книги из ГПНТБ / Физические свойства пород Балтийской синеклизы

меловые и палеогеновые отложения. Мощность этой части раз­ реза на юге Калининградской обл. достигает 400 м.

Юрские отложения представлены глинистыми известнякамиракушечниками, карбонатными глинами и глинистыми алевро­ литами. Отложения меловой системы, подразделяемые на ниж­ ний и верхний отделы, состоят из мелоподобных алевритистых и песчанистых мергелей и карбонатных глин, а также из крем­ неземного мела и глинистых опок.

Физические параметры мезозойских отложений Балтийской синеклизы представлены в табл. 21—23. Плотность мезозойских пород значительно меньше (пористость — выше), чем пород па­ леозойского возраста. Анализ плотности и пористости пород ме­ зозоя показывает, что величина этих параметров в значитель­ ной степени зависит от фактора гравитационного уплотнения. Углистые юрские отложения отличаются пониженной минерало­ гической плотностью.

Триасовые алевролиты, глины и известняки по величинам физических параметров ближе к пермским образованиям сход­ ного литологического состава, чем к вышележащим юрским и меловым породам. Разница в плотности пермских и триасовых карбонатных глин равна 0,05 г/ем3, триасовых и юрских карбо­ натных глин — 0,36 г/см3.

На всей территории Балтийской синеклизы коренные породы перекрываются толщей ч е т в е р т и ч н ых о т л о ж е н и й , раз­ личных по составу и строению, мощности и условиям образова­ ния.

Общая мощность четвертичных отложений колеблется от 10—20 м на равнинах до 100 м и более на возвышенностях.

К плейстоценовому комплексу относятся ледниковые, флювиогляциальные и лимногляциальные отложения. Ледниковые отложения представлены глинами, суглинками и супесями с гравием, галькой и валунами карбонатных и кристаллических пород с линзами и прослоями песков различной зернистости. Флювиогляциальные отложения сложены в основном песками различной крупности и степени сортированности, а также гра­ вием и галькой. Лимногляциальные отложения представлены валунными, часто ленточными глинами, суглинками и песками, довольно хорошо сортированными. Плейстоценовый комплекс образован несколькими оледенениями. Физические свойства лед­ никовых, флювиогляциальных и лимногляциальных отложений рассматриваются по отдельным генетическим типам.

Нижняя граница голоцена четко не определена, условно к голоцену относят все позднеипослеледниковые отложения. Наи­ более древними голоценовыми отложениями являются ленточ­ ные глины приледниковых озер, например Балтийского ледни­ кового озера, образованные талыми ледниковыми водами в позд­ неледниковое время. Физические свойства этих образований и озерно-ледниковых отложений рассматриваются совместно. К

30

голоцену относятся также образования более поздних стадий Балтийского бассейна — Иольдиевого моря, Анцилового озера, ■имеющие •небольшое распространение и часто проблематичные по происхождению, а также отложения Литоринового моря. Кроме голоценовых отложений по всему побережью развиты морские отложения современной стадии моря — пески пляжа, авандюны и береговых дюнных гряд.

К голоцену относится также ряд континентальных образо­ ваний — пресноводные известковистые отложения, болотные от­ ложения, эоловые пески и почти все аллювиальные образова­ ния, представленные разнообразным комплексом пород — от глин до гравия, гальки и валунов. В дельтовой части аллюви­ альные отложения часто представлены озерно-илистым ком­ плексом.

Физические параметры пород четвертичной системы приве­ дены в табл. 24. Согласно этим данным, плейстоценовые отло­ жения, среди которых по объему преобладают различные мо­

ренные отложения, имеют большую плотность (ст=2,0—2,35 г/см3, за. исключением валунов), чем голоценовые, представлен­ ные песками, глинами, различными аллювиальными отложени­

ями и пр. (а= 1,75—2,10 г/см3, за исключением торфа). Это вы­ звано как большей минералогической плотностью, так и меньшей пористостью плейстоценовых отложений по сравнению с голрценовыми отложениями.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОРОД БАЛТИЙСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

Общеизвестно, что основными факторами, определяющими физические параметры пород, являются ихсостав и строение. Так, минералогическая плотность и магнитная восприимчивость целиком определяются вещественным составом отложений: в первом случае — составом минералогического скелета пород, во вторам — содержанием магнитных минералов. Минералоги­ ческая плотность и магнитная восприимчивость пород Балтий­ ской синеклизы определяются их литологическим типом. По ве­ личинам минералогической плотности резко различаются пес­ чанистые отложения (~2,66 г/см3), алевритисто-глинистые и

характеризуются углистые образования и другие, обогащенные органическим материалом породы (< 2,60 г/см3). Наибольшая минералогическая плотность характерна для ангидритов

(2,90 г/см3).

Величины минералогической плотности имеют весьма тесную связь с количеством и качеством содержащегося в породах це­ ментирующего материала. Для большинства литологических

31

Г л а в а II. ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД ПО РАЗРЕЗАМ И ПЛОЩАДИ БАЛТИЙСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ

Проведенные в последнее время исследования физических свойств пород осадочных отложений Прибалтики, а также ранее полученные данные (Озолинь, 1967; Маркшайтене, Наумов, 1972) показывают, что осадочный чехол рассматриваемой тер­ ритории расчленяется наряд различающихся по физическим свойствам толщ. В пределах толщ выдерживается единая зако­ номерность распределения физических параметров. Особенно отчетливо такие интервалы выделяются по промыслово-геофи­ зическим диаграммам — кривым кажущихся сопротивлений, естественных потенциалов и естественной радиоактивности и акустического каротажа.

По лабораторным определениям минералогической плотно­ сти, плотности, магнитной восприимчивости и скорости распро­ странения продольных волн были построены диаграммы, вместе со стратиграфическими и литологическими колонками и диа­ граммами стандартного каротажа составляющие гёолого-геофи- зические разрезы, приведенные на рис. I—XI.

Основные границы изменения физических свойств пород оса­ дочного чехла приурочены к границам более или менее одно­ родных литологических комплексов — карбонатных, терригенных либо карбонатно-терригенных. Стратиграфический объем литологических толщ устойчив в пределах больших территорий. Угловое и азимутальное несогласие между структурными яру­ сами, наличие многочисленных перерывов в осадконакоплении и размывов обусловливают неравномерность распределения толщ в различных частях Балтийской синеклизы (см. рис. 20).

Изменения физических параметров в северной и прибортовой частях прослеживаются по разрезам скв. Кингисепп (рис. I, табл. 25), Рухну (рис. II, табл. 26) и Колка (рис. III, табл. 27). Юго-восточную прибортовую часть4 характеризуют разрезы скв. Нестеровской пл. (рис. IV, табл. 28) й скв. Сев.-Гусевская (рис. V, табл. 29). Представление об изменении физических свойств пород по вертикали в приосевой части Балтийской си­ неклизы дают разрезы скв. Энгуре (рис. VI, табл. 30), Скрунда (табл. 31) — Курземский блок, Салантайской пл. (рис. VII, табл.

32), Нида (рис. VIII, табл. 33) — Куршский блок, скв. Ю.-Кали­ нинградская (рис. IX, табл. 34) и Куликовская (рис. X, табл. 35) — Прегольский блок.

Основные литолого-стратиграфические комплексы

На базе типовых геолого-геофизических разрезов Балтий­ ской синеклизы составлен сводный разрез (рис. XI), включаю­ щий основные литолого-стратиграфические толщи, охарактери­ зованные по двум, имеющим наибольшее прикладное значение, физическим параметрам — плотности влажных пород и пласто­ вой скорости. Так как возможности лабораторного исследования скорости практически весьма ограниченны, то для обеспечения единообразия характеристики иПл использовались сейсмокаротажные данные.

Сводный разрез Балтийской синеклизы состоит из 12 лито- лого-стратиграфических комплексов. Нижний структурный ярус (снизу вверх по разрезу) подразделяется на четыре комплекса. Самый нижний, терригенный комплекс сложен верхнепротеро­ зойскими, кембрийскими и пакерортскими отложениями нижнего ордовика. Следующий карбонатный комплекс включает отло­ жения ордовика и нижнелландоверийского подъяруса силура (в северной части синеклизы).

Силурийские образования представлены двумя комплексами: нижний, глинисто-мергелистый комплекс образован породами нижнего силура и нижнего лудлова верхнего силура, верхний, известково-мергелисто-глинистый — отложениями пагегяйских, минияских и юраских слоев верхнего силура.

В девонско-каменноугольном структурном ярусе выделяются четыре комплекса. Нижний, терригенный комплекс сложен ниж­ недевонскими отложениями и породами пярнуского горизонта среднего девона (к этому комплексу по физическим параметрам отнесены.также тильжеские и стонишкяйские слои). Следую­ щий карбонатно-терригенный комплекс составляют отложения наровского горизонта среднего девона. Верхний терригенный ■комплекс девона объединяет породы старооскольского горизонта среднего Девона и швянтойского горизонта верхнего девона. Верхний карбонатно-терригенный комплекс девона охватывает среднюю и верхнюю части франского яруса и фаменекий ярус верхнего девона. В последний комплекс включены и каменно­ угольные отложения.

В пермско-мезозойском структурном ярусе по значениям пластовой скорости и плотности четко выделяется пермский ком­ плекс сульфатно-галогено-карбонатных пород. В основании разреза мезозойских пород выделен комплекс глинистых отло­ жений нижнетриасового возраста. . Средняя и верхняя чдсти

34

триасового разреза объединены с юрскими и меловыми отложе­ ниями. Осадочный чехол венчают четвертичные отложения. По1величине физических параметров четвертичный комплекс близок • комплексу меловых и юрских пород. ,

Закономерности изменения физических параметров по разрезам

Каждый из структурных ярусов осадочного чехла Балтийской синеклизы характеризуется определенными закономерностями распределения физических параметров по вертикали. Наиболее полное представление об этом дают сводный разрез и сводный продольный геологический профиль (рис. XII), где указаны ве­ личины плотности влажных пород литолого-стратиграфических толщ по скважинам или группам скважин и приведены диаг­ раммы пластовых скоростей по данным сейсмокаротажа.

Для мелового и юрского комплексов и четвертичных отло­ жений характерны пониженные значения плотности и пласто­ вой скорости и повышенная пористость. Для мезозойских отло­ жений в отличие от нижележащих толщ характерно постепенное изменение соответствующих значений сг, п, v с глубиной, хотя

отдельные разрезы отражают скачкообразное изменение физи­ ческих параметров, обусловленное сменой литологического со­ става. На границе вышележащих отложений с триасовым глини­ сто-мергелистым комплексом наблюдается заметное увеличение плотности и пластовой скорости.

Опорной толщей по физическим параметрам служат перм­ ские галогено-сульфатные отложения, от кровли и подошвы которых получены опорные отражения сейсмических волн. Ско­ рость распространения продольных волн в пермской толще зна­ чительно выше, чем в подстилающих и перекрывающих ее от­ ложениях. Местами избыточная скорость достигает 2,0 км/с. Избыточная плотность пермских пород по отношению к триасо­ вой толще составляет 0,3 г/см3. По показателям плотности ниж­ няя граница пермских отложений прослеживается менее четко.

Девонско-каменноугольный структурный ярус, отличающийся разнообразием литологического состава, характеризуется соот­ ветствующей сменой физических параметров. Плотность терригенных комплексов здесь на 0,10—0,15 г/см3 ниже, чем карбо­ натных. В девонских отложениях устойчивые скоростные гра­ ницы не отмечаются, хотя по отдельным разрезам наблюдается определенная дифференциация диаграмм пластовых скоростей.

мощности литологических комплексов девонских отложений про­ тяженность выделяемых сейсмических границ невелика.

35

В центральной части синеклизы и на некоторых площадях в северной ее части, где на додевонскую поверхность выходят' даунтонские известково-мергелистые породы, контакт силурий­ ских и девонских отложений прослеживается по изменению фи­ зических параметров. Отложения верхнелудловского подъяруса и даунтонского яруса здесь имеют большую плотность (2,50— 2,55 г/см3), чем выше- и нижележащие породы. От поверхности силурийских отложений на этих участках получены относи­ тельно устойчивые отражения сейсмических волн. Там, гдеверхнесилур.ийские отложения отсутствуют, физические параметры девонских и силурийских отложений не имеют существенных различий.

На юге Балтийской синеклизы верхнесилурийские отложения представлены глинистой фацией, характеризующейся меньшими значениями плотности и пластовой скорости, чем вмещающие толщи. Для силурийской толщи здесь выявляется наибольшее увеличение пластовой скорости с глубиной.

В пределах всей площади Балтийской синеклизы по избыточ­ ной плотности 0,1—0,2 г/см3 среди кембрийских и нижнесилу­ рийских пород выделяется ордовикский комплекс. Границе ор­ довикского и нижнесилурийского комплексов также соответст­ вует скачок пластовой скорости. Избыточная скорость возра­ стает от северного борта синеклизы в южном направлении, где местами достигает 1,3 км/с. От этой границы на большей части территории Балтийской синеклизы получены опорные отраже­ ния сейсмических волн.

Приведенные данные показывают, что распределение значе­

36

ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД С ГЛУБИНОЙ

Анализ таблиц, характеризующих изменения физических свойств литолого-стратиграфических комплексов и отдельных литологических разностей в их пределах (см. табл. 1—35), по­ казывает, что средние величины физических параметров ком­ плексов определяются в основном физическими свойствами пре­ обладающих в них литологических разностей и в меньшей мере зависят от глубины залегания и структурных особенностей ком-, ллекса. Именно литологический состав обусловливает увеличе- НИ6 ЗНаЧбНИЙ 0 И Упл в массивных карбонатных отложениях ор­

довика и галогено-сульфатных пермских отложениях.

Роль фактора уплотнения отчетливо выявляется при сравне­ нии физических параметров разновозрастных, но сходных по составу литолого-стратиграфических комплексов. Так, для тер- ригенно-карбонатного комплекса меловых и юрских отложений плотность составляет 1,77— 1,99 Т/см3, пластовая скорость — 1,97—2,40 км/с. Пористость отдельных литологических разно­ стей достигает 40% и более. Сходный по составу комплекс верх- недевоноко-каменноугольных отложений имеет плотность 2,30—

h.M

Рис. 7. Зависимость величин о и га терригенн'ого комплекса пород кембрийско-верхнепротерозойского возраста' от глу­ бины их залегания в пределах склона Балтийского щита (Л)

иБалтийской синеклизы.

/— прибортовая часть синеклизы; 2 — прносевая часть.

37

2,46 г/см3 и пластовую скорость 2,45-j3,07 км/с. Средняя пори­ стость отложений не превышает 13— 15%.

Зависимость изменения значений а, п и vnn в литологиче­

ских комплексах осадочного чехла от глубины их залегания исследована в различных по тектонике частях Балтийской сине^. клизы. По всем изученным комплексам нижнего структурного яруса — верхнепротерозойско-кембрийскому, ордовикскому и силурийским — выявлена достаточно четкая связь величины плотности и пористости с глубиной залегания и структурной приуроченностью комплексов (рис. 7— 10). Относительно боль­ шая плотность и низкая пористость при одних и тех же глуби­ нах залегания комплексов отмечены для склонов Балтийского щита и прибортовой зоны Балтийской синеклизы. В направле­ нии осевой части синеклизы начальная плотность уменьшается, начальная пористость возрастает*. В наименьшей степени

Рис. 8. Зависимость величин а и п карбонатного ком­ плекса пород ордовикского возраста от глубины их зале­ гания в пределах склона Балтийского щита (4) и Бал­ тийской синеклизы.

/ — прнбортовая часть и межблоковые зоны синеклизы; 2 — Кур­ земский н Куршский блоки; 3 — Прегольскнй блок

* о и п начальные — соответствующие значения параметров при h = 0.

38

уплотнен ордовикский комплекс отложений. Более уплотнены верхнепротерозойско-кембрийские и силурийские отложения.

Для литологических комплексов девона связь величин фи­ зических параметров пород с глубиной их залегания прослежи­ вается менее отчетливо, но отмеченная выше закономерность сохраняется. Следует заметить, что уплотнение пород этого структурного яруса происходило более интенсивно, чем нижеле­ жащих отложений.

Наибольшее уплотнение пород с глубиной установлено для мезозойских литологических комплексов. Особенно четкой явля­ ется связь между скоростью распространения продольных волн (по данным сейсмокаротажа) и глубиной залегания пород мезо­ зоя (рис. 11). Однако поскольку все породы мезозойского возраста были исследованы в тектонически сходных условиях, подметить какую-либо зависимость величин физических пара­ метров от структурных особенностей литологических комплек­ сов не представляется возможным.

Оценка корреляционных зависимостей величин пористости, плотности и скорости распространения продольных волн от глу-. бины залегания литологических комплексов среднего и нижнего палеозоя дана по средним значениям физических параметров пород в скв. Колка-54, Талсы-55, Скрунда-56, Энгуре-4 и

Рис. 9. Зависимость величин а и п глинисто-карбонатного комплекса пород нижнесилурийского и нижнелудловского возраста от глубины их залегания в пределах Балтийской синеклизы.

39