При определенных углах регионального наклона, превышающих углы падения на крыльях или пернклиналях локальных поднятии, происходит как бы расформирование структур, т. е. на определенных стратиграфических уровнях они теряют свойства ловушек для нефти и газа и на их месте образуются структурные носы и террасы. Они могут иметь различные очертания в плане в зависимости от соотношения направлений осей антиклинальных структур и региональных наклонов, а также от положения крутых крыльев расформированных поднятий. Раскрытие антиклинальных структур происходит вверх но региональному восстанию слоев.
В результате проявления описанных процессов могут происходить расформирование ранее образовавшихся нефтяных и газовых залежей и их миграция вверх по восстанию с возможным образованием новых литологических, стратиграфических и структурных залежей.
В унаследованно развивающихся древних структурах, содержащих в разрезе несколько залежей, процесс разрушения чаще затрагивает только залежи, приуроченные к более молодым отложениям. Это объясняется тем, что в древних унаследованных структурах в связи с закономерным возрастанием углов падения с увеличением стратиграфической глубины, как правило, амплитуды антиклинальных складок оказываются больше, чем в более молодых отложениях. Поэтому под влиянием региональных наклонов антиклинальное строение обычно утрачивают более молодые отложения, тогда как в более древних антиклинали сохраняются с некоторым уменьшением их амплитуд.
Как будет показано ниже, эта особенность унаследованно развивающихся структур может быть использована для выделения объектов поисков залежей нефти и газа в пределах структурных носов верхнего тектонического плана в тех случаях, когда применяющиеся методы выявления тектонического строения глубоко залегающих отложений оказываются неэффективными.
В ходе длительной геологической истории может проявиться несколько региональных наклонов. Расформировывающее влияние однонаправленных наклонов усиливается и может привести к раскрытию складок также н с высокими амплитудами1. В других же случаях, когда направление нового регионального наклона прямо противоположно прежнему, ранее расформировавшиеся ловушки могут вновь замкнуться, тогда как в более молодых отложениях могут образоваться структурные носы и террасы.
При одинаковых углах регионального наклона и амплитудах антиклинальных складок раскрытие структурных ловушек происходит в первую очередь на тех поднятиях, крутые крылья которых обращены в сторону регионального падения (рис. 50). Отсюда следует, что более перспективными для поисков нефтяных и газовых залежей будут поднятия (расформированные в более молодых отложениях), крутые крылья которых обращены в сторону регионального восстания.
В практике поисковых работ, осуществляющихся в зонах развития структурных носов и террас, возникает необходимость исключить влияние регионального наклона, т. е. воссоздать строение изучаемых структурных форм в том виде, какой они имели до формирования регионального наклона, образовавшегося в результате позднейших тектонических движений.
Построение карты со снятым региональным наклоном сводится к изображению структурной формы относительно плоскости регионального наклона, как это показано на рис. 51, где изображен структурный нос с отметками глубин залегания маркирующего пласта выше уровня моря. На севере и юге (верхняя и нижняя части чертежа) структурный нос сливается с моноклиналью, имеющей на рассматриваемой площади региональное падение на юг под углом 3°50'.
Для исключения влияния регионального наклона необходимо построить новую карту структурного носа, на которой изогипсы будут изображены уже не относительно уровня моря, а относительно воображаемой наклонной плоскости регионального падения. Образно говоря, таким приемом построения мы как бы возвращаем плоскость с изображенным на ней структурным носом,, в прежнее положение, которое она занимала до образования регионального наклона.
Для построения теоретических горизонталей воображаемой моноклинали в пределах структурного носа проводят прямые линии, спрямляющие изогнутые горизонтали, обрисовывающие структурный нос, и параллельно им промежуточные линии через 2,5 м.
В точках пересечения горизонталей структурного носа (в современном структурном плане) с горизонталями воображаемой поверхности регионального падения относительно условного нуля путем графического вычитания определяют расстояние по вертикали между плоскостью регионального падения и поверхностью структурного носа. Если представить, что плоский пласт залегает горизонтально, то расстояния по вертикали, определенные таким способом, покажут превышение пласта над горизонтальной плоскостью. Построив по этим значениям вертикальных расстояний новые горизонтали и принимая за нулевую плоскость теоретический плоский пласт (моноклиналь), получим новую структурную карту, на которой изображен рельеф пласта относительно плоскости регионального падения. В результате построения выявляется, что на месте структурного носа до образования регионального наклона существовало куполовидное поднятие высотой не менее 10 м (см. рис. 51) (М. В. Абрамович, 1955).
Следует заметить, что в практике поисков могут быть случаи,, отличные от рассмотренного выше теоретического, когда показанное на рис. 51 спрямление горизонталей структурного носа современного плана осуществить не удается из-за более сложной конфигурации изолиний. В этих случаях задача состоит в правильном определении направления регионального падения. Далее техника построения заключается в проведении через этот участок условных изогипс вкрест регионального, падения. Расстояние-между этими изогипсами определяется исходя из угла регионального наклона и принимаемого сечения условных изогипс. Например, при угле регионального наклона 2° и принятом сечении изогипс 10 м расстояние между изогипсами будет равно
где α — угол регионального наклона.
В Точках пересечения изогипс структурного носа в современном тектоническом плане с условными изогипсами воображаемой моноклинали, наклоненной под углом регионального падения, производится. графическое вычитание и таким образом определяются расстояния по вертикали между ними. Соединив изолиниями однозначные глубины, получают, изображение структурной формы относительно воображаемой плоскости регионального падения.
При этой методике построения можно получить только качественное изображение структурной формы, которую имел структурный нос или терраса до образования регионального наклона, т. е. однозначно решить вопрос о существовании на изучаемом участке антиклинального поднятия до формирования этого наклона. Установление этого факта важно для правильной оценки перспектив исследуемой площади в отношении целесообразности поисков антиклинальной складки в более древних отложениях и проектирования соответствующего метода ее картирования. Получение качественной характеристики при этом способе учета влияния регионального наклона обусловлено тем, что получаемые в результате построении изогипсы будут иметь условные значения глубин (рис. 52).
Более объективно задачу но снятию регионального наклона .можно решить с помощью математических методов.
Математическая задача состоит в проведении наилучшей плоскости
через заданные точки {xi, yi, zi} (i = 1, 2, ..., n) пространства в декартовой системе координат (х, у, z).
Эта задача решается методом наименьших квадратов (Ю. В. Линник, 1962), который для данного случая заключается в отыскании коэффициентов а, 6, с из условии минимума функции
Эти условия можно записать так:
или, после очевидных преобразований, в развернутом виде
Решая систему (4) трех линейных алгебраических уравнений с тремя неизвестными а, b, с, получаем искомые коэффициенты плоскости (1).
Теперь наблюденные значения zi (i = 1, 2, ..., n) можно представить в виде суммы региональной и локальной составляющих. Региональные составляющие z(xi) вычисляются по формуле (1). Зная наблюденные значения zi и региональные составляющие z(xi), можно найти локальные составляющие zi* по формуле
Направление Оξ максимального наклона региональной плоскости (1) определяется углом а между направлениями осей ОХ и Oξ в прямой системе координат. Для этого угла справедливо соотношение
Угол β максимального наклона плоскости (1) определяется формулой
В практике поисковых работ на нефть и газ структурные носы как объекты разведки часто не привлекают внимания. Между тем, опыт показывает, что в ряде случаев структурные носы связаны с погребенными, обычно продуктивными антиклиналями в более, древних отложениях и представляют собой антиклинальные складки, наклоненные в результате более поздних тектонических движений, в сторону регионального падения под углом, превышающим первоначальный угол падения как бы утраченного складкой крыла.
Строение структурных носов, их соотношение с антиклиналями в более древних отложениях и возможности их использования в практике поисков новых месторождений проиллюстрируем на примерах структурных носов, хорошо освещенных буровыми скважинами в Нижнем Поволжье.
В результате структурного бурения, проводившегося в Саратовском Заволжье, был закартировал Квасниковский структурный нос по реперу «шляховские глины» в верхнекаменноугольных отложениях. Площадь, занимаемая структурным носом, превышает 220 км2, региональное падение по шляховским глинам на юго-восток составляет более 300 м, или 19 м/км (рис. 53).
Снятие регионального наклона описанным выше графическим .методом позволило установить, что до его формирования на площади Квасниковского структурного носа в верхнепалеозойское время существовала крупная антиклинальная складка северо-западного простирания (рис. 54). Погружение северо-западной периклинали этой складки составляло более 60 м, т. е. около 10 м/км. Естественно, что при последующем наклоне складки на юго-восток под углом около 1°07' она утратила свойство структурной ловушки на уровне шляховских глин и образовался структурный нос.
Как отмечалось выше, под влиянием региональных наклонов антиклинальное строение обычно утрачивают более молодые отложения, тогда как при конседиментационном развитии структур в более древних отложениях, где углы падения больше, антиклинальное строение обычно сохраняется. На основании этой закономерности в пределах Квасниковского структурного носа была предпринята разведка девонских отложений, увенчавшаяся открытием в них Квасниковского месторождения нефти и газа.
На описанной площади снятие регионального наклона было осуществлено также с помощью описанного выше математического метода. Полученная таким путем структурная карта по кровле шляховских глин (рис. 55) обнаруживает полное сходство со структурной картой, полученной в результате использования графического метода снятия регионального наклона (см. рис. 54). Изогипсы на структурной карте (см. рис. 55) условные, так как. они отражают морфологию антиклинальной структуры относительно воображаемой плоскости регионального наклона. Нулевая изо-гипса представляет собой след пересечения поверхности шляховских глин с теоретической плоскостью регионального наклона. Изогипсы с положительными значениями располагаются над этой плоскостью, с отрицательными — под нею.
В группе Присаратовских поднятий детальной глубокой разведкой освещено строение трех структурных носов, связанных на глубине, в девонских отложениях, с погребенными антиклинальными структурами: Трофимовской, Гуселской и Пристанской (рис. 56). Структурные носы вырисовываются на фоне моноклинально залегающих мезозойских и каменноугольных отложений, наклоненных на юго-восток под углом 1°.
Моноклинальное залегание каменноугольных отложений как будто исключало возможность обнаружения здесь промышленных скоплений нефти или газа. Однако после получения фонтана газа с водой в скв. 3 Пристанской площади и образцов пород с признаками нефти из скв. 22 Трофимовской площади разрез каменноугольных отложений дополнительно изучался по керну из горизонтов, содержащих газовые и нефтяные залежи на соседних месторождениях.
При этом оказалось, что признаки нефти широко распространены и приурочены к малевскому, бобрнковскому и верхнебашкирскому горизонтам. При опробовании верхнебашкирского горизонта в скв. 4 Трофимовской площади был даже получен приток нефти дебитом 0,5 т/сут с небольшим количеством воды.
Если получение газа из бобриковского горизонта и нефти из верхнебашкирского сравнительно просто можно было объяснить выклиниванием вверх по восстанию отдельных песчаных прослоев в этих горизонтах, т. е. существованием на этих площадях литологических залежей ограниченного размера, то широкое распространение признаков нефтеносности требовало иного объяснения.
Анализ истории развития Гуселского, Трофимовского и Пристанского поднятий показал, что на месте Трофимовской и Гуселской площадей к началу отложения мезозойских осадков существовало единое поднятие с двумя вершинами, ограниченными одной изогипсои, которым на глубине в девонских отложениях отвечали своды поднятий девонского времени формирования (рис. 57, 58).
В соответствии с установленной для Саратовского Поволжья связью между временем формирования ловушек (антиклинальных складок) и залежей нефти и газа структуры в карбоне, сформированные к началу мезозойского времени, как правило, продуктивны. Следовательно, в антиклинальной складке, существовавшей к началу отложения мезозойских осадков в пределах Трофимовской и Гуселской площадей, залежи нефти и газа должны были существовать. Однако в результате образования моноклинали Трофимовско-Гуселская антиклиналь в карбоне была наклонена на юг под углом 1°06', вследствие этого исчез очень неглубокий и узкий синклинальный прогиб, отделявший ее от моноклинали к северу, и залежи газа и нефти мигрировали вверх по региональному восстанию. Именно в этом направлении от описываемых площадей располагается одно из каменноугольных месторождений газа в Саратовской области — Елшано-Курдюмское.
Следы миграции газа установить нельзя, но обильные следы миграции нефти здесь четко зафиксированы. Эти наблюдения дополнительно подтверждают справедливость установленной ранее закономерности формирования залежей в карбоне к началу мезозоя и в то же время объясняют природу обильных признаков нефти на моноклинали.
На Пристанской площади к началу отложения мезозойских осадков также существовало поднятие в каменноугольных отложениях (см. рис. 57), содержавшее в разрезе газовые к нефтяные залежи. После расформирования поднятия, т. е. образования структурного носа, газ и нефть мигрировали вверх но региональному восстанию, оставив в пределах былого свода следы своего местонахождения в виде ограниченной по размерам литологической газовой залежи в бобриковском горизонте, вскрытой скв. 3, и остаточной нефтенасыщенности кернов в ряде скважин (см. рис. 56).
В девонских отложениях описанным структурным носам отвечают четко выраженные антиклинальные складки с углами падения до 9° на северо-западном крыле Гуселского поднятия и до 18° на аналогичном крыле Пристанской структуры (см. рис. 58). Естественно, что послемезозойский наклон этих поднятий к юго-востоку под углом 1°06' не мог привести к расформированию антиклиналей в терригенном девоне. На Гуселском поднятии в живетских и кыновско-пашийских отложениях содержатся промышленные нефтяные залежи в семи пластах. На Трофимовском поднятии установлена нефтеносность пласта Д2-IVб в живетских отложениях. На Пристанской структуре разведочные работы не закончены, так как сводовая ее часть располагается под Волгой.
Структурные носы в Саратовском Поволжье особенно широко распространены в пределах крупного Степновского сложного вала, где погребенным девонским антиклинальным складкам в верейских отложениях отвечают структурные носы и террасы. Изучение нерасформированных структур этого вала глубоким бурением показало, что для древних структур в связи с закономерным возрастанием углов падения со стратиграфической глубиной, как правило, углы падения и высота антиклинальных складок в девоне значительно больше, чем в карбоне. Поэтому расформирование структурных ловушек чаще проявляется в каменноугольных отложениях, чем в девонских.
Описанные типичные примеры позволяют рассматривать структурные носы как результат перестройки антиклинальных структур под влиянием региональных наклонов и широко использовать их для поисков структур раннего заложения, обладающих, как правило, большими углами падения и поэтому менее подверженных расформированию. Направленный поиск позволит значительно повысить эффективность затрат на выявление новых антиклинальных складок, перспективных для поисков нефти и газа.
На перспективность структурных носов в отношении поисков залежей нефти и газа указывает В. А. Вер-Вибе (1959). Он пишет: «Часто отмечается, что глубоко погруженный купол или антиклиналь на поверхности отражаются. в виде структурного носа. К этой категории относится значительное число залежей в округе Озейдж в Оклахоме, а также на востоке этого штата. Многочисленные залежи такого типа есть на севере центральной части Техаса».
В практике поисков могут быть встречены различные случаи соотношения структурных носов и локальных поднятий, которые следует иметь в виду для правильной, оценки результатов структурного бурения или сейсморазведки.
Первый случай — когда структурному носу в молодых отложениях отвечает структурный нос и в верхней части подстилающих отложений. Если зона сокращенных мощностей между реперами в этих отложениях локализуется в виде замкнутого палеоподнятия, можно рассчитывать на существование в более древних отложениях замкнутой антиклинальной складки. Такой случай описан выше на примере Гуселского месторождения (см. рис. 10).
Второй случай — когда под структурным носом в молодых отложениях располагается замкнутое поднятие в более древних отложениях. В районах, где может иметь место такое соотношение структурных планов, структурное бурение на репер в молодых отложениях должно сопровождаться бурением ряда скважин (например в шахматном порядке) на нижележащий репер, что позволяет либо непосредственно по полученным гипсометрическим отметкам выявить это поднятие в более древних отложениях, либо решить эту задачу путем составления карты мощности для интервала отложений, заключенных между реперами в молодых н более древних отложениях. На рис. 48 показан пример описанного соотношения структурного носа в мезозойских отложениях и локального поднятия в карбоне на Чапаевской площади, расположенной в пределах Балаковской вершины Жигулевско-Пугачевского свода.
Третий случай — когда антиклинальной структуре в молодых отложениях отвечает структурный нос в более древних отложениях. Пример такого соотношения показан на рис. 49, иллюстрирующем строение Безымянской площади. В районах, где возможно такое соотношение структурных планов, задачу структурного бурения нельзя ограничивать освещением строения только молодых отложений, так как это может привести к бурению неудачных поисковых скважин. Аналогично описанному выше второму случаю и здесь можно однозначно решить вопрос о существовании или отсутствии под структурным носом в молодых отложениях поднятия в более древних.
Особенно четкие результаты применения описанных методов изучения данных структурного бурения могут быть получены, когда принятые для построения реперы разделены поверхностью несогласия, свидетельствующей о перестройке структурного плана изучаемого региона. На значительной части Русской платформы такая поверхность несогласия разделяет палеозойские и мезозойские отложения.
Задачу оценки перспектив нефтегазоносности структурных носов можно решить и с помощью сейсморазведки. Наложение структурных карт верхнего структурного плана, на котором зафиксирован структурный нос, па карты структурного плана нижележащих отложений позволяет составить карту мощности и установить существование и положение расформированного поднятия, если будет выявлена зона сокращенных мощностей между реперами, по которым составлены структурные карты, как это было показано выше на примере Генеральского поднятия (см. рис. 44).
Региональные наклоны в зонах обрамления крупных впадин и прогибов, охватывая большие площади, обусловливают образование погребенных, скрытых структур и маскируют региональную тектонику района. Это затрудняет поиски локальных поднятий как структурным бурением,-так и сейсморазведкой. Антиклинальное строение погребенных поднятий может впервые фиксироваться на большой глубине (1000—2000 м), поэтому структурное бурение не всегда может быть эффективным из-за больших объемов. Значительное несоответствие между тектоническим строением погребенных структур и покрывающих их моноклинально залегающих отложений затрудняет интерпретацию полевых данных сейсморазведки и часто приводит к ошибочным изображениям простираний погребенных структур. Снятие регионального наклона со структурной карты по более молодым отложениям, залегающим моноклинально (в современном структурном плане), позволяет выявить положение приподнятых зон и связанных с ними локальных поднятий и таким образом установить вероятное положение погребенных структур. Этот вывод относится к конседиментационным структурам, углы падения которых в более древних отложениях больше, чем в более молодых, в связи с чем они и не исчезают под влиянием региональных наклонов (если у них углы падения больше, чем углы региональных наклонов). Располагая объективными данными о вероятном местоположении погребенных структур, можно ограниченными объемами структурного бурения или сейсморазведки подтвердить их существование и уточнить положение сводов. Таким образом, путем несложных построений можно повысить эффективность поисков новых линейных дислокаций и локальных поднятий. К сожалению, эта элементарная методика не всегда используется, особенно при геофизических исследованиях.
Рассмотрим на примере южной зоны Арчедино-Донских поднятий результаты исключения значения регионального наклона со структурной карты подольского горизонта для выявления тектонического плана, существовавшего до региональных движений послекаменноугольного времени. Построения показали, что на месте структурных носов, наблюдающихся в современном структурном плане, ранее существовали крупные приподнятые зоны, осложненные локальными поднятиями (рис. 59).
Методика исключения регионального наклона для освещения палеоструктурного плана с помощью ЭВМ описана Г. Н. Лохматовым и Г. Т. Алаевым (1967). По этому методу структурные карты подразделяются на карты региональной тектонической поверхности и карты отклонений от этой поверхности, обусловленных наличием осложняющих ее локальных структур. Снятие со структурной карты региональной составляющей позволяет выделить погребенные структуры, которым в верхних частях разреза отвечают структурные носы и террасы.
Анализировалась структурная карта Верхнеангарских дислокаций по кровле ангарской свиты нижнего кембрия (рис. 60, а). Исходная структурная карта аппроксимировалась полиномом второй степени и по результатам аппроксимации была составлена карта регионального тектонического плана (рис. 60, б). Карта отклонений наблюдаемой структурной поверхности от вычисленной региональной показана на рис. 60, в. Поднятия оконтурены положительными изолиниями, а прогибы — отрицательными. С помощью этой карты выявились поднятия и прогибы, которые на исходной карте (см. рис. 60, а) не прослеживались.
Примечания
1. Имеются в виду антиклинали платформенного типа.