Вопросам геологии и нефтегазоносности БКР посвящен ряд работ обобщающего плана, выполненных специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ВНИИОкеанологии, Севморгео, ВНИГНИ, ОАО «Газпром», Союзморгео, Севморнефтегеофизики, Арктикморнефтеразведки, Синтезнефтегаза, МГУ им. Ломоносова, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и др.
Во второй главе дано описание геологического строения БКР
Литолого-стратиграфическая характеристика тектонических комплексов. В пределах Арктики выделяются тектонические комплексы, отличающиеся составом, степенью метаморфизма, дислоцированности слагающих их пород. По данным К.А. Клещева и др. (2008) здесь выделяются: 1 - фундамент (а - кристаллический, б - океанический), 2 - складчатое основание, 3 - переходный комплекс и 4 - осадочный чехол.
Кристаллический фундамент представлен архейско-протерозойскими метаморфическими и магматическими породами. Они обнажаются в пределах Балтийского щита. Океанический фундамент - это океаническая кора, распространенная в пределах Евразийского тафрогена.
Складчатое основание - это слабо метаморфизованные образования рифея - нижнего палеозоя, накопившиеся на древних континентальных блоках, смятые и деформированные в процессе последующего развития. Складчатое основание отличается от переходного комплекса более сильной степенью деформации. Складчатое основание представлено преимущественно осадочными, в меньшей мере вулканогенными неметаморфизованными либо слабометаморфизованными складчатыми образованиями. Они разновозрастные и распространены в разных частях Арктики.
Переходный тектонический комплекс близок по составу к разрезам складчатого основания, но в меньшей мере дислоцирован и метаморфизован.
Осадочный чехол состоит из рифейских, палеозойских, мезозойских и кайнозойских пород. Рифейские и нижневендские терригенные отложения мощностью до 1,5 км образуют рифтовый комплекс (Мезенский тафроген). Кембрийские породы состоят из песчаников, глин, алевролитов мощностью от 200 до 1000 м на арх. Новая Земля. В строении ордовикских отложений принимают участие доломиты, известняки мощностью 450 м (о. Медвежий) и более 1000 м (арх. Шпицберген), терригенные, карбонатные породы мощностью до 600 м (арх. Северная Земля). В составе силурийских отложений выделяются глины с прослоями известняков и алевролитов (Мезенский тафроген), известняки мощностью до 1250 м, доломиты, песчаники, гипсы мощностью до 350 м, красноцветные аргиллиты, алевролиты с прослоями известняков мощностью более 700 м (на островах Карского моря). Девонские разрезы на острове Колгуев включают известнякии, алевролиты верхнего девона, которые залегают на размытой поверхности нижнего девона, представленного доломитами, ангидритами. Каменноугольные отложения в пределах Тимано-Печорского тафрогена сложены известняками, доломитами, гипсами, ангидритами (нижний отдел), известняками (средний отдел). Разрез перми на полуострове Адмиралтейства образован толщей (до 3000 м) переслаивающихся алевролитов и аргиллитов. В скважине Крестовая в терригенном разрезе триаса мощностью 3604 м встречены прослои туфов, интрузий в виде силлов. В строении юрских отложений Баренцевского тафрогена, мощностью от 420 до 1023 м, принимают участие слабосцементированные песчано-гравийные породы, глины (нижняя юра), песчаники с прослоями алевролитов, глин (средняя юра), морские глины с редкими и маломощными прослоями алевролитов (верхняя юра). Мощность меловых терригенных отложений достигает 2200 м в Баренцевской рифтовой системе и более 2000 м в северной части Западно-Сибирского тафрогена. Разрезы палеогена состоят из терригенных пород, доломитов, мергелей мощностью более 1000 м. В составе неоген-четвертичных отложений, залегающих на породах разного возраста, выделяются терригенные разрезы мощностью 100-350 м. Для разных частей БКР составлены схемы сопоставления разрезов скважин и обнажений.
Геодинамическая эволюция, обоснование выделения палеорифтовых систем, палеогеография Баренцево-Карского региона
Основные плитотектонические структуры Арктики возникали и преобразовывались в течение пяти главных этапов геодинамической эволюции: рифейско-раннекембрийского, среднекембрийско-раннедевонского, среднеде-вонско-триасового, юрско-раннемелового и позднемелового-кайнозойского (К.А. Клещев и др., 2008), способствуя образованию, и частично разрушению, залежей УВ.
В рифейско-раннекембрийский этап произошли следующие события: а) распад и воссоединение суперконтинента Родиния в раннем рифее, б) повторный распад Родиния в среднем рифее, в) образование палеомезоконтинента Баренция в позднем рифее-венде (В.Е. Хаин, 2000). В среднем рифее в пределах БКР существовал ряд микроконтинентов, которые в позднем рифее - раннем венде объединились, образовав Баренцевский палеомезоконтинент, который в раннем кембрии был присоединен к Восточно-Европейскому палеоконтиненту.
Среднекембрийско-раннедевонский этап. Со среднего кембрия до раннего девона Восточно-Европейский палеоконтинент, объединенный с Баренцевским мезоконтинентом, и палеоконтинент Арктида дрейфовали в Уральском и Япетусском палеоокеанах. Со среднего ордовика до раннего девона между Арктидой и Восточно-Европейским палеоконтинентом располагался Карский микроконтинент, который, как и Свальбардский микроконтинент, был присоединен к Арктиде в раннем девоне (Л.П. Зоненшайн и др., 1990). Это способствовало смятию существующего на микроконтинентах додевонского осадочного чехла БКР и образованию Центрально-Баренцевского орогена столкновения плит. Поэтому в раннем девоне запад БКР был областью денудации. Ныне существующая Центрально-Баренцевская зона поднятий была унаследована от раннедевонского орогена одноименного названия. В современной структуре Центрально-Баренцевская зона поднятий расчленена серией поперечных рифтов, то есть после раннедевонского орогенеза наступил период растяжения, рифтогенеза, формирования горсто-грабеновой структуры, поперечной к раннедевонскому орогену. Предполагается, что рифты, разделяющие выступы Центрально-Баренцевской зоны поднятий, формировались по складчатым зонам некогда (в позднем рифее-венде), спаявшими эти континентальные блоки, при образовывании Баренцевского палеомезоконтинента [6 - 9, 11].
В среднедевонско-триасовый этап эволюции на большей части Евроамериканско-Арктического палеоконтинента и обрамляющих его областей (океаны Панталасса, Уральский) накапливался типичный осадочный чехол. Начиная со среднего девона и позднее, в пределах БКР за счет глубинных сдвигов преобладало растяжение земной коры. Оно происходило параллельно Центрально-Баренцевскому орогену. Сдвиги, изгибаясь, меняли свое простирание, перед вышеназванным орогеном, что привело к образованию Восточно-Баренцевского разломного трога с земной корой субокеанического типа и бассейнов типа пул-апарт. Размыв Центрально-Баренцевского орогена, Балтийского щита и Урала обеспечил последующее заполнение Восточно-Баренцевского рифтового трога мощными (до 10 км) осадочными толщами перми и триаса. За счет формирования пул-апарт-бассейнов можно объяснить наличие локальных по площади очагов распространения земной коры субокеанического типа в пределах Баренцевского, Западно-Сибирского тафрогенов. В среднем девоне рифтогенез положил начало образованию осадочных бассейнов БКР, а в позднем - над рифтами сформировались прогибы, депрессии [6, 8].
Во второй половине палеозоя выделяется три основных этапа седиментации (В.А. Басов и др., 2011): позднедевонско-раннекаменноугольный, среднекаменноугольно-раннепермский и раннеартинско-кунгурско-позднепермский. В позднем девоне-начале карбона в пределах Восточно-Баренцевского пул-апарт-бассейна была образована субокеаническая земная кора, на которой накопились терригенно-вулканогенные глубоководные породы. В это же время в зоне узкораскрытых рифтов и надрифтовых прогибов норвежской части БКР накапливались карбонатные, терригенные, угленосные, прибрежно-морские и мелководно-морские породы. Глубоководные породы приурочены к рифтам и в первую очередь к Восточно-Баренцевскому трогу, к континентальному склону на востоке Новой Земли. В пределах последнего формировалась пассивная окраина, и накапливались илы доманикоидного типа с повышенным содержанием Сорг, которые являлись нефтематеринскими породами. В начале карбона площадь морского осадконакопления Баренцевского тафрогена уменьшилась. В среднем карбоне - ранней перми формирование осадков происходило в разных условиях: прибрежно-континентальной равнины, литорали, лагун, внутреннего и внешнего шельфа, материкового склона и относительно глубоководных изолированных впадин [6, 8]. Средний карбон-нижнепермский этап седиментации характерен карбонатным осадконакоплением. Глубоководные породы приурочены к Восточно-Баренцевской рифтовой зоне. Западная и южная части Баренцевского тафрогена представляют собой мелководный карбонатный шельф. Рифовые тела предполагаются на границе глубоководного и мелководного шельфа, на склонах Адмиралтейского вала. При переходе от карбонатной к терригенной седиментации, возможно образование клиноформных ловушек за счет продуктов разрушения карбонатов (Н.К. Фортунатова и др., 2010). На фациально-палеогеографической схеме ассельского века видно, что в пределах Восточно-Баренцевского пул-апарт-бассейна карбонатная седиментация сменилась на лавинную терригенную. Это связано с интенсивным погружением указанного рифта, и размывом Уральского орогена. На западе Баренцевского тафрогена и в пределах Центрально-Баренцевской зоны поднятий в ассельско-сакмарское время еще сохранялось карбонатное осадконакопление. Здесь известны рифы, а в Нордкапском грабене накапливались галогенные осадки. Над карбонатными и карбонатно-терригенными толщами перми залегают триасовые терригенные образования. В триасе резко возрастает скорость осадконакопления в Восточно-Баренцевской рифтовой зоне и депрессии Святой Анны.
Уральский ороген в конце перми блокировал поступление морских вод в пределы Баренцевского тафрогена с юго-востока. Однако проникновение моря сохранилось на западе. Это вызвало значительную реорганизацию палеогеографии БКР. Наиболее глубоководный морской бассейн в триасе располагался в пределах Западно- и Центрально-Баренцевской рифтовых зон.
Юрско-раннемеловой этап эволюции связан с очередным распадом Евразии, формированием надрифтовых прогибов и депрессий, базальтовым магматизмом. Юрско-меловые отложения образуют эпирифтовый комплекс мощностью до 3200 м. В его формировании намечается раннеюрский, среднеюрский, позднеюрский, берриас-барремский, аптский, альбский подэтапы. Юрско-меловые отложения формировались в морских (внутренний и внешний шельфы) и континентальных условиях. В поздней юре формируется Канадская впадина, а в пределах Баренцевского тафрогена проявилась трансгрессия, накопление депрессивной черносланцевой фации кимеридж-волжских глинистых отложений. Эти толщи сменяются по латерали и вертикали клиноформными склоновыми глинисто-песчаными отложениями неокома. В валанжинский век на западе БКР появился глубоководный бассейн. В барреме проявляется зона растяжения и вулканизм. На Земле Франца-Иосифа отмечены лавовые потоки. В конце апта - начале альба морской режим сменился подъемом БКР, эрозией.
В позднемеловой-кайнозойский этап эволюции появились океанические рифты, пассивные окраины Евразии, океанические впадины Северного Ледовитого и Атлантического океанов. Тектонические движения в приокеанической зоне привели к появлению сводово-блоковых поднятий Свальбард, Земли Франца-Иосифа, Северная Земля и разделяющих их грабенов, заполненных позднемеловыми-кайнозойскими породами. С кайнозойским временем связано проявление инверсии и эрозии ранее сформировавшихся толщ.
Палеорифтовые системы и зоны выделены на основании анализа: 1 - геодинамической эволюции региона, 2 - ранее проведенных исследований по рифтам, 3 - гравиразведки, 4 - магниторазведки, 5 - рельефа поверхности фундамента, 6 - мощностей земной коры, 7 - распределения плотности теплового потока, 8 - магматизма, 9 - данных сейсморазведки. Основными данными для выделения палеорифтов являлись временные сейсмические разрезы. На разрезах выделялись и прослеживались в рифтовых зонах тектонические комплексы (дорифтовый, предрифтовый, рифтовый и эпирифтовый). Рифтовые зоны объединялись в тафрогены.
Учитывая изложенный выше анализ геодинамической эволюции, условий седиментации, магматизма, сделан вывод, что в пределах БКР на протяжении рифей-раннемелового времени преобладали процессы растяжения земной коры, рифтогенез. Активное проявление растяжения земной коры и базальтового магматизма происходило в: 1 - рифейское, 2 - средне-позднедевонское, 3 - позднепермско-триасовое, 4 - юрско-меловое, 5 - кайнозойское время (Э.В. Шипилов, 2009). Процессы растяжения неоднократно сменялись кратковременным сжатием. Однако преобладали процессы растяжения, рифтогенеза, что способствовало процессам нефтегазонакопления.
На основе проведенного анализа геолого-геофизического материала в пределах БКР выделено пять разновозрастных палеорифтовых систем, которые состоят из шестнадцати рифтовых зон (рис. 1). В свою очередь, в палеорифтовых зонах распространены палеорифты, прогибы, выступы и локальные поднятия, отображенные на структурно-тектонической схеме, приведенной в диссертации.
Названные выше тафрогены и рифтовые зоны служат основой для формирования нефтегазоносных (НГБ) и потенциально нефтегазоносных (ПНГБ) бассейнов БКР.
В третьей главе рассмотрены понятия, терминология, механизм рифтогенеза, характерные признаки палеорифтов, краткая характеристика кайнозойских рифтовых систем (Байкальской, Рейнской, Африкано-Аравийской, Красноморской), отдельных рифтов (Эфиопского, Момского) и палеорифтов (Днепровско-Донецкого), показана роль палеорифтов при формировании залежей УВ. Приведены результаты анализа рифтов мира и дана их классификация (А.М. Джелал Шенгёр, Б.А. Натальин, 2009). В заключении главы описаны модели формирования НГБ, связанных с палеорифтами.
В главе рассматриваются некоторые термины, широко применяемые в последние годы, например:
Тафрогены - это структуры литосферного масштаба, сформированные рифтами (глубинными грабенами), которые растягивают литосферу, то есть тафрогены соответствуют рифтовым системам (А.М. Джелал Шенгёр, 2010).
Рисунок 1 - Палеорифтовые системы Баренцево-Карского региона
1-2 - границы: 1 - палеорифтовых систем (тафрогенов), 2 - палеорифтовых зон; 3 - контуры складчатых областей в обрамлении (цифры в кружках - название областей), 4 - бровка шельфа (изобата 600 м), 5 - зоны надвигов, 6 - государственная граница России и Норвегии: а - до 2010, б - с 2010г.
Палеорифтовые системы и их возраст (в скобках - периоды наиболее интенсивного проявления рифтогенеза): А - Баренцевская (О-D2; D3-C1; Р-Т2), Б - Западно-Сибирская (РZ3-Т), В - Тимано-Печорская (О-D2, D3-C1), Г - Мезенская (R-V1), Д - Евразийская (К2-N1). Рифтовые зоны (заглавные буквы и номер): А1 - Западно-Баренцевская, А2 - Центрально-Баренцевская, А3 - Восточно-Баренцевская, А4 - Святой Анны, А5 - Северо-Карская; Б1 - Приновоземельская, Б2 - Ямальская, Б3 - Уренгойская, Б4 - Енисей-Хатангская, Б5 - Худосейская; В1 - Печоро-Колвинская, В2 - Варандей-Адзъвинская; Г1 - Лешуконско-Пинежская, Г2 - Сафоновская; Д1 - Амеразийская, Д2 - Норвежская. Складчатые структуры в обрамлении тафрогенов (арабские цифры в двойных кружках): а - щиты (1 - Балтийский щит), б - орогены столкновения плит в обрамлении тафрогенов (2 - Свальбардский - D1-D3, 3 - Северо-Земельский - D3-C1, 4 - Центрально-Таймырский - D3-С1, 5 - Южно-Таймырский - PZ3, Т, 6 - Северо-Сибирского порога - PZ3, Т, 7 - Новоземельский - PZ3, Т, 8 - Пайхойский - PZ3, Т, 9 - Уральский - PZ3, Т, 10 - Тиманский - R-Є).