Геофизические исследования скважин при фациально-циклическом изучен

Фациальный переход – часть геологического разреза, в котором наблюдается относительно быстрое изменение свойств от характерных фациальных признаков одного геологического тела к другому.

Биофация – это совокупность органических остатков, продуктов и следов жизнедеятельности организмов, которые являются признаками соответствующих им фаций.

Литофация – это геологическое тело осадочных горных пород, отличающееся составом по литологическому составу и строению от соседних одновозрастных латерально-изохрон- ных отложений.

Генетический тип – это комплекс отложений, образовавшихся в определённой физико-географической обстановке и преимущественно под действием одного ведущего агента. Например, в процессе выветривания формируется элювиальный генетический тип, деятельность речных вод приводит к образованию аллювиального генетического типа и т. д.

Многие исследователи понимают фацию как комплекс отложений, образовавшихся в определённой физико-географической обстановке (реки, озера и т.п.) вне связи с конкретными стратиграфическими горизонтами. При таком подходе разница между терминами фацияигенетический тип исчезает.

3.2.ПОНЯТИЕ ЦИКЛИЧНОСТИ И МЕТОДИКА

ЕЕИЗУЧЕНИЯ

Цикличность осадконакопления – явление сложное, и содержание его двойственно: с одной стороны, это направленность развития процесса седиментации, с другой – его повторяемость. Вопрос о причинах циклической седиментации, пожалуй, один из наиболее сложных, в ряде случаев – спорный и на данном этапе ещё не решённый.

71

3.2.1.Причины возникновения цикличности

Входе исследований выявляется наличие ряда причин, из которых какая-то является ведущей, основной, а другие имеют второстепенное значение. Процессы, в результате которых образуются периодически повторяющиеся элементы разреза, можно разделить на три группы.

1. Смена осадочного материала, происходящая только за счёт процессов, свойственных отложениям данной фации при неизменности общей фациальной обстановки.

2. Изменение осадконакопления в результате смены фаций то в одном, то в другом направлении, что вызывает появление литоциклов. (Литоцикл – это комплекс различных отложений, генетически связанных направленностью изменения их признаков сначала в одном, а затем в противоположном направлении). Это происходит под влиянием процессов, не зависящих от фациальных условий, но синхронных осадконакоплению и действующих в данной области седиментации: тектонические движения разного рода и ранга, реже – климатические изменения.

3. Циклическая смена отложений, происходящая в результате процессов, действующих вне области седиментации.

Рассмотрим эти причины более детально. Первая категория причин формирования повторяющихся единиц разреза за счёт изменения продуктов седиментации внутри одной и той же общей фациальной обстановки и обусловленного особенностями последней характеризуется тем, что причины эти многообразны, имеют разный масштаб действия.

Вконтинентальных условиях это характерно для озёрных отложений, к которым относятся и известные ленточные глины,

вкоторых литоциклы возникают в результате сезонных осадконакоплений. В озёрных же условиях могут появляться отложения, состав которых периодически изменяется также в результате сезонной смены (расцвета или гибели) живых организмов,

вчастности летнего расцвета водорослей.

72

Для соленосных отложений– это регулярная смена солей разной концентрации или состава, что часто подчинено сезонным изменениям внутри самого водоёма. Перечисленные процессы формируют мелкие литоциклы разных порядков, в составе которых отмечается смена небольшого набора разных по составу отложений, сформированныхвпределаходнойфациальнойобстановки.

Вторая категория причин, вызывающих сходную повторяемость единиц разреза, – влияние на процесс седиментации тектонических движений и климата.

Характер тектонических движений бывает различным. В одних случаях – это колебательные движения переменного знака, вызывающие миграцию фаций, особенно заметную при осадконакоплении в прибрежно-морской обстановке, в эпиконтинентальных морях. В других случаях, это может быть неравномерное погружение дна водоёма, в той или иной степени компенсируемое накоплением осадков.

Наиболее типичны случаи, когда движения положительного знака (поднятие) вызывают формирование регрессивного ряда осадков, а погружение той территории, на которой происходит седиментация, влечёт за собой формирование трансгрессивного ряда отложений от менее до более глубоководных. Перемене знака движения отвечает граница между отложениями регрессивного и трансгрессивного ряда. При этом нередко сказывается влияние ещё одного фактора – изменения глубин за счёт накопления на дне осадочного материала, что может несколько усложнить образующуюся последовательность отложений [11].

В пределах водного бассейна, в котором происходит седиментация, характер осадков может периодически изменяться в результате колебания глубин бассейна, при относительно стабильной береговой линии, т.е. без миграции фаций в пространстве, а только за счёт их смены во времени на достаточно большой площади. Такое попеременное изменение глубин возможно не только в результате перемены знака движения того субстрата,

73

на котором отлагаются осадки, но и на фоне его прогибания благодаря разнице в соотношениях скоростей тектонического движения и осадконакопления.

Кроме тектонических движений, попеременную миграцию фаций могут вызвать достаточно резкие и длительные периодические изменения климата, хотя последние чаще влияют на смену отложений генетически разных, но формирующихся в пределах одной и той же фациальной обстановки. Изменения климата, крупные как по захватываемой ими территории, так и по времени (например, чередование периодов холодных и тёплых), могут формировать особые самостоятельные крупные климатические циклы.

Соотношение влияния на циклическую седиментацию климата и тектонических движений может быть различным. Иногда оба эти фактора действуют совместно, но чаще сказывается влияние одного из них.

Третий тип процессов, формирующих циклическую седиментацию в водных бассейнах, определяется тем, что фациальные условия остаются неименными, идёт непрерывное осадконакопление, свойственное данной фациальной обстановке. Но при неизменности последней в бассейн периодически поступают порции материала, приносимого извне в результате периодических процессов, проходящих в области сноса. Например,

вморской бассейн, где происходит непрерывное карбонатонакопление, через определённые интервалы поступает терригенный материал. Это происходит при периодическом усилении разрушения окружающей суши (в результате вертикальных движений положительного знака), в связи с изменением климата

вобласти сноса или другими причинами – наводнениями, штормами, сейсмическими колебаниями.

Довольно распространённым является такое расположение, когда в глубоководный бассейн со свойственной ему непрерывной седиментацией периодически врываются мутевые или иные потоки. Их отложения, чуждые данной обстановке,

74

образуют своеобразную цикличность, со сложным строением литоциклов.

Даже такое краткое рассмотрение причин цикличности позволяет делать вывод, что последние многообразны. Обычно литоциклы формируются под воздействием нескольких факторов: тектонических, климатических, палеогеографических, которые теснейшим образом взаимосвязаны.

Главной причиной, вызывающей циклическую седиментацию и образование литоциклов разных порядков, следует считать тектонические процессы разного рода и ранга. Они определяют особенности строения литоциклов, последовательность отложений внутри них и взаимоотношение литоциклов в про-

к той или иной тектонической структуре.

Состав литоциклов, их характер и даже масштаб различны в зависимости от фациальной обстановки, от того ландшафта, в котором происходит осадконакопление – на суше, в прибрежноморской обстановке или же внутри водных бассейнов. Однако палеогеографическая обстановка сама по себе не является причиной формирования циклически построенных отложений.

Таким образом, фациальная обстановка определяет состав литоциклов, а тектонические движения – их строение и границы. Климат влияет на особенности фациального состава отложений и на строение литоциклов. Однако и тектонические движения, и климатические изменения разного масштаба возникают не сами по себе – на них влияют космические явления.

3.2.2. История изучения цикличности

Изучение цикличности в осадочных породах во временном отношении можно разделить на три этапа.

Первый этап – XIX в. и первая треть XX столетия. Уже в начале XIX в. некоторыми геологами отмечались закономер-

75

ности в чередовании пород, что связывалось главным образом с тектоническими движениями. Начало выделению циклов как таковых было положено Дж. Ньюберри [105], который отметил существование циклов в одной из угленосных толщ горных пород. В дальнейшем в ряде работ, преимущественно зарубежных геологов, были описаны конкретные циклы в основном в угленосных отложениях. В нашей стране повторяемость пород в угленосных толщах отмечали в конце прошлого и начале нынешнего столетия Л.И. Лутугин и П.И. Степанов при картировании отложений Донецкого бассейна.

Таким образом, один из элементов, определяющих циклическое строение – повторяемость, очевидность которой подчеркивается наличием в угленосной толще таких реперов, как угольные пласты. Другое качество, определяющее цикл седиментации – направленность ее изменения и возможность возвращения к исходному положению, было подмечено Н.А. Головкинским [21]. Однако все указанные авторы не сформулировали понятие цикличности, хотя и показали ее основную черту – чередование трансгрессивного и регрессивного осадконакопления. Все работы этого этапа были единичны и как бы «нащупывали» подход к данной проблеме.

Второй этап в изучении цикличности начинается примерно с 30-х гг. XX в., когда многие геологи и у нас, и за рубежом приступили к систематическому изучению цикличности, в первую очередь – в угленосных толщах. В 1930 г. Дж. Уэллер [107] выделил и детально описал циклы в угленосной толще карбона в США. Он считал, что возникновение цикличности вызывается колебательными движениями – поднятиями и опусканиями. Почти в то же время Р. Прюво [106] также выделил циклы в угленосной толще карбона Франции, но считал, что их возникновение обусловлено непрерывным и в то же время неравномерным опусканием области седиментации.

В нашей стране цикличность начала изучаться в первую очередь также в угленосных отложениях, где она была видна

76

наиболее отчетливо. Здесь следует назвать работы Ю.А. Жемчужникова [33, 34], который уже в 1935 г. определил изучение цикличности как метод исследования осадочных пород. В конце 30-х гг. большое внимание данному вопросу уделяют Г.А. Иванов и др. [36].

Вконце 40-х гг. прошлого столетия цикличность изучается многочисленными исследователями практически почти во всех угольных бассейнах и месторождениях СССР. Она описывается во многих работах не только указанных ученых, но

иих последователей и учеников. Помимо отдельных публикаций специальное внимание вопросу изучения цикличности уделялось на Всесоюзных совещаниях, начиная с 1944 г. [88].

Вдальнейшем ведущие ученые нашей страны подходят к выявлению глобального периодического повторения крупных геологических явлений. Так, Л.В. Пустовалов [70] обратил внимание на периодичность седиментационного процесса, которую oн связывал с осадочной дифференциацией вещества, а Н.М. Страхов [86] выявил крупные циклы в развитии осадконакопления, обусловленные чередованием трансгрессий и регрессий. В.И. Попов [68] изучает цикличность кайнозойских моласс в Средней Азии, и на этой основе разрабатываются новые принципы «ритмостратиграфии». Далее цикличностью начинают заниматься при изучении отложений карбонатных, соленосных, кремнистых, фосфоритоносных толщ горючих сланцев и нефтеносных толщ. На примере флишевых толщ детально разбирается частая повторяемость мелких элементов разреза (ритмов), разрабатывается методика их изучения.

За рубежом публикуются работы, в которых цикличность отмечается попутно, а также работы, специально посвященные изучению этого явления. Например, выделяются ритмы в отложениях мутевых потоков [103], продолжаются исследования терригенных, карбонатных и других пород.

Началом последующего, третьего, этапа в изучении цикличности можно считать 60-е гг. XX века, когда кроме много-

77

численных отдельных публикаций появляются крупные монографии, в которых излагается теория циклической седиментации. Специальные методики для изучения цикличности применялись в ходе исследований по крупным угольным бассейнам

СССР: Донецкому [34], Печорскому [58], Карагандинскому [78] и ряду других.

Одновременно с этим изучается цикличность не только угленосных толщ. Этот метод исследований применяется на других объектах: красноцветных, меденосных (Л.Н. Ботвинкина [10], И.П. Дружинин [31]), фосфоритоносных (Э.А. Еганов [32]), соленосных (С.М. Кореневский [44]), вулканогенно-осадочных (Г.М. Власов [17]), карбонатных (В.С. Сорокин [84]) пород. Выявляется цикличность в геосинклинальных отложениях (Н.А. Азербаев [2]), в океанических осадках (А.П. Лисицын [55]).

Рядом исследователей изучается цикличность в нефтеносных толщах (Т.А. Ботнева [10], Ю.Н. Карогодин [40]). Ритмичность флиша изучается в несколько ином аспекте – с точки зрения определения времени формирования элементов разреза (С.Л. Афанасьев [42]). Кроме литологов уделяют внимание цикличности также тектонисты (В.Е. Хаин [89]) и стратиграфы

(В.В. Меннер [59]).

Таким образом, накапливается огромный материал фактических наблюдений на разнообразных конкретных геологических объектах. Но единства действий среди геологов нет, как нет и обобщающих работ по этой проблеме в целом. Сдвиг в ее изучении происходит начиная с 1975 г., когда в Новосибирске Ю.Н. Карогодиным [40] была организована комиссия по изучению этой тематики, а также проведено Всесоюзное совещание, труды которого пользуются широкой известностью. В последующем Ю.Н. Карогодиным совместно с другими геологами ежегодно в разных городах проводились школы и семинары, по изучению цикличности. Результаты этой работы отражены в ряде постановлений и опубликованных сборниках статей, посвященных цикличности разных

78

объектов, а также теоретическими вопросами, связанным с седиментационной цикличностью.

Огромный материал накоплен по вопросу взаимной связи фациального и циклического анализов. Выделены циклы разных порядков, масштабов и типов, предложены различные типизации и классификации циклов, разные методы изучения и графического изображения цикличности.

Внастоящее время при изучении и расчленении геологического разреза широко применяется методика исследования цикличности в терригенных отложениях, разработанная в Сибирском отделении АН СССР [40,42]. Данная методика опробована и дополнена в Пермском государственном техническом университете по материалам каменноугольных отложений Западного Урала [100].

Системный подход к исследованиям сложных геологических объектов является не только удобным, но и весьма эффективным методом. Важными признаками познания при системном подходе являются принцип изоморфизма и принцип целостности. Объединение их даёт принцип системности.

По определению Ю.Н. Карогодина [40], «система – это динамическое множество, находящееся в определённых устойчивых отношениях, отличающихся интенсивностью внутренних связей». Понятие «система» неразрывно связано с понятием «структура». «Структура – это отношение и связь элементов динамического множества по определённым свойствам».

Внефтегазовой геологии чаще всего имеют дело со скрытодискретными системами – слоевыми ассоциациями и применяют для их изучения системно-структурный анализ породнослоевых ассоциаций. Породный слой – это трёхмерное тело, ограниченное снизу и сверху субпараллельными поверхностями – границами. Мощности породных слоёв могут измеряться метрами и десятками метров, а протяжённость – десятками километров. Слоевые ассоциации образуют элементарные циклиты, которые являются надпородным и надслоевым уровнем организации вещества [42].

79

Если понимать цикл седиментации как процесс смены связанных во времени и пространстве событий седиментации в единое целое, то циклит, представленный горными породами, – вещественное выражение цикла. Циклиты относятся к природным, реальным целостным скрытодискретным системам. По характеру системообразующих отношений они принадлежат к цепным системам, в которых каждый элемент связан не более чем с двумя другими элементами. Из этого вытекает очень важное следствие: элемент, связанный только с одним элементом, будет пограничным, крайним в системе.

Исходя из понятия циклита как целостной системы Ю.Н. Карогодиным сформулированы основные правила и прин-

ципы выделения циклитов:

1.Правило направленности изменения существенных веще- ственно-структурных свойств слоёв в вертикальном разрезе от одного кдругому позволяетнаметитьпервые«контуры» циклитов.

2.Принцип относительной непрерывности изменения структурного и вещественного состава отложений в разрезе является основанием для выделения системы слоёв, а не просто их множества, а также позволяет обнаружить тесную связь между одними

ислабую связь между другими слоями – это отражается в правилах выделения границ.

3.Характер границ между слоями может быть постепенным или резким. Внутренние границы и переходы слоевой системы в отличие от внешних в более плавные и постепенные.

4.Резкий характер границ говорит о дискретности седиментогенеза, т.е. о перерыве в осадконакоплении, о размыве или структурном несогласии. При наличии перерыва в осадконакоплении, а тем более размыва, нарушается породная последовательность слоёв в общем литологическом ряду.

Использование перечисленных выше правил и принципов даёт возможность выделять элементарные циклиты.

Самым существенным признаком при расчленении терригенных и карбонатных толщ является изменение гранулометри-

80