Палеогеологические методы. Принципы и методы палеогеологических исследований

К палеогеологическим относятся методы реконструкции древних морей, рек, озер, древнего рельефа, климата, древней тектоники, тек-тонических движений, вулканизма и т.д. Необходимость таких рекон-струкций возникает, прежде всего, при решении практических задач прогноза и поиска полезных ископаемых. Чтобы что-то искать, нужно знать, где искать. А чтобы знать, где искать, нужно знать, где и как образуются полезные ископаемые. Согласно современной теории об-разования нефти и газа месторождения следует искать в осадочных бассейнах, содержащих нефтегазогенерирующие толщи, в коллектор-ских пластах, перекрытых флюидоупорами, на месте образования ан-тиклинальных и неантиклинальных ловушек. Пласты коллекторских пород есть не повсюду, так же как не везде есть флюидоупоры и ло-вушки. Вопрос: а как узнать, где они есть? В упрощенной форме гео-лог на этот вопрос дает следующий ответ: 1) для этого нужно строить прогнозные карты, в том числе и с использованием палеогеологиче-ских реконструкций; 2) провести детальные сейсморазведочные рабо-ты на прогнозируемой площади с целью выявления антиклинальных ловушек; 3) пробурить поисковую скважину в центре выявленной ан-тиклинальной ловушки.

Теория и методика палеогеологических исследований начала раз-рабатываться в 1930-х годах, когда вышли из печати книги Д.В. Налив-кина "Учение о фациях" (1932), В.П.Батурина "Палеогеография по тер-ригенным компонентам" (1937). В 1940г. Л.В.Пустовалов опубликовал монографию "Петрография осадочных пород" в 2-х томах. Крупный вклад в разработку теории осадкообразования был сделан Н.М.Страховым. В 1954 году в соавторстве с другими геологами им была опубликована книга "Образование осадков в современных водое-

мах". Под его редакцией в 1957 году была издана книга "Методы изу-чения осадочных пород " в 2-х томах. Его капитальный труд "Основы теории литогенеза" был издан в 1960-1962 годах в трех томах. В эти же годы были опубликованы книги: Д.В. Наливкин "Учение о фациях" (1956) в двух томах; Л.Б.Рухин "Основы общей палеогеографии" (1959); Л.П.Ботвинкина "Методическое руководство по изучению слои-стости" (1965); В .И. Попов, С.А.Макаров, А.А . Филиппов "Методиче-ское руководство по составлению фациальных и палеогеографических карт" (1963); "Фации и условия формирования нефтегазопроизводящих свит" (1966, под ред. Г.И. Теодоровича); В.П. Казаринов, В.И. Бгатов и др. "Выветривание и литогенез" (1969).

В 1960 -х годах активно создавались литологические, литолого-фациальные, палеогеографические карты для прогнозирования полез-ных ископаемых. Атлас литолого-палеогеографических карт в масшта-бе 1:7500000 для территории СССР был издан в 1967 году под редакци-ей А.П.Виноградова. Для территории Западной Сибири такой атлас был издан в 1976 году под редакцией И.И.Нестерова. В 1970-1980-х годах создавались книги , главным образом, прикладного характера. Были из-даны переводы на русский язык книги зарубежных геологов: Д.А.Буш "Стратиграфические ловушки в песчаниках" (1977); Р.К.Селли "Введе-ние в седиментологию" (1981); "Седиментология" (1980, под ред. Р. Унруга) и др. Вышли из печати : учебник для студентов "Литология и литолого-фациальный анализ", составленный Б. К.Прошляковым и В.Г.Кузнецовым (1981) и книги: Н .И.Марковский "Палеогеографиче-ские основы поисков нефти и газа" (1973); В.Т.Фролов "Генетическая типизация морских отложений" (1984); О.К.Леонтьев, Л.Г.Никифоров, Г.А.Сафьянов "Геоморфология морских берегов" (1975); С.И.Романовский "Динамические режимы осадконакопления" (1985); В.Н.Михайлов, М.М .Рогов, А.А.Чистяков "Речные дельты" (1986). Ме-тодические приемы, изложенные в этих книгах, активно внедрялись и внедряются в практику при составлении фациальных, литолого-палеогеографических и прогнозных карт для конкретных нефтегазо-носных областей и районов.

Принципы и методы палеогеологических исследований

Все палеогеологические реконструкции выполняются методом всестороннего изучения современного состояния горных пород, слоев и осадочных толщ и генетической интерпретацией каждого их признака. Подобно тому, как врач ставит диагноз болезни по внешним признакам ее проявления, так и геолог, изучая горную породу, по ее признакам

определяет, как и где она образовалась. Например : 1) чем меньше раз-мер обломков , тем дальше от берега отлагались осадки; 2) хорошая окатанность и отсортированность зерен свидетельствует о прибрежно-морских условиях осадконакопления, где обломки пород округляются и растираются под действием длительных волновых процессов ; 3) мор-ские отложения содержат остатки морской фауны и т .д. Так же тща-тельно изучаются и слои: определяется литологический состав, форма и толщина слоя, характер его кровли и подошвы, тип переслаивания про-слойков, составляющих слой, включения акцессорных минералов, фау-ны, углистого вещества и другие признаки, позволяющие судить об условиях его образования. Наукой разработаны принципы и правила палеогеологической интерпретации фактического материала. Краткая их характеристика излагается ниже.

1.Принцип актуализма в геологии. Он утверждает, что в древние геоло-гические эпохи на земной поверхности происходили примерно такие же гео-логические процессы, что и в настоящее время. Основанием для такого утвер-ждения является сходство по многим признакам древних пород с современ-ными осадками. Все мы давно знаем, что песчаники - это уплотнившиеся пес-ки, а глинистые сланцы-рассланцованные глины. И те, и другие являются про-дуктами выветривания и переотложения кристаллических горных пород: гра-нитов, гнейсов, базальтов, порфиритов, мраморов и т.д.

Из принципа актуализма вытекает правило: для реконструкции древних условий осадконакопления нужно изучать современные геологи-ческие процессы и осадки. Мы должны вести геологические наблюдения всегда и повсюду, где бываем, и обогащать свой опыт новыми знаниями. Однако геологи знают, что полного сходства древних процессов с совре-менными не может быть, ибо Земля как планета и ее материки за сотни миллионов лет своей истории претерпели значительные эволюционные изменения. За это время изменились и климат, и органический мир, темпе-ратурный и магматический режим, являющиеся участниками геологиче-ских процессов, происходящих на поверхности Земли.

2. Фациальные законы Грессли. Латинское слово facies обознача-ет "облик", "внешний вид". Термин впервые был введен в науку швей-царским геологом Грессли в 1838 году для обозначения групп горных пород и слоев, отличающихся друг от друга по составу, внешнему виду и условиям образования . Первый закон Грессли - закон о горизонталь-ных фациальных рядах. Он гласит, что каждая фация по простирании замещается другой одновозрастной фацией. В прибрежной части моря или озера образуется и отлагается материал, доставляемый сушей: га-лечники, пески, а на далеком удалении от берега-глины, мергели, из-вестняки. Совместно они образуют латеральный (горизонтальный) фа-

циальный ряд. Все фации этого ряда одновозрастные, горизонтальные их границы (кровля и подошва) -хроностратиграфические . Второй за-кон Грессли закон о вертикальных фациальных рядах. Он утверждает, что каждая фация перекрывается другой фацией, более молодой по воз-расту. Последовательно перекрывающие друг друга фации образуют вертикальный фациальный ряд. Все фации вертикального ряда разно-возрастные.

3.Фациальный закон Головкинского-Вальтера - закон о соотношении горизонтальных и вертикальных фациальных рядов. Он утверждает, что при миграции фациальных зон во времени и пространстве каждая фация перекрывается той фацией, которая находится по соседству в горизонталь-ном ряду.

Смена фаций в вертикальных рядах происходит при смещении бере-говой линии моря. Вместе с береговой линией последовательно смещаются и горизонтальные фациальные ряды (рис.62).

Рис. 62.Схема соотношения горизонтальных и вертикальных фациальных рядов,притрансгрессии моря, доказывающая фациальный закон Вальтера-Головкинского. Составил Е.М.Максимов. При трансгрессии моря фации перекрывают друг друга. Границы фаций пересекаются с стратиграфическими (хронологическими) границами

Если море трансгрессирует в направлении суши, то ранее образо-вавшиеся мелководные песчаные фации будут перекрыты более глубоко-водными глинистыми осадками, поскольку глубина моря на этом месте увеличилась за счет трансгрессии. При регрессии моря, наоборот, глубоко-водные фации будут перекрываться мелководными. Так образуются транс-грессивные и регрессивные вертикальные фациальные ряды в соответ-

ствии с третьим фациальным законом, получившим название "закон Го-ловкинского-Вальтера".

Смена фаций как в вертикальных, так и в горизонтальных рядах происходит большей частью постепенно через зону переслаивания горных пород соседствующих фаций. Во-вторых, в результате миграции горизон-тальных фациальных зон в пространстве и во времени разные части одного и того же слоя , выделяемого по петрографическому признаку, отлагаются не в одно и то же время, т.е. такой слой фактически не является одновоз-растным геологическим образованием, как обычно мы считаем.

Впервые такие факты были описаны казанским геологом Н.А.Головкинским в 1866 году: "Мы считали песчаники, конгломераты, глины и мергели, обнаженные по р. Каме и ее притокам в Вятской и Пермской губерниях, то менее, то более древними, чем известняки Ка-занской губернии . Только В.И.Меллер признал их за образования одно-временные, в чем я совершенно с ним согласен. Изложенное достаточно разъясняет, что должно внимательно различать понятия о хронологиче-ском, стратиграфическом , петрографическом и палеонтологическом го-ризонтах, которые могут не совпадать друг с другом. Хронологические горизонты косвенно пересекают все другие . Позже такие факты были описаны австрийским геологом И. Вальтером на примере альпийского региона. Он продолжил разработку концепции фаций Грессли и пришел к выводу, что фации не располагаются случайно, что в их горизонталь-ных и вертикальных рядах существует определенная закономерность: "одна на другую первично могут быть наложены только те фации, кото-рые могут наблюдаться в настоящее время рядом одна с другой" (1894г.). Это утверждение позже было названо фациальным законом Вальтера, но как свидетельствуют факты, оно было сделано 30 лет раньше Н.А.Головкинским.

Этот закон подтверждается и широко используется при составле-нии схем корреляции разрезов и стратиграфических схем, когда выяв-ляются факты возрастного скольжения границ свит, фаций, пересече-ния литологичских границ с временными (хроностратиграфическими) границами, омолаживания кровли какой-либо свиты по простиранию.

4.Закон о перерывах осадконакопления. "Образование осадков про-исходило при постоянном колебании дна соответствующего бассейна, при нередком выходе дна этого бассейна из-под уровня моря ".

Этот закон называется четвертым фациальным законом. Он сформулирован томским геологом М .А.Усовым (1935, 1936г.) на осно-ве описания многочисленных фактов перерывов осадконакопления раз-личных рангов, установленных в осадочных разрезах Горного Алтая,

Кузнецкого Алатау, Западной Сибири. Он утверждает, что помимо по-степенной миграции горизонтальных фациальных рядов, зон и поясов иногда наблюдается их внезапное смещение или полная перестройка, вызванная резкими изменениями тектонической обстановки, что прояв-ляется перерывами и размывами ранее образовавшихся фациальных па-чек, свит.

5. Метод мощностей и построения профилей выравнивания и карт изопахит. Теоретической основой этого метода является статья извест-ного советского тектониста В.В.Белоусова, опубликованная в 1940 году под названием "Мощность отложений , как выражение режима колеба-тельных движений земной коры". В ней утверждается, что "размер мощностей осадков связан прежде всего и главным образом с масшта-бом погружения земной коры". Погружение земной коры постепенно компенсируется накоплением осадков, а различие в мощностях на раз-ных участках происходит в результате неравномерного погружения земной коры: на тех участках, где погружение происходит медленно, накапливаются осадки малой мощности, а где погружение происходит быстрыми темпами, там накапливаются осадки большой мощности. От-сутствие осадков объясняется тем, что участок находился в области размыва. Такая интерпретация мощностей позволяет профили и карты мощностей использовать для восстановления истории тектонических движений как регионального, так и локального уровней. По разности мощностей одновозрастных толщ, отложившихся на соседствующих участках, можно судить об амплитудах вертикальных движений блоков относительно друг друга: чем больше разность мощностей, тем интен-сивнее были блоковые тектонические движения.

Профили выравнивания строятся вдоль по линии скважин, начи-ная с наиболее древнего слоя . Мощности этого слоя (например, живет-ского яруса) откладываются вниз от горизонтальной линии, которая принимается за линию выравнивания. Концы отрезков линий, в мас-штабе изображающих мощность слоя в каждой скважине , соединяются плавной линией. Эта линия будет изображать положение подошвы жи-ветского яруса к началу франского века (рис.63).

Второй профиль выравнивания строится аналогичным образом, но к мощности слоя 1 (живетский ярус) добавляется мощность слоя 2 (франский ярус). Получится профиль выравнивания, изображающий положение подошв живетского и франского ярусов к началу фаменско-го века. Так же строятся и истолковываются все другие профили вы-равнивания, которые при палеогеологической интерпретации именуют-ся палеоструктурными профилями.

Карты мощностей могут быть построены для каждого стратигра-фического горизонта (слоя, свиты , яруса и др.) отдельно или способом последовательного суммирования мощностей двух, трех и более гори-зонтов совместно. Фактическим материалом для таких построений яв-ляются мощности, вычисленные по скважинам. В последние годы для таких построений начали использоваться сейсмические данные, запи-санные на магнитных носителях. Палеогеологическая интерпретация их производится так же, как и профилей выравнивания. В этом случае кар-ты мощности именуются палеоструктурными картами. На этих картах изолиниями максимальных значений мощности отображаются палеовпа-дины и палеопрогибы, а изолиниями сокращенных значений - палеосво-ды, палеовалы, палеокупола и другие палеоподнятия-потенциальные структурные ловушки нефти и газа. По разности мощностей можно оце-нить амплитуду конседиментационного роста и крутизну склонов па-леоподнятий для каждого отрезка геологического времени. Построив се-рию карт изопахит (карт мощностей ), можно определить, как менялись конфигурация и размеры структур за период накопления всей осадочной толщи (рис.64).

Рис. 63.Профили выравнивания(палеоструктурные профили).Генеральское поднятие(Волго-Уральская провинция) (по А.К.Машковичу,1970).

1-кровля пласта D-v; 2- размытая кровля живетского яруса; 3- кровля франского яруса; 4- кровля фаменского яруса; 5- кровля малевского горизонта;

6- кровля верейского горизонта

Рис. 64.Изопахический треугольник.Генеральское поднятие(по А.К.Машковичу, 1970):

1 - структурная карта по подошве карбонатного девона; 2-4 - палеоструктурные карты положения подошвы карбонатного девона к концу ма-левского (2), верейского (3), батского (4) времени.

5 - структурная карта по кровле малевского горизонта; 6-7 - палеоструктурные карты положения кровли малевского горизонта к концу верей-ского (6) и батского (7) времени; 8 - структурная карта по кровле верейского яруса;

9 - палеоструктурная карта положения верейского горизонта к концу батского века; 10 - структурная карта по кровле батского яруса.

Условные обозначения: 1 - скважины; 2 - изогипсы, палеоизогипсы в м; 3 - разлом; 4 - граница газовой залежи