Косько Михаил Константинович. Восточно-Арктический шельф России: геология и тектонические основы нефтегазогеологического районирования

Краткое описание

Косько Михаил Константинович. Восточно-Арктический шельф России: геология и тектонические основы нефтегазогеологического районирования : диссертация ... доктора геолого-минералогических наук : 25.00.01 / Косько Михаил Константинович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т].- Санкт-Петербург, 2007.- 275 с.: ил. РГБ ОД, 71 08-4/3

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных
ресурсов Мирового океана

КОСЬКО Михаил Константинович
Восточно-Арктический шельф России: геология и тектонические основы нефтегазогеологического районирования
Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
Специальность 25.00.01 - общая и региональная геология
Санкт-Петербург
2007
Оглавление
Общая характеристика работы 5
Глава 1. Позиция в структуре Арктики - обзор тектонических
моделей 15
1.1. Циркумарктические модели 15
1.2. Геодинамические модели Северо-Восточной Азии 30
Глава 2. Геология островов 48
2.1. Северная Земля 49
2.2. Острова Де Лонга 57
2.3. Острова Анжу 64
2.3.1. Стратифицированные комплексы 65
Нижний ордовик - средний девон 65
Верхний девон - нижний карбон 71
Верхний палеозой 74
Мезозой 76
Кайнозой 79
2.3.2. Магматические проявления 81
2.3.3. Структурная геология 83
2.4. Ляховские острова 89
2.4.1. Вещественные комплексы 90
Метаморфический комплекс 90
Позднепалеозойские офиолиты 92
Позднеюрские-раннемеловые отложения 95
Раннемеловые гранитоиды 98
Третичные отложения 99
2.4.2. Тектоник а 100
з
2.5. Остров Врангеля 103
2.5.1. Стратиифицированные комплексы 103
Верхний протерозой. Врангелевский комплекс 104
Средний палеозой 107
Верхний палеозой 113
Нижний мезозой. Триас 127
Обстановки осадконакопления и фациальная
зональность в палеозое - раннем мезозое 129
Верхний мезозой (?) - кайнозой 133
2.5.2. Магматизм 133
Позднепротерозойские интрузивные образования .... 133 Палеозойский магматизм 137
2.5.3. Метаморфизм 138
2.5.4. Структурная геология 140
Глава 3. Прибрежная суша 151
3.1. Побережье моря Лаптевых 151
3.2. Побережье Восточно-Сибирского и Чукотского морей ... 163 Глава 4. Тектонические основы нефтегазогеологического
районирования 172
4.1. Глубинное строение и фундамент 172
4.1.1. Вертикальный разрез земной коры 172
4.1.2. Районирование фундамента 176
4.2. Осадочный чехол 184
4.2.1. Стратификация осадочного чехла 189
Нижний структурный этаж 190
Верхний структурный этаж 193
Схема стратификации осадочного чехла 201
4.2.2. Районирование и структуры осадочного чехла 204
Лаптевский седиментационный бассейн 204
Восточносибирско-Чукотский седиментационный
бассейн 217
4.3. Нефтегазогеологческое районирование и тектонические факторы локализации прогнозируемых
нефтегазопоисковых объектов 242
4.3.1. Нефтегазогеологическое районирование 242
4.3.2. Тектонические факторы локализации прогнозируемых нефтегазопоисковых объектов 248
Заключение 256
Список литературы 259
Общая характеристика работы
Актуальность. Совершенствование моделей строения и развития отдельных регионов является непреходящей, дежурной задачей геологии. В этом процессе периоды бурного поступления новых фактических данных чередуются с периодами синтеза информации. В девяностые годы прошлого столетия значительный объем сейсморазведки в море Лаптевых и на западе Восточно-Сибирского моря выполнен по совместной программе Институтом геологии и природных ресурсов ФРГ и трестом Севморнефтегеофизика. Результаты этого недавнего крупномасштабного эксперимента еще не полностью освоены геологами. Работы были инициированы обостренным интересом ученых к морю Лаптевых как к полигону для решения фундаментальных проблем геологии из-за его ключевой позиции в глобальной геодинамической системе.
Глубоководные котловины Арктики остаются наиболее загадочными участками Мирового океана. Ни в Канадской котловине, ни в котловинах Макарова и Подводников не удается обнаружить достоверных свидетельств отчетливого устойчиво ориентированного спрединга. Приумножаются данные о нетипичном для океана строении литосферы в котловинах Макарова и Подводников. Продолжаются дискуссии о геологической природе аваншельфов Амеразийского бассейна. Взвешенная геологическая модель Восточно-Арктического шельфа окраины представляется полезной для прояснения дискутируемых проблем.
Восточно-Арктический шельф располагается в области взаимодействия крупнейших блоков литосферы - Северо-Американской и Евразиатской плит. Первоначально за границу плит принималась одна из частных структур в море Лаптевых, которой соединялся осевой грабен хребта Гаккеля с Момским рифтом. Позднее выяснилось продолжение рифтов в Восточно-Сибирское море, а седиментационный бассейн моря Лаптевых стал рассматриваться как обширная рифтовая область на всю его ширину от Таймыра до Новосибирских островов. В защищаемой работе содержатся сведения, дополняющие представления о структурных связях тектонических объектов различных рангов, а также детализирующие формы проявления рифтогенеза на пассивной транзитали в восточной Арктике.
Актуальность работы определяется тем, что в последние годы создана новая информационная база как для совершенствования модели внутреннего строения Восточно-Арктической континентальной окраины России, так и для совершенствования представлений о ее структурных и геодинамических связях с сопредельными глубоководными бассейнами. Жесткая конфронтация научных школ, царившая в геологии до середины девяностых годов, затрудняла выполнение региональных обобщений. Возобладавшее сегодня стремление к сотрудничеству в создании общей геодинамической теории открывает возможность использовать при региональных исследованиях подходы и механизмы, разработанные приверженцами различных теорий.
В настоящее время составляются «Тектонические карты полярных областей Земли TEMPORE» - проект Комиссии по Геологической карте Мира, Mill 2007-2008 - и Тектоническая карта Арктики по
договоренности геологических служб приарктических государств. Предлагаемое обобщение является обоснованием регионального макета, предлагаемого для включения в эти карты. В частности, давно констатировано различие между шельфами западного и восточного секторов Российской Арктики, однако до сих пор не выполнено детального сравнительного тектонического анализа этих регионов по возрастным срезам. Материалы диссертации послужат восполнению этого пробела.
Научная новизна. В последнем обобщении по геологии Восточно¬Арктических шельфов - монографии «Арктические моря» (2004) - использована информационная база уровня 2000 г. В монографии не согласованы геологические модели шельфа моря Лаптевых с одной стороны и Восточно-Сибирского и Чукотского - с другой. Изначально ограниченный объем монографии не позволял с достаточной детальностью аргументировать ту или иную точку зрения. Сейчас появились новые фактические данные, составлены геологические карты м-ба 1:1000 000, и поэтому предлагаемое обобщение, выполненное в целом для Восточно¬Арктического шельфа, представляется новым шагом в познании геологии региона. Геологические карты и описания островов, составленные диссертантом в семидесятые - восьмидесятые годы прошлого века, остаются репером для интерпретации поступающих геофизических материалов по акватории, для ресурсных оценок и основанием для планирования научных и производственных исследований.
Тектоническое районирование Восточно- Арктического шельфа России выполнено раздельно для фундамента и осадочного чехла. Фундамент впервые описывается как ранжированный ансамбль тектонических блоков в контексте террейнового анализа, что позволяет отразить время образования консолидированной коры и время последовавших конструктивных и деструктивных преобразований. Блоковая модель применена для выявления элементов унаследованности в современной структуре. Систематическое прослеживание элементов тектонической унаследованности выполнено впервые. Уточнено строение осадочного чехла с использованием новейшей базы данных.
Предложена единая для Восточно-Арктичческого шельфа стратификация осадочного чехла, опирающаяся на результаты современной сейсморазведки и установленные непосредственно на островах и прибрежной суше взаимоотношения структурно-вещественных комплексов.
Обоснована несостоятельность поисков прямого продолжения осевого рифта хр. Гаккеля в рифтах на Лаптевоморском шельфе.
Практическое значение. Региональные обобщения обзорного уровня детальности призваны обеспечивать управленческие решения в области недропользования на долговременную перспективу. Предлагаемая работа относится к исследованиям этого ряда. Нефть и газ останутся основным источником энергии в обозримом будущем. Сложившееся длительное недовложение средств в развитие основных фондов нефте- и газодобычи, в частности, отставание прироста запасов, неизбежно приведет к развороту разведочных и поисковых работ. Задача региональной геологии - предложить нефтяникам и газовикам перспективные регионы для поисков месторождений в тот момент, когда промышленность будет готова осуществлять системные поисково-разведочные работы на слабо изученных территориях и акваториях. Материалы диссертации позволяют полнее учитывать тектонический фактор при определении очередности районов региональных нефтегазопоисковых работ, включая бурение.
Применительно к Восточно-Арктической континентальной окраине Евразии задача заключается в детализации концепции нефтегазоперспективного Арктического супербассейна (Arctic Oil and Gas Superbasin, 1983; Грамберг и др., 1984; Грамберг, Сороков, Супруненко, 1993; Грамберг, Супруненко, 1993; Грамберг, Супруненко, 1994; Грамберг, 1998; Грамберг и др., 2000) в свете передовых общих геодинамических концепций с использованием новейших фактических данных. Актуальность этой задачи осознается на западе. Корпорация EXXON в девяностые годы истратила сотни тысяч долларов на составление регионального геолого-геофизического обзора по арктическому шельфу России. Расходы различных организаций Германии на исследования в море Лаптевых и западной части Восточно-Сибирского (Kassens и др., 1999; Franke, Hinz, Reichert, 2004; Franke, Hinz, Oncken, 2001) моря по нашим
оценкам значительно превысили миллионы марок ФРГ. Вряд ли эти расходы мотивированы исключительно научным любопытством.
Развитие горной промышленности на Северо-Востоке России контролируется ценой энергии. Обнаружение даже небольших месторождений углеводородов в прибрежной зоне восточных морей Арктики способствовало бы экономическому прогрессу региона и снизило расходы по жизнеобеспечению населения. В этом свете дополнительные усилия по геологическому обоснованию прогнозов и оценок углеводородного потенциала прибрежных акваторий восточных морей представляются не только актуальными, но и запоздалыми.
Геологический синтез по Восточно-Арктическому шельфу России служит решению новой для арктических геологов и геофизиков геополитической задачи. Сходство или различие шельфа и Арктических глубоководных бассейнов по структурно-вещественным и геодинамическим параметрам учитываются как дополнительные аргументы при установлении границ областей юрисдикции прибрежных государств на акватории.
Цели и задачи исследования. Цель исследования - построение взвешенной в отношении обзорного уровня детальности и реальной базы данных модели строения и геологического развития Восточно¬Арктического шельфа России и определение его позиции в геодинамическом ансамбле Арктики — современном и в ретроспективе - применительно к оценке роли региона как возможного источника энергоносителей в будущем.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1 - инвентаризация и ревизия базы данных и базы знаний;
2 -тектоническое районирование осадочного чехла и фундамента как основы для нефтегазогеологического районирования;
3 - разработка сейсмостратиграфической модели осадочного чехла;
4 - прослеживание элементов древнего заложения в современной структуре;
5 - анализ существующих представлений на тектоническую природу Арктики.
Метод исследования - сравнительно-тектонический анализ в двух вариантах: структурный анализ для осадочного чехла и террейновый анализ для тектонического фундамента. Ограниченная база данных не позволяет полностью реализовать потенциал этих методических подходов. Защищаемые положения.
1. С начала фанерозоя существует Арктический тектонический ансамбль, который занимал незначительную часть поверхности Земли. Арктический ансамбль включал Протоарктический океан - предшественник Северного Ледовитого океана.
2. Тектонической структуре Восточно-Арктического континентального шельфа Евразии свойственна блоковая делимость. Совокупность тектонических блоков создает каркас, следуя которому удается распространить геологическую информацию с суши на акваторию и реализовать террейновый подход при районировании фундамента.
3. Структура региона несет черты, унаследованные от предшествующих эпох. Позднемеловые-кайнозойские прогибы и грабены на севере морей Восточно-Сибирского и Чукотского располагаются вдоль границы разновозрастных складчатых систем фундамента, и их заложение контролируется раннемеловыми краевыми прогибами вдоль фронта поздних киммерид. Важнейшие структуры осадочного чехла в Лаптевском седиментационном бассейне простираются согласно палеозойской тектонической зональности на островах Анжу. Позднекиммерийские деформации на о-вах Котельном и Врангеля в общем повторяют ориентировку палеозойских структурно-фациальных зон. Разломные зоны древнего заложения прослеживаются с материка на шельф, где они проявлены в современной морфоструктуре и структуре осадочного чехла.
4. Современному состоянию сейсмической изученности Восточно-Арктического шельфа России при обзорном уровне обобщения отвечает трехчленное деление верхнего структурного этажа осадочного чехла: объединенные меловые, объединенные палеоген-неогеновые и объединенные плиоцен(?) - четвертичные сейсмокомплексы.
5. Положительными тектоническими факторами оценки углеводородного потенциала Восточно-Арктического шельфа являются существование двух этажей нефтегазоносности, отвечающих структурным этажам осадочного чехла, рифтогенез в кайнозое, чередование в пределах главной зоны нефтегазообразования покрышек и толщ с высокими емкостными и генерационными параметрами, наличие ловушек.
Фактический материал и личный вклад автора. Работа выполнена по материалам геологических и геофизических съемок и научных проектов, осуществленных в разное время. Использовались Государственные геологические карты м-ба 1:200 ООО и 1:1000 000, сводные карты аномальных потенциальных полей масштаба 1:1 000 000 и 1:2 500 000, их производные, спутниковые карты, на отдельные участки - детальные гравиметрические и магнитные карты. В полной мере использованы результаты сейсморазведочных работ МОГТ и ГСЗ КМПВ. Сейсмическая изученность Восточно-Арктического шельфа России не превышает рекогносцировочного уровня. Общий объем профилей МОГТ в море Лаптевых составляет примерно 20 000 км, в Восточно-Сибирском море пройдены единичные профили МОГТ, в Российской части Чукотского шельфа общий объем профилей МОГТ составляет примерно 3500 км. Принципиально важная информация содержится в описаниях разрезов буровых скважин - мелких картировочных в районе Новосибирских островов и глубоких на побережье моря Лаптевых, на о. Айон, в восточной части Чукотского моря.
С начала семидесятых годов прошлого века диссертант участвует в геолого-геофизических исследованиях НИИГА-ВНИИОкеангеология в восточном секторе Российской Арктики в качестве соисполнителя и ответственного исполнителя геолого-съемочных и научно¬исследовательских проектов. Современные представления по геологии островов Анжу архипелага Новосибирские острова и о. Врангеля базируются в значительной мере на результатах личных исследований диссертанта. Соискателем составлены геологические, тектонические, структурные карты среднего, мелкого и обзорного масштабов различных районов Арктики, включая шельф морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского, которые вошли как региональные макеты в сводные национальные и международные геологические и тектонические карты. Выполнялись обобщения различного уровня детальности. Построена схема блоковой делимости земной коры Арктического шельфа России, предложены сейсмостратиграфические модели осадочного чехла восточных арктических морей, определены основные рубежи и воссоздана последовательность геодинамических обстановок в регионе, начиная с позднего докембрия, установлены черты унаследованности древней структуры в строении Восточно-Арктического шельфа. Современные региональные стратиграфические схемы и легенды государственных геологических карт в значительной мере основываются на результатах личных исследований диссертанта.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседаниях Ученого Совета ВНИИОкеангеология, представлялись на региональных, общесоюзных национальных и международных научных форумах (международное тектоническое совещание в Дагомысе, 1983 г.; конференции по Арктическим континентальным окраинам в Анкоридже, в Магадане, в Целле, в Галифаксе; конференциях по тектонике плит памяти Л.П.Зоненшайна; конференция геологических обществ Канады в 1988 г., Сент-Джонс; Пенроузская конференция 1995 г., Банф, Канада;
Арктический симпозиум в рамках научных мероприятий в связи с трехсотлетием горно-геологической службы России, 2000 г., Санкт-
Петербург; Региональная международная конференция Американской ассоциации геологов-нефтяников в 2001 г., Санкт-Петербург; XI сессия Европейского союза геологических наук в 2001, Страсбург, Франция; Сессия Американского геофизического союза, Сан-Франциско, 2004).
Работа в целом рассмотрена и одобрена Ученым Советом ВНИИОкеангеология 28 марта 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано порядка 80 работ. Положения диссертации отражены в семи коллективных монографиях, включая тома серий «Геологическое строение и минерагения СССР», «Геология и полезные ископаемые России», а также «Геология и минерагения континентов, транзиталей и Мирового океана», являющейся объяснительной запиской к Геолого-минерагенической карте Мира м-ба 1:15000000, в объяснительных записках к Государственным геологическим картам, в статьях в отечественных и зарубежных журналах и материалах совещаний и конференций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения общим объемом 275 стр., включая список литературы из 256 названий, 92 рисунка и 4 таблицы.
В первой главе приводится обзор тектонических моделей Арктики и Северо-Востока Евразии, обосновывающий определение позиции Восточно-Арктического шельфа в ансамбле сопредельных структур.
Вторая и третья главы содержат описание геологического строения островов и побережья восточных морей Российской Арктики - реперов для познания геологии морского дна.
В четвертой главе излагается тектоническая модель шельфа морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского и намечены пути применения этой модели на региональном уровне нефтегазопоисковых работ. Это результат интерпретации карт аномальных потенциальных полей и сейсморазведочных данных, выполненной на основе геологической информации по островам и прибрежной суши.
Охарактеризован вертикальный разрез консолидированной земной коры, выполнено расчленение осадочного чехла, произведено районирование фундамента и осадочного чехла. Глава завершается обзором современных представлений по нефтегазогеологическому районированию и углеводородному потенциалу региона и выделением ранжированных факторов локализации прогнозируемых нефтегазопоисковых объектов.
Благодарности. Фактические данные и построения, составляющие содержание диссертации, получены в результате выполнения программ Мингео СССР, МПР РФ, межведомственных национальных и международных программ. Автор глубоко благодарен руководителям этих программ И.С.Грамбергу, К.В.Боголепову, Л.И.Красному, Б.Х.Егиазарову, Ю.Е.Погребицкому, примеру и наставлениям которых он следовал. Учителями автора по практической полевой геологии были Г.Н.Лукашев,
Н.Н.Пагольский и блистательный исследователь И.М.Русаков. Идеи Л.И.Красного оказали решающее воздействие на формирование научного мировоззрения соискателя, у И.М.Русакова диссертант учился превращать наблюдения в маршрутах в строгую геологическую карту. Автору посчастливилось работать с замечательными геологами и геофизиками. Долгие годы диссертанту помогали Л.Б.Очаповский и О.Н.Виноградова. Всем им - учителям, единомышленникам и оппонентам, товарищам в деле познания Арктики, ушедшим и здравствующим, автор приносит глубочайшую искреннюю благодарность.

Список литературы

Заключение
Арктический тектонический ансамбль как структура планетарного ранга существует с раннего палеозоя, возможно, с рифея. Это согласуется с представлением о том, что при перемещениях литосферных плит, распадах и возникновениях суперконтинентов геодинамические связи между плитами сохраняются и обеспечивают унаследованность в лике Земли. Стационарность ансамблей литосферных плит не исключает вращения твердых оболочек планеты относительно друг друга - глобальной тектонической расслоенности. Стационарность Арктического тектонического ансамбля отвечает его положению в пограничной области между Тихоокеанским и Индо-Атлантическим полушариями. Евразийский бассейн является одной из малых спрединговых систем, выявляемых в океанах (Пущаровский, 2001).
В структуре Восточно-Арктического шельфа выявляется взаимодействие динамических механизмов, описываемых концепцией тектонической расслоенности и блоковой делимости. Первые документированы тектоническими покровами, картируемыми на поверхности, и глубинными горизонтальными срывами на сейсмо¬разведочных профилях.
Осадочный чехол Восточно-Арктического шельфа традиционно расчленен на два структурных этажа. Верхний — бассейновый, синокеанический - структурный этаж позднемезозойского-кайнозойского возраста поддается расчленению по вертикали. Детальность расчленения ниже возможностей, предлагаемых информацией по материковой суше, островам и морским буровых скважинам, поскольку разрешение существующей сети профилей МОГТ недостаточно для экстраполяции на акваторию геологически обоснованных рубежей в осадочном разрезе и реконструируемых геодинамических обстановок. На акватории уверенно прослеживается три региональных рефлектора: нижний поверхность акустического фундамента, по которой проведена подошва верхнего структурного этажа, средний и верхний. Максимально допустимый объем соответствующих седиментационных перерывов для нижнего рефлектора - интервал от конца берриаса до начала апта, для среднего - поздний мел и ранняя часть олишцена, для верхнего - средний- поздний миоцен, начало плиоцена.
Нижний - промежуточный, переходный, параплатформенный - структурный этаж рифейского (?) - раннемезозойского возраста
распознается на отдельных площадях при интерпретации данных сейсморазведки и аномальных потенциальных полей. Он образован отложениями окраин Протоарктического океана.
Тектоническая структура региона представляется ранжированным ансамблем тектонических блоков. Блоковая модель позволяет проследить элементы унаследованности в строении Восточно-Арктического шельфа и, в частности, наметить обусловленность позднемезозойского- кайнозойского рисунка рифтов тектонической зональностью, сложившейся в далеком прошлом. Крупнейшие грабены и прогибы осадочного чехла приурочены к границам областей с разновозрастным фундаментом. Районирование фундамента выполнено в рамках террейнового подхода. Схема террейнов опирается на синтез ранжированного блокового каркаса и реконструированных по наблюдениям на островах и прибрежной суше палеогеодинамических обстановок. Распознаются и предполагаются террейны - реликты древних платформ и террейны каледонских, элсмирских, ранне- и позднекиммерийских складчатых систем.
Из рассмотрения осадочного чехла и фундамента выясняется, что их соотношение - это процесс, а не однажды зафиксированная структурная форма. Проблемы преобразования тектонического фундамента рассмотрены на щитах древних платформ и в возрожденных орогенах
Центральной Азии. Вовлечение в обсуждение этой проблемы новых в геодинамическом отношении регионов представляется перспективным.
Шельф моря Лаптевых является продолжением на континентальной коре отрицательной морфоструктуры Евразийского бассейна, ее центриклинальным замыканием. Они едины как отражение в топографии и морфоструктуре геодинамической обстановки растяжения над воздыманием кровли мантии и нижней коры. Поиски прямого продолжения осевого рифта хр. Гаккеля среди рифтов лаптевоморского шельфа пока не увенчались успехом. Существование такого продолжения не диктуется ни геологической струтурой, ни устройством поверхности дна, ни современной геодинамической обстановкой.
На фоне широкого спектра тектонических факторов, обеспечивающих достаточно высокую оценку углеводородного потенциала региона, следует учитывать, во-первых, что соотношение газ/нефть в ресурсах региона оказывается достаточно высоким, и, во-вторых, выявленные типы ловушек указывают на сложное строение возможных залежей нефти и газа, что усложняет поиски.
Назрела необходимость в обобщении по структуре континентального склона и примыкающих к бровке шельфовых присклоновых прогибов. Наметившееся отставание отрицательно сказывается на прояснении связей океанских и континентальных структур. Интерес к проблеме усугубляется своеобразием взаиморасположения структур океанского ядра и континентальной окраины в восточном секторе Российской Арктики. В прикладном аспекте это исследование необходимо для обоснования разграничения акватории Северного Ледовитого океана между приарктическими государствами.