Пограничные структуры платформ Черноморско-Каспийского региона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.01, доктор геолого-минералогических наук Бондаренко, Николай Антонович

Оглавление диссертации доктор геолого-минералогических наук Бондаренко, Николай Антонович

1. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ

1.1. Типы платформ земной коры

1.1.1. Платформенные системы

1.1.1.1. Древние платформы

1.1.1.2. Молодые платформы

1.1.1.3. Юные платформы

1.1.1.4. Проблемы архейских и современных платформ

1.1.2. Типы платформ Черноморско-Каспийского региона

1.2. Принципы систематики пограничных структур платформ

1.2.1. История вопроса и нерешенные задачи

1.2.2. Методологические и теоретические основы систематики

1.2.3. Пограничные системы платформ

2. ТИПЫ ПОГРАНИЧНЫХ СТРУКТУР ПЛАТФОРМ 74 ЧЕРНОМОРСКО-КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА

2.1 Пограничные структуры юго-востока Русской плиты

2.1.1. Прикаспийская краевая синеклиза

2.1.2. Воронежская краевая антеклиза

2.1.3. Выводы 110 2.2. Пограничные структуры Скифской плиты 112 2.2.1. Пограничные структуры южного ограничения плиты

2.2.1.1. Индоло-Кубанская впадина Предкавказского краевого прогиба

2.2.1.2 Адыгейский массив (выступ)

2.2.1.3. Ставропольский свод

2.2.1.4. Терско-Каспийская впадина Предкавказского краевого прогиба

2.2.2. Пограничные структуры северного обрамления плиты

2.2.2.1. Краевая плита Карпинского

2.2.2.2. Приазовская краевая плита

2.3. Пограничные структуры Черноморской плиты

2.3.1. Причерноморская краевая моноклиза

2.3.2. Прикрымская краевая флексура

2.3.3. Туапсинский периплитный прогиб

3. НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ ПОГРАНИЧНЫХ СТРУКТУР

3.1 Сравнительный анализ пограничных структур и прогноз их нефтегазоносности

3.1.1. Структурные эквиваленты пограничных структур Русской плиты и прогноз нефтегазоносности

3.1.2. Структурные эквиваленты пограничных структур Скифской плиты и прогноз нефтегазоносности

3.1.3. Структурные эквиваленты пограничных структур Черноморской плиты и прогноз нефтегазоносности

3.2. Модели нефтегазоносности пограничных структур

3.2.1. Геодинамические модели пограничных структур

3.2.2. Геодинамические реконструкции краевых прогибов

3.2.3. Миграционные модели пограничных структур

3.2.4. Альтернатива биогенного и абиогенного синтеза углеводородов Сейсмичность, вулканизм и вакуумно-взрывная модель нефтегазонакоплений

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Общая и региональная геология», 25.00.01 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пограничные структуры платформ Черноморско-Каспийского региона»

На протяжении последних 50 лет XX столетия в энергетическом потенциале России особую роль играла ресурсная база нефти и газа Черноморско-Каспийского региона Южного Федерального округа. В настоящее время в нефтегазовой отрасли сложилась ситуация, при которой основной объем геологоразведочных работ на юге России сконцентрирован в нефтедобывающих районах, что находит объяснение в стремлении компаний уменьшить риск финансовых потерь. В то же время, отсутствие надежной базы поисков сказывается и на динамике добычи. Например, добыча газа за последнее время возросла приблизительно с 8 до 18 млрд. м3, при этом прирост его запасов составил около 3 млрд. м (17% от годовой добычи). Добыча нефти за это же время составила порядка 10 млн. т и прирост запасов столько же (Распопов, Будков, 2004). Однако при этом, из-за снижения внимания к региональным вопросам нефтегазо-носности, практически перестали проводиться работы по тектонике этого региона.

До 2010 г. геологоразведочные работы ориентированы только на детализацию строения и выяснение перспектив нефтегазоносности тех территорий, которые прилегают к промысловым районам Ставропольского и Краснодарского краев, Дагестанской, Чеченской и Ингушской республик. Например, это хорошо известные нефтегазоносные объекты в неогеновых отложениях северного борта Западно-Кубанского прогиба и Тимашовской ступени, в палеогеновых отложениях Ставрополья и в мезозойских отложениях Дагестана.

Геологическое строение Черноморско-Каспийского региона России является достаточно сложным, что объясняется особенностями истории его формирования, как площади, где стыкуются весьма разнородные тектонические элементы: южная краевая часть Восточно-Европейской древней платформы (ВЕП), Скифская и Туранская плиты молодой Центрально-Евразийской платформы

ЦЕАП) и альпийский Средиземноморский пояс (или юная платформа с плитами внутриконтинентальных морей и формирующимися щитами - складчатыми областями). Такой характер тектонического строения позволяет выявить на этом примере все многообразие пограничных структур платформ со всеми особенностями их нефтегазоносности. Черноморско-Каспийский регион юга России - это прекрасный полигон для проведения исследований по систематике пограничных структур платформ как основы тектонического прогноза их нефтегазоносности.

Поводом для исследований систематики пограничных структур региона в связи с их нефтегазоносностыо послужил пример с определением тектонической закономерности локализации месторождений в Березовском газоносным районе Западно-Сибирской провинции. Оказалось, что в тектоническом отношении Березовский газоносный район представляет собой структуру на краю Западно-Сибирской плиты молодой платформы с ее же Уральским "щитом". На юге России к такому же типу пограничных структур относятся вал Шатского и Туапсинский прогиб, которые располагаются на краю Черноморской плиты с ее же Кавказским "щитом".

Эквивалентность структур позволяет предполагать и одинаковость в локализации месторождений. Так в отношении существенной газоносности вала Шатского можно судить на основе его структурной эквивалентности Березовскому валу. Как известно, на валу Шатского обнаружены так называемые "яркие пятна" — локальные аномалии динамических признаков записи волнового поля. Открытие подобных "ярких пятин" стало широко использоваться в нефтяной геологии и во многих случаях действительно привело к выявлению месторождений газа. Таким образом, степень риска бурения пустых скважин можно уменьшить или даже исключить за счет прогноза, в основу которого положен принцип эквивалентности - эквивалентности разбуриваемых структур и тех структур, в которых уже были найдены газовые месторождения (Соловьев, Бондаренко, 2004а, 20046).

Необходимость проведения исследований по систематике пограничных структур в связи с их нефтегазоносностью хорошо иллюстрируют некоторые сведения о состоянии дел в нефтегазовой отрасли и развитии геологоразведочных работ на нефть и газ в регионе. Площадь нефтегазоперспективных земель в Южном Федеральном округе оценивается в 450 - 500 тыс. км2, что составляет порядка 80% территории. На этом пространстве располагаются нефтегазоносные провинции Северо-Кавказско-Мангышлаксая, Прикаспийская, Волго-Уральская с крупными нефтегазоносными областями и районами. Если к этому добавить вовлекаемые в поиски акватории Азовского, Черного и Каспийского морей, то предстоящий размах геологоразведочных работ становится очевидным.

Уже сейчас не территории Черноморско-Каспийского региона открыто около 500 месторождений углеводородов (УВ). Поисками, разведкой и разработкой этих месторождений занимается порядка 70 компаний, наиболее крупные из которых ОАО "Газпром", ОАО "Роснефть" и ОАО "Лукойл". Направить их материальные возможности в русло научно обоснованной стратегии поисков — задача вузовской геологической науки. Сделать это надо еще и потому, что недрапользователи неохотно вкладывают деньги в геологоразведочные работы на "перспективу".

Соглашаясь с существующей стратегией поисков, отметим, что она не может быть успешно реализована без выявления региональных закономерностей локализации нефти и газа и, в частности, в пограничных структурах платформ самого южного региона России.

Для переоценки перспектив старых нефтедобывающих районов могут оказаться полезными проводимые автором исследования по систематике пограничных структур, к которым эти районы приурочены. Особые надежды в этом смысле связаны с оценкой регионального прогноза нефтегазоносности пограничных структур Черноморской и Каспийской плит.

Черноморско-Каспийский нефтегазоносный бассейн все больше становится центром внимания международного сотрудничества и соперничества России со своими соседями: Турцией, Грузией и Украиной в Черном и Азовском морях; Казахстаном, Азербайджаном, Туркменистаном и Ираном в Каспийском море.

Для лучшего понимания социально-экономической ситуации на Юге России, связанной с проблемой углеводородного сырья, приведем такие сведения. Мировая пресса полна публикаций о планах ввода в действие международных нефтепроводов и газопроводов: Тенгиз - Баку — Джейхан через Грузию, Баку -Супса, Баку - Новороссийск, КТК и другие. Так, например, газопровод проектной мощностью 30 млрд. м3 в год и протяженностью 1680 км планируется провести из Туркменистана от месторождения Шатлык через Каспий, Азербайджан, Грузию в Турцию (г. Эрзурум). Нефтепровод Тенгиз - Баку - Джейхан лоббируется из геополитических обстоятельств правительствами Азербайджана, Турции и США, поскольку должен обеспечить прокачку до 60 млн. т нефти в год (Федоров и др., 2000).

Для Каспийского осадочного бассейна существуют оценки геологических ресурсов, выполненные Энергетическим информационным управлением США и Министерством природных ресурсов РФ. Хотя они сильно расходятся, но по отдельным странам достигают до десятков млрд. т условного топлива (Казахстан, Туркмения, Азербайджан). По оценкам США Россия располагает на Каспии 1млрд. т, а по данным МПР РФ в два раза больше.

Акватория Каспия включает три нефтегазоносных бассейна: СевероКаспийский, Средне-Каспийский и Южно-Каспийский, из которых в Российский сектор попадают первые два. Как и в прилегающих территориях перспективы нефтегазоносности морской части Прикаспийской впадины связаны, главным образом, с карбонатными формациями в подсолевых комплексах палеозоя, в котором открыты уникальные и гигантские месторождения: Астраханское серогазоконденсатное, Тенгизское и Королевское нефтяные, Табаковское и Еленовское газоконденсатные. На шельфе Каспия открыто гигантское нефтяное месторождение Кашаган, запасы которого оцениваются до 5,6 млрд. т нефти (Постнова, Сизенцева, 2002). В Российском секторе Каспия открыты Ракушечное, Корчагинское, Сарматское, Хвалынское и др. месторождения (Крылов, 2004).

Рассматривая перспективы нефтегазоносности шельфов Черного и Азовского морей и, особенно, Восточно-Черноморской впадины с ее Туапсинским прогибом, следует заметить, что потенциальные ресурсы последнего оцениваются в 5 млрд. т условного топлива (Вигинский и др., 1997). Сведения о состоянии дел в нефтегазовой отрасли на Юге России приведены для того, чтобы подчеркнуть актуальность исследования пограничных структур региона. Безусловно, конечной цели — прогноза нефтегазоносности в регионах можно достигнуть только путем создания более надежной основы для выбора направления поисков и снижения риска финансовых потерь.

Региональными тектоническими исследованиями структур земной коры в рамках научных тематик по тектонике юго-востока Русской плиты, Кавказа и смежных территорий автор начал заниматься с начала 70-х годов (Очев, Рыков, Бондаренко и др., 1980; Очев, Курлаев, Бондаренко и др., 1985; Гуцаки, Яноч-кина, Бондаренко и др., 1992; Гужиков, Молостовский, Бондаренко и др., 1998; Милеев, Барабошкин, Бондаренко и др., 1998; Яночкина, Гуцаки, Бондаренко и др., 2002; Бондаренко, 2004а, 20046; Попков, Бондаренко и др., 2007 и др.). Активные исследования, направленные на решение задач по проблемам систематики пограничных структур, под научным руководством В.А.Соловьева начаты в 2000 г. (Соловьев, Бондаренко, 2000). Тогда же в соавторстве были проанализированы материалы нефтегазоносности пограничных структур на примере Сибирской платформы. К сожалению, полученные результаты исследований опубликованы только в 2005 г. (Соловьев, Боровиков, Бондаренко, 2005). Для Сибирской платформы было установлено 16 видов пограничных структур, расположенных по всему периметру древней платформы. Но дело не в количестве выделенных пограничных структур, а в прогнозе их нефтеганосности. Этот прогноз осуществлялся на основе определения типа и вида структур, характеризующихся своим набором комплексов (основания, геосинклинальных, оро-генных, плитных и др.)- Оказалось, что тип и вид структур предопределяет особенности их нефтегазоносности.

В 2001-2007 г.г. исследования пограничных структур и их нефтегазоносности продолжились при финансовой поддержке Минобрнауки в рамках научных программ по проектам № Е02-9.0-85 и № ур.09.01.107, а также РФФИ-юг (проект № 06-05096693-рюга) на примере платформ Юга России. При реализации этих проектов в соавторстве и самостоятельно были написаны рекламно-технические отчеты, опубликованы серия статей и тезисов докладов в материалах совещаний разного ранга (Соловьев, Бондаренко, 2004а, б, в; 2005, 2006; Соловьев, Бондаренко, Куценко, 2004; Соловьев, Бондаренко, Наумова, 2004; Бондаренко, Наумова, 2004, Бондаренко, Соловьев, 2005; Соловьев, Бондаренко, Дембицкий, 2006 и др.). Полученные результаты по пограничным структурам платформ Юга России обобщены в одноименной монографии (Бондаренко, Соловьев, 2007).

Целью настоящей диссертационной работы является теоретическое обоснование строения геологического пространства пограничных структур платформ Черноморско-Каспийского региона путем создания их типологических моделей. На основе разработанных принципов типизации пограничных структур установление их структурных аналогов в других нефтегазоносных областях и прогнозирование возможных новых объектов скоплений нефти и газа.

С учетом этого основные научные проблемы диссертационной работы сводятся к последовательному решению следующих задач:

1. Обзор принципов тектонического районирования и систематик пограничных структур.

2. Расшифровка слоистой структуры соседствующих платформ Черно-морско-Каспийского региона по профилям-трансектам для раскрытия сочетаний тектонических комплексов в разрезе их пограничных структур.

3. Определение и исследование типов и видов пограничных структур платформ изучаемого региона.

4. Выявление структурных эквивалентов установленных типов и видов пограничных структур платформ в других регионах.

5. Прогноз скоплений нефти и газа на основе сравнительного анализа материалов по эквивалентным пограничным структурам платформ других регионов, а также на основе построения флюидодинамических моделей их нефтега-зоносности.

Характеристика объекта и предмета исследования согласно В.А. Соловьеву (1988, 1990) осуществлена с учетом принципов иерархии геологических тел. При этом, в основе систематики пограничных структур были использованы те же принципы, что и в систематике структур земной коры, т.е. в качестве соседствующих элементов нами рассматривались разновозрастные платформы. Для прогноза нефтегазоносности пограничных структур этих платформ (региональных объектов скопления нефти и газа) главенствующая роль должна принадлежать тектоническому признаку, т.к. научно обоснованная стратегия поисков не может не учитывать региональные закономерности скоплений нефти и газа.

В целом, задачи по определению типов и видов пограничных структур платформ Черноморско-Каспийского региона решались на базе методики объемного геологического картографирования (построение моделей тел в объеме) и структурного профилирования (построение моделей тел в разрезе). Региональный характер исследований предопределил выбор ранга тел, к которому были отнесены геологические комплексы (комплексы основания, геосинклинальные, орогенные и плитные).

Кроме этого, с использованием метода аналогий выявлялись структурные эквиваленты пограничных структур платформ в других регионах. На основе эквивалентности типов и видов и нефтегазоносности сравниваемых пограничных структур Черноморско-Каспийского региона осуществлен прогноз обнаружения новых нефтегазоносных объектов в пределах площади Южного Федерального округа России.

Достоверность определения типов и видов пограничных структур базируется на сравнительном анализе структур изученного региона со структурами других тектонических областей, что и позволило выявить эквивалентные структуры. Обоснованность результатов прогноза нефтегазоносности структур опирается на использовании принципа одинаковости скоплений углеводородов в эквивалентных пограничных структурах платформ.

Научная новизна результатов исследования. На основе принятого в исследовании методологического подхода проанализированы гетерогенные структуры земной коры Черноморско-Каспийского региона и предложена новая тектоническая трактовка его строения. Это позволило предложить для- изученного региона новый подход к систематике пограничных структур платформ и впервые определить их типы и виды. С учетом новых данных автором обоснованы типологические модели пограничных структур между Скифской плитой молодой ЦЕАП и складчатым Кавказом, между складчатыми сооружениями Кавказа, Крыма и Черноморской плитой юной Срнедиземноморской платформы, между Скифской плитой и Русской плитой древней ВЕП. Впервые разработанные принципы систематики позволили аргументировано сопоставить плат-формообразующие комплексы выделенных пограничных структур Черноморско-Каспийского региона с аналогичными комплексами в структурах других регионов. На основе их эквивалентности спрогнозированы возможные новые объекты скоплений нефти и газа пограничных структур платформ юга России.

Практическое значение и реализация результатов работы. Разработанные в диссертации теоретические подходы послужат основой для переоценки перспектив старых нефтедобывающих районов в Черноморско-Каспийском регионе. Это даст возможность компаниям уменьшить степень риска бурения пустых скважин, поскольку в своей основе прогноз возможных скоплений углеводородов строится на эквивалентности разбуриваемых структур тем структурам, в которых уже найдены нефтяные или газовые месторождения. Выявленная закономерность между перспективными нефтегазоносными комплексами и типами пограничных структур представляет методологическую основу для планирования региональных геологоразведочных работ, в том числе и на морских акваториях.

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на более чем 23 представительных конференциях и научных форумах. Среди них: Международная конференция "Закономерности эволюции земной коры" (Санкт-Петербург, 1996), Всероссийский съезд геологов и Научно-практическая геологическая конференция "Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века" (Санкт-Петербург, 2000), XXXIII тектоническое совещание "Тектоника России" (Москва, 2000), Всероссийская научно-практическая конференция "Геология Русской плиты и сопредельных территорий на рубеже веков" (Саратов, 2000), 7-ая международная конференция "Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа" (Москва, 2004), 2-ая и 3-я Международные конференции "Геодинамика нефтегазоносных бассейнов" (Москва, 2004, 2005), Международная конференция "Нефть и газ Черного, Азовского и Каспийского морей" (Геленджик, 2004), региональная научно-практическая конференция "Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса Приволжского и Южного федерального округов на 2006 и последующие годы" (Саратов, 2005), Юбилейная У Международная научно-практическая конференция "Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии" (Астрахань, 2006), Международная конференция "Проблемы геологии и освоения недр юга

России" (Ростов-на-Дону, 2006), ХЫ тектоническое совещание "Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики" (Москва, 2008) и др.

Фактический материал. При оценке формационных комплексов пограничных структур использованы авторские материалы, полученные при обобщении данных более 35-летних исследований Юго-востока Русской и Скифской плит (1971-1994), Кавказа (1995-2007). В эти годы автор в составе различных коллективов принимал участие в исследованиях в рамках хоздоговорных работ с геологическими организациями Нижневолжского геологического управления (Саратов, Волгоград), ОАО "Краснодарнефтегеофизика" (Краснодар), ООО "Кубаньгазпром" (Краснодар), ПО "Союзморгео" (Геленджик). Кроме этого, в 1989 г. имел возможность в составе экспедиции палеомагнитной лаборатории НИИГеологии при Саратовском госуниверситете ознакомиться с некоторыми мел-палеогеновыми разрезами северо-западного Копет-Дага и юго-восточной (Азербайджанской) части Кавказа.

В разные годы полевое изучение этих регионов имело как стратиграфическую, лито логическую, палеогеографическую, формационную, геотектоническую, так и геолого-геофизическую направленность. Опыт преподавания, приобретенный с 1981 г. при чтении курсов "Структурной геологии и геокартирования", "Геотектоники" и "Региональной геологии Северной Евразии" студентам-геологам Саратовского и Кубанского государственных университетов, также оказался полезным.

В работе использована геологическая информация, которая была получена в период 1996-2006 гг. в качестве соисполнителя научных проектов РФФИ в совместных экспедициях с сотрудниками: палеомагнитной лаборатории НИИ Геологии СГУ (проекты № 96-05-065442 и № 03-05-65309-а ("Магнитохроноло-гическая калибровка стратиграфических шкал юры-мела различных палеогеографических поясов и проблемы построения Общей стратиграфической шкалы"); кафедры исторической и региональной геологии МГУ (проекты № 98-0564196 и № 01-05-64788 ("Структура и геодинамика киммерид и альпид северной части Крымско-Кавказского сегмента Средиземноморского пояса"); кафедры региональной и морской геологии КубГУ (проект № 05-05-65247-а "Петро-физическое обоснование дробных стратонов меловых флишевых формаций Северо-Западного Кавказа").

На защиту выносятся:

1. Типизация и систематика гетерогенных структур земной коры Черно-морско-Каспийского региона, рассматривающая их слоистую структуру как триаду главных платформообразующих комплексов.

2. Принципы систематики пограничных структур разновозрастных платформ Черноморско-Каспийского региона.

3. Выделенные типы и виды пограничных структур платформ региона, базирующиеся на определении их соседствующих элементов в плане и набору геологических комплексов в разрезе.

4. Результаты сопоставления платформообразующих комплексов выделенных пограничных структур Черноморско-Каспийского региона с аналогичными комплексами в структурах других регионов и прогноз их нефтегазонос-ности, основанный на принципе эквивалентности пограничных структур структурам с разведанными запасами углеводородов.

Автор искренне выражает глубокую признательность научному консультанту члену-корреспонденту АН ВШ, доктору г.-м. наук Соловьеву Владимиру Алиевичу, благодаря которому настоящая работа получила логическую завершенность и законченность. Именно ему принадлежит идея систематики структур Земной коры и разработка циклитовой модели ее слоистой структуры, позволившая вплотную подойти к решению проблемы систематики пограничных структур платформ Юга России.

Автор благодарен коллеге по работе академику РАЕН, доктору г.-м. наук, профессору В.И.Попкову (КубГУ), консультации которого по вопросам тектоники и геодинамике нефтегазоносных областей Юга России и смежных регионов позволили объективно реализовать поставленные задачи по исследованию пограничных структур и прогноза в них новых нефтегазоносных объектов.