Результаты комплексного анализа аэрогравимагнитных и сейсморазведочных данных восточной части Восточно-Сибирского моря

Г.А. Заварзина, Р.Р. Мурзин, О.А. Захарова, В.C. Степанова

Журнал «Геофизика»

В работе представлены результаты комплексного анализа геофизических данных Северо-Врангелевского лицензионного участка (СВЛУ), расположенного в восточной части Восточно-Сибирского моря. Комплексный анализ геолого-геофизических данных позволил осуществить тектоническое районирование СВЛУ, установить основные взаимосвязи между геофизическими аномалиями, выделить дизъюнктивные нарушения и выполнить прогноз перспективных зон нефтегазонакопления.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы на шельфе Восточно-Арктического региона в связи с лицензированием арктических акваторий все активнее используется комплексный анализ геолого-геофизических данных для оценки перспектив нефтегазоносности участков. На региональном этапе изучения необходимость комплексирования определяется тем, что элементы геологического строения по-разному отражаются в потенциальных и сейсмических волновых полях.

Результаты интерпретации геолого-геофизических данных по Восточно-Сибирскому морю опубликованы во многих работах [1–10]. Установлены основные особенности геологического строения и выполнен прогноз нефтегазоносности акватории. В то же время существует несколько концепций строения региона, времени формирования складчатого фундамента и комплексов осадочного чехла. В процессе выполнения исследований были проанализированы и обобщены все имеющиеся геолого-геофизические материалы по региону и результаты ранее опубликованных работ [1–3, 4–8, 10]. Некоторые из них нашли подтверждение в этой статье.

Комплексный анализ геолого-геофизических данных

Ввиду ограниченного количества сейсморазведочных данных в пределах СВЛУ основу тектонического районирования составили данные аэрогравимагниторазведки (рис. 1). Геофизические исследования масштаба 1:200000 проводились АО «ГНПП «Аэрогеофизика» с использованием самолетов Ан-30 по сети профилей 2 х 10 км.


Рис. 1. Схема геофизической изученности Восточно-Сибирского и Чукотского морей

При интерпретации материалов аэрогравимагниторазведки использованы карта аномалий силы тяжести в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2,37 г/см3 (рис. 2), карта аномального магнитного поля (рис. 3) и их локальные составляющие. Магнитная восприимчивость и плотностные характеристики пород складчатого фундамента получены в результате моделирования.


Рис. 2. Карта аномалий силы тяжести в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2,37 г/см3 (АО «ГНПП «Аэрогеофизика» с изменениями и дополнениями)
1 – сбросы; 2 – надвиги; 3 – сбрососдвиги; 4 – СВЛУ; 5 – названия структур: СЧМП (Северо-Чукотский мегапрогиб), БП (Барановское поднятие), ПП (Пегтымельский прогиб), ЗВВ (Западно-Врангелевский выступ), ШС (Шелагский свод), ДГ (Дремхедский грабен), СШВ (Северо-Шелагский вал), ЗМС (Западно-Мамонтовская ступень)


Рис. 3. Карта аномального магнитного поля (АО «ГНПП «Аэрогеофизика» с изменениями и дополнениями)
1 – сбросы; 2 – надвиги; 3 – сбрососдвиги; 4 – интрузивные тела; 5 – названия структур: СЧМП (Северо-Чукотский мегапрогиб), БП (Барановское поднятие), ПП (Пегтымельский прогиб), ЗВВ (Западно-Врангелевский выступ), ШС (Шелагский свод), ДГ (Дремхедский грабен), СШВ (Северо-Шелагский вал), ЗМС (Западно-Мамонтовская ступень)

Район СВЛУ характеризуется существенной дифференциацией глубин залегания поверхности складчатого фундамента от 0,5–2 км на поднятиях до 12–20 км в прогибах.

Главными структурными элементами на площади СВЛУ являются Северо-Чукотский мегапрогиб (СЧМП) на севере и Врангелевско-Геральдско- Брукская зона (ВГБЗ) блоковых поднятий и впадин на юге, которые различаются как по возрасту складчатого фундамента, так и по толщине осадочного чехла и последовательности слагающих его сейсмокомплексов. СЧМП выделяется в составе Восточно-Арктической эпикаледонской платформы; ВГБЗ – в пределах Новосибирско-Чукотской эпипозднекиммерийской плиты.

Региональные тектонические элементы отчетливо выделяются в структуре гравитационного и магнитного полей.

Северо-Чукотский мегапрогиб – самая крупная структура шельфа Восточной Арктики – простирается с запада на восток. В гравитационном поле мегапрогиб характеризуется зоной субширотного простирания, которой соответствуют пониженные значения поля. В пределах СЧМП преобладают локальные аномалии северо-западного простирания, отвечающие отдельным депрессиям в рельефе поверхности фундамента (рис. 2). Общий отрицательный фон гравитационного поля обусловлен развитием мощной (до 15–20 км) осадочной толщи верхнего палеозоя? – кайнозоя.

Аномальное магнитное поле СЧМП представлено низкоамплитудными минимумами изометричной формы (рис. 3). В морфологии аномалий поля отмечается вытянутость в субширотном и северо-восточном направлении (рис. 2, 3).

На северо-западе и северо-востоке мегапрогиба в пределах СВЛУ фиксируется высокая степень дифференциации магнитного поля от -1,0 до 40–60 Δ(Та). Северо-восточная аномальная зона, пространственно совпадающая с интенсивным гравитационным максимумом, имеет более высокие значения поля Δ(Та), что является признаком наличия здесь интрузивных образований. Аномальная зона хорошо коррелируется с данными сейсморазведки. На временном разрезе по профилю RU-1400, проходящему с запада на восток через осевую часть мегапрогиба, в рельефе фундамента выделяется Восточно-Сибирская ступень.

Глубины источников магнитных аномалий рассчитывались по огибающей всех точек, вносящих основной вклад энергии аномального магнитного поля. Расчетные глубины «верхних кромок» магнитоактивных тел в пределах рассматриваемой площади в основном располагаются вблизи границы фундамента. Однако в Северо-Чукотском мегапрогибе расчетные глубины источников магнитных тел находятся на глубинах 12–16 км, что значительно выше границы складчатого фундамента (рис. 4).


Рис. 4. Сейсмогеологический разрез по профилю ES10Z22_m

Причина такого расхождения может заключаться, во-первых, в случае слабоконтрастного разреза (если фундамент представлен относительно слабомагнитными образованиями), когда на больших глубинах погрешность определения глубин может возрастать; во-вторых, из-за наличия в осадочном чехле магнитных объектов (например, интрузий или мощных толщ эффузивно-осадочных отложений), когда поверхность верхних кромок магнитных тел может оказаться выше поверхности фундамента.

Комплексный анализ потенциальных полей и структурных построений по данным МОВ ОГТ 2D показывает, что выделенные аномальные зоны в геофизичеких полях отражают сложное строение Северо-Чукотского мегапрогиба.

Ввиду слабой изученности северной части акватории Восточно-Сибирского моря геологическое строение мегапрогиба остается неясным. Он относится к типу внутриконтинентальных осадочных бассейнов, где мощность осадков достигает 15–20 км. Механизм образования таких структур является дискуссионным. На сегодняшний день существуют две основные концепции его строения.

Одни исследователи предполагают, что подобные структуры формируются вследствие растяжения литосферы, возможно, ее раскола и образования коры океанического типа [8].

Альтернативная точка зрения состоит в том, что причиной погружения коры во впадинах подобного типа является утонение коры, вызванное подъемом магматического плюма [1, 5, 6, 9, 10]. По результатам моделирования гравитационного поля под Северо-Чукотским мегапрогибом наблюдается заметное утонение консолидированной коры до 1,5–2,0 км, в особенности ее верхней части, при относительно высокой плотности – 2,70 г/cм3 [7].

Врангелевско-Геральдско-Брукская зона (ВГБЗ) блоковых поднятий и впадин в целом характеризуется повышенным уровнем гравитационного и магнитного полей, а взаимоотношение между знаками аномалий и основными структурами имеют прямую зависимость. Положительным аномалиям соответствуют поднятия, отрицательным – ступени, грабены и прогибы, которые также закартированы по сейсморазведочным данным (рис. 5, 6).


Рис. 5. Структура складчатого фундамента. Профиль ES10Z05A


Рис. 6. Структура складчатого фундамента. Профиль ES10Z07А

С запада на восток в пределах ВГБЗ обособляются Барановское поднятие, Пегтымельский прогиб, Западно-Врангелевский выступ, Южно-Дремхедская ступень, Шелагский свод, Северо-Шелагский вал и Западно-Мамонтовская ступень (рис. 2).

Крупные поднятия, расположенные между перечисленными отрицательными структурами, характеризуются повышенными значениями аномалий физических полей, что может указывать на присутствие магматических пород (возможно, основного состава). Некоторые из этих объектов отражены в виде небольших изометричных аномалий, которые могут быть штокообразными телами (рис. 3).

Шелагский свод и Северо-Шелагский вал характеризуются резко дифференцированным знакопеременным магнитным полем. Линейным магнитным аномалиям, вероятно, соответствуют крупные разломы, интрудированные породами основного состава.

В пределах этих структур «верхние кромки» магнитоактивных тел либо расположены ниже поверхности фундамента, либо совпадают с этой границей (рис. 4). Положительные аномалии потенциальных полей Шелагского свода и Северо-Шелагского вала, по-видимому, следует связывать также с выступами докембрийского складчатого фундамента, породы которого выходят на дневную поверхность на о. Врангеля [5, 6].

Таким образом, совокупность признаков, включая интенсивные линейные аномальные зоны, сложное сочетание положительных и отрицательных аномалий, их смещения, может указывать на складчато-надвиговую природу деформаций ВГБЗ. Характер дизъюнктивных нарушений позволяет предположить, что позднекиммерийская структура ВГБЗ формировалась в обстановке сжатия северо-восточного направления в период от средней юры до позднего мела. Основные деформации имеют раннемеловой – палеоценовый возраст [5].

В центральной части СВЛУ выделяется Дремхедский грабен, который слабо изучен сейсморазведкой. В гравитационном и магнитном полях он выражен отрицательными аномалиями субширотного простирания (рис. 2, 3). На структурной карте по поверхности складчатого фундамента также отмечается субширотная зональность. Положение грабена, его размеры и характер сочленения с Северо-Чукотским мегапрогибом пока до конца не ясны, что обусловлено слабой сейсмической изученностью. Сопоставление гравитационного и магнитного полей с сейсмическими данными не указывает на продолжение структуры в северном направлении.

В гравитационном и магнитном полях к северу от Дремхедского грабена фиксируется крупный локальный максимум меридионального простирания, затухающий в северном направлении при приближении к СЧМП (рис. 2, 3). Вероятно, в составе складчатого фундамента здесь преобладают древние позднепротерозойские породы, аналогичные врангелевскому комплексу о. Врангеля [5, 6].

Анализ геофизических полей не дает однозначного ответа о возрасте фундамента под Дремхедским грабеном, но простирание и характер аномалий позволяют предположить, что грабен развивался после среднеюрской инверсии и, соответственно, может быть сложен верхнеюрско-нижнемеловым, апт-верхнемеловым и кайнозойским комплексами общей толщиной 10–12 км. Присутствие палеозойских комплексов в основании осадочного чехла Дремхедского грабена остается дискуссионным.

Сопоставление гравитационного и магнитного полей с сейсмическими данными показывает, что ярко выраженные градиентные зоны соответствуют дизъюнктивным нарушениям. По кинематике разрывы представлены сбросами, взбросами, надвигами, сбрососдвигами и взбрососдвигами с большой амплитудой смещения.

Самые контрастные зоны сбрососдвигов с амплитудой вертикального смещения 3–7 км расположены на границе СЧМП и ВГБЗ. Первая зона суб-широтного простирания отмечается на южном борту Северо-Чукотского мегапрогиба. В пределах этой зоны поверхность фундамента погружается в север-ном направлении до глубины 12–20 км (рис. 2, 3). Вторая наиболее крупная зона северо-западного направления ограничивает на востоке СВЛУ Западно-Мамонтовскую ступень.

В пределах ВГБЗ в гравитационном и магнитном полях наблюдаются разноориентированные оси аномалии, при этом преобладают северо-восточные тренды простирания изолиний (рис. 2). Дискордантное взаимоотношение аномалий геофизических полей свидетельствует о сложном строении складчато- го фундамента, внутренняя структура которого контролируется тектоническими нарушениями северо-восточного и северо-западного направлений.

Разломы северо-восточного направления в пределах складчатой ВГБЗ интерпретируются как надвиги с правосдвиговой компонентой, которая проявлена смещением аномалий вдоль границ позднекиммерийских блоков.

Для интерпретации кинематики разломов был осуществлен переход от наблюденных полей к эффективным параметрам (плотности и намагниченности). На вертикальных разрезах локальных составляющих плотности и намагниченности можно выделить чешуйчатые структуры, интерпретируемые как надвиги, с направлением на север и северо- запад (рис. 7).


Рис. 7. Модельный разрез в пределах ВГБЗ:
а – локальная составляющая эффективной намагниченности;
б – локальная составляющая эффективной плотности (АО «ГНПП «Аэрогеофизика»)

Различия в значениях эффективной плотности и намагниченности в «висячих» и «лежащих» блоках надвигов говорят о присутствии пород с разными петрофизическими свойствами. Эти контрастные границы были использованы для картирования разломов на разрезах. Например, различается чередование блоков пород с высокой намагниченностью и плотностью (красный цвет на нижнем разрезе), надвинутых на породы с более низкой плотностью и намагниченностью.

Современные методы интерпретации гравитационного и магнитного полей позволяют получать информацию о магнитных и плотностных свойствах пород фундамента и осадочного чехла. Антиклинальные структуры, как правило, отмечаются положительными аномалиями остаточного гравитационного поля из-за увеличения плотности осадочных пород при увеличении глубины залегания.

В пределах площади исследований по данным сейсморазведки ОАО «ДМНГ» ранее закартированы перспективные локальные поднятия (рис. 8). При анализе локальной составляющей гравитационного поля в осадочном чехле были выявлены зоны трещиноватости и разуплотнения, которые могут быть связаны с развитием пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами и флюидонасыщением разреза (рис. 8). Эти зоны сопоставлялись с локальными объектами для оценки перспектив нефтегазоносности СВЛУ.


Рис. 8. Зоны повышенной трещиноватости и разуплотнения по данным АО «ГНПП Аэрогеофизика» с изменениями и дополнениями
1 – профили МОВ ОГТ 2D;
зоны повышенной трещиноватости и разуплотнения:
2 – в складчатом фундаменте,
3 – в кайнозойском сейсмокомплексе,
4 – в меловом сейсмокомплексе,
5 – в верхнепермско-нижнеюрском сейсмокомплексе,
6 – перспективные объекты, выявленные ОАО «ДМНГ» (2012 г.),
7 – границы перспективных зон

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексный анализ потенциальных полей позволил уточнить границы основных тектонических элементов в пределах СВЛУ и положение основных дизъюнктивных нарушений, играющих существенную роль в формировании блоков фундамента и структуры осадочного чехла.

Выделенные аномальные зоны в гравитационном и магнитном полях отражают сложную структуру складчатого фундамента. В пределах рассматриваемой площади основные границы тектонических элементов, выделенные по сейсморазведочным данным, в основном совпадают с аномалиями геофизических полей, что в определенной степени свидетельствует об унаследованности развития тектонических элементов.

Проведенные исследования позволили определить как общий структурный план СВЛУ, так и морфологию основных тектонических структур и перспективных объектов. Вместе с тем следует подчеркнуть, что полученные выводы носят общий характер, а сформированная модель – только основа для дальнейших комплексных геолого-геофизических исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Артюшков Е.В. Образование сверхглубокого Северо-Чукотского прогиба вследствие эклогитизации нижней части континентальной коры. Перспективы нефтегазоносности // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 1. С. 61–74.

2. Глебовский В.Ю., Черных А.А., Каминский В.Д., Поселов В.А. Результаты структурно-тектонического районирования потенциальных полей Северного Ледовитого океана при составлении новой циркумполярной тектонической карты Арктики // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Вып. 8, СПб., ВНИИОкеангеология, 2012. С. 20–29.

3. Дараган-Сущева Л.А., Соболев Н.Н., Петров Е.О., Гринько Л.Р. и др. К обоснованию стратиграфической привязки опорных сейсмических горизонтов на Восточно-Арктическом шельфе и в области Центрально-Арктических поднятий // Региональная геология и металлогения. № 58. 2014. С. 5–21.

4. Заварзина Г.А., Мурзин Р.Р., Шапабаева Д.Ш., Захарова О.А. Перспективы поисков нефти и газа на шельфе Восточно-Сибирского моря: VII Международная научно-практическая конференция и выставка. Санкт-Петербург. 2016.

5. Косько М.К., Соболев Н.Н., Кораго Е.А., Проскурнин В.Ф., Столбов Н.М. Геология Новосибирских островов – основа интерпретации геофизических данных по Восточно-Арктическому шельфу России // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. Т. 8. № 2. www.ngtp.ru.

6. Петровская Н.А., Савишкина М.А. Сопоставление сейсмокомплексов и основных несогласий в осадочном чехле шельфа Восточной Арктики // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2014. Т. 9. № 3. http://www.ngtp.ru/ rub/4/39_2014.pdf.

7. Савин В.А., Пискарев А.Л. Строение земной коры восточной части Восточно-Сибирского моря // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Вып. 8, СПб., ВНИИОкеангеология, 2012. С. 41–44.

8. Тектоническая карта Баренцева моря и севера европейской части России. Масштаб 1:2 500 000 и Объяснительная записка к ней / под ред. Н.А. Богданова, В.Е. Хаина. М.: ИЛРАН. ПКО «Картография». 1996. 94 с.

9. Шапабаева Д.Ш., Заварзина Г.А., Захарова О.А. Геологическое строение и оценка перспектив нефтегазоносности Восточно-Сибирского моря на основе моделирования углеводородных систем: VI Международная научно-практическая конференция «Геокрым» – проблемы нефтегазовой геологии и геофизики. Алушта. 2016.

10. Drachev S.S., Malyshev N.A., Nikishin A.M. Tectonic history and petroleum geology of the Russian Arctic Shelves: an overview. Arctic Petroleum Geology. Geological Society. London. 2011.

Возврат к списку