Новейшая сдвиговая тектоника осадочных бассейнов: тектонофизический и флюидодинамический аспекты (в связи с нефтегазоносностью) (стр. 3 из 4)

Эксперименты по испытанию материалов и теоретические исследования показали (М.В.Гзовский, 1975), что интенсивность касательных напряжений σi (пропорциональна октаэндрическим касательным напряжениям τ = sqrt(2/3)τок) является той особенностью напряженного состояния, которая определяет искажение формы напряженного тела (без изменения объема), характеризуемое интенсивностью деформации сдвига γi. В свою очередь, средняя величина нормальных напряжений σm = (σ1+σ2+σ3) / 3 определяет изменение объема тела, характеризуемое средней величиной из трех главных удлинений εm по осям xyz. В общем случае интенсивность касательных напряжений σi и средняя величина нормальных напряжений σm (всестороннее давление), равная нормальному напряжению на тех же площадках, одинаково наклоненных к осям напряжений σm, в совокупности служат обобщенной характеристикой напряженного состояния тела. Таким образом, в соответствии с положением осей напряжений, действующие нормальные и тангенциальные усилия воспринимаются трещинами по-разному. В зависимости от ориентировки в силовом поле сдвиговых напряжений формирование генетических типов трещин подчинено следующей закономерности:

а) трещины растяжения (отрывы, сбросы) формируются вдоль площадок действия максимальных главных нормальных сжимающих напряжений σ1 в плоскости σ1σ2;

б) трещины скола (сдвиги) формируются вдоль площадок действия максимальных касательных напряжений τmax;

в) трещины сжатия (стилолитовые швы) формируются вдоль площадок действия минимальных главных нормальных сжимающих напряжений σ3 в плоскости σ2σ3.

Независимо от генезиса (палеонапряжения) и кинематики современные пространственные соотношения в силовом поле новейших напряжений определяют раскрытость и проницаемость трещин, а реконструкции напряженно-деформированного состояния земной коры позволяют дифференцировать трещины по генетическим типам и, соответственно, по их раскрытости и проницаемости для фильтрации УВ. Поскольку, образование трещин отрыва связывается с площадками действия нормальных напряжений, а трещин скалывания с площадками действия касательных напряжений, первые будут раскрытыми на глубине и эффективными для фильтрации флюидов при формировании залежей нефти и газа и их вскрытии скважинами.

С другой стороны известно, что картируемые повсеместно сейсморазведкой 2Д, гравимагниткой, структурно-геоморфологическими и дистанционными методами исследований нарушения чехла и фундамента являются структуроформирующими и представлены генетическими типами трещин и разрывов скола. Прямой учет параметров этих нарушений для прогноза структурных признаков проницаемости приводит к грубым ошибкам. Без кинематической идентификации их использование для прогноза проницаемости пород невозможно. Использование геометрических параметров трещин без определения их генетического типа и реконструкций напряженно-деформированного состояния горных пород (определение типа, ориентировки осей напряжений и соотношений трещинных систем и объемного тензора проницаемости с осями тензора напряжений), даже в условиях максимально детальной информации о распределении трещиноватости в объеме изучаемого массива, не обеспечивает решение задач прогнозирования структурных признаков проницаемости.

Парагенезис СГС со структурами растяжения земной коры. При сдвиговых деформациях на телах СГС в сечении 4-4 структурно-кинематической модели формируются структуры растяжения как позднеинверсионные структуры обрушения пород над выступами фундамента (рис.3.5.).

Показано, что причина формирования структур растяжения (вторичных депрессионных впадин) на телах СГС кроется не в палеоистории и конседиментационных процессах осадконакопления, а в позднеинверсионных деформациях земной коры. Структуры обрушения - это постседиментационные тела, нижняя граница которых (нейтральный слой) является границей смены режима унаследованного развития (конформность границ ниже этой границы по отношению к кровле фундамента) на новообразования, связанные с постседиментационными деформационными процессами (границы находятся в противофазе к кровле фундамента и нижним границам чехла до нейтрального слоя границы обрушения). Структурные признаки проницаемости земной коры запечатлены в структурных парагенезах: структура проседания над СГС в чехле - шовная зона горизонтального сдвига в фундаменте - глубинный разлом - окно проницаемости - очаг разгрузки глубинных флюидов. Тектоническая (эксплозивная) брекчия газового прорыва и другие признаки проявления механо-деформационного и эксплозивного разрыхления пород в пределах структур растяжения (различные формы диапиризма: магматического, глиняного, соляного, нефтяного), являются индикаторами зон деструкции земной коры над СГС.

Важнейшими физико-геологическими предпосылками формирования структур растяжения являются условия, когда обогащенные газами высоконапорные флюиды достигают кровли фундамента осадочного бассейна. Обладая резким градиентом петрофизических и упруго-деформационных свойств, эта поверхность является критической для формирования градиента давления, вскипания газированных флюидов и эксплозивного (взрывного) увеличения объема внедряющегося флюидного диапира. При резком снижении давления во время прорыва флюидного диапира в пористую среду чехла и при переходе сжатой смеси из надкритической в докритическую область, за счет адиабатического расширения газовых компонентов (Н2О, СО2 и др.), газо-жидкая смесь способна привести к увеличению объема внедряющейся УВ системы от нескольких до сотен раз. По данным А.Г.Бетехтина (1955), при снижении давления от 1000 атм до атмосферного давления (при постоянной температуре) объем углекислоты увеличивается примерно в 500 раз. Область концентрации активных газов во фронтальной части внедряющегося флюидного диапира превращается в зону скрытой эксплозии и взрывных брекчий (П.Ф.Иванкин, 1970). При этом форма структурного контроля структур растяжения предопределена геометрией подверженных сдвиговым деформациям деформационных ячеек, на гранях которых формируются структуры механо-деформационного разрушения и флюидодинамического прорыва нефтяных диапиров.

Стратиграфическое проникновение разломов и локализация залежей УВ. Согласно физическим законам фильтрации флюидов в горных породах, высота стратиграфического проникновения проницаемых разломов в чехол при формировании залежей УВ по механизму вертикальной струйной фильтрации, будет определять гипсометрический уровень локализации залежей. Ниже дается физическое обоснование структурных признаков проницаемости земной коры.

Известно, что величина градиента характеризует приращение (скорость изменения) изучаемого параметра на единицу расстояния. В геологии тангенс угла наклона пластов характеризует степень дислоцированности пород, а величина его пропорциональна градиенту амплитуд тектонических движений. Чем больше угол наклона слоев (дислоцированность пород), тем выше величина тангенса этого угла и соответственно градиента наклона структурной поверхности (в нашем случае градиента амплитуд новейших тектонических движений). Градиент амплитуд и скорости неотектонических движений - физические параметры кинематики и динамики материального тела (точки), характеризующие величину приращения амплитуд (скорости) тектонических движений на единицу расстояния (времени). Таким образом, в физических терминах градиент амплитуд неотектонических движений (Gнтд) характеризует скорость тектонических движений, а градиент скорости неотектонических движений - ускорение тектонических движений.

В аспекте проблемы проницаемости земной коры и вертикальной миграции УВ, параметр Gнтд надо рассматривать как выраженную в изменениях углов наклона структурной поверхности (синхронной среднемиоцен-четвертичному времени) физическую величину деформаций пород, геодинамически выраженную в высокоградиентных зонах, местах локализации разломов вдоль плоскостей максимальных касательных напряжений.

Рассмотрим тектонофизическую модель типичных разломов Еты-Пуровского вала для обоснования соотношений действующих на плоскость сместителя разломов напряжений с углами наклона деформируемых пород. Воспользуемся тригонометрическими расчетами для увязки составляющих горного давления с падением структурной поверхности: Pτ-Pгорsinα = 0; Pσ-Pгорcosα = 0, где α - угол падения (наклона структурной поверхности), тогда Pτ = Pгорsinα, Pσ = Pгорcosα, а соотношение Pτ / Pσ = tgα, где tgα - тангенс угла наклона структурной поверхности характеризует степень дислоцированности пород, а величина его (в проекции на горизонтальную плоскость) равна градиенту амплитуд тектонических движений: tgα = f(Gнтд), где Gнтд - градиент амплитуд неотектонических движений.

В аспекте полученного выше определения tgα = Pτ / Pσ, градиент амплитуд (скорости) неотектонических движений (Gнтд) характеризует соотношение касательной и нормальной составляющих полного вертикального горного давления и, по существу, отражает меру перехода горного давления от нормального к касательному на произвольно ориентированных площадках деформации. Максимальной величине tgα и градиенту амплитуд (скорости) неотектонических движений (Gнтд) отвечает полная трансформация горного давления (напряжений) в касательную производную на вертикальной площадке, реализуемая через деформацию чистого сдвига. В этом состоянии параметр tgα приобретает смысл угла сдвига γ (при малых углах деформации tgγ ~ γ), или абсолютной величины относительного сдвига, что соответствует отношению величины смещения (абсолютного сдвига) на единицу сечения деформируемого тела для условия сдвига.