Новейшая сдвиговая тектоника осадочных бассейнов: тектонофизический и флюидодинамический аспекты (в связи с нефтегазоносностью) (стр. 2 из 4)

Модельное представление внутрислойного сдвига (рис.3.3) позволяет оценить величину укорочения пространства вследствие горизонтального сдвига в горизонтальной плоскости. Как видно из сейсмического профиля, проходящего параллельно оси сдвига (сечения 1-1 и 2-2), эффект снижается к кровле фундамента (А) и верхней юры (Б). Коэффициент укорочения пласта (Ку), рассчитанный для средней части разреза как отношение суммарной длины разорванных фрагментов (n*l) первично сплошного пласта к текущей длине деформированного пласта (L) превышает 1,25.

Расчеты показывают, что в центральной шовной части в интервале максимального внутрислойного сдвига сокращение пространства достигает трети от первичного горизонтального залегания деформированной толщи. Понятно, что величина сокращения пространства в горизонтальной плоскости должна быть компенсирована кратной величиной (без учета уплотнения пород) расширения пространства в вертикальной плоскости за счет приращения неседиментационной мощности и прироста амплитуды поднятия. Следствием внутрислойного сдвига в горизонтальной плоскости на границе фундамента и чехла являются различные постседиментационные аномалии в пределах СГС: формирование аномального разреза баженовской и ачимовской свит, реверсные разломы и другие явления, вызванные пластическим нагнетанием пород и локальными приразломными изменениями мощностей. Наиболее яркое явление, сопровождающее СГС - это зеркало складчатости (рис.3.2, сечения 1-1 и 2-2). Этим термином мы обозначаем горизонтальное положение на теле антиклинального поднятия поверхности черепичного залегания разорванных компетентных пластов, формирующих в матриксе пластического заполнения структуру <домино>. Встречное падение структуры <домино> по разные стороны шва горизонтального сдвига по фундаменту идентифицирует ориентировку максимальных касательных напряжений τmax. Индикатором направления действия вектора τmax является направление встречного заваливания оперяющих сбросов по разные стороны от шва магистрального сдвига.

Важность этих наблюдений связана с тем, что для структур, осложненных СГС, применение классического метода анализа мощностей ограничено и требуются коррективы его основ. В методологическом плане ревизия основ метода мощностей для палеотектонических реконструкций необходима с целью учета доли неседиментационной части в общей мощности отложений, измененных за счет тектонического нагнетания пород в зонах динамического влияния СГС. Например на своде Еты-Пуровского вала за счет нагнетания пород в шовной зоне сдвига происходит двукратное увеличение мощности баженовской свиты верхней юры.

Важнейшим теоретическим следствием работы стало создание учения о СГС, как основы деформационной ячейки для механизма формирования зон сдвигания в условиях кинематической модели чистого сдвига, а важнейшим прикладным следствием - создание технологии поисков нефти на базе учения о СГС и связанных с ними локальных структур растяжения, как геоструктурных признаков проницаемости земной коры и основы фильтрационной ячейки для механизма вертикальной фильтрации глубинных флюидов при формировании флюидогенных залежей (рис.3.4).

Деформационная ячейка это структурный элемент (блок) земной коры ромбической формы на границах (гранях) которого реализуются и взаимно компенсируются деформационные процессы от внешнего приложения сил сдвигового поля напряжений. Внутри деформационной ячейки напряжения и деформации условно нулевые.

Внутри деформационной ячейки деформации скола происходят по микроплощадкам, параллельным оси τmax, образуя систему кулис, совокупность которых дает генеральную плоскость скола под углом α < 45o с осью τmax, вдоль которой образуются трещины отрыва. Это происходит на микро- и макроуровнях (для образца породы, структур 3-го порядка и выше). Как показал И.С.Чаленко (1970), ансамбль трещин, сформированных в условиях сдвига, геометрически подобен от микро- до региональных масштабов. Будучи элементами локальных деформационных ячеек, СГС выкладываются в региональный деформационный каркас структуры чехла и фундамента осадочных бассейнов, позволяя тем самым маркировать неотектонически активные швы горизонтальных сдвигов фундамента регионального уровня структурной организации земной коры.

Проблема пространства в модели зон сдвигания для отдельно взятой деформационной ячейки решается за счет двух кинематических и флюидодинамического эффектов, вызывающих компенсацию горизонтального сдвига пород за счет: 1) компенсационного перераспределения масс путем пластического нагнетания и латерального внутрипластового течения пород (внутрислойного сдвига в горизонтальной плоскости); 2) вспучивания пород и поднятия в вертикальной плоскости горизонтально залегающих слоев с формированием присдвиговой складчатости; 3) инъекционно-напорного воздействия внедряющихся флюидов и дополнительного сверхкомпенсационного роста складки (флюиды за счет сверхгидростатического давления обеспечивают снятие литостатической нагрузки для деформируемых пластов и снижают эффективное напряжение сдвига за счет снижения коэффициента сцепления и внутреннего трения с последующим обрушением сводов поднятий после релаксации дислокационного и флюидодинамического импульса).

Видимые на сейсмике 3Д признаки горизонтальных сдвигов, хотя и выходят за пределы поднятий, находят объяснение в условиях локального структурообразования. Механизм дискретно-прерывистого и амплитудно-резонансного возбуждения блоков земной коры вдоль региональных сдвигов фундамента позволяет объяснить известные структурные парагенезы СГС на основе деформационной ячейки для механизма формирования чистого сдвига в условиях обоснованной нами выше кинематической модели СГС. Перестройка деформационной ячейки происходит под действием ротационных сил, которые в зависимости от ускорения (полярное сжатие) или замедления (широтное сжатие) приводят жесткую оболочку Земли в состояние приспособления к изменяющимся касательным напряжениям, реализуемым вдоль энергетически выгодных сдвиговых сечений деформационной ячейки.

Фильтрационная ячейка - как структура растяжения на телах СГС. Важнейшее отличие модели простого сдвига от чистого сдвига, принятой за основу деформационной ячейки состоит в том, что в условиях простого сдвига происходит изменение только формы тела, а в условиях чистого сдвига изменяются форма и объем тела (М.В.Гзовский, 1975). Последнее обстоятельство является ключевым для прогноза структурных признаков проницаемости в пределах структур растяжения на телах СГС.

Природа разлома (дуализм его кинематики): тангенциальные напряжения (сдвиговая компонента) ответственны за деформацию формы геосреды (формирование горизонтальных сдвигов и присдвиговой складчатости), нормальные напряжения (сбросовая компонента) ответственна за объемную деформацию пород (делатансия, трещины отрыва) не может быть познана двумерными наблюдениями. С внедрением сейсморазведки 3Д, появилась возможность объемного изучения разломов, осложняющих его структурных парагенезов, расшифровки кинематики деформаций и напряженного состояния пород, что позволяет объяснить факты пространственной и временной дискретности реализации свойств проницаемости разломов в условиях, когда 95% поверхности Земли в верхней части земной коры находится в условиях интенсивного горизонтального сжатия (П.Н. Кропоткин, 1987). Учитывая что процессы дегазации Земли имеют рассеянную (диффузионную) и локализованную (фильтрационную) формы (вторая ответственна за концентрированную форму фильтрации), обоснование структурных признаков растяжения земной коры и механизма разгрузки глубинных флюидов, идентификация и картирование каналов вертикальной разгрузки УВ имеет важное научно-практическое значение. Теоретическое и технологическое решение этой задачи подводит нас не только к решению вопроса об источниках и формах миграции УВ, но и к прямому прогнозу нефтегазоносности недр.

Прогноз структурных признаков проницаемости земной коры. В основе технологии прогноза структурных признаков проницаемости: 1) дифференциация трещинных систем на генетические типы трещин скола и отрыва, определяющие их относительную раскрытость, на основе структурно-кинематического и динамического анализа трещинных систем и 2) геометризация локальных зон растяжения на телах СГС.

В соответствии с основными положениями теории деформаций и механики горных пород, формирование структур и сопутствующие им процессы фильтрации флюидов протекают в переменном поле тектонических напряжений, а существующая сеть трещин является следствием разрядки напряжений. Трещины независимо от масштаба в пределах одних систем характеризуются сходным типом деформаций. Известно два основных типа трещин генетической природы: скалывания и отрыва, образующиеся соответственно в закономерных соотношениях с осями тангенциальных (касательных) и нормальных (сжимающих или растягивающих) напряжений для различных типов напряженного состояния (сбросовое, надвиговое, сдвиговое) горных пород и имеющих различные параметры раскрытости и проницаемости для фильтрации флюидов.

Влияние типа напряженного состояния земной коры на проницаемость пород проявляется через механизм трещинообразования, заключающегося в формировании трехкомпонентной сети трещин, две из которых (сопряженная пара сколов) параллельны площадкам действия максимальных касательных напряжений τmax, пересекаются с осью σ2, симметричны оси σ3 и образуют с ней угол скола (α =< 45o). Третья система трещин растяжения (отрыва) формируется параллельно оси максимальных главных нормальных сжимающих напряжений σ3 и ориентирована в плоскости, проходящей через оси максимальных и средних главных нормальных сжимающих напряжений (σ1σ2). При этом ориентировка и генетические типы трещин контролируются стационарным положением осей напряжений и во времени в процессе структурообразования (смены типов НДС и миграции осей напряжений) переменны. Ниже приводится обоснование этого вывода.