномерно увеличивающейся мощностью. Изолинии уменьшения мощности в своде антиклинальной складки показаны толстыми линиями; внешняя (нулевая) линия ограничивает зону сокращения мощности. На других изолиниях располагаются точки, в которых мощность отложений уменьшается (на число метров, указанное на изолиниях). Исключив в точках пересечения из значения изопахит регионального плана значения изопахит, характеризующих изменения мощности, связанные с локальным поднятием, и соединив однозначные точки, мы получим новые изолинии, характеризующие суммарное изменение мощности. Если градиент регионального изменения мощности меньше интенсивности локального изменения, то изопахиты замкнутся вокруг поднятия.
Описанные примеры убедительно показывают необходимость тщательного изучения изменений мощностей отдельных комплексов в региональном плане и их влияния на результаты палеотектонического анализа локальных структур.
На примере Приволжской моноклинали, обрамляющей Прикаспийскую впадину на западе, А. А. Аксенов показал эффективность использования описанной выше методики для освещения палеотектоники в региональном плане.
Рассмотрение карты мощностей каменноугольных отложений от бобрпковского горизонта до кровли подольского репера позволяет сделать вывод, что на большей части этой моноклинали поднятия в карбоне отсутствовали (рис. 6, а). Снятие с этой карты изопахит регионального градиента увеличения мощности позволило выявить зону сокращенных мощностей каменноугольных отложений, совпадающую с Куднновско-Коробковской приподнятой зоной, и зону увеличенных мощностей, отражающих Карповско-Шляховский палеопрогиб (рис. 6, б). Карта изопахит карбона со снятым региональным фоном увеличения мощности согласуется с девонским палеотектоническим планом.
Описанная методика исключения из наблюдаемых мощностей градиента их изменения в региональном плане может способствовать повышению эффективности поисков погребенных тектонических зон н отдельных поднятий. К сожалению, в практике поисков эта методика используется еще очень мало.
Для более обоснованного анализа мощностей С. А. Скидан и Л. М. Моржина (1967) предложили методику количественного изучения закономерностей распределения мощностей в локальном и региональном тектонических планах, которая описана ими на примере Березовского, Шаимского и Сургутского районов Западной Сибири.
По исследованным структурам были изучены изменения мощностей от базисной поверхности, расположенной в подошве (или близко от нее) меловых отложений, до различных реперов в вышележащих слоях.
Для Березовской зоны такими реперами авторы выбрали:
1) Е — подошву готерива,
2) N — кровлю готерива,
3) М — кровлю баррема,
4) нижневойсовский — верхи нижнего мела,
5) Г — кровлю сантона.
Анализ выбранных интервалов мощности проводился с помощью графиков, на которых по оси абсцисс откладывались абсолютные глубины базисного горизонта, а но оси ординат мощность одного из исследуемых интервалов разреза. Для удобства на графики наносились не мощности, принятые для анализа, а их отклонения от среднего значения (ΔHi—ΔH).
Данные по скважинам каждой площади изображались в виде совокупности точек. Осредняющая их прямая линия отражает закономерную связь между глубиной базисной поверхности и изменением мощности перекрывающей ее толщи (рис. 7).
Аналитическое выражение этих линий ΔН = а + bHб.г (где Hб.г — глубина базисного горизонта, ΔН — мощность толщи в исследуемой точке, Ь и а — соответствующие коэффициенты) было получено с использованием метода наименьших квадратов, что позволило охарактеризовать степень достоверности выбора прямой линии с помощью коэффициента корреляции (r) и среднеквадратичной величины разброса (mΔН) вокруг осредняющей прямой. Коэффициент корреляции для полученных прямых в среднем составил 0,94.
Установленные С. Л. Скидан и Л. М. Моржиной зависимости изменения мощностей от изменения глубины базисного горизонта свидетельствуют о том, что величины прогибания и поднятия прямо пропорциональны изменениям мощностей сохранившихся отложений, которые накапливались за соответствующие интервалы времени.
Значительные отклонения от прямолинейности или невозможность однозначного осреднения точек, полученных в пределах какой-либо площади, резко снижают достоверность тектонического анализа но мощностям.
Величина mΔH может быть использована для определения минимально допустимого сечения карт (Δ) изопахит, если эти карты предназначаются для тектонического анализа. Выбор сечения, меньшего или равного величине mΔH, недопустим, так как это вызовет появление на карте деталей, не отражающих тектонические движения.
Сечение карт С. А. Скидан и Л. М. Моржина предлагают выбирать в 2—3 раза больше ошибки карты (σк), где
(σин — ошибка интерполяции между скважинами).
Отдельные графики зависимости изменения мощности от глубины залегания базисного горизонта, имея прямолинейную форму, отличаются угловым коэффициентом. Значение этого коэффициента можно определить по формуле
где φб.г — угол наклона базисного горизонта, а φг — угол, наклона исследуемого горизонта.
Из формулы (1) вытекает, что величина b характеризует различия наклонов базисного горизонта и горизонта, лежащего в кровле изучаемой толщи. При b = 0 эти границы параллельны, т. е. за время образования этой толщи не было локальных тектонических движений. И наоборот, чем больше b, тем более интенсивные локальные движения происходили в рассматриваемый отрезок времени. Следовательно, b характеризует интенсивность локальных тектонических движений. При b = 1 структура в современном плане горизонта, являющегося кровлей изучаемой толщи, полностью выполаживается.
Если для каждой структуры но осп ординат отложить значения Ь, а но оси абсцисс мощности соответствующей толщи и соединить точки плавной линией, получим график, характеризующий среднюю интенсивность развития исследуемой структуры. Авторы указывают, что совокупность кривых для различных локальных поднятий изучаемой территории наглядно отображает закон развития всех структур (рис. 8). Для изученной авторами территории Западной Сибири устанавливается, что в низах и середине нижнего мела локальные структуры приобрели все основные черты современного структурного плана.
В последующее время интенсивность тектонических движений ослабела, и к концу мела в ряде районов локальные структуры полностью закончили свое формирование.
Описанные выше математические приемы обработки первичных данных о мощностях отложений освещают новые аспекты использования метода мощностей, базирующиеся уже на количественных оценках структуроформирующих движений.
В обстоятельном исследовании, проведенном Р. Г. Гарецким и A. Л. Яншиным (1960), посвященном тектоническому анализу мощностей, детально рассмотрены условия формирования осадков и их последующей трансформации в связи с изучением возможностей использования мощностей осадков для палеотектонических реконструкций. Эта работа может оказать существенную помощь в исследованиях по методу мощностей и позволит в каждом конкретном случае объективно определить применимость и возможность его использования.
Р. Г. Гарецкий и A. Л. Яншин отмечают, что «изучение осадочного покрова, в котором запечатлены следы тектонических движений, является главным и во многих случаях единственным способом выяснения их истории». В заключение они приходят к выводу, что «метод тектонического анализа мощностей следует широко применять и развивать». Еще раньше В. Е. Ханн (1954) писал, что метод мощностей, несмотря на некоторые ограничения, является совершенным и универсальным методом историко-геологических исследований. Применяя его на практике, надо учитывать справедливое замечание В. А. Долицкого (1966) о том, что «изучение распределения мощностей и всевозможные построения и выводы из этого изучения... должны базироваться на тщательном анализе исходных материалов и содержать доказательства правомерности применения метода мощностей к данному конкретному району».
Примечания
1. В России первую карту мощности составил И. М. Губкин в 1913 г. для Нефтяно-Ширванского месторождения Майкопского района. Она позволила осветить условия образования нефтяных песков, залегающих в виде линз на размытой поверхности фораминиферовых слоев.
2. Доказательством этого служит постоянство мощности (16 м) выше лежащих пластов известняка.
3. За исключением биогерм, развивающихся иногда в сводовых частях конседиментационных поднятий.
4. Естественно, что описанный графический метод дает только принципиальную, качественную картину распределения мощности.