Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

CIS-CASPIAN DEPRESSION AND ITS REFLECTION IN GEOPHYSICAL ANOMALIES

Volkova E.N. 1
1 Saratov State University
The article presents new methodological methods for interpreting geological and geophysical data with the aim of justifying the search for oil and gas in the inner regions of Cis-Caspian depression and confirming the hypothesis of uplifted foundation blocks and large drillable subsalt elevations. The observed gravitational and magnetic anomalies were represented in the form of numerical matrices covering the entire territory of Cis-Caspian depression with 120*100 dimensions of elements for maps of 1:1000000 scale. A total of 40 schemes of geophysical parameters were generated. In the central part, the transformations allowed identifying large, intense anomalies associated with the morphology of the subsalt bed surface. Gravity steps, which limit large anomalies, testify to the steep slopes of structural elements. This is the possible zones of transition from shallow-water conditions to deep-water ones. The inversion of gravitational and magnetic anomalies can be associated with the objects of formation of carbonate rocks of organogenic Genesis of basin, side and shelf types formed on slope areas. Transformed maps of gravitational and magnetic anomalies were calculated for the Caspian basin at different altitudes from 5 to 50 km with a step of 5 km; interval transformed schemes were calculated. As a result of processing and interpretation, the author predicts the existence of an anticline zone in the Central region, within which there is a possible uplift for further growth of large carbonate structures of the Karachaganak type. The zone with the same signs is also registered in the western part of the Central Cis-Caspian depression in the region of Aralsor gravity high.
oil
geology
geophysics
gravity
interpretation

Недостаточная эффективность геофизических исследований в сложных геологических условиях на больших глубинах поставила новые теоретические и практические проблемы, без решения которых невозможно освоить прогнозируемые потенциальные ресурсы Прикаспийской впадины как нового нефтегазоносного региона России [1].

К числу таких проблем относится и разработка высокоэффективных методов поисков и разведки с целью наращивания промышленных запасов углеводородов.

Выбор стратегии поисково-разведочных работ определяется различными концепциями строения и развития Прикаспийской впадины. Большие мощности осадочного чехла (>20 км), наличие мощных толщ соли, сложность структуры подсолевых отложений, резкие изменения литологического состава пород, наличие многочисленных перерывов в осадконакоплении и разрывные нарушения не дают возможности однозначно трактовать особенности структуры и истории геологического развития территории. Анализ фактического материала привел к появлению различных моделей, которые отображают разные точки зрения на геологическое строение и генезис впадины, порождающие два подхода к обоснованию размещения геологоразведочных работ [2].

Гипотеза некомпенсированного осадконакопления предполагает малую перспективность центральных районов в отношении нефтегазоносности разреза. Другие гипотезы предполагают наличие приподнятых блоков фундамента и крупных подсолевых поднятий, доступных для бурения не только в периферийных, но и в центральных частях впадины. Выход с поисковыми работами во внутренние районы Прикаспийской впадины предполагает положительные результаты, однако именно центральная часть охарактеризована недостаточным объемом геолого-геофизического материала, из-за слабой изученности бурением и неоднозначной интерпретации геофизических материалов [3].

Первоочередные направления в задачах поиска стратегических объектов углеводородного сырья основаны на альтернативных моделях строения Прикаспия, что и определяет соответствующий комплекс методических приёмов.

Значительное развитие получили высокопроизводительные дешевые методы разведочной геофизики: гравиразведка и магниторазведка – выполненные практически на всей территории впадины, давая непрерывную объективную информацию по площади в виде сводных карт напряженности магнитного поля и аномалий поля силы тяжести.

Материалы и методы исследования

Известно, что наблюдения гравитационного и магнитного полей, как правило, представлены сложными интерференционными картинами и визуальное рассмотрение их не позволяет установить особенности строения геологической среды. Считается, что характер затухания аномалий, в зависимости от высоты (уровня) пересчета, дает возможность сделать ряд важных выводов о тектоническом строении исследуемой территории, установить места расположения крупных геоструктурных элементов, таких как выступы, впадины, валы, прогибы и т.п. По картам региональных аномалий можно выделить зоны крупных дислокаций, простирание основных структур и сделать выводы об их предположительных размерах.

В этих условиях важно осуществить такое преобразование наблюденного поля, которое выявит в визуальной форме содержащуюся в суммарном поле информацию о его компонентах, связанных с отдельными геологическими образованиями. В зависимости от варианта выделения из наблюденного поля региональной или локальной составляющей подбирают способы преобразований [4].

С целью получения преобразованных параметров применялись следующие способы трансформации:

а) аналитическое продолжение в верхнее полупространство на высоту 5, 10, 15, 20, 30, 40 и 50 км с последующим построением схем региональных аномалий ∆gh=5, то есть на высоте 5 км, ∆g h=10, ∆g h=15 и т.д.;

б) вычисление разности аномальных значений на поверхности наблюдений и на высотах 5, 10, 15, 20 км и построением схем локальных аномалий ∆gлок = ∆gн – ∆g h=5 и т.д.;

в) вычисление разности аномальных значений ∆g на высотах 5–10, h = 5–15, 10–20 км и построение схем интервальных значений ∆gинт = ∆gh=5 – ∆gh=10; ∆g h=10 – ∆g h=15 и т.д.

Выбор высот (параметров) пересчета в выполненных процедурах обусловлен априорной геологической моделью Прикаспия, точнее глубиной залегания основных гравиактивных поверхностей: кровлей и подошвой соли, фундамента, границы Мохоровичича. Вычисление разности между различными уровнями высоты позволило сузить диапазон возможного интервала геологического разреза, в котором можно ожидать проявление аномалиеобразующих масс в подсолевом палеозое. Для обработки наблюденные поля были представлены в виде числовых матриц из 12 тысяч элементов для карт масштаба 1:1000000.

В процессе истолкования геофизических данных была использована традиционная комплексная геологическая интерпретация. Несмотря на соответствие сочетаний ∆g и ∆T разнообразным геологическим структурам и геологическим ситуациям, существуют исследования, которые делают более конкретные выводы о связи аномалий с тектоническим планом. В частности, соотношение +∆g +∆T рассматривается как индикатор приподнятых участков фундамента, –∆g и –∆T отображает максимально погруженные зоны кристаллического основания и горизонтов осадочного чехла, –∆g +∆T отвечает наложенным впадинам, локализующимся над приподнятыми блоками магнитоактивного фундамента. Положительным структурам в большинстве случаев соответствуют понижения значений ∆T и знакопеременное поле ∆g. Выступы-блоки, обусловленные разрывными нарушениями и представляющие конечный результат всех тектонических преобразований, отображаются минимумами ∆T, ограниченными по периферии линейными максимумами.

Критериальным моментом ресурсной привлекательности лицензионных участков можно считать рассмотренные инверсные сочетания аномалий магнитного и гравитационного поля.

Результаты исследования и их обсуждение

Наблюденное гравитационное поле Прикаспийской впадины, представленное в масштабе 1:1000000, характеризуется сложной картиной изолиний, отображаемых в замкнутых аномалиях разнообразной формы, интенсивности и простирания.

Объяснить наблюдаемые крупные, интенсивные (до 30–40 мГл) аномалии влиянием только соленосной толщи не удается даже при изменении плотности межкупольных отложений за пределы разумного. Можно предположить связь аномалий с крупными структурами подсолевого ложа во внутренней части Прикаспийской впадины. Следовательно, можно прогнозировать благоприятные условия для образования рифогенных структур, перспективных на нефть и газ.

Магнитное поле Прикаспийской впадины в региональном плане отличается спокойным характером. Мозаичная структура магнитного поля юга и востока впадины объясняется тем, что подсолевое ложе залегает на сравнительно меньшей глубине и немагнитные соляные купола и разделяющие их мульды, выполненные песчано-глинистыми отложениями с повышенной намагниченностью, проявляются лучше, чем в погруженных областях – западной и центральной частях впадины, где отмечаются слабоинтенсивные масштабные аномалии. Линия бортового уступа не находит отражения в магнитном поле.

Анализируя карты трансформированных полей, построенных для разных уровней (рисунок), можно отметить, что на высоте 15 км в гравитационном поле, редуцированном за влияние солянокупольной тектоники, четко просматриваются северо-западная и южная бортовые зоны впадины. С Аралсорским максимумом совпадает линейная структура гравитационного поля, простирающаяся с юго-запада на северо-восток с изменением значений от +15 до –15 усл. ед. Хобдинский максимум силы тяжести, имеющий треугольную форму, ограничен градиентной зоной с перепадом значений до 50 усл. ед. По всей территории Прикаспийской впадины наблюдаются крупные относительные максимумы и минимумы с амплитудой 30–50 усл. ед. и размерами 50–100 км, оконтуренные зонами высоких горизонтальных градиентов в 2–4 усл. ед/км. На природу этих аномалий, полученных при пересчетах на высоту, могут быть разные точки зрения.

volk1.tif

Схема распределения региональных аномалий потенциальных полей Прикаспийской впадины

Сопоставляя тектонические элементы со структурой преобразованных магнитных полей, отмечаем отсутствие строгой закономерной связи между структурами фундамента и аномалиями поля ∆T. Большинство элементов: Астраханский и Гурьевский своды, Южно-Эмбенское и Джаныбекское поднятия, Палласовский и Упрямовский валы – расположены в зонах перехода значений от +2 до –2 усл. ед. В отличие от гравитационного поля, замкнутые отрицательные аномалии –∆T по конфигурации совпадают с контурами Азгирского, Мынтобинского, Октябрьского поднятий, а замкнутые положительные с Кзылджарским, Тенгизским, Илекским выступами фундамента. Такое сложное отображение тектонических особенностей региона еще раз свидетельствует о неоднозначной интерпретации потенциальных полей при анализе результатов каждого метода в отдельности.

Карты интервальных трансформаций, в сравнении с осредненной, плавной рисовкой изолиний ∆g, представляют собой сложную картину набора знакопеременных разноплановых по форме и размерам аномалий с сохранением конфигурации изолиний бортовой зоны и внутренних областей. Разломы и солянокупольная тектоника формируют вдоль реки Урал полосу меридионального простирания с чередованием изометричных максимумов и минимумов. Очертания крупных и интенсивных аномалий осложнены мелкими замкнутыми и полузамкнутыми элементами поля, а в пределах областей постоянных значений поля локализованы аномалии небольших амплитуд. В контурах интервальных аномалий частично просматриваются очертания тектонических элементов. Критерий инверсности гравимагнитных полей усматривается в части северо-запада Хобдинского регионального максимума.

Совместный анализ потенциальных трансформированных полей показывает, что в восточной части впадины форма и простирание изоаномал крупной положительной заливообразной аномалии ∆T совпадает по этим же параметрам с отрицательной обширной аномалией ∆g, что свидетельствует о едином источнике потенциальных полей в районе Мугоджар. Прилегающая с запада к этому региону область Хобдинского максимума силы тяжести ограничивается на севере высокоамплитудной гравитационной ступенью, совпадающей с линейной субширотной градиентной зоной магнитного поля. Последняя меняет свое направление к югу по аналогии с полем силы тяжести, а на юго-западе области этого максимума изолинии магнитного поля как бы пересекают изоаномалы гравитационного поля.

Интересен район между Аралсорским и Хобдинским максимумами, где отрицательная зона ∆g, прилегающая к юго-западному борту Хобдинского треугольника, осложнена изометричной интенсивной положительной аномалией ∆T, которая проявилась в локальных формах поля силы тяжести и соответствует в магнитном поле интенсивной градиентной зоне. Именно в этом районе по данным сейсморазведки на глубинах 9–10 км выделяется Кушумский свод [5].

Анализ литературы сформировал исторический аспект во взглядах на природу аномалий ∆g и ∆T. В.В. Знаменский и Ю.А. Косыгин считали, что Хобдинскому и Аралсорскому региональным гравитационным максимумам соответствует подъем плотных пород палеозоя и кристаллического фундамента [6]. Э.Э. Фотиади полагал, что Хобдинский и Аралсорский региональные гравитационные максимумы отражают глубоко погруженные выступы фундамента, аналогичные Татарскому своду. Предпринятые им расчеты магнитных аномалий показали, что в центральной части Хобдинского максимума кристаллический фундамент залегает на глубине 7,5 км, а непосредственно к северу от Хобдинского максимума глубина его залегания увеличивается до 9 км [6]. Н.В. Неволин пришел к выводу, что Хобдинский гравитационный максимум может быть полностью объяснен, если допустить наличие в его районе докембрийского выступа сокращенной мощности отложений палеозоя [6]. Повсеместно принимая в качестве поверхности Mохо преломляющую границу со скоростью распространения упругих колебаний 8,0 км/с, Н.Я. Кунин составил схему рельефа поверхности Mохо Прикаспийской впадины, где выделил несколько выступов, в числе которых три в центральной части с минимальными глубинами залегания подошвы земной коры 30–34 км – Хобдинский, Аралсорский и Нижне-Волжский. Закономерная взаимосвязь между поднятиями поверхности Mохо и гравитационными аномалиями наблюдается относительно надежно лишь в районе Хобдинского максимума. Аралсорский и Астраханский гравитационные максимумы лишь приближенно коррелируются с выступами верхней мантии. Далее автор предполагает, что выступы верхней мантии в Прикаспийской впадине принадлежали некогда единой линейной рифтогенной структуре, а их современная позиция является следствием крупных горизонтальных перемещений блоков. В 1960 г. В.С. Журавлевым были выделены Хобдинский и Аралсорский мегантиклиналы, в 1970-е гг. Э.К. Азнабаевым и др. – Новонадеждинский свод, в 1970 г. Ю.П. Конценебиным выделен ряд поднятий подсолевого ложа и фундамента в центральной части. С Хобдинским и Аралсорским региональными максимумами связывали либо поднятие палеозойских отложений, либо их расценивали как зоны, приближающиеся к депрессионным участкам Прикаспийской впадины, или даже как область ее максимального прогибания. Наконец, некоторые исследователи трактовали их как поднятие плотных пород палеозоя и кристаллического фундамента.

При рассмотрении карт аномалий силы тяжести ∆g5-10, ∆g15 и магнитного поля ∆T10 видно, что Прикаспийская впадина в целом и ее центральная часть дифференцированы. Если исходить из общепринятой точки зрения на строение и развитие впадины, то центральная ее часть должна быть по своему структурно-вещественному строению намного «спокойнее» (проще) окраинных областей, однако в региональных трансформантах она дифференцирована по площади одинаково.

Практически не совпадают между собой трансформированные аномалии силы тяжести и магнитного поля, что может указывать на различные источники аномалий ∆g и ∆T. В то же время встречаются участки, где предполагается моногеничность источников аномалий – район Темирского свода, Южно-Эмбенского поднятия, северная оконечность Хобдинского максимума. Кроме этого, выделяются области, известные своей нефтегазоперспективностью (Астраханский свод, Каратон-Тенгизская зона поднятий), где отмечается ортогональность потенциальных полей. В таких областях, кроме указания на различные источники аномалий, признак инверсного соотношения полей ∆g и ∆T может характеризовать определенную взаимосвязь осадочного чехла с глубокими структурами Прикаспийской впадины.

Выделенные сочетания –∆T +∆g приурочены к известным площадям Астраханского свода, частично – Южно-Эмбенского поднятия, Биикжальского и Гурьевского сводов.

Зона центральной депрессии включает два подобных участка, расположенных в пределах Аралсорского и Хобдинского гравитационных максимумов. Прибрежная Северо-Каспийская приподнятая зона, восточное продолжение Астраханско-Актюбинских поднятий и участок внутренней прибортовой зоны Прикаспия тоже попадают в зоны сочетания –∆T +∆g. Обращает на себя внимание конфигурация зон некоторых сочетаний. Зона Хобдинского максимума, напоминающая треугольник, соединена с такой же по конфигурации зоной. Исходя из этого соотношения, можно предположить, что область сочленения треугольников находится в центре деструктивной зоны, явившейся корневым элементом областей сегментообразной формы различных сочетаний потенциальных полей.

В целом Хобдинский региональный максимум может быть выступом-блоком, но наличие отрицательной магнитной аномалии –∆T в центральной части Хобдинского максимума может служить основанием для одного из двух выводов. С одной стороны, соотношение +∆g –∆T отображает возможную карбонатную постройку, расположенную на склоне цокольного поднятия, а с другой – резкие изменения ∆T по периферии отрицательной аномалии –∆T в положительном поле ∆g, указывают на существование поднятий в подсолевом ложе.

При сопоставлении тектонической схемы с полученными нами материалами видно (рисунок), что восточная часть Центрально-Прикаспийской депрессии характеризуется областью, которой соответствует положительная аномалия силы тяжести на карте трансформант, эта же область совпадает с выступом по поверхности Мохо и по подошве подсолевых отложений, а также попадает на отрицательную градиентную зону в магнитном поле. Все это подтверждает главный вывод о возможном подъеме всех отражающих горизонтов в этом районе. Область с такими же признаками (максимум ∆g, градиент ∆T, подъем мантии) фиксируется и в западной части Центрально-Прикаспийской депрессии. Возможно, и здесь имеется поднятие аналогичное указанному выше.

Заключение

Таким образом, в результате анализа можно констатировать, что в зонах структурной дифференциации центральной части впадины могут быть выделены разнообразные геоструктурные элементы, как возможные ловушки, перспективные в нефтегазоносном отношении. В частности, в районе Хобдинского максимума возможно существование приподнятой относительно депрессионной части зоны, в пределах которой располагается цоколь для дальнейшего роста крупных карбонатных построек типа «Карачаганак». Зона с такими же признаками фиксируется и в западной части Центрально-Прикаспийской депрессии в районе Аралсорского максимума силы тяжести. В результате выполненных работ сформированы участки ресурсной привлекательности возможных источников стратегических запасов углеводородов.