Реконструкция истории погружения и термической эволюции осадочной толщи Уренгойского месторождения

В целом Западно-Сибирская плита имеет гетерогенный фундамент с возрастом от карельского до позднегерцинского, перекрытый чехлом платформенных мезозойско-кайнозойских отложений. Важным результатом бурения Тюменской сверхглубокой скважины стало подтверждение рифтовой природы Уренгойско-Колтогорского грабена. Полученные данные позволяют предполагать, что этот внутриконтинентальный рифт был заложен и развивался в позднепермско-раннетриасовое время (Горбачев, 1996). Образование Западно-Сибирской низменности многие исследователи связывают с зарождением системы меридиональных внутриконтинентальных рифтов триассового возраста, а отдельные геофизики и с формированием относительно узких участков палеоокеана в процессе проградирующего спрединга с возрастом аномалий от 235 до 218 млн. (Аплонов, 2000). Считают, что эти события помогают объяснить выраженную основность фундамента и тем самым повышенные амплитуды гравитационных аномалий над участками погребённых рифтов, а также объяснить квазилинейный характер магнитных аномалий, наблюдаемых в тех же районах.

Результаты численной реконструкции истории погружения и геотермического режима для двух осадочных разрезов Уренгойского месторождения (рис. 2-10) приведены на рис. 1-13. Здесь показаны глубины оснований осадочных формаций, положение

Рис. 1-13. Палео-климат (a), вариа-ции термических условий и степени катагенеза ОВ (b, c) в истории погру-жения двух осадоч-ных разрезов Урен-гойского место-рождения Западно-Сибирского бассей-на (Галушкин и др., 1999; Galushkin et al., 1999).

В левой части рисун- ков показан глубин-ный интервал гидро-термальной активно-сти в триасе и ран-ней юре.

Положение скважин

и изучаемых разре-зов смотри на рис. 2-10.

изотерм, а также изолинии отражательной способности витринита в истории погружения бассейна. Реконструкция бассейна осуществлялась с применением компьютерного пакета моделирования ГАЛО, исходные алгоритмы которого и принципы работы обсуждались в главах 4-9. При восстановлении тепловой истории бассейна учитывались такие процессы как отложение и уплотнение пористых осадков с переменной скоростью, эрозия и перерывы в осадконакоплении, изменение теплофизических свойств с литологией, глубиной и температурой пород, зависимость от температуры теплопроводностей воды и матрицы. Реконструкция теплового режима осуществлялась при совместном анализе теплопереноса в осадочной толще бассейна и подстилающей литосфере, включая и часть астеносферы, с учетом скрытой теплоты плавления пород коры и мантии (рис. 2-13).

Рис. 2-13. Термическая история литосферы За-падно-Сибирского бас-сейна в районе Урен-гойского месторожде-ния, скв. 411 (Галуш-кин и др., 1999; Ga-lushkin et al., 1999).

а – вариации теплового потока.

б – тектоническое пог-ружение поверхности фундамента, вычис-ленное удалением нагрузки осадков и воды на поверхность фундамента (сплошная линия) и путём расчёта вариаций плотностей пород фундамента по глубине и времени (пунктирная).

в – изменение термического режима литосферы Уренгой-ского района.

Модель контролировалась сопоставлением наблюдаемых и вычисленных современных профилей температуры (рис.3-13) и отражательной способности витринита (рис.4-13), а также анализом вариаций амплитуды тектонического погружения поверхности фундамента (рис.2-13б). Последний использовался для оценки продолжительности и амплитуд тектоно-термических событий, имевших место в истории бассейна, как было описано в главе 6 (см. ниже).

Рис. 3-13. Вычисленные профили температур в осадочных разрезах скв. 411 и 266 Уренгойского месторождения (Галушкин и др., 1999).

Линия «3.4 млн. лет» показывает распределение температуры 3.4 млн. лет назад (до плиоцен-голоценовых вариаций климата). Линия «0 млн. лет» - современное распределение температур.

2 – распределение, вычисленное без учёта влияния накоплений свободных УВ в разрезе (см. текст). 3 – распределение 2, вычисленное без учёта сокращения теплопроводности за счёт присутствия дисперсного ОВ в породах разреза (см. текст). 1 – профиль, вычисленный с учётом всех перечисленных эффектов. Звёздочки и крестики – измеренные значения температур. Линия 4 на рис. b – вычисленный профиль T(z), когда метан со свойствами из табл. 3-13 заменён на воздух.

Рис. 4-13. Вычисленные (1) и измеренные (звёздочки) значения отражательной способности витринита в современных разрезах Уренгойского месторождения скв. 411 и 266.

2 – профиль, вычисленный без учёта эффекта гидротермального прогрева. 3 – вычисления без учёта сокращения теплопроводности от присутствия дисперсного ОВ в породах. 4 – вычисления в варианте, когда формирование УВ скоплений началось 85 млн. лет назад и завершилось 60 млн. лет назад (см. текст).

Близкое расположение изучаемых разрезов по отношению к оси древнего рифта (рис. 2-10) и вариации тектонического погружения фундамента (рис.2-13б) предполагали повышенные значения теплового потока на начальном этапе развития бассейна, равные 80 и 70 МВт/м² для разрезов скв. 411 и 266, соответственно (рис. 2-13а). Вариации температуры на по­верхности, используемые в расчётах температурного режима бассейна, показаны на рис. 1-1За. Они определялись изменениями климата в период с триаса по настоящее время и подробно обсуждаются в ра­боте (Galushkin, 1997а). Температура 1300°С поддерживалась в подошве области счета на глубине 140 км во все время моделирования. Принцип определения граничных условий, а также вопросы выбора раз­ностной схемы решения уравнения и построения разностной сетки обсуждались в главе 5. Время отложения и литологический состав пород рас­сматриваемых разрезов бассейна представлены для скв. 411 в табл. П-3-2 Приложения 3 и обсуждаются в рабо­те (Galushkin et al., 1999). В табл. П-3-3 того же Приложения приводятся петрофизические па­раметры пород, использовавшиеся в моделирова­нии для характеристики изменения пористости, телопроводности, теплоемкости, плотности ске­лета и теплогенерации пород с глубиной.

Пониженный рельеф Западно-Сибирской низменности рассматривается обычно как следствие проседания поверхности литосферы, остывающей после нагревания в ходе первоначального рифтогенеза. Однако, таким остыванием можно объяснить лишь первый раннеюрский этап погружения бассейна. Расчёты в рамках как одномерных (рис. 1-13; 2-13), так и двумерных (Соколова и др., 1990) моделей остывания литосферы показывают, что тепловой импульс триассового рифтинга релаксирует через 50 - 70 млн. лет. Поэтому для объяснения основных этапов погружения фундамента в среднеюрскую и меловую эпохи необходимо привлечение других механизмов, возможно включающих фазовые переходы пород нижней коры в эклогитовые фации (см. главы 2 и 6). Анализ вариаций кривой тектонического по­гружения (рис. 2-13b) и данные геологического изучения района (Конторович и др., 1975), предполагают, что интенсивная теп­ловая активизация литосферы, связанная с образо­ванием рифта, не была мгновенной, как это имеет место в классической модели МсКеnzie (1978), а продолжалась в течение всего триаса и частично в нижней юре (см. также главу 12). Эта активизация характеризовалась относительно высоким тепловым потоком (70-80 мВт/м² для района скв. 411 и 55-70 мВт/м² для скв. 266. Она сопро­вождалась гидротермальной деятельностью и могла включать период растяжения фундамента с амплитудой b» 1.10 продолжительностью около 6 млн. лет в самом начале юры. Сокращенная до 32 км мощность коры отличала этот период развития бассейна (рис. 13-2с). Вторая теп­ловая активизация в олигоцене-миоцене была менее ин­тенсивной и характеризовалась эффективным тепловым потоком на поверхнос­ти около 55 мВт/м². Она сопровождалась подъе­мом поверхности фундамента и эрозией осадочного покрова, имевшими место на большей части Запад­но-Сибирского бассейна и характеризовавшимися амплитудой, увеличивающейся к северу от 62° с.ш. (Конторович и др., 1975).