ИСТИНА

В пределах молодых платформ широко распространены валообразные поднятия. Поскольку с ними связаны месторождения УВ, они начали привлекать к себе пристальное внимание исследователей. В последнее время были высказаны предположения о связи поднятий со сдвигами в фундаменте, однако, непротиворечивый механизм их образования отсутствует. Наша работа призвана восполнить этот пробел. Предлагаемая методика решения данной проблемы требует проведения комплексных геолого-геофизических исследований (геологическая интерпретация сейсмических данных, дешифрирование радарных космических снимков, анализ литературных и фондовых материалов) и, в особенности, экспериментальных работ по воспроизведению простого сдвига в разных условиях. Первая серия экспериментов будет направлена на исследование влияния различных деформационных свойств «чехла» на морфологию поднятий; вторая предусматривает эксперименты со сложной структурой фундамента и сменой режима деформирования. Такой комплексный анализ с привлечением аналогового моделирования проводится впервые и будет иметь важное научное и практическое значение. Эти работы позволят по-новому взглянуть на природу валообразных поднятий.

Within new platforms are widely spread ridge-shaped uplifts. Because they are associated with hydrocarbon deposits, they began to attract the attention of researchers. Recently there have been predictions about the relationship uplifts with shifts in the Foundation, however, a consistent mechanism of their formation is missing. Our work is designed to fill this gap. The proposed method of solving this problem requires the conduct of comprehensive geological-geophysical studies (geological interpretation of seismic data, interpretation of radar satellite images, analysis of published and library materials) and, in particular, experimental work to reproduce simple shear in different conditions. The first series of experiments will focus on the study of the influence of various deformation properties of the "case" on the morphology of the elevations; the second provides for the experiments with the complex structure of the basement and change of deformation mode. Such an integrated analysis involving analog simulation is performed for the first time and will have important scientific and practical value. This work will allow new insights on the nature near arched uplifts.

Мы планируем получить следующие научные результаты: 1. Будет дана максимально возможная на основании имеющегося материала характеристика валообразных поднятий. Это морфология, в том числе симметрия, амплитуда, выраженность в рельефе, сочетание отдельных валов друг с другом (четковидное или кулисообразное). Такое описание приводилось лишь для некоторых районов и по ограниченному числу параметров. 2. Будет показана локализация валообразных поднятий на исследованных территориях, установлена их пространственная связь с крупными разломами в фундаменте, приуроченность к рифтовым структурам. Это было отмечено лишь для одного из крупных разломов севера Западной Сибири. 3. На основании собственной геологической интерпретация новых данных сейсморазведки по некоторым районам Туранской платформы будет показано глубинное строение объемов, содержащих валообразные поднятия, выявлена их связь со структурами фундамента. 4.На основании дешифрирования радарных космических снимков будут выявлены новейшие поднятия рельефа для тех же территорий 5. Мы ожидаем подтверждения представлений о том, что на определенном этапе развития молодые платформы испытывают региональное растяжение с формированием рифтовых структур, ограниченных крупными разломами (это известно). Затем те же территории испытывают региональное сжатие, максимальная ось которого ориентирована под большим углом к оси растяжения, что предполагается некоторыми исследователями для севера Западной Сибири. Мы предполагаем экспериментально доказать возможность того, что такое сжатие должно привести к сдвиговым перемещениям по разломам в фундаменте, ограничивающим рифты. Следствием таких перемещений должно быть формирование валообразных поднятий вдоль разломов. Результатом работы будет сам факт получения, а также детальное описание таких валов. До нас этого никто не делал. 6. С помощью аналогового моделирования будет показано, что при простом сдвиге по разломам в фундаменте всегда формируются валообразные поднятия, а форма их разнообразна. Проведение серии экспериментов с разными материалами должно выявить конкретную зависимость морфологии поднятий от свойств эквивалентного материала, имитирующего чехол. Эксперименты, направленные на выявление такой зависимости, не проводились. 7. В работе будут приведены результаты сопоставления экспериментальных и природных структур по ряду параметров. 8. По материалам обработки результатов серий экспериментов с помощью метода PIV будет представлена картина распределения относительной величины деформации на разных этапах формирования поднятий. 9. Предполагается, что будут установлены закономерности связи с валообразными поднятиями скоплений УВ. Новизна поставленной в проекте фундаментальной задачи и комплексный подход к ее решению с использованием, в частности, такого мощного инструмента, как метод аналогового моделирования, определяют высокую степень оригинальности результатов, которые предполагается получить.

Авторы проекта имеют большой научный и практический опыт по изучению отдельных аспектов поставленной задачи, они также владеют необходимыми методами для ее решения. Участниками данного проекта накоплен и обобщен большой фактический материал, включающий геологические и геофизические данные по некоторым нефтегазоносным районам севера Западно-Сибирской плиты. Дипломная работа руководителя проекта была посвящена особенностям структурного парагенеза, формирующегося над сдвигами фундамента, на примере Еты-Пуровского района Западной Сибири. Впервые (вместе с коллективом лаборатории, где выполнялась работа) был проведен структурно-парагенетический анализ природных структур с использование результатов геологической интерпретации трехмерной сейсморазведки и экспериментальных данных. Это были первые работы такого рода у нас в стране. Коллектив успешно использует в своих исследованиях методы аналогового моделирования, которые в России применяются еще лишь в Лаборатории тектонофизики ИЗК СО АН. Были проведены многочисленные эксперименты по моделированию простого сдвига с использованием глины, сухого и влажного песка в качестве эквивалентных материалов. Получены первые результаты – над сдвигами сформировались поднятия, которые были описаны и интерпретированы. Владение методом геологической интерпретации геофизических данных, позволило построить трехмерные модели и сейсмические профили через некоторые сегменты Арало-Кызылкумского вала северной части Туранской плиты. Недавно участники проекта включили в свой арсенал метод PIV, который требует фотографирования модели в определенном режиме и обработки полученных фотографий с помощью специальной программы. Обработка первых экспериментов показывает обнадеживающие результаты. В нашей стране этим методом пока не пользуются.

В ходе реализации Проекта мы достигли следующих результатов: 1. В абсолютно всех экспериментах по воспроизведению простого неоднородного сдвига на гранулированном материале (песке) в самом начале деформации образовывается единое валообразное поднятие. Это поднятие располагается непосредственно над разломом в фундаменте. Лучше всего, вал был выражен в сухом песке (без добавок). Единое валообразное поднятие на самом начальном этапе деформации человеческим глазом практически не различимо, но зато отлично заметно на изображениях, обработанных с помощью метода PIV (подробно об этом написано в наших работах «Применение метода PIV для анализа результатов физического моделирования сдвиговых зон платформ» и «Некоторые структурные следствия новейших сдвиговых движений по древним разломам фундамента платформ. Аналогия с результатами физического моделирования», авторы Мишакина А.А., Корпач С.В., Корбутяк А.Н., Фролова Н.С.). Следует отметить, что применение этого метода дало хорошие результаты. Обработка фотографий с его помощью позволяет проследить постепенное формирование областей сжатия и разрежения в модели. Проанализировав наши эксперименты, был сделан вывод, что подъем поверхности в зоне локализации деформаций связан с дилатансионным эффектом. На этом структурном уровне деформации увеличение объема является следствием переупаковки частиц из плотного состояния в рыхлое. 2. При дальнейшей деформации, в опытах образуются сколы Риделя. Их развитие приводит не только к расчленению единого вала на фрагменты, но и к подъему вверх поверхности этих фрагментов, т.е. росту отдельных валообразных поднятий. По смежным сколам Риделя внутри ограниченной их концами зоны происходит встречное движение материала, а поскольку существует еще и препятствие этому движению, возникает обстановка локальной транспрессии. Материал поднимается в том направлении, где не встречает сопротивления, то есть вверх, – так формируются поднятия. По своей природе они ничем не отличаются от структур, известных как pop-up, push-up, push-up swells, только последние развиты локально, а в наших экспериментах это структуры, регулярно повторяющиеся вдоль зоны сдвига; транспрессионное поле напряжений является полем второго ранга по отношению к полю напряжений всей сдвиговой зоны. Локальные участки сжатия между концами сколов Риделя показывают и обработанные с помощью метода PIV изображения. Следует заметить, что анализ литературных данных показал, что этот вывод согласуются с картиной, полученной Ю.П. Стефановым и Р.А. Бакеевым с помощью метода численного моделирования. 3. Эшелонированные валообразные структуры, полученные в опытах на песке, принципиально отличаются от эшелонированных складок продольного укорочения, образующихся при таком же сдвиге, но на глине, хотя морфологически могут быть выражены сходно. Складки начинают формироваться сразу после начала деформации в поле напряжений первого порядка, общим для сдвиговой зоны, а потом разрушаются развивающимися сколами Риделя. Валообразные поднятия, напротив, создаются благодаря росту этих сколов, в локальных полях напряжений второго порядка в их окрестностях. Главным практическим отличием эшелонированных складок от эшелонированных валообразных поднятий является ориентировка их осей: оси складок ориентированы под 45° к сдвигу и отклоняются от перпендикуляра к нему по направлению сдвигания (образно выражаясь, «по шерсти»); оси валообразных поднятий ориентированы под небольшим углом к сдвигу и отклоняются в противоположную сторону («против шерсти»). К тому же, для формирования хорошо выраженных складок необходима хотя бы небольшая расслоенность деформируемой среды, тогда как валы могут формироваться в любой среде. 4. Применение песка с добавками (с небольшим количеством воды, солидола, силикона, желатина) позволило лучше изучить многие детали возникающих структурных форм и деформационного процесса. За рубежом в аналоговом моделировании используется только сухой песок. В результате проведенных опытов, установили, что добавление в мелко-среднезернистый песок воды приводит к искажению структурных форм, которые имеют мало общего с природными структурами (то есть не соблюдается геометрическое подобие). А вот применение песка фракции 0,5-0,8 мм с добавками, наоборот, привело к отличным результатам. 5. Полученное в опытах морфологическое разнообразие поднятий позволило находить их природные аналоги (по литературным данным и материалам сейсморазведки). Можно добавить, что главным признаком сдвиговых зон является эшелонированное расположение связанных с ними структурных элементов. Так, из литературных данных и имеющихся материалов 3D-сейсморазведки, мы «нашли» природные аналоги полученных нами валообразных поднятий. Такие поднятия обнаружили на севере Западно-Сибирской плиты (Пуровская зона валов). Здесь расположены известные нефтегазоносные валы, например, такие как Губкинский, Етыпуровский, Вынгапуровский и другие. Эти валы хорошо видны на структурных картах по разным горизонтам юры, мела и палеогена. Такие исследователи Западной Сибири, как А.И. Тимурзиев и Ю.В. Филиппович, обратили внимание на эшелонированное расположение этих валов в зоне крупного Худуттейского, активизированного в позднем кайнозое разлома, и справедливо связали их формирование со сдвиговыми движениями по нему. Правда, они считали эти валы складками присдвигового волочения, или складками продольного изгиба. Однако ориентировка осей этих валов совершенно не согласуется с той ориентировкой, которую должны были бы иметь такие складки. Конфигурация, ориентировка валов, и другие их особенности не противоречат предположению, что они сформировались описанным выше путем, т.е. являются регулярными валообразными поднятиями push-up-типа. Аналогичные поднятия выявлены нами в Приаральском регионе Туранской плиты – Арало-Кызылкумский вал. По фрагменту этого вала проведена самостоятельная интрепретация данных 2D-сейсморазведки. На данный момент, структура данного вала представляется нам абсолютно такой же, как и валообразных поднятий, полученных в опытах. Таким образом, наши исследования показали разнообразие формы валообразных поднятий, возможность не эшелонированного, а четковидного расположения, относительная ориентировка осей. Это может помочь при интерпретации природных валообразных поднятий, многие из которых являются ловушками УВ. Валообразные поднятия, сформированные с помощью описанного механизма, должны встречаться в природе, по крайней мере, не реже, чем складки продольного укорочения, и мы предлагаем внести их в качестве члена структурного парагенеза сдвиговых зон. 6. Как известно, на определенном этапе развития молодые платформы испытывают региональное растяжение с формированием рифтовых структур, ограниченных крупными разломами. Затем те же территории испытывают региональное сжатие, максимальная ось которого ориентирована под большим углом к оси растяжения, что предполагается некоторыми исследователями для севера Западной Сибири (Короновский и др, 2009; Сим и др., 2007; Тимурзиев, 2009). Наши опыты экспериментально доказали возможность того, что такое сжатие приводит к сдвиговым перемещениям по разломам в фундаменте, ограничивающим рифты. Вследствие таких перемещений формируются валообразные поднятия вдоль разломов. Необходимо признать, что эта часть Проекта (моделирование смены режима деформирования, сначала производился рифтогенез, затем «осадконакопление» с последующими сдвиговыми перемещениями) далась нам чрезвычайно тяжело. Проведя более 60 опытов, удачных из них не более 10. Основные сложности связаны с тем, что до нас в нашей стране этого никто не делал, а зарубежные коллеги не стремятся делиться тонкостями таких экспериментов. В связи с эти, очень большое время было потрачено на подбор подходящих параметров: вязкости глины (для рифтогенеза), скорости рифтогенеза и последующего сдвигания, гранулометрического состава «осадочного чехла», а также возможных примесей в нем. И даже, казалось, подобрав эти параметры, не всегда получалось удачно повторить один и тот же опыт! Поэтому эту часть своих исследований мы считаем не оконченной и планируем развивать в дальнейшем. 7. Стоит отметить, что на основе изучения характера трещиноватости, а, следовательно, и связанной с ней флюидопроницаемости, в модельных зонах сдвига, были сделаны следующие выводы: а) если амплитуда сдвигания по разлому в фундаменте очень мала, увеличение проницаемости в зоне его активного динамического влияния может быть связано с дилатансией, вызванной переупаковкой в гранулированной среде, и формированием мелких трещин отрыва, расположенных во всей зоне, но концентрирующихся вдоль регулярно повторяющихся направлений будущих R-сколов. б) при увеличении амплитуды сдвигания самая большая раскрытость трещин (а значит, и максимальная проницаемость), наблюдается в зонах деструкции, связаных с формирование сколов (зон) Риделя из более мелких трещин и сдвигания по неровным поверхностям.