В настоящее время как никогда требуется прогнозная информация о непрерывной динамике природных условий и ресурсов [1; 2], которая позволит определить риски землепользования и выявить в дальнейшем индикаторы развития земных недр. Такая информация будет востребована при создании прогрессивных технологий недропользования, способствующих минимизации проявлений негативных для человека природных процессов и одновременно получению дополнительной энергии. В этом плане рассматриваемая проблема имеет важное практическое и теоретическое значение, так как в основу предлагаемого районирования закладываются объективные системообразующие показатели, характеризующие механизм управления гидро- и литодинамическими потоками в природе.
Цель исследования: районирование части территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, в основе которого лежит фактическая информация о тальвегах (линиях, соединяющих самые низкие (глубокие) точки дна долины или русла реки, оврага или балки, ледника, ложбины, лощины и других эрозионных форм рельефа [3]) и относительно независимых (параллельных с люфтом 45 °) гидро- и литодинамических потоках. И те и другие управляемы в естественных условиях независимо от антропогенного фактора. Необходимо отметить непосредственную их связь с местными базисами денудации, развитием эрозионных процессов и с землетрясениями. Тальвеги в целом являются индикаторами зон разрядки геодинамических напряжений разного ранга. А индикаторами самих тальвегов выступают реки, которые рассматриваются как гидро- и литодинамические потоки (в том числе и относительно независимые) [4]. Имеется опыт подобного районирования частей Волго-Уральской и Западно-Сибирской нефтегазоносных провинций. В предлагаемых исследованиях отражена также дополнительная информация о составляющих наклона динамических участков земной поверхности разного ранга в ортогональных плоскостях.
Материалы и методы исследований
Тальвеги изучаются в связи с конкретными водораздельными пространствами, что уменьшает значимость этих геодинамических показателей. В предлагаемых исследованиях эти объекты на земной поверхности используются в качестве самостоятельных с учетом элементов естественного управления потоками разного уровня.
В работе [5] выделены современные вертикальные и горизонтальные деформации русел рек России. На земной поверхности повсеместно функционируют узлы слияния рек (и узлы тальвегов). В каждом таком узле соединяется главная река с активным ее притоком, что является реализацией первого уровня управления потоками в природе [6]. Со временем функции потоков в узле могут меняться в определенных пределах. Второй уровень естественного управления фиксируется при объединении четырех подобных узлов. При этом две системы относительно независимых транзитных гидро- и литодинамических потоков в ортогональных плоскостях формируют на земной поверхности динамический участок определенного ранга, который оконтуривают только транзитные потоки. Так как внутри него реализуются взаимосвязи противоположных по направлению активных притоков, то данный динамический участок является областью денудации. Такая область всегда определяется четырьмя характерными узлами сочленения транзитных потоков с активными их притоками, и в пределах области денудации (динамического участка) относительно крупного ранга функционируют пять динамических участков меньшего ранга, среди которых один – центральный. Центральный из них обязательно примыкает к главной реке, развивающейся в пределах области денудации [4; 6]. При этом реализуется третий уровень естественного управления гидро- и литодинамическими потоками. Такие области денудации отражают взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов, развитие зон разрядки геодинамических напряжений в ходе непрерывного движения Земли. Подробнее об этом изложено в [6].
Каждый выделенный динамический участок имеет наклон в пространстве, характеризующийся двумя ортогональными (с люфтом 45 °) составляющими, одна из них преобладающая (по площади). Преобладающую составляющую наклона использует главная река в данной области денудации, формирующая свой водосборный бассейн. Ортогональную составляющую наклона использует активный ее приток. Одновременно с этим одной из таких составляющих свойственна большая крутизна. Зачастую господствующий склон (когда преобладающая составляющая характеризуется и большей крутизной) захватывает главная река. Активные притоки к транзитным потокам, действующим в зоне границы области денудации, показывают пределы эрозионного вреза главного потока.
Результаты исследований и их обсуждение
В ходе районирования был выделен тестовый участок в пределах территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, включающий междуречье рр. Печоры и Колвы.
По своим показателям взаимосвязей гидро- и литодинамических потоков, действующих на земной поверхности, этот тестовый участок развивается в границах – тальвегах в рр. Усе, Печоре, Печорском море, замыкающих реках Адзьве и Хайпудыре (Море-Ю). В пределах данного участка главной рекой является Колва. Именно она определяет замыкающие участки рек, активные притоки которых взаимодействуют в одной плоскости с активными притоками главной реки. В таких границах тестовый участок является областью денудации определенного ранга. При выявлении границ областей денудации использовались картографические материалы [7; 8].
В свою очередь, выделенный тестовый участок развивается в области денудации первого (условно) ранга в границах – тальвегах, которые фиксируют рр. Обь, Иртыш, Тобол (меридионального простирания), Убаган, Тургай, Аму-Дарья, Узбой, Волга, Дон, Днепр, Западная Двина, потоки в Сарыкамышской впадине, в котловинах Аральского, Каспийского, Азовского, Черного, Балтийского, Северного, Гренландского, Норвежского, Баренцевого морей, в Обской губе и Надымской Оби (рис. 1). В этой области денудации первого ранга главным гидро- и литодинамическим потоком является река Волга, индицирующая преобладающую составляющую наклона данного динамического участка (на юг). Вторую составляющую наклона (на запад) с большей крутизной характеризуют Уральские горы. Главным узлом на этом участке является узел сочленения транзитного потока (Волги) с активным его притоком (Камой). Относительно эрозионного вреза наиболее уязвимые звенья границ данной области денудации первого ранга фиксируются в местах соединения рр. Днепра и Западной Двины, Волги и Дона, Узбоя и Аму-Дарьи, Убагана и Тургая. При определенном изменении местных базисов денудации в этих местах возможны активные перестройки рельефа.
По характеру естественного управления выделенный динамический участок первого ранга (рис. 1) делится на пять подобных динамических участков второго ранга. Центральный участок (5) второго ранга примыкает к главной реке (в данном случае – к Волге), оконтурен тальвегами, которые приурочены к рр. Волге (широтного простирания), Костроме, Сухоне, Северной Двине, Вычегде, Каме. На данном центральном участке (5) второго ранга главным потоком является р. Вятка, которая показывает здесь направление господствующего (и по крутизне, и по площади распространения) склона на земной поверхности (на юг). Наиболее слабые звенья границ данной области приурочены к соединениям рр. Костромы и Сухоны, притоков Камы и Вычегды (которые замыкают этот динамический участок). Центральный участок второго ранга (5) связан с четырьмя тальвегами (границами первого ранга) посредством рр. Волги и Северной Двины (их участков меридионального простирания), связок рр. Чусовой и Исети, Волги и Днепра (широтного простирания). К двум последним связкам приурочены наиболее слабые звенья.
На рис. 1 стрелками показаны составляющие наклона участков второго ранга (1–5) в пространстве. Тестовый участок размещается в пределах области денудации (2) второго ранга (рис. 1). Здесь преобладающую составляющую его наклона (на север) индицирует главный поток (река Печора), она противоположна по направлению наклону (в этой же плоскости) динамического участка первого ранга. Это очень важное обстоятельство. Вторая ортогональная составляющая наклона рассматриваемых участков характеризуется большей крутизной, чем первая, ее определяет западный склон Уральских гор.
Рис. 1. Границы областей денудации первого (лиловые линии) и второго (красные линии) рангов, в которых развивается тестовый участок Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Цифры – номера динамических участков (областей денудации) второго ранга. Стрелками показаны составляющие их наклона в пространстве. В качестве основы использована контурная карта из [9]
Как показали исследования [10], транзитный поток всегда структурирован областями аккумуляции, и по ходу его усиливаются процессы денудации в направлении, противоположном направлению транзитного потока, формируются своеобразные барьерные области относительного воздымания, благоприятные для развития залежей УВ. С учетом таких особенностей участок (2) второго ранга наиболее благоприятен для формирования нефтегазовых залежей. Здесь уже открыты и разрабатываются крупнейшие месторождения углеводородов.
На рис. 2 отображены динамические участки третьего ранга, развивающиеся в пределах области денудации (2) второго ранга (рис. 1). Выбранный нами тестовый участок оказался центральной областью денудации (2Д) третьего ранга, которая оконтурена рр. Печорой, Усой, Адзьвой, Хайпудырой и тальвегом в Печорском море. В свою очередь, этот динамический участок третьего ранга связан с четырьмя тальвегами второго ранга посредством Печоры (и ее продолжения в Баренцевом море вдоль о. Новая Земля), Усы и связки рек Сулы и Индиги (и ее продолжения в Баренцевом море). Относительно эрозионного вреза наиболее уязвимым звеном границ данной области денудации (2Д) третьего ранга является место соединения замыкающих противоположных потоков (рр. Адзьвы и Хайпудыры).
Рис. 2. Границы областей денудации второго (красные линии) и третьего (синие линии) рангов, в которых развивается тестовый участок Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Цифра и буквы обозначают динамические участки (области денудации) третьего ранга. Стрелками показаны составляющие их наклона в пространстве. См. также рис. 1. В качестве основы использована контурная карта из [9]
На рис. 2 одну из составляющих наклона тестового участка на юг, которая противоположна направлению наклона участка (2) второго ранга в этой же плоскости (рис. 1), индицирует река Колва. Вторая составляющая наклонов участков (2А, 2Б, 2В, 2Д) одинаковая по направлению (на запад), но разная по крутизне. Особенностью участка (2Д) третьего ранга является то, что составляющая его наклона, которую использует главная река Колва, характеризуется и большей крутизной.
С учетом [11] проекции центрального динамического участка (2Д) третьего ранга на поверхность фундамента (а также кровли разновозрастных ордовикско-силурийско-нижнедевонских отложений, подошвы доманикового горизонта верхнего девона, подошвы визейского яруса нижнего карбона) имеют одинаковое направление господствующего склона – на юг-юго-восток. Вторая составляющая наклона этого участка (точнее, его проекции) на данных уровнях одинаковая (на восток) и противоположна по направлению подобной на земной поверхности.
Большую часть тестового участка третьего ранга занимает Печоро-Колвинская нефтегазоносная область [12; 13], которая является одной из самых продуктивных и перспективных в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. На тестовом участке основной массив выявленных месторождений УВ находится в восточной ее части, в сфере действия главной реки Колвы и других потоков южного направления. Тестовый участок включает и относительно небольшую северную часть Ижма-Печорской нефтегазоносной области. Согласно [12], на севере Ижма-Печорской нефтегазоносной области промышленные скопления нефти и газа не установлены. На земной поверхности это касается области денудации четвертого ранга, оконтуренной рр. Печорой (широтного и меридионального простирания), Шапкина, Лаей. Составляющие наклона данной области – на запад и на север. В пределах этого динамического участка практически не просматривается главная река, а границы центральной области денудации пятого ранга имеют четыре слабых звена. Данное обстоятельство свидетельствует об относительно слабом управлении такого центрального динамического участка в естественных условиях. Этот участок пятого ранга проецируется на поверхность фундамента и на другие отмеченные выше промежуточные уровни [11] локальными замкнутыми понижениями в рельефе. Наряду с этим, к примеру, по соседству развиваются крупные нефтяные месторождения Возейское и Усинское, которые проецируется на земную поверхность областями денудации пятого ранга (и ниже) с соответствующими составляющими наклона на юго-запад и юго-восток. Проекции их на кровлю разновозрастных ордовикско-силурийско-нижнедевонских отложений, на подошвы доманикового горизонта верхнего девона и визейского яруса нижнего карбона – это также области денудации с разными границами своего распространения, а на поверхность фундамента – локальные замкнутые понижения.
Выводы
На основе фактических данных о тальвегах и об уровнях естественного управления гидро- и литодинамическими потоками, в том числе и реками, проведено районирование части территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. В ходе такого районирования в ней впервые выявлены области денудации. Четкими границами каждой из них являются тальвеги, которые приурочены к системам транзитных относительно независимых (в ортогональных плоскостях) гидро- и литодинамических потоков. При этом их активные притоки развиваются внутри такой области (динамического участка). На земной поверхности выделены динамические участки разного ранга, для которых характерны конкретные направления наклона в пространстве. Наклон имеет две составляющие. Одну из них использует главная река в пределах области денудации, а вторую – активные ее притоки. Главная река может индицировать господствующий склон (по площади распространения и максимальной его крутизне) или преобладающую составляющую наклона участка с меньшей крутизной склона. Примером первого варианта является тестовый участок (2Д) третьего ранга с главной рекой Колвой, а второго – область денудации № 2 второго ранга с главной рекой Печорой. Наиболее интересными для нефтегазовой практики являются динамические участки, наклон которых (в той же плоскости) противоположен наклону участка более высокого ранга (рис. 1–2).
В ходе сопряженного анализа результатов районирования и данных геологических структурных карт появляется возможность проследить изменения рельефа на разных уровнях и выявить зоны, где развиваются процессы разуплотнения и создаются благоприятные условия для формирования залежей углеводородов.
Районирование с учетом структур естественного управления гидро- и литодинамическими потоками способствует выявлению слабых звеньев границ областей денудации разного ранга, где возможны перестройки рельефа, при которых в определенных узлах слияния рек меняются местные базисы денудации. Это приводит к углублению отдельных участков тальвегов, и в конечном итоге – к землетрясениям [14]. Ортогональные составляющие наклона выделенных динамических участков позволяют определить возможные будущие перестройки главных рек. Полученную новую информацию целесообразно также использовать при изучении динамики водосборных бассейнов, потенциальных возможностей трансформации систем естественного управления потоками земного вещества разного ранга.
Статья написана в рамках выполнения государственного задания (тема «Фундаментальный базис инновационных технологий нефтяной и газовой промышленности (фундаментальные, поисковые и прикладные исследования)», № АААА- А19-119013190038-2).