Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
САЛЬНИКОВ Александр Сергеевич
СЕЙСМОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПЛАТФОРМЕННЫХ И СКЛАДЧАТЫХ ОБЛАСТЕЙ СИБИРИ ПО ДАННЫМ РЕГИОНАЛЬНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЛОМЛЕННЫМИ ВОЛНАМИ
25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
НОВОСИБИРСК, 2008
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья Федерального Агентства по недропользованию Российской Федерации (Роснедра)
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Суворов Владимир Дмитриевич доктор геолого-минералогических наук Остистый Борис Константинович доктор технических наук Симонов Константин Васильевич
Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научноисследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского Федерального Агентства по недропользованию РФ (ФГУП ВСЕГЕИ, Роснедра, г. Санкт-Петербург)
Защита состоится 13 ноября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН в конференц-зале.
Адрес: Проспект Акад. Коптюга, 3, Новосибирск, 6300Факс: (383) 333-25-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН
Автореферат разослан 26 августа 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геол.-минерал. наук Н.Н. Неведрова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Объектом исследований является земная кора платформенных областей Сибири (область сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы), а также Яно-Колымской складчатой области на предмет определения их сейсмогеологического строения методом преломленных волн.
Несмотря на большие объемы геолого-геофизических исследований, проведенных в шестидесятые-восьмидесятые годы прошлого столетия, земная кора значительных территорий России, таких как Сибирская платформа, в том числе ее область сочленения с ЗападноСибирской плитой, Яно-Колымская складчатая область, остаются все еще недостаточно или совсем не изученными глубинными сейсмическими методами. Достоверные данные о сейсмогеологическом строении земной коры необходимы для понимания общей структуры этих регионов и могут быть использованы для установления закономерностей размещения полезных ископаемых. Поэтому необходима более точная информация о строении поверхности кристаллического фундамента (на уровне выделения структур второго и третьего порядка) и Мохо, их районирование по значениям граничной скорости. Знание скоростной характеристики земной коры может быть использовано для формирования представлений о ее вещественном составе. Учитывая сложность изучения земной коры методом отраженных волн, связанную с рядом причин, в том числе широким развитием пород трапповой формации на Сибирской платформе и интрузий различного состава в Яно-Колымской складчатой области, труднодоступностью этих территорий, необходима разработка методических приемов (в т.ч. использование невзрывных источников, автономной цифровой аппаратуры) для изучения этого объекта, в том числе методом преломленных волн, эффективность которого была показана многочисленными исследованиями, а также совершенствование технологии их обработки и интерпретации с использованием сейсмической томографии, позволяющей с достаточной достоверностью и полнотой извлекать сейсмическую информацию из волновых полей. На основе вышесказанного, актуальность исследований определяется необходимостью совершенствования сейсмических методов регионального изучения земной коры платформенных и складчатых областей в труднодоступных регионах с использованием преломленных волн и способов обработки и интерпретации данных на основе способа сейсмической томографии.
Цель работы - повышение достоверности данных о сейсмогеологическом строении земной коры платформенных и складчатых областей в труднодоступных регионах Сибири, увеличение полноты извлечения информации и разрешающей способности метода преломленных волн путем разработки и применения новой технологии региональных сейсмических исследований и методов обработки и интерпретации.
Научные задачи.
1. Разработать методические приемы полевых работ для труднодоступных районов Сибири и интерпретации данных преломленных волн при детализации строения земной коры в зоне широкого распространения траппов.
2. Определить скоростные характеристики земной коры для западной части Сибирской платформы и Яно-Колымской складчатой системы в сечении опорного геофизического профиля 2-ДВ.
3. На основе обобщения имеющихся и полученных данных определить сейсмогеологическую структуру земной коры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы.
Фактический материал, методы исследования и аппаратура.
Теоретической основой решения поставленных задач являются идеи и алгоритмы известных сейсморазведчиков, а именно корреляционный метод преломленных волн, разработанный под руководством академика АН СССР Гамбурцева Г.А., метод точечных (дифференциальных) сейсмических зондирований, разработанный под руководством академика РАН Пузырева Н.Н., сейсмическая томография на временных задержках волн в первых вступлениях, разработанная под руководством члена-корреспондента РАН Крылова С.В., идеи интерпретации годографов преломленных волн, высказанные членом-корреспондентом АН СССР Ризниченко Ю.В.
При изучении поверхности фундамента и Мохо на территории площадью около одного миллиона квадратных километров был использован метод точечных (дифференциальных) сейсмических зондирований, адаптированный автором для сейсмогеологических условий запада Сибирской платформы в зоне интенсивного развития пород трапповой формации, а при исследовании на опорном геофизическом профиле 2ДВ на северо-востоке России (протяженностью более 1000 км) были применены 40-тонный передвижной виброисточник и автономные цифровые регистрирующие станции, в разработке которых автор принимал непосредственное участие.
При построении карт рельефа основных поверхностей земной коры (кристаллического фундамента, поверхности Мохо) и районирования их по значениям граничных скоростей были использованы сейсмические данные, полученные, в том числе, лично автором при проведении региональных сейсмических исследований осадочного чехла и консолидированной коры в зоне сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы.
При определении скоростной модели среды автором использован алгоритм сейсмической томографии на временных задержках волн в первых вступлениях, разработанный под руководством членакорреспондента РАН Крылова С.В., а при их визуализации и построении карт - Surface Mapping System Surfer version 8.0, Golden Software, Inc.
При сейсмотомографической интерпретации были использованы данные (полученные при личном участии автора) региональных сейсмических зондирований осадочного чехла и консолидированной коры территории Тунгусской синеклизы (около 30 профилей общей протяженностью более 11 тыс. км), экспериментальных работ ГСЗ, КМПВ и ОГТ, выполненных на опорном геофизическом профиле 2-ДВ (протяженностью более 1000 км), а также данные глубинных сейсмических исследований на геотраверсах (10 профилей общей протяженностью около 9 тыс. км), выполненных Центром ГЕОН в зоне сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы, и КМПВ (4 профиля общей протяженностью более 1.3 тыс. км), полученные при изучении доюрского фундамента Западно-Сибирской плиты.
Научное обоснование и разработка типовых моделей земной коры Сибири осуществлялись с помощью сравнительного анализа имеющихся геолого-геофизических моделей. Обоснование принципиального комплекса методических приемов изучения земной коры западной части Сибирской платформы в зоне широкого развития пород трапповой формации разработано при анализе составленных геологических моделей и результатов математического моделирования волновых полей отраженных и преломленных волн. При проведении полевых работ методом глубинных сейсмических зондирований на опорном профиле 2-ДВ была применена современная автономная цифровая аппаратура РОСА-А, которая была разработана и изготовлена в ФГУП СНИИГГиМС и по своим параметрам не уступает зарубежной модели Reftek фирмы REFRACTION TECHNOLOGY, Inc. (США).
Программы расчета годографов головных, рефрагированных и отраженных волн, а также алгоритм пересчета поля времен на уровень, близкий к первой жесткой границе, составлены на основе лучевого метода сейсмики. Оценка влияния исходных параметров обработки на детальность результативных скоростных разрезов, определение критериев выделения типовых структурных элементов в среде по характеру поведения изолиний скорости осуществлялось с использованием математического моделирования.
Проверка эффективности использованных автором алгоритмов сейсмотомографической интерпретации волн в первых вступлениях проведена математическим моделированием и подтверждена на практике при сопоставлении построенных скоростных разрезов с данными глубокого бурения.
Защищаемые научные результаты:
1. Для изучения глубинного строения труднодоступных районов Сибири разработаны и использованы в производственном масштабе методические и технологические приемы производства детальных полевых сейсмических наблюдений с взрывными и передвижным 40-тонным вибрационным источниками в комплексе с автономными регистрирующими станциями в разнообразных сейсмогеологических условиях.
2. Систематизация и обобщение с единых методических позиций сейсмических данных, накопленных на протяжении нескольких десятков лет, представленных в виде томографических скоростных разрезов и геолого-геофизических моделей строения земной коры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы вдоль опорных и региональных профилей ГСЗ.
3. Область сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы представляется в виде субмеридиональной зоны шириной около 150 км, ограничивающей структуры коры Сибирской платформы, контрастность сейсмических аномалий в которой проявляется в гранито-гнейсовом, гранулитовом и базитовом слоях коры, увеличивается с глубиной, находя отражение и в рельефе поверхности Мохо.
4. Земная кора складчатых областей (Алтае-Саянской, ЯноКолымской, Олойской) и выступов фундамента (Анабарская антеклиза, Енисейский кряж) отличается от регионов с развитым платформенным осадочным чехлом увеличенной мощностью гранулитового слоя и сложным рельефом его кровли, поднимающейся вплоть до поверхности фундамента.
Новизна работы. Личный вклад.
1. Разработана и применена технология региональных сейсмических исследований для труднодоступных регионов с взрывным и передвижным вибрационным источниками и с автономными регистрирующими станциями для разнообразных сейсмогеологических условий:
- доказана целесообразность использования для изучения земной коры в западной части Сибирской платформы метода преломленных волн, научно обоснован теоретическими расчетами и экспериментальными работами новый комплекс методических приемов при полевых наблюдениях и обработке сейсмических данных, направленный на изучение земной коры;
- разработаны технические требования (количество каналов, интервал дискретизации, мгновенный динамический диапазон, потребляемая мощность на канал, масса регистратора, диапазон рабочих температур, длительность регистрации и т.д.) к автономным регистрирующим станциям, которые рационально использовать при проведении работ методом глубинных сейсмических зондирований в труднодоступных районах;
-составлены на основе анализа и обобщения всех геологогеофизических разрезов земной коры сейсмогеологические модели осадочного чехла и консолидированной коры области сочленения ЗападноСибирской плиты и Сибирской платформы.
2. Получены новые региональные данные о распределении скорости продольных волн в земной коре, заключающиеся в следующем:
- систематизированы и обработаны по единой методике данные по геотраверсам и региональным профилям ГСЗ, составлены сейсмотомографические разрезы земной коры, основанные на временных задержках волн в первых вступлениях;
- верхняя часть земной коры Западно-Сибирской плиты отличается от Сибирской платформы наличием толщи низкоскоростных осадочных пород, практически полностью выклинивающихся к р. Енисей;
- в пределах Камовского свода Сибирской платформы по характеру распределения скорости в верхней части земной коры выявлены зоны распространения нефтегазоперспективных рифейских отложений;
- в районе п. Тычаны выявлен аномальный характер распределения скорости - подъем высокоскоростных пород к дневной поверхности, совпадающий в плане с аномальным поведением верхней и нижней границ консолидированной коры и внутримантийной границы;
3. Обоснованы и составлены структурные карты рельефа кровли и подошвы консолидированной коры, выполнено районирование их по значениям граничной скорости; схемы рельефа кровли гранулитового и базитового слоев и на их основе выявлены глубинные сейсмические характеристики зоны сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы и охарактеризовано глубинное строение крупных тектонических областей:
- установлено различие Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы по характеру и амплитуде изменения глубины до кровли и подошвы консолидированной коры, изменения глубины залегания, мощностей и структуры выделенных слоев;
- вдоль р. Енисей выявлена узкая (шириной 120-150 км) линейная зона сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы меридионального простирания, в пределах которой происходят основные изменения в структуре земной коры;
- на основе сопоставления установленных зон нефтегазонакопления с особенностями строения, а также со скоростными параметрами земной коры и верхней мантии, выявлены глубинные критерии прогноза нефтегазоносности платформенных областей.
4. Установлена связь приповерхностных структур юго-восточной части Яно-Колымской и Кони-Мургальской складчатой систем и перекрывающего их Охотско-Чукотского окраинно-континентального вулканогенного пояса с глубинными аномальными особенностями, выражающимися в изменениях мощности и глубине залегания слагающих земную кору слоев и в рельефе Мохо:
- Кони-Мургальской складчатой области соответствует блок, в котором породы гранулитового и базитового слоев занимают довольно высокое положение, наблюдается существенный подъем границы Мохо при существенном увеличении средней скорости до нее;
- Охотско-Чукотский вулканогенный пояс, дважды пересекаемый профилем, характеризуется блоком с увеличенной мощностью консолидированной коры за счет утолщения базитового слоя и, соответственно, погружением границы Мохо на глубину до 43 и более километров, понижением граничных и пластовых скоростей.
Теоретическая и практическая значимость.
Разработанная технология (методика полевых работ и программно-алгоритмическое обеспечение) сейсмических зондирований преломленными волнами внедрена в практику геологоразведочных работ в Красноярском крае (ОАО Енисейгеофизика). С ее применением детализирован рельеф поверхности кристаллического фундамента западной части Сибирской платформы, выявлены в пределах Камовского свода зоны выхода пород кристаллического фундамента под нижнекембрийские отложения, области распространения и выклинивания нефтегазоперспективных рифейских отложений, Нижнее-Тохомское, Юрубченское и другие поднятия третьего порядка, что важно для обоснования практических рекомендаций по направлению геолого-разведочных работ на поиски нефти и газа.
Обоснованное построение сейсмотомографических разрезов земной коры по волнам в первых вступлениях и выработанные критерии распознавания геологических объектов по характеру двумерного распределения скорости повышают информативность геологогеофизической интерпретации данных. Показано, что для повышения точности восстановления скоростного разреза ниже границы раздела I рода следует использовать плотные системы наблюдений и пересчет поля времен на эту границу. Это позволяет повысить надежность и точность построения сейсмического разреза даже при значительном скачке скоростей (3.0 - 4.0 км/с), когда нарушается условие линеаризации, необходимое для томографических алгоритмов.
Сейсмотомографические разрезы, составленные автором в результате переинтерпретации материалов региональных сейсмических исследований прошлых лет в области перехода от Западно-Сибирской плиты к Сибирской платформе, позволили без проведения затратных полевых работ получить новую геологическую информацию о строения земной коры, а именно использование модели трехслойной земной коры (деление на гранито-гнейсовый, гранулитовый, базитовый комплексы), позволило выявить основные параметры различия в строении земной коры в области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы, а также охарактеризовать структуру земной коры ЯноКолымской и Кони-Мургальской складчатых областей и ОхотскоЧукотского вулканогенного пояса.
Установлено, что по характеру распределения скорости земная кора Западно-Сибирской плиты резко отличается от Сибирской платформы что важно учитывать при определении перспектив поиска месторождений нефти и газа в области сочленения этих структур.
На региональном профиле ДСЗ п. Байкит - п. Тычаны выявлена аномалия скорости, напоминающая трубку взрыва, выходящую на дневную поверхность и расположенную в пределах Тычанской алмазоносной провинции. Это повышает вероятность связи ее с основными и ультраосновными породами глубинного происхождения и является первым геофизическим материалом, дающим основание предполагать наличие зоны кимберлитового магматизма в этом регионе. Аналогичная аномалия повышенной скорости обнаружена на р. Подкаменная Тунгусска в пределах этого же района. Это целесообразно учитывать при поисках месторождений алмазов.
В области сочленения структур юго-восточной части ЯноКолымской (важнейшей золотоносной провинции северо-востока России) и Кони-Мургальской складчатой систем и перекрывающего их Охотско-Чукотского окраинно-континентального вулканогенного пояса получен ряд аномальных особенностей земной коры тесно коррелирующихся с известными рудными узлами, что определяет возможность прогнозирования новых объектов для уточнения и поиска новых закономерностей размещения твердых (золото, серебро, олово, медь) полезных ископаемых и оценки прогнозных ресурсов территории.
Разработанная технология сейсмотомографической интерпретации волн в первых вступлениях используется при интерпретации материалов ГСЗ и ДСЗ, проведенных на территории Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформе и на опорном геофизическом профиле 2ДВ (п-ов Кони - о. Врангеля) в ФГУП СНИГГиМС, АСФ ГС СО РАН, ОАО Енисейгеофизика.
Сравнение взрывных и вибрационных записей, полученных на опорном геофизическом профиле 2-ДВ на северо-востоке России на близких расстояниях при одних и тех же частотных диапазонах, в целом, показывает практическое совпадение волновых полей,, что является научным обоснованием принципиальной возможности использования в ГСЗ данной мобильной конструкции 40-тонного передвижного вибратора.
В результате производственного применения при проведения работ методом ГСЗ бескабельной пространственно распределенной сейсморазведочной системы на основе автономных регистраторов РОСА-А было доказано, что система обеспечивает регистрацию информации по свободному расписанию с взрывными и невзрывными источниками возбуждения упругих колебаний, исключает неработоспособность сети сбора из-за неисправности одного элемента (регистратора) и является экономически выгодной.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты исследований докладывались на международных конгрессах, симпозиумах и конференциях - 28 сессии Международного геологического конгресса Поиски нефти и газа (Вашингтон, 1989); 36-ом Международном геофизическом симпозиуме (Киев, 1991);
Международной геофизической конференции и выставке SEG-EAГО (Санкт-Петербург, 1995); Международной геофизической конференции (Санкт-Петербург, 2000); Международной геофизической конференции и выставке SEG-EAГО (Москва, 2003); 32nd International Geological Congress (Florence, 2004); International Geological Congress Metallogeny of the Pacific Northwest: tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins (Vladivostok, 2004); 1-st International Workshop on Active Monitoring in the Solid Earth Geophysics (Mizunami, Japan, 2004); 68th EAGE Conference & Exhibition (Vienna, 2006); International Conference and Exhibition Geosciences - To Discover and Develop (Saint Petersburg, 2006); 69th EAGE Conference & Exhibition Incorporating SPE EUROPEC 2007 (London, 2007), 70th EAGE Conference & Exhibition (Roma, 2008);
всероссийских совещаниях и семинарах - Всероссийском семинаре Методы, технические средства, методика обработки и интерпретации геолого-геофизических исследований при создании государственной сети опорных геофизических профилей (Новосибирск, 1999); Всероссийском семинаре Проблемы региональной геофизики (Новосибирск, 2001); Всероссийском совещании, посвященном 90-летию академика Н.А. Шило Геодинамика, магматизм и минерагения континентальных окраин севера Пацифики (Магадан, 2003); региональных конференциях - VIII региональной научно-практической конференции Поиск и разведка месторождений нефти и газа в Красноярском крае (Красноярск, 1988); Второй региональной конференции Проблемы недропользования на территории Эвенкийского автономного округа (Красноярск, 1999); Региональной конференции геологов Сибири, Дальнего Востока и северо-востока России (Томск, 2000).
Научные результаты диссертации изложены в 56 публикациях, из них 22 - в ведущих рецензируемых журналах и изданиях по перечню ВАК (патенты - 2, ж. Геофизический вестник - 3, Изд-во Наука Сиб. отд. - 10, Изд-во Дальнаука ДВО РАН - 2, ж. Вестник Новосибирского Государственного Университета - 1, Изд-во СО РАН - 4).
Научные результаты получены в ФГУП СНИИГГиМС. Основой для написания работы послужили материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в процессе работ по темам, выполненным в Отделе сейсморазведки в соответствии с планом научно-исследовательских работ института, проводимых согласно Межведомственной региональной научной программе развития сырьевой базы нефтяной и газовой промышленности Сибири на 1990 - 1995 гг. (Программа Поиск), Федеральной целевой программы Развитие федеральной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений на 1995-2000 гг., пункту 10 Научное обеспечение геологического изучения и воспроизводства минерально-сырьевой базы подпрограммы Минерально-сырьевые ресурсы Федеральной целевой программы Экология и природные ресурсы России на 2002-2010 годы, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации № 860 от 7 декабря 2001 г. и ряда других.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 301 наименования. Полный объем диссертации составляет 282 страницы, включая 54 рисунка, таблиц.
Благодарности. Результаты получены при совместных исследованиях коллективов Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофизики и минерального сырья, ПГО Енисейгеофизика, Института геофизики СО РАН, Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН. Автор признателен руководителям отмеченных организаций за поддержку исследовательских работ и выражает искреннюю благодарность своим единомышленникам и коллегам: В.Л. Кузнецову, В.В. Титаренко, В.М. Маркову, Г.Ф. Бгатовой - за помощь в обработке и интерпретации полученных сейсмических материалов, А.И. Голуб - за их оформление, А.В.
ипилину - за постоянную поддержку проводимых автором сейсмических исследований, В.А. Деткову, А.С. Ефимову, В.Г. Сибгатуллину, Ю.Г. Зайцеву, А.М. Якимову, Р.М. Якимовой, Н.Н. Дашкевичу, С.В. Бормотовой - за всестороннюю поддержку автора при внедрении методики преломленных волн для изучения осадочного чехла, фундамента и всей земной коры Сибирской платформы, А.И. Варламову, Г.М. Тригубовичу - за поддержку проводимых автором научных исследований, В.С. Селезневу, А.Ф. Еманову, В.М. Соловьеву, В.Н. Кашуну, И.А. Данилову - за сотрудничество при изучении земной коры Алтае-Саянского региона и северо-востока России и обсуждение различных аспектов проводимой работы, В.Д. Суворову - за идеи в области интерпретации площадных наблюдений преломленных волн, В.И. Самойловой - за неоценимую помощь при оформлении диссертации и многим другим.
Особо признателен автор своим идейным вдохновителям академику РАН В.С. Суркову и доктору геол.-мин. наук В.Л. Кузнецову, развитием работ которых считает данное исследование, а также геологам-нефтяникам В.С. Старосельцеву и А.В. Мигурскому, оказавшим неоценимую помощь при геологической интерпретации полученных сейсмических материалов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность исследований, сформулирована цель и задачи исследований, названы основные научные результаты, определены новизна и личный вклад, теоретическая и практическая ценность работы.
Первая глава посвящена изученности проблемы сейсмогеологического строения земной коры складчатых и платформенных областей Сибири сейсмическими методами.
В разделе 1.1 приводится геофизическая изученность и основные особенности геологического строения территории исследований.
До начала пятидесятых годов прошлого столетия глубинное геологическое строение Сибирской платформы оставалось совершенно неизученным сейсмическими методами. Представление о строении и структуре фундамента Тунгусской синеклизы базировалось, в основном, на данных аэромагнитных и гравиметрических съемок. В шестидесятых годах, когда была разработана под руководством академика РАН Н.Н.Пузырева и член-корреспондента РАН С.В. Крылова методика точечных (дифференциальных) сейсмических зондирований и под руководством доктора технических наук И.С. Чичинина переносная радиоуправляемая автономная аппаратура Тайга, начались планомерные широкомасштабные сейсмические исследования в Восточной Сибири (СНИИГГиМС, ПГО Енисейгеофизика, Иркутскгеофизика). К началу девяностых годов в зоне сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы было отработано около 20 тыс. погонных километров профилей, охватывающих площадь около 800 000 км2. Начиная с 1974 г., в региональные сейсмические исследования Сибирской платформы включилось ПГО Нефтегеофизика с целью регионального изучения верхней мантии, поверхности Мохо, кристаллического фундамента и основных границ в осадочном чехле.
Платформенный чехол Тунгусской синеклизы представлен рядом структурных ярусов, которые различаются между собой вещественным составом, характером распространения, мощностью, различной дислоцированностью. Специфика сейсмогеологического строения этой территории связана с тем, что разрез тонкослоистого осадочного чехла (особенно его верхняя часть) интенсивно насыщен высокоскоростными трапповыми интрузиями, суммарная мощность которых меняется от десятков до 400 м на юге и до 1000-1200 м в центральных и северных областях.
Исследования методикой дифференциальных сейсмических зондирований позволили изучить региональное строение поверхности кристаллического фундамента западной части Сибирской платформы, в пределах которой выделены два крупнейших надпорядковых элемента - Байкитская антеклиза и Курейская синеклиза, а также ряд крупных структур первого порядка, таких как Камовский, Сурингдаконский, Аннамский и другие своды, Туринский и Терянский мегапрогибы, Катангскую седловину. Однако, современный уровень разведки предъявляет новые требования - необходима информация повышенной детальности о поверхности фундамента на уровне выделения локальных блоков.
Территория северо-востока России относится к районам страны, наименее изученными глубинными и региональными сейсмическими методами. Представления о глубинном строении этой территории базировались до проведения представленных в работе сейсмических данных только на интерпретации потенциальных полей и поверхностной геологии.
В разделе 1.2 показано, что на значительной части Тунгусской синеклизы прослеживаемость опорных отражений колеблется от 10 до 70 %. Низкая эффективность ОГТ на этих землях связывается со сложным строением верхней части разреза вследствие внедрения трапповых интрузий.
С другой стороны, в результате проведенных работ методом дифференциальных сейсмических зондирований и корреляционным методом преломленных волн было показано, что сейсмогеологические условия верхней части коры этой территории благоприятны для формирования преломленных (квазиголовных) волн, связанных с границами в осадочном чехле и поверхностью фундамента. Высокая информативность метода преломленных волн позволяет рекомендовать его в комплексе с МОВ для изучения поверхности фундамента Тунгусской синеклизы с целью повышения эффективности сейсморазведки в целом.
Однако, требуется разработка методики и технологии сейсморазведки преломленными волнами, в том числе и по площадным системам наблюдений, для детального изучения поверхности кристаллического фундамента в условиях широкого развития траппового магматизма.
В настоящее время возможность проведение работ ГСЗ с взрывными источниками значительной мощности ограничивается высокой стоимостью и экологическими ограничениями. В связи с этим, становится актуальной задача разработки новой технологии, основанной на многоволновых детальных глубинных сейсмических исследованиях по системам наблюдений с многократными перекрытиями с использованием мощных вибрационных источников и автономных цифровых станций, свободной от негативных сторон традиционной технологии - использование буровых скважин, производстве больших взрывов, низкой технологичности, высокой себестоимости и во многих случаях невозможности реализации по экологическим соображениям.
В результате ранее проведенных региональных сейсмических исследований получены новые данные о строении земной коры и верхней мантии территории Сибири, имеющие значение для наук о Земле и геологической практики. Однако анализ материалов показывает, что из этих данных извлечена не полная информация и имеется возможность ее расширить путем применения современных методов обработки и интерпретации. В институте геофизики СО РАН, на основе использования специальных временных полей, разработаны и широко опробованы способы двухмерной и трехмерной сейсмической томографии, позволяющие извлекать более полную информацию из опорных глубинных волн, зарегистрированных в широком диапазоне баз наблюдения. Метод сейсмической томографии используется в глобальной сейсмологии и разведочной геофизике, но еще не нашел широкого применения в практике глубинных сейсмических зондирований. В связи с этим, актуальной является задача разработки технологии сейсмотомографической интерпретации материалов глубинных сейсмических зондирований на геотраверсах и региональных профилях для более полного извлечения информации.
В разделе 1.3 анализируются достоинства и недостатки метода преломленных волн, формулируются задачи эффективного его применения, в том числе в зонах широкого распространения пород трапповой формации.
Связь между особенностями геологического разреза и характеристиками регистрируемых волновых полей выявляется математическим моделированием. На основе сравнительного анализа и обобщения значительного количества литературных источников, касающихся изучения земной коры как Сибири, так и других территорий, были составлены двух- и трехмерные типовые модели. Для таких моделей рассчитаны кинематические характеристики волнового поля и показана возможность их изучения методом преломленных волн.
Во второй главе решаются вопросы разработки технологии региональных сейсмических исследований преломленными волнами.
В разделе 2.1 обосновывается методика и технология проведения полевых наблюдений, которая рассматривается в двух вариантах: профильных и площадных систем наблюдений при детальном изучении строения поверхности фундамента.
Анализируются виды площадных наблюдений и формулируются основные требования, которым должны удовлетворять эти системы при изучении криволинейных преломляющих границ и районировании их по значениям граничной скорости. Кроме того, они должны давать возможность восстановления параметров среды в рамках изотропных и анизотропных свойств преломляющих поверхностей, определения значений средней скорости в покрывающей толще. Этим требованиям, как показывает проведенный анализ, удовлетворяет площадная расстановка автономных станций, регистрирующая преломленные волны от источников, расположенных вокруг нее.
На основе теоретических расчетов, анализа литературных данных и опыта работ на Сибирской платформе формулируются основные требования к параметрам профильных систем наблюдений - величине взрывного интервала, расстоянию между регистрирующими системами, длине годографов, длине сейсмической расстановки и количеству каналов на ней, типу и базе группирования сейсмоприемников, частотному диапазону и др.
Сравнение взрывных и вибрационных записей, полученных на северо-востоке России, при одних и тех же частотных диапазонах, показывает принципиальную возможность использования 40-тонного передвижного вибратора для целей ГСЗ и КМПВ, обосновывается технология работ с ним.
Определяются технические требования (количество каналов, интервал дискретизации, мгновенный динамический диапазон, потребляемая мощность на канал, масса регистратора, диапазон рабочих температур, длительность регистрации и т.д.) к автономным регистрирующим станциям, которые рационально использовать при проведении работ методом глубинных сейсмических зондирований.
В разделе 2.2 анализируются алгоритмы интерпретации сейсмических данных, полученных по площадным системам наблюдений. В результате анализа более чем десятка различных алгоритмов было установлено, что при использовании идей, впервые предложенных Ризниченко Ю. В. и развитых в работах Суворова В.Д. и Селезнева В.С., теоретически возможно изучение криволинейных преломляющих границ в рамках изотропных и анизотропных моделей с переменной скоростью в покрывающей толще. На основе этого был разработан алгоритм, позволяющий интерпретировать преломленные волны, зарегистрированные площадными системами наблюдений. Алгоритм доведен до конечных формул, которые были использованы при составлении соответствующих программ.
Второе направление, рассматриваемое в работе - разработка способов обработки и интерпретации сейсмических данных методом сейсмической томографии. Сформулированы основные положения методики сейсмотомографической интерпретации материалов ГСЗ и ДСЗ на временных задержках первых волн. Разработана технология интерпретации, которая включает составление сводных временных полей, их коррекцию, определение параметров скоростной модели, визуализацию результатов и т.д. На основании численного моделирования установлены условия применимости алгоритма; определены параметры обработки. На экспериментальных данных показана высокая эффективность пересчета волнового поля вниз по разрезу с целью повышения точности построения рельефа и определения значений скорости в области расположения границ первого рода, где нарушаются условия линеаризованной постановки обратной кинематической задачи. В частности, при сопоставлении скоростного разреза, составленного по материалам КМПВ в Нюрольской впадине и данных сейсмического каротажа скважины Лугинецкая- 170, показана эффективность пересчета при значительном скачке скорости на границе, достигающей 3-4 км/с.
В разделе 2.3 описывается программное обеспечение при решении прямых и обратных задач сейсморазведки преломленными волнами в рамках лучевого метода. Разработано два алгоритма и составлены комплексы программ для решения прямой задачи - для рефрагированных, головных и отpаженных волн.
Рассмотрен авторский вариант комплекса программ обработки серии перекрывающихся поверхностных годографов преломленных волн, предназначенный для определения гипсометрии преломляющей поверхности, распределения значений скоростей распространения сейсмических волн в подстилающих толщах и покрывающей толщах в рамках изотропных и анизотропных моделей, а также для интерпретации первых волн способом двумерной сейсмической томографии.
Проведенное математическое моделирование показало, что по редуцированному полю времен и сейсмотомографическому скоростному разрезу можно однозначно выделять основные типовые структурные элементы геологической среды - контакт двух блоков, выклинивающийся слой, зона дезинтеграции, волновод.
В разделе 2.4 осуществляется модельная оценка точности и разрешающей способности алгоритмов интерпретации материалов региональных сейсмических исследований преломленными волнами.
Основные погрешности при определении скорости по полю времен первых волн, относятся к интервалу разреза, расположенного на км выше и ниже границы на глубине 2-4 км (поверхность консолидированной коры) с резким скачком скорости 0.1 - 0.3 км/с, а также к интервалу глубин от 30 до 45 км, соответствующему переходу кора-мантия.
Здесь погрешности достигают значений 0.5 -0.7 км/с. Скорость определяется с достаточной точностью (до 0.1 км/с) в интервале разреза, соответствующем верхней и средней частям кристаллической коры, где перепады скорости невелики. Для увеличения точности восстановления скоростного разреза в случае резких границ необходимо использовать плотные системы наблюдений или пересчитывать поля времен в область их расположения.
В третьей главе приводится скоростная характеристика земной коры платформенных и складчатых областей Сибири, полученная по сейсмотомографическим разрезам. Общий объем переинтерпретации составил около 30 профилей протяженностью более 11 тыс. км.
В разделе 3.1 приводятся скоростные параметры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы.
По величине скорости верхняя часть земной коры ЗападноСибирской плиты резко отличается от Сибирской платформы. Так, в пределах первой низкоскоростные мезокайнозойские осадочные отложения (скорость менее 6.0 км/с) выделены на глубинах до 7-15 км. Они резко сокращаются к реке Енисей за счет выклинивания верхней наиболее низкоскоростной части разреза (скорости менее 5.0 км/с). Судя по значениям скорости, этот слой залегает на гранито-гнейсовом основании, характеризующимся значениями скорости 6.0-6.2 км/с.
Осадочный чехол в пределах Сибирской платформы до глубин 7 - 8 км характеризуется значительной скоростной дифференциацией в вертикальном и горизонтальном направлениях. Он представлен, в основном, высокоскоростными образованиями (скорости 5-6 км/с), мощность которых составляет 5.0 и более километров в северной части зоны сочленения и около 3 км в южной. Он подстилается высокоскоростным кристаллическим основанием (скорость 6.0-7.0 км/с).
Мощность земной коры в пределах восточной части ЗападноСибирской плиты (35-40 км) несколько меньше, чем в западной части Сибирской платформы (43-45 км). Установлено, что Енисейский кряж имеет повышенную мощность земной коры (около 50 км) по сравнению с прилегающими районами.
Верхняя и средняя части земной коры (глубина более 5-10 км) имеют наиболее сложное строение. В них на фоне скоростей от 6 до км/с выделяются области с пониженной (менее 6 км/с) и повышенной (более 7 км/с) скоростью. Первые представлены, в основном, линзовидными, вытянутыми в горизонтальном направлении аномалиями, вторые - узкими субвертикальными По субширотному региональному профилю п. Байкит - р. Тычаны, расположенному на восточном борту Байкитской антеклизы, выявлена зона высокоскоростных пород в виде трубки взрыва, выходящей на дневную поверхность. Выявленная аномалия локализуется в пределах Тычанской алмазоносной провинции в 20 км северо-восточнее п.
Тычаны. Можно предполагать ее связь с основными и ультраосновными породами глубинного происхождения и такой факт является первым геофизическим материалом, дающим основание предполагать наличие зоны кимберлитового магматизма в этой провинции.
Анализ точности и достоверности построения сейсмотомографических разрезов осуществлялся путем оценки невязок скоростных разрезов на пересечениях геотраверсов и региональных профилей. При кондиционных системах сейсмических наблюдений на пересекающихся профилях наблюдаемые расхождения в значениях скоростей в среднем не превышают 0.1 км/с, что отражает высокую точность сейсмотомографических построений и скоростные разрезы могут служить основой для комплексной интерпретации геолого-геофизических материалов.
В ряде случаев на пересечениях профилей наблюдаются значительные невязки графиков V(z), достигающие значений 0.4-0.6 км/с на различных срезах по глубине. Анализ пространственного размещения таких невязок показывает, что они чаще всего группируются по определенным направлениям, что можно объяснить предполагаемой анизотропией среды.
В разделе 3.2 приводится скоростная характеристика ЯноКолымской складчатой области в сечении опорного профиля 2-ДВ протяженностью около 1200 км.
Средняя скорость распространения сейсмических волн в земной коре меняется по профилю в диапазоне 6.3 - 6.5 км/с, что выше установленных ранее значений (по профилю Магадан-Колыма, отработанному в 1964 г.) на 0.2 км/с. Мощность земной коры по профилю изменяется от 31 до 45 и более километров при наименьшей величине в начальной части профиля (район г. Магадан). Граничная скорость на поверхности Мохо вдоль профиля изменяется от 7.8 до 8.2 км/с.
По характеру распределения скорости в земной коре было условно выделено четыре слоя: базитовый, гранулитовый, гранито-гнейсовый и вулканогенно-осадочный. Выявлена связь рельефа поверхности Мохо со структурами Яно-Колымской складчатой системы: синклинориям соответствуют положительные формы рельефа границы М, поднятиям - отрицательные, а также установлена связь этих структур с мощностью низкоскоростного слоя: синклинориям соответствуют повышенная его мощность, поднятиям - пониженная.
Представлены сейсмотомографические разрезы на глубину до км, полученные по первым вступлениям волн, зарегистрированных при наблюдениях методами ОГТ и КМПВ. В разрезе выделено два слоя:
нижний - со значениями скорости 6.0 - 6.4 км/с, прослеженный дискретно по профилю, и верхний, характеризующийся изменением скоростей от 3.4 до 6.0 км/с. Можно полагать, что кровля нижнего слоя соответствует поверхности кристаллического фундамента, а верхний представляет собой вулканогенно-осадочный слой.
В разрезе контрастно выделяются сложнопостроенные зоны, представленные столбообразными аномалиями повышенной до 5-км/с скорости, выходящими на поверхность. Эти зоны разделены участками с пониженной скоростью (3.0 - 4.0 км/с) и блоками с менее сложной структурой. Аномалии повышенной скорости отчетливо коррелируются с известными рудными узлами. По этому критерию по профилю 2-ДВ спрогнозировано около десятка рудных узлов.
В четвертой главе на основе обобщения полученных и имеющихся сейсмических данных обосновывается сейсмогеологическая структура земной коры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы.
В разделе 4.1 дается сейсмогеологическая характеристика земной коры вдоль геотраверсов и региональных профилей по данным томографических построений.
В трехслойной модели консолидированной части земной коры обособлены (сверху вниз) гранито-гнейсовый со скоростью продольных волн Vp = 5.8 - 6.4 км/с, гранулитовый, (кислого и среднего состава) с Vp = 6.4 - 6.8 км/с, и базитовый - Vp = 6.8 - 7.6 км/с. Глубина залегания слоев прослежена по латерали, что явилось основой для составления объемной модели коры.
В разделе 4.2 обосновывается сейсмогеологическая структура земной коры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы.
Карта рельефа поверхности консолидированной земной коры.
Западно-Сибирская плита и Сибирская платформы отличаются по характеру и амплитуде изменения глубин до поверхности консолидированной коры (рис. 1). Если в рельефе поверхности консолидированной коры Западно-Сибирской плиты глубины изменяются, в основном, от 3 до 8 км и просматривается четкое их увеличение с юга на север, то в пределах Сибирской платформы такой закономерности не наблюдается. Здесь глубина изменяются от 0 до 14 км. Существенные различия наблюдаются также по амплитудам и размерам структурных элементов.
Западная часть Сибирской платформы характеризуется ярко выраженной контрастностью рельефа поверхности консолидированной коры. В пределах центральных и северных районов Тунгусской синеклизы глубина до поверхности фундамента изменяется от 4 до 9 км.
Рельеф осложнен рядом положительных и отрицательных структур.
Наиболее значительной из них является протяженная впадина глубиной более 8 км, оконтуренная изолинией -6,0 км, которая протянулась в северо-западном направлении от района п. Тура. В нижнем течении р.
Нижней Тунгуски по изогипсе 5 км выделен Сурингдаконской свод амплитудой 1,5 км.
В юго-западной части синеклизы в рельефе фундамента выделяется обширная Байкитская антеклиза, оконтуренная изогипсой -4 км.
Поднятие отделяется от Сурингдаконского свода впадиной с максимальными глубинами 6 км. Рельеф этой поверхности на Байкитской антеклизе характеризуется рядом положительных структурных форм, оконтуренных изогипсами 2.0 - 2.5 км, и разделяющих их прогибов и впадин. Так, на Юрубченской площади выделены две приподнятые зоны, разделенные прогибом: Юрубченское и Нижне-Тохомское поднятия, минимальные отметки глубин до поверхности фундамента в пределах которого составляют около 2.0 км. По данным площадных систем Рис. 1. Рельеф поверхности консолидированной коры области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы наблюдений установлено, что два крупных структурных элементов второго порядка - Байкитское и Куюмбинское поднятия - распались на ряд более мелких структур III порядка амплитудой до одного километра, разделенных зонами прогибов. Это Юхтенское, Хатыкитское, Вайвидинское, Юрубченское и ряд других поднятий. На Байкитской - Вельминской площади был впервые выделен Петимокский грабен, в пределах которого фундамент погружен на глубину до 5 км, заполненный мощной толщей рифейских отложений.
Южным районам рассматриваемой территории соответствует в плане обширная область глубокого погружения поверхности кристаллического фундамента, простирающаяся в северо-восточном направлении от Иркинеевского выступа Енисейского кряжа до районов нижнего течения р. Тэтэрэ. Северный борт депрессии (зона смыкания с Байкитской антеклизой) отчетливо фиксируется линейной зоной резких градиентов погружения до абсолютных отметок 6.0 - 7.0 км, а местами и до 8.0 - 9.0 и более километров.
Сопоставление структурной схемы поверхности кристаллического фундамента с данными бурения глубоких скважин на Байкитской, Куюмбинской, Юрубченской, Сурингдаконской площадях, показало, что расхождение тех и других данных не превосходит 200 м, что является достаточным для этапа региональных сейсмических исследований.
Поверхность складчатого фундамента юго-восточной части Западно-Сибирской плиты, прилегающей к Енисейскому кряжу, характеризуется сложным строением. Его особенностью является раздробленность на блоки и большие перепады глубин ее залегания. Депрессионные зоны с глубинами залегания кровли консолидированной коры до 8-10 км (Касская, Дупчесская, Баихская впадины и др.) разделяются здесь поднятиями горстового типа. На северо-востоке плиты кровля консолидированной коры погружается до глубин в 12 км (Маковская, Нядояхская впадины и др.).
Районирование поверхности консолидированной коры по значениям граничной скорости.
С целью решения задач тектонического районирования проведен анализ распределения граничной скорости вдоль поверхности фундамента. Выделены три области с диапазонами изменений граничных скоростей (6,0 - 6,2; 6,3 - 6,5; 6,6 - 6,8 км/с). Наибольшее распространение из них имеют значения 6,3 - 6,5 км/с, занимающие северную и юговосточную части Сибирской платформы и характеризующиеся слабой дифференцированностью. Можно полагать, что это связано не столько с особенностями петрофизического состава пород фундамента, сколько с редкой сетью сейсмических наблюдений. В южной части территории значительно распространены пониженные значения скорости 6,0 - 6,км/с.
На фоне этих двух зон выделяются региональные и локальные аномалии скорости. Так, в западной части на фоне значений 6,0 - 6,км/с выделяются области аномально высокой скорости 6,6 - 6,8 км/с и более. Значительная по размерам такая зона наблюдается в бассейнах рек Подкаменной Тунгусски и Ангары. Аналогичная аномальная область наблюдается в северо-западной части Сибирской платформы, в бассейне нижнего течения р. Нижней Тунгуски.
В целом полученные данные о распределении граничных скоростей свидетельствуют о существенной петрофизической неоднородности состава пород, слагающих кристаллический фундамент Сибирской платформы, что весьма важно учитывать при решении задач тектонического районирования платформы и оценки перспектив алмазоносности.
Карта рельефа поверхности Мохо.
В восточной части Западно-Сибирской плиты (рис. 2) наблюдается моноклинальное погружение поверхности Мохо в западном направлении от 39 до 42-45 км. В юго-восточной части, в районе сочленения Западно-Сибирской плиты и Алтае-Саянской складчатой зоны выделено Рис. 2. Рельеф поверхности Мохоровичича области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы довольно интенсивное погружение поверхности Мохо от 35-36 км до 45-47 км юго-западнее г. Томска. Относительное увеличение мощности земной коры юго-восточной части плиты, по сравнению с центральной связано, по-видимому, с общим воздыманием части плиты, примыкающей к Сибирской платформе. Погружение поверхности Мохо в пределах Енисейского кряжа до 48 км связано с воздыманием его в мезозое-кайнозое.
Территория Сибирской платформы по характеру рельефа Мохо может быть разделена на три области: северную, центральную и юговосточную.
Наиболее сложно построены центральная и юго-восточная области, наиболее просто - северная и это, по-видимому, объясняется редкой системой сейсмических профилей. Здесь наблюдается крупная приподнятая зона изометричной формы (глубины 33-36 км).
В центральной области глубина Мохо изменяются в диапазоне 36 - 54 км. Наименьшие глубины (36-39 км) выявлены в районе поселков Тура и Байкит, а также в южной части этой области (в районе центрального течения рек Ангары и Подкаменной Тунгуски). Наибольшие глубины (от 45 до 51-54 км) зафиксированы в трех крупных обособленных зонах. Первая из них, вытянутая в широтном направлении, протянулась от Енисея до верховья р. Вилюй. Вторая - квазиизометричная, расположена восточнее первой. Третья протянулась в меридиональном направлении от Нижней Тунгуски до низовьев Ангары, разделяя приподнятые зоны с глубиной 39-42 км на западную и восточную части. В юго-западной части платформы в районе г. Енисейска наблюдается локальное погружение Мохо до 49-50 км.
Районирование поверхности Мохо по значениям граничной скорости.
атеральные изменения скорости вдоль Мохо представляют интерес для изучения его природы и характера перехода кора-мантия. На изученной территории граничная скорость (Vг) изменяется от 7.8 до 8.км/с. Наибольшую площадь (это, в основном, территория Сибирской платформы) занимают значения 8.0 - 8.2 км/с. С запада и востока эта площадь ограничивается обширными зонами со скоростью 8.2 - 8.км/с. Наибольшая из них - западная, в плане совпадающая с территорией Западно-Сибирской плиты, разделена вытянутой в субмеридиональном направлении зоной пониженных значений Vг= 7.8 - 8.0 км/с. Подобная, довольно обширная зона, вытянутая в северо-восточном направлении, окаймляет Сибирскую платформу с юго-востока. На территории Сибирской платформы выделены крупные блоки верхней мантии, в пределах которых отмечаются повышенные значения граничной скорости по поверхности Мохо. Первый из них со скоростью 8.2-8.5 км/с расположен в районе пос. Тутончаны. Второй блок - КурейскоАнабарский, вытянутый в широтном направлении от р. Курейка на западе и до юго-восточной границы Анабарского свода, характеризуется, в основном, значениями Vг = 8.2-8.4 км/с.
Схема рельефа поверхности гранулитового слоя.
Рельеф поверхности гранулитового слоя осложнен многочисленными зонами поднятий и прогибов, разделенных глубинными разломами (рис. 3). Структурные элементы, в основном, имеют субмеридиональное простирание. Глубины до поверхности гранулитового слоя изменяются от 5 до 23 км. Особенностью его строения является наличие Рис. 3. Рельеф поверхности гранулитового слоя области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы узкой линейной зоны отрицательных морфоструктур, простирающейся вдоль р. Енисей и совпадающей в плане с аналогичной линейной зоной по поверхности базитового слоя. Эта зона осложнена рядом узких, вытянутых поднятий с общим погружением в северном направлении от до 23 км. Цепочка структур зоны на севере ограничивается (район Дудинки и Норильска) приподнятым блоком субширотного простирания с глубиной до поверхности гранулитового слоя 5 - 8 км.
В структуре гранулитового слоя достаточно четко выделяются два мегаблока: Западно-Сибирский и Центрально-Сибирский. ЗападноСибирский мегаблок характеризуется чередованием крупных приподнятых и относительно опущенных структурных элементов, вытянутых в субмеридиональном направлении и разграниченных глубинными разломами.
В целом, основные морфоструктуры поверхности гранулитового слоя совпадают со структурами рельефа поверхности базитового слоя, за исключением юго-восточной части мегаблока, где выделяется крупное поднятие с глубинами до поверхности гранулитового слоя 8 км.
Центрально-Сибирский мегаблок отличается более высокой по сравнению с базитовым слоем дифференциацией структурного плана поверхности гранулитового слоя и значительным разнообразием структурных форм и их размеров.
Схема рельефа поверхности базитового слоя.
Установлено резкое отличие в строении поверхности базитового слоя Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы (рис. 4). На Сибирской платформе кровля слоя располагается на значительно большей глубине по сравнению с Западно-Сибирской плитой. Так, на территории Сибирской платформы глубина до этой поверхности изменяется от 25 до 35 км, тогда как в пределах Западно-Сибирской плиты - от 10 до 25 км, при этом поверхность базитового слоя в большей степени разбита глубинными разломами.
Вдоль р. Енисей выделяется узкая линейная зона, протянувшаяся вдоль меридиональной границы Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы, с глубинами до поверхности базитового слоя от 20 км в пределах Енисейского кряжа до 30 км на севере в районе Туруханска.
В разделе 4.3 на основе установленных глубинных критериев осуществляется прогноз нефтегазоносности платформенных областей Сибири.
На Сибирской платформе не удалось выявить связи зон нефтегазоносности с распределения граничной скорости по поверхности Мохо.
Отдельные значимые месторождения углеводородов встречаются в зоне как сравнительно низких скоростей (Vг = 8.2 км/с и менее) - Юрубченское, Тахомское, Собинское, Ботуобинское, Верхнечонское, так и Рис. 4. Рельеф поверхности базитового слоя области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы высоких скоростей (Vг = 8.4 км/с и более) - Ковыктинское. В пределах Западно-Сибирской плиты крупнейшие зоны нефтяных и газовых месторождений в плане совпадают с зоной распространения предельно низких и близких к ним значений граничной скорости (Vг = 7.8 - 8.км/с).
Все выявленные на Сибирской платформе месторождения соотносятся в плане с относительно высоким положением поверхности Мохо (36 - 42 км). В обширных зонах глубокого прогибания этой поверхности (45-51 км) нет ни одного месторождения. На Западно-Сибирской плите подавляющее большинство месторождений УВ также расположено на приподнятых зонах поверхности Мохо (36 - 42 км), и лишь незначительное количество газовых месторождений на севере ЗападноСибирской плиты увязывается с локальными прогибами поверхности Мохо, расположенными в районе р. Таз.
На Сибирской платформе месторождения приурочены к зонам сложного строения базитового слоя, связанного с чередованием локальных поднятий и впадин, разделенных глубинными разломами. Средний уровень положения поверхности базитового слоя изменяется при этом от 25 до 30 км. На территории Западно-Сибирской низменности месторождения также увязываются, в основном, с весьма сложным характером рельефа поверхности базитового слоя, выраженного чередованием крупных приподнятых и прогнутых зон, в которых глубины изменяются от 10 до 30 км. Тем не менее, большинство месторождений углеводородов приурочено к приподнятым (до 10-25 км) зонам поверхности базитового слоя.
Соотношение положения месторождений углеводородов с более контрастным рельефом поверхности гранулитового слоя практически аналогично.
На Сибирской платформе и на Западно-Сибирской плите наблюдается четкая приуроченность преимущественно нефтяных месторождений к приподнятым формам рельефа поверхности консолидированной коры, преимущественно газовых - с глубокими ее прогибами. На Сибирской платформе глубина приподнятых форм рельефа консолидированной коры изменяются от 1.5 до 3 км, на Западно-Сибирской плите от 2 до 4 км. С учетом этого можно прогнозировать расширение зоны нефтегазоносности на все территорию платформенных областей Сибири.
Есть основания полагать, что на территории, характеризующейся глубиной залегания поверхности консолидированной коры от 1.5 до 3км (Сибирская платформа) и от 2.5 до 4 км (Западно-Сибирская плита), будут преимущественно нефтяные месторождения, на глубинах от 4 до 12 км - преимущественно газовые.
Выявленные закономерности были использованы при прогнозировании зон, перспективных на поиски нефти и газа на территории платформенных областей Сибири, которые представлены на рис. 5.
По этим данным к бесперспективным зонам отнесены земли Енисейского кряжа. Остальная территория платформенных областей Сибири, предполагается перспективной. На ней выделяется три категории земель: с неустановленными перспективами, преимущественно нефтя- Рис. 5. Схема прогноза нефтегазоносности платформенных областей Сибири по особенностям глубинного строения земной коры.
ные и преимущественно газоносные зоны. Первые сосредоточены в пределах Сибирской платформы. Неоднозначность критериев не позволяет отнести эти земли ни к преимущественно нефтяным, ни к газовым (Турухано-Котуйская и Катангская зоны). Преимущественно нефтяные зоны охватывают практически все платформенные области Сибири за исключением северной, восточной и южной частей; в то время как преимущественно газоносные практически обрамляют Сибирскую платформу.
В Заключении перечисляются преимущества выполненного исследования сейсмогеологического строения земной коры платформенных и складчатых областей Сибири по данным региональных сейсмических исследований преломленными волнами и сейсмической томографии на временных задержках волн в первых вступлениях, даются рекомендации по практическому применению полученных результатов, ставятся задачи, которые необходимо решить в будущем, а именно:
Во-первых, обоснована и опробована принципиально новая технология глубинных сейсмических зондирований с использованием взрывных и 40-тонного передвижного вибрационного источников возбуждения и мобильных автономных регистрирующих станций, позволяющая осуществлять региональные и детальные исследования строения земной коры и верхов мантии с минимальными экологическими издержками и с существенным снижением стоимости полевых работ.
Во-вторых, разработанная технология сейсмических зондирований преломленными волнами, в том числе и по площадным системам наблюдений, внедрена в практику геологоразведочных работ в Красноярском крае (ПГО Енисейгеофизика). С ее использованием удалось получить большую детальность строения поверхности кристаллического фундамента западной части Сибирской платформы, выявить ряд локальных поднятий по поверхности кристаллического фундамента, а также зоны распространения и выклинивания нефтегазоперспективных рифейских отложений. Полученные результаты могут быть использованы для обоснования практических рекомендаций по направлению геолого-разведочных работ на поиски нефти и газа на Байкитской антеклизе.
В-третьих, систематизация и обобщение с единых методических позиций сейсмических данных, накопленных на протяжении нескольких десятков лет, представленных в виде томографических скоростных разрезов и геолого-геофизических моделей строения земной коры, позволили без проведения дорогостоящих полевых работ получить новую геологическую информацию о строения земной коры, а именно, использование модели трехслойной земной коры (деление на гранитогнейсовый, гранулитовый, базитовый комплексы), позволило выявить основные параметры различия в строении земной коры в области сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы - установлено, что область сочленения этих тектонических элементов представляет собой субмеридиональную зону шириной около 150 км, ограничивающую структуры коры Сибирской платформы, контрастность сейсмических аномалий в которой проявляется в гранито-гнейсовом, гранулитовом и базитовом слоях коры, увеличивается с глубиной, находя отражение и в рельефе поверхности Мохо, что необходимо учитывать при построении геодинамических моделей региона.
В-четвертых, впервые для северо-востока России составлен глубинный сейсмогеологический разрез земной коры по данным глубинных сейсмических зондирований, пересекающий основные структурные элементы региона - Кони-Мургальскую, Яно-Колымскую, Олойскую складчатые области, наложенный. Охотско-Чукотский окраинноконтинентальный вулканогенный пояс. Получен ряд аномальных особенностей земной коры, тесно коррелирующихся с известными рудными узлами, что определяет возможность прогнозирования новых объектов для уточнения и поиска новых закономерностей размещения твердых полезных ископаемых и оценки прогнозных ресурсов территории.
В-пятых, на основе анализа составленных томографических скоростных разрезов выявлено различие в строении земной коры складчатых и платформенных областей - складчатые области характеризуются увеличенной мощностью гранулитового слоя и сложным рельефом его кровли, поднимающейся вплоть до поверхности фундамента, что может быть использовано при определении минерагенической специализации крупных тектонических единиц.
В-шестых, полученные в результате сейсмотомографической переинтерпретации скоростные разрезы земной коры Западной и Восточной Сибири в совокупности с имеющимися геолого-геофизическими данными позволили выявить глубинные критерии прогноза нефтегазоносности Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы и на их основе составить карту прогноза нефтегазоносности этих территорий, что может быть использовано при планировании геологоразведочных работ на поиски нефти и газа.
В ряде случаев имеются расхождения глубинных построений по ГСЗ и ОГТ, достигающие существенных величин - от единиц до двух десятков, иногда более километров. Это объясняется тем, что все еще остаются нерешенными многие методические вопросы совместной обработки и интерпретация материалов близвертикальных отражений, и близкритических отраженных и преломленных волн, регистрируемых при работах ГСЗ. Решение этого вопроса видится в проведении математического и/или физического моделирования по широкоугольным системам наблюдений. Последующее суммирование отраженных волн для различных все увеличивающихся интервалов их регистрации позволило бы проследить эволюцию получаемых временных разрезов, сопоставить их с результатами традиционной или автоматизированной (с построением временных разрезов) обработки преломленных волн от поверхности Мохо. Кроме того, при получении и миграции временных разрезов земной коры целесообразно использовать скорости, которые определяются по данным ГСЗ.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Кузнецов В.Л., Марков В.М., Сальников А.С., Титаренко В.В. Способ сейсмической разведки преломленными волнами / Патент №1449958 (RU) на изобретение, приоритет от 06.07.87. Бюллетень Открытия, изобретения № 1., - М., 1989.
2. Кузнецов В.Л., Марков В.М., Сальников А.С. и др. Трехмерная сейсморазведка методом преломленных волн и перспективы ее использования при решении задач рудной и нефтегазовой геологии / Резюме и доклады технической программы. 36-ой Международный геофизический симпозиум. 23-28 сентября 1991. - Киев, 1991. - С.193-196.
3. Сурков В.С., Кузнецов В.Л., Сальников А.С., Марков В.М. Результаты переобработки сейсмических материалов способом двухмерной сейсмотомографии по региональным профилям Сибири / Доклады Международной геофизической конференции. Санкт-Петербург, 4Ц6 октября 2000 г. - Санкт-Петербург, 2000. - С. 108-109.
4. Сурков В.С., Старосельцев В.С., Сальников А.С. и др. Сейсмическая томографии при изучении земной коры Сибири / Региональная геология и металлогения. - Санкт-Петербург, 2000, № 10. - С. 117-124.
5. Селезнев В.С., Соловьев В.М., Еманов А.Ф., Васильев В.П., Сальников А.С. Результаты глубинных сейсмических исследований в Алтае-Саянском регионе с использованием вибрационных источников / Доклады Международной геофизической конференции. СанктПетербург, 4Ц6 октября 2000 г. - Санкт-Петербург, 2000, - С. 47-6. Сагайдачная О.М., Мальцев А.И., Птицина Т.С., Сагайдачный А.В., Сальников А.С., Шмыков А.Н. Отечественная многоканальная телеметрическая станция СТС-24 для сейсмических исследований / Геофизический вестник. 2002, № 10. - С. 10-16.
7. Еманов А.Ф., Соловьев В.М., Кузнецов В.Л., Сагайдачная О.М., Сальников А.С. Технология региональных исследований методом ГСЗ с вибрационным источником / Приборы и системы разведочной геофизики. 2004, № 3. - С.25-30.
8. Сурков В.С., Липилин А.В., Сальников А.С. и др. Рациональный комплекс сейсмических исследований на опорном геофизическом профиле 2-ДВ (Северо-Восток России) / Сборник докладов международной научной конференции Сейсмические исследования земной коры, посвященной 90-летию академика Н.Н. Пузырева, Новосибирск, 23-ноября 2004 г. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2004. - С.269-275.
9. Сальников А.С., Кузнецов В.Л., Марков В.М. Технология двухмерной сейсмотомографии для переинтерпретации материалов региональной сейсморазведки на территории Сибири. / Геофизический вестник.
2005, № 3. - С. 15-18.
10. Сальников А.С., Кузнецов В.Л., Марков В.М., Канарейкин Б.А.
Сейсмическая томография при прогнозировании нефтегазоперспективных карбонатных отложений в верхней части складчатого фундамента Западной Сибири / Геофизический вестник. 2005, № 4. - С. 14-17.
11. Гошко Е.Ю., Марков В.М., Сальников А.С. и др. Построение сейсмоакустических образов глубинных разрезов земной коры в системе РеапакРД (на примере опорного профиля 2-ДВ) / Активный геофизический мониторинг литосферы Земли: Материалы 2-го Международного симпозиума 12-16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005. - С.242-246.
12. Мигурский А.В., Гошко Е.Ю., Сальников А.С. и др. Строение зон сочленения литосферных плит, террейнов вдоль опорного геофизического профиля 2-ДВ (северо-восток России) / Активный геофизический мониторинг литосферы Земли: Материалы 2-го Международного симпозиума 12-16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005. - С.247-250.
13. Сагайдачная О.М., Сальников А.С., Шмыков А.Н. Бескабельная распределенная система регистрации для глубинных сейсмических исследований / Активный геофизический мониторинг литосферы Земли:
Материалы 2-го Международного симпозиума 12-16 сентября 2005 г.
Академгородок, Новосибирск. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005. - С.458-466.
14. Гошко Е.Ю., Марков В.М., Сальников А.С. и др. Компьютерная технология расчета полей сейсмических атрибутов в системе РеапакРД для создания сейсмоакустических образов глубинных разрезов земной коры / Вестник НГУ, серия Информационные технологии. - Новосибирск. 2005, том 2, выпуск 1. - С.14-19.
15. Сагайдачная О.М., Сальников А.С. и др. Автономные регистраторы РОСА-А для высокоточных сейсмических наблюдений / Приборы и системы разведочной геофизики. 2006, № 2. - С.40-43.
16. Сурков В.С., Варламов А.И., Сальников А.С. и др. Комплексные исследования на Магаданском участке опорного геофизического профиля 2-ДВ / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007.
Ц С.5-12.
17. Сурков В.С., Липилин А.В., Сальников А.С. и др. Строение земной коры Магаданского сектора северо-востока России по данным ГСЗ / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.13-21.
18. Кузнецов В.Л., Сальников А.С., Марков В.М., Титаренко В.В. Сейсмическая томография при изучении верхней части земной коры / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геологогеофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.27-34.
19. Сальников А.С., Гошко Е.Ю., Рудницкая Д.И., Сагайдачная О.М.
Специализированная обработка и интерпретация материалов глубинного ОГТ в системе Реапак / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.41-53.
20. Лебедкин П.А., Караев Н.А., Ронин А.Л., Сальников А.С., Мильштейн Е.Д., Эринчек Ю.М. Возможности использования динамических параметров волнового поля МОГТ для изучения структурных особенностей консолидированной коры / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.54-64.
21. Фельдман И.С., Сальников А.С., Кузнецов В. Л., Чернов А.А. Комплексная сейсмоэлектрическая и плотностная модель земной коры по геотраверсу 2-ДВ / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геолого-геофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.105-111.
22. Кузнецов В.Л., Марков В.М., Сальников А.С. и др.. Соотношение глубоких зон земной коры и прогноз нефтегазоносности платформенных областей Сибири на основе глубинных критериев / Структура и строение земной коры Магаданского сектора России по геологогеофизическим данным. - Новосибирск: Наука. 2007. - С.165-170.
23. Гошко Е.Ю., Рудницкая Д.И., Сагайдачная О.М., Сальников А.С.
Анализ динамических характеристик отраженных волн в системе Реапак при изучении земной коры / Геофизические методы поисковооценочных исследований. - Новосибирск: Наука, 2007. - С.50-65.
24. Сальников А.С., Кузнецов В.Л.. и др. Экспериментальные исследования динамики преломленных волн при изучении рифейских отложений Сибирской платформы / Геофизические методы поисковооценочных исследований. - Новосибирск: Наука, 2007. - С.4-15.
25. Сагайдачная О.М., Сагайдачный А.В., Сальников А.С. и др.
Пространственно распределённые системы нового поколения РОСА для высокоточных сейсмических исследований / Геофизические методы поисково-оценочных исследований. - Новосибирск: Наука, 2007. - С.6684.
26. Kuznetsov V.L., Salnikov A.S. and ets. Seismic tomographic studies of mineral districts throughout northeastern Russia / International Geological Congress Metallogeny of the Pacific Northwest: tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins, Vladivostok, 11-14 september, 2004. - Vladivostok: Dalnauka. 2004. - р.115Ц117.
27. Surkov V.S., Salnikov A.S., Sobolev P.S.. and ets. Geological studies and geophysiacl prospecting thoughout the 2-dv reference profile (Koni peninsula-Wrangel island ), North-East Russia / International Geological Congress Metallogeny of the Pacific Northwest: tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins, Vladivostok, 11-14 september, 2004. - Vladivostok: Dalnauka. 2004. -р. 161Ц164.
28. Salnikov A.S, Surkov. V.S., Migursky A.V. and ets. Tectonic pattern and minerageny of northeast russia from regional geologic-geophysical studies and their comprehensive interpretation / 32nd International Geological Congress, Florence, Italy, August, 20-28, 2004. 32nd IGC. - Florence, 2004 - Scientific Sessions: abstracts (part 2) - 997.
29. Selesnev V.S., Soloviev V.M., Emanov A.F., Alekseev A.S., Salnikov A.S., Kashun V.N., Glinsky B.M., Kovalevsky V.V., Zhemchugova I.V., Danilov I.A., Liseikin A.V. Deep seismic researches of seismoactive zones with use of high-power vibrators-technigue, outcomes, outlooks. 1-st International Workshop on Active Monitoring in the Solid Earth Geophysics. Mizunami, Japan. June 30-July 2, 2004. - p.78-82.
30. Kuznetsov V. L., Salnikov A. S., Markov V. M., Titarenko V. V. First wave seismic tomography in ore and oil problem-solving and studying the EarthТs crust of Siberia / 68th EAGE Conference & Exhibition in Vienna, Austria. June, 12-15, 2006. - Vienna, 2006 - Scientific Sessions Exploration in Complex Areas: abstracts Р164.
31. Surkov V.S., Salnikov A.S., Kuznetsov V.L. and ets. A novel technology for deep seismic sounding by the use of powerful mobile seismic vibrators and self-contained recorders / 69th EAGE Conference & Exhibition Incorporating SPE EUROPEC 2007, 11-14, June, 2007, ExCel, London. - London, 2007 - Scientific Sessions Exploration seismology + data and information management: abstracts H004.
32. Kuznetsov V. L., Salnikov A. S., Markov V. M., Titarenko V. V. Forecast of oil and gas presence and accumulations based on the depth criteria obtained from DSS and seismic tomography data / 69th EAGE Conference & Exhibition Incorporating SPE EUROPEC 2007, 11-14, June, 2007, ExCel, London. - London, 2007 - Scientific Sessions Seismic interpretation: abstracts P246.
33. Sagaidachnaya O. M., Sagaidachny A.V., Salnikov A.S. and ets. A distributed data recording system as a basis for modern seismic research technologies / 69th EAGE Conference & Exhibition Incorporating SPE EUROPEC 2007, 11-14, June, 2007, ExCel, London. - London, 2007 - Scientific Sessions Seismic data acquisition - novel approaches: abstracts P187.
34. Гошко Е.Ю., Марков В.М., Стражникова И.Н., Сагайдачная О.М., Сальников А.С. Способ обработки сейсмических данных / Патент на изобретение № 2324205 (RU), приоритет от 27 сентября 2006 г. Бюллетень Открытия, изобретения № 13, -М., 2008.
Технический редактор Т.А. Воронина Подписано к печати 09.07.08. Формат бумаги 6090/16.
Уч.-изд. л.2,1. Заказ. Тираж 150 экз.
Ротапринт СНИИГГиМСа. 630091, Новосибирск, Красный проспект,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле