ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 89
Скачиваний: 0
литосферы относительно магнитной оси, совпадающей с осью вращения земли (Irving, 1957, 1964; Runcorn, 1956, 1962; Храмов, Шолпо, 1967); 2) открытие в период выполнения обширных геолого-геофизических исследований дна океанов по программе второго Международного геофизи ческого года (1957—1958 гг.) планетарной системы структур срединноокеанических хребтов, общая протяженность которой превышает 60 ООО км (Heezen, 1960, Heezen, Ewing, 1963, Леонтьев, 1968). Комплексная гео лого-геофизическая характеристика этих структур убедительно доказы вает, что в рифтовых зонах срединноокеанических хребтов происходит подъем глубинного вещества из верхней мантии и образование новой океа
нической коры (Виноградов и др., 1969; Удинцев, 1965; Hess, 1964);
3) магнитные съемки в океанах обнаружили в пределах срединноокеа нических хребтов симметричные относительно осевой рифтовой зоны поло жительные и отрицательные полосовые аномалии магнитного поля. Такой характер магнитных аномалий над средидноокеаническими хребтами Ф. Вайн и Д. Метьюс (1963 г.) объясняли тем, что при растяжении земной коры образуется рифтовая трещина, которая заполняется материалом, поступающим из верхней мантии. При застывании происходит намагничи вание этих новых пород современным им магнитным полем с определенным направлением вектора намагниченности. С разрастанием океанического дна на поверхности образуются полосы пород, намагниченных в соответ ствии с существующим магнитным полем земли. Изменение знака геомаг нитного поля на обратный приводит к тому, что другая порция глубинного вещества при остывании намагничивается в противоположном направле нии. Таким образом создается полосовидное магнитное поле.
Изучение намагниченности лавовых потоков разного возраста на вулканических островах и осадков на дне океанов позволило составить палеомагнитную возрастную шкалу, охватывающую последние 4—6 млн. лет геологической истории (Bullard, 1969). Инверсии магнитного поля Земли можно проследить вглубь времен более чем на 70 млн. лет путем использования магнитных аномалий, наблюдаемых в океанах (Heirtzler, at a l . , 1968). Оказалось, что обращения магнитного поля сменяют друг друга с различными интервалами времени. В среднем изменение магнит ного поля происходит один раз в миллион лет и, таким образом, появляется возможность по расстоянию между противоположно намагниченными участками коры определить скорость разрастания дна. Скорость разраста ния на каждом склоне срединноокеанического хребта изменяется от 1 до 8 см/год (Heirtzler, 1970). Самая высокая скорость наблюдается на Вос точно-Тихоокеанском поднятии, а самая низкая в северо-западной части Индийского океана на Аравийско-Индийском хребте;
4) открытие нового типа поперечных разломов, названных трансформ ными, в пределах структур срединноокеанических хребтов. Детальное изучение срединноокеанических хребтов показало, что структуры хребта не тянутся непрерывно, а разрезаны на части зонами разломов. Детальные исследования землетрясений в срединноокеанических хребтах выявили своеобразные особенности в распределении эпицентров и в характере напряжений в очагах землетрясений. Землетрясения происходят в рифто вой зоне и только на участке зоны разломов между двумя гребнями хребта.
3 Заказ Я |
33 |
За пределами этого участка относительного движения блоков земной коры, рассеченных трансформными разломами, не наблюдается, и землетрясений не происходит. В рифтовых зонах в очагах землетрясений преобладают горизонтальные напряжения растяжения вкрест простирания хребта, а в зонах трансформных разломов — горизонтальные напряжения сжатия (Sykes, 1967). Результаты изучения землетрясений убедительно доказали существование горизонтальных перемещений блоков земной коры по обе стороны от рифтовой зоны срединноокеанического хребта;
5) полосовое расположение магнитных аномалий в океанах позволяет предполагать, что дно океана может двигаться как твердая плита шириной в несколько тысяч километров. Толщина плиты, движущейся по кровле астеносферы, оценивается в 70—100 км, и контролируется в большей сте пени распределением температуры в недрах Земли. Так, в гребневых час тях срединноокеанических хребтов с повышенным тепловым потоком мощ ность лптосферных плит минимальная, а в рифтовых зонах она не превы шает нескольких километров. Детальное изучение сейсмичности показало, что средняя глубина эпицентров землетрясений на расстояниях до 500 км от гребня хребтов не превышает 5—10 км и может быть еще меньше на хребтах с большой скоростью расширения.
Если две твердые плиты по обе стороны хребта, рассеченного зонами разломов, раздвигаются, перемещаясь по сфере, то их относительным дви жением должно быть вращение вокруг некоторой точки, называемой полю сом разрастания. Ось разрастания, вокруг которой происходит такое вра щение, проходит через этот полюс и центр Земли. Скорости разрастания в любой точке хребта пропорциональны расстоянию этой точки до оси раз растания. Положение полюсов разрастания можно определить по прости ранию зон разломов. Оси хребтов и магнитных аномалий обычно ориенти рованы почти под прямым углом к зонам разломов (Le Pichon, 1968, Morgan, 1968).
По комплексу геолого-геофизических данных вся поверхность земли была разделена на шесть плит (рис. 3). Границы плит проходят или по гребням хребтов, желобов, или по трансформным разломам. Каждая плита движется как более или менее единое целое, и активные тектони ческие процессы должны происходить главным образом вдоль краев плит. Это убедительно доказывается распределением эпицентров землетрясений.
Так как активные тектонические процессы приводят к изменению энергетического состояния в недрах земли, можно ожидать, что стандарт ное отклонение теплового потока а от среднего значения будет больше на краях плит по сравнению с отклонением внутри плит. Действительно наблюдаемые стандартные отклонения а не противоречат гипотезе новой глобальной тектоники. Большие значения а наблюдаются приблизительно вдоль краев тектонических плит, а низкие внутри плит. Имеется несколько исключений, которые возможно обусловлены недостатком фактических данных или локальными условиями. Теоретические расчеты теплового поля над двигающейся в течение 10 млн. лет и более со скоростью 2 см/год (для Срединноатлантического хребта) и 4 см/год (для Восточно-Тихоокеан ского поднятия) плиты мощностью 50 км также хорошо согласуются с на блюдаемыми над Срединноатлантическим хребтом и Восточно-Тихоокеан-
ским поднятием аномалиями теплового потока. Новый материал для плит поступает из верхней мантии по трещинам вдоль гребней срединноокеанических хребтов. В районе Тихоокеанского побережья и в районе развития островных дуг плиты погружаются под континент под углом около 45°.
Над зонами погружения плит отмечаются многочисленные землетря сения: от поверхностных вблизи побережья до глубоких, происходящих
Е7\]/ г°~Пг \=\з |~т~к ЕЕЗ^ r®~|g
Рпс. 3. Основные плиты литосферы (Ле-Пешои, 1968; сейсмические данные по Гутен бергу и Рлхтеру, 1954; Баразанги и Дорман, 1969).
1 — внешняя граница плит; 2 — положение промежуточных и глубокофокусных землетрясений; з — внутренняя граница плит в пределах средннноокеанических рифтов; 4 — трансформные раз ломы; 5 — направления движения шшт; 6 — центры вращения плит.
на глубинах до 700 км. Сейсмические волны от неглубоких землетрясений и взрывов вниз по плите распространяются быстрее, чем в других напра влениях. Это хорошо согласуется с тем, что плита имеет относительно низ кую температуру и повышенную плотность, по сравнению с верхней ман тией, в которую она погружается (Isacks, at a l . , 1968);
6) гипотеза расширения дна океана подтверждается глубоководным бурением. Скважины, пробуренные исследовательским судном «Гломар Челленджер» по обе стороны от Срединноатлантического хребта, показали, что возраст осадков, залегающих непосредственно на вулканическом осно вании, увеличивается по мере удаления от гребня хребта почти в полном
3* |
35 |
соответствии с предсказанным по полосовым магнитным аномалиям и палеомагнитной шкале возрастом различных областей океана. Бурение в Тихом океане подтвердило, что наиболее молодые осадки плиоценового и плейст оценового возраста залегают непосредственно на вулканическом основании гребня Восточно-Тихоокеанского поднятия. По мере удаления от гребня поднятия возраст осадков и базальтов увеличивается, и наиболее древние юрские (около 200 млн. лет) базальты обнаружены в западной части Тихого океана в максимальном удалении от Восточно-Тихоокеанского под нятия.
Однако модель расширения дна океана и горизонтальных движений шести основных плит литосферы с постоянной скоростью не может объяс нить все особенности строения океанического дна. Так две скважины, про буренные в Филиппинском море, вскрыли наиболее древние олигоценовые (30 млн. лет) осадки, залегающие на вулканическом основании. Следова тельно, этот бассейн много моложе, чем примыкающие с востока котло вины Тихого океана. Для объяснения этого факта необходимо предполо жить расширение дна океана за Марианским глубоководным желобом (Рішш, 1970). Возможным должно считать наличие небольших отдельных плит на Тихоокеанском побережье Северной и Южной Америки, в районе Красного моря и Аравийского полуострова, а также изменения направле ния и скорости разрастания в более древние эпохи;
7) одним из серьезных аргументов против гипотезы новой глобаль ной тектоники была несогласованность «океанической» и «материковой» геологии (Белоусов, 1968). Однако в последние годы основные положения гипотезы новой глобальной тектоники успешно применяются для объясне ния региональных структурных особенностей, магматизма и метаморфизма складчатых горных поясов материков (Dewey, B i r d , 1970).
Несмотря на большие успехи гипотезы новой глобальной тектоники не все особенности строения дна океанов могут быть истолкованы с ее по зиций. Многпе черты глубинного строенпя окраин материков, подводных возвышенностей типа Роколл, имеющих континентальную кору, объяс няются погружением крупных блоков земной коры. По-видимому в природе действует сложный механизм развития земной коры, проявляющий себя во времени и пространстве различным образом.
Поэтому неправильно сводить все многообразие геологических процес сов к одному из двух основных направлений, названных мобилизмом и фиксизмом. Во всяком случае, уже сейчас все большее распространение полу чает мнение, что при образовании океанов имеет место расширение дна, формирование новой коры в рифтовых зонах и погружение окраинных частей материков.
Г л а в а I V
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ НЕФТИ И ГАЗА И РАЗМЕЩЕНИИ ИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ1
Опыт проведения поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений в континентальном секторе Земного шара, на копленный в течение многих десятилетий, и научно-исследова тельские работы в области нефтегазовой геологии позволили выработать объективные представления о происхождении нефти и газа и размещении их месторождений, которые нашли свое выражение в осадочно-миграционной теории происхождения нефти и в учении о нефтегазоносных бассейнах. Теория нефте газовой геологии сформулировала ряд требований, которым должны удовлетворять любые нефтегазоносные площади, в том числе и находящиеся под водами морей и океанов.
Все многообразие условий образования и существования скоплений нефти и газа может быть сведено к двум основным моментам. Во-первых, к наличию нефтегенерирующих пород, находящихся в условиях, благоприятных для эмиграции из них в природные резервуары углеводородов. Во-вторых, к наличию барьеров на пути движущихся углеводородов, способных задер живать их и, следовательно, образовывать зоны нефтегазонакопления, состоящие из отдельных месторождений. Эти два главных условия реализуются в осадочных бассейнах, получив ших название нефтегазоносных.
Согласно теории осадочно-миграционного происхождения нефти и газа, разработанной Н. Б. Вассоевичем, А. А. Геодекяном, Н. А. Еременко, А. Э. Конторовичем, Ю. И. Корчагиной, С. П. Максимовым, М. Ф. Мирчинком, С. Г. Неручевым, В. А. Соколовым, А. А. Трофимуком, В'. А. Успенским и дру гими, в качестве нефтематеринских пород могут выступать самые различные по литологии отложения, содержащие рассеян ное органическое вещество и накапливающиеся в субаквальних, преимущественно морских условиях. Наиболее благоприят ными являются породы, содержащие глинистую минеральную компоненту. Это собственно глины и аргиллиты, а также глини стые алевролиты и песчаники, глинистые карбонатные породы.
1При написании главы использован доклад А. А. Карцева, Н. Б. Вассоевнча,
А. А. Геодекяна п др. на 8-ом Мировом нефтяном конгрессе в 1971 г.
Эти отложения могут быть названы нефтематеринскими при условии содержания в них рассеянного углерода, превышающего кларковое, т. е. более 345 г/мя .
Нефтематерпнский потенциал пород в определенной степени зависит от типа походного органического вещества. Наиболее благоприятно сапро пелевое (сапроидное) и смешанное сапропелево-гумусовое вещество. Это вполне понятно, так как основными нефтеобразующнми компонентами являются относительно обогащенные водородом липоиды и их полимеризаты, свойственные в наибольшей степени сапропелевому веществу, харак теризующемуся повышенным содержанием алифатических и полиметиленовых структур. Однако при определенных термобарических условиях в процессы углеводородообразования вовлекается и компоненты гумусо вого вещества.
Наличие потенциально нефтематеринских толщ, т. е. субаквальних отложений, содержащих определенное количество рассеянного органиче ского вещества преимущественно сапропелевого типа, является необходи мым, но недостаточным условием нефтеобразования. Для превращения нефтематеринских отложений в нефтепроизводящие, для образования и эмиграции из этих отложений углеводородов в породы-коллекторы нужна еще и достаточно высокая степень катагенетического преобразования пород и содержащегося в них органического вещества.
Нефтеобразованне рассматривается как сложный многостадийный про цесс, тесно связанный с литогенезом. По Н. Б. Вассоевичу и другим (1971 г.) выделяются три стадии (фазы) нефтеобразования: подготовитель ная, соответствующая диагенезу и ранней подстадип катагенеза, главная, отвечающая в основном началу и середине средней подстадни катагенеза, п затухающая, совпадающая с концом среднего катагенеза и поздним ката генезом. Выделение стадий и более мелких (подстадии, ступени и др.) под разделений литогенеза пород проводится различными способами, но чаще по отражательной способности витрпнита.
Исследования последних лет показали, что в современных отложениях, находящихся на стадии диагенеза, почти нет углеводородов С 2 — С 1 3 , являющихся основными компонентами бензиновых фракций нефтей. Из газов биохимическим путем образуется лишь метан. Наблюдаемые коли чественные соотношения между некоторыми соединениями в породах, на пример четными и нечетными алканами, резко отличны от соответствующих соотношений в нефтях. По завершении диагенеза углеводороды составляют лишь небольшую долю органического вещества в отложениях. Содержа щаяся в илах вода при их уплотнении выжимается и в значительной своей части возвращается в водоем, где происходит осадконакопление. Вместе с водой уходят углеводороды. Таким образом, в процессе диагенеза отло жений, практически процесс нефтеобразования отсутствует. Газообразова ние хотя и имеет место, но условия для накопления газа в рыхлых осадках неблагоприятны.
Подстадия раннего катагенеза наступает при погружении отложении на глубины в 1 км и более. В период раннего катагенеза происходит интен сивное уплотнение глинистых отложений и выжимание из них вод в кол лекторы. С этими водами (как частично и со свободными водами, отжима-
емыми еще на стадии диагенеза) в коллекторы могут уходить образующиеся в ограниченных количествах углеводородные, а также и кислородные орга нические соединения, например, карбоновые кислоты.
Отложения, находящиеся на стадии раннего катагенеза, не играют сколько-нибудь существенной роли в образовании углеводородов.
Подстадия среднего катагенеза осадочных пород наступает на глу бинах от 1—2 до 3—6 км. Глубины верхней и нижней границы зоны развития среднего катагенеза варьируют в зависимости от геотермических условий (интервал температур 60—160° С). Органическое вещество в поро дах при среднем катагенезе находится на каменноугольной стадии, отве чающей маркам углей от Д (длиннопламенные) до ОС (отощенные спека ющиеся). Уплотнение глин сильно замедляется, но развиваются процессы перестройки структуры глинистых минералов.
Средний катагенез охватывает широкий диапазон условий, включа ющий переход от раннего катагенеза к среднему, когда протекают весьма существенные изменения органических веществ, принимающих участие в нефтеобразовании. На глубинах, где температуры превышают 60—80° С, что примерно соответствует началу подстадии среднего катагенеза, наблю дается заметное увеличение выхода битумоидной фракции дисперсного органического вещества пород. В составе дисперсного органического веще ства осадочных пород появляются низкокипящие (ниже 325° С) жидкие углеводороды С в — С 1 3 . На глубинах, превышающих 1,5—2 км, они повсе местно встречаются, а с глубин около 2,5 км и более их количество в орга ническом веществе резко возрастает.
Происходит изменение в составе дисперсных высших алканов. По дан ным С. Г. Неручева, намечается массовое появление паравтохтонных и аллохтонных битумоидов в толщах отложений, претерпевших погруже ние на глубины 1,5—2 км и более.
Таким образом, с наступлением и развитием подстадии среднего ката генеза происходят очень существенные изменения состава дисперсных органических веществ в осадочной толще (включая и подземные воды), направленные в сторону увеличения содержания компонентов, приближа ющихся по характеру к нефтяным, а также дифференциация органических веществ на неподвижную и подвижную фазы,что составляет необходимые предпосылки для образования собственно нефти.
При сопоставлении данных по распределению состава рассеянного органического вещества, относящихся к диагенезу, подстадиям раннего и среднего катагенеза, достаточно ясно видна подготовительная роль первых и решающая роль последнего. В наступлении относительно резких изменений осадочных органических веществ при катагенезе решающими факторами служат температура и геологическое время.
Наступление главной фазы нефтеобразования не может не зависеть от исходного характера (фациального типа) органического вещества. Макси мумы новообразования битумоидов и углеводородов в дисперсном органи ческом веществе сапропелевого типа приходятся на начальный этап сред него катагенеза, отвечающий образованию длиннопламенных углей, а в веществе гумусового типа — на более поздние этапы, соответству ющие образованию газовых и жирных углей. Следовательно, процессы