книги из ГПНТБ / Завьялов В.М. Условия аккумуляции нефти и газа и закономерности размещения их в Днепропетровско-Донецкой впадине

ми каналами при миграции углеводородов в верхние горизонты осадочного чехла Земли.

Днепровско-Донецкая впадина относится к особому типу внутриплатформенных прогибов, названных-Н. С. Шатским авлакогенами. Под. этим названием (в переводе с греческого — бороздой рожден­ ный), выделяются узкие четко линейные впадины внутри платформ, связанные с крупнейшими разломами их фундамента. По опреде­ лению А. А. Богданова (1961), авлакогены могут быть сквозными, пересекающими всю платформу, или поперечными, входящими в платформу со стороны одного из ее краев. Именно к последнему типу авлакогенов принадлежит и Днепровско-Донецкая впадина.

По своему расположению и истории развития авлакогены тесно связаны с геосинклиналями — по существу они представляют собой небольшие недоразвившиеся геосинклинали. В образовании этих главнейших структурных элементов древних платформ возможно выделить две стадии развития: так называемые стадию авлакогена и стадию синеклизы (Богданов, 1964). На первой стадии происхо­ дит образование грабена авлакогена, причем преимущественно на ранних этапах развития платформы. Впоследствии, во вторую ста­ дию, интенсивное движение по разломам приостанавливается, а медленное погружение захватывает обширные участки соседних структур. Таким образом «на базе» авлакогенов образуются широ­ кие и пологие синеклизы.

Днепровско-Донецкая впадина являет собой пример типичного авлакогена. В осевой ее зоне находится глубокий Днепровско-До- нецкий грабен, отделенный от склонов Украинского щита и Воро­ нежского массива глубинными разломами. Склоны кристалличе­ ских массивов, являющиеся бортовыми частями впадины, полого наклонены к центру депрессии. Грабен находит свое выражение в осадочной толще до верхневизейского времени, начиная с позднего визе на нем формируется пологая и широкая платформенная де­ прессия — синеклиза.

Заложение Днепровско-Донецкой впадины было обусловлено об­

(1883). Эти региональные разрывные нарушения, имеющие характер глубинных разломов, предопределили направление и очертания крупных структурных элементов осадочного чехла Русской и Тура- но-Скифской плит, таких, как Припятский прогиб, Днепровско-До­ нецкая впадина, Донецкий бассейн и погребенный кряж на его вос­ точном погружении, Мангышлакское складчатое сооружение и валы Бухаро-Хивинской зоны (Успенская, 1961).

Глубинная природа этих разломов в последние годы получила подтверждение данными профилей глубинного сейсмозондирования (ГСЗ), проведенного вкрест простирания впадины. Характеристика сейсмических материалов и основные результаты исследований ГСЗ получили отражение в работах С. И. Субботина, В. Б. Соллогуба и А. В. Чекунова (1963), Ю. В. Демиденко, М. Г. Манюты, В. А. Лы-

10

сенко и Л. М. С'пихиной (1963), С. И. Субботина, Б. Л. Гуревича, Г. К. Кужелова, В. Б. Соллогуба, А. В. Чекунова и М. В. Чирвинской («Глубинное...», 1965), М. В. Чирвинской (1966), А. В. Чекуно­ ва (1967), В. К. Гавриша (1969) и др.

Материалы глубинного сейсмозондирования свидетельствуют, что центральная часть Днепровско-Донецкой впадины осложнена системой вложенных друг в друга грабенов, ограниченных глубин­ ными разломами. Плоскости сбрасывателей этих разломов накло­ нены под углом 60—85° от периферии впадины к ее центральной части. Помимо глубинных разломов, в Днепровско-Донецком гра­ бене гранитный слой рассечен многочисленными разломами более мелкого заложения, образующими сложную блокировку кристалли­ ческого основания. На бортах впадины развития сколько-нибудь значительных разломов не зафиксировано.

Характерной особенностью гранитного слоя является его утоне­ ние! (на б—6 км) под грабеном и на прилегающих к нему участ­ ках бортов впадины относительно Украинского щита и Воронеж­ ского массива. Как отмечает А. В. Чекунов (1967), относительное утонение для профиля Яготин — Батурин составляет 29%> для про­

Днепровско-Донецкого грабена утонение гранитного слоя неодина­ ково. На разрезах по профилям Яготин — Батурин и Шевченково — Близнецы (рис. 3) заметно, что гранитная оболочка утонена в ос­ новном в северо-восточной и юго-западной краевых частях грабе­

сительно Украинского и Воронежского массивов. На последнем профиле гранитный слой утонен исключительно в краевых частях грабена (до 7 км).

Поверхность базальтовой оболочки погружается под Днепров- ско-Донецкий грабен; она в основном качественно повторяет струк­ туру поверхности кристаллического фундамента грабена. По срав­ нению с гранитным слоем базальтовый менее интенсивно нарушен разломами. В структуре его и толще очевидно проявление древних поперечных разрывов. В отличие от гранитного слоя, утоненного в основном под грабеном, базальтовый слой сокращен в мощности под всей Днепровско-Донецкой впадиной (включая ее бортовые части). Величина утонения базальтового слоя под грабеном по сравнению с Украинским и Воронежским массивами составляет 13—18 км. Сте­ пень общего утонения базальтовой оболочки увеличивается в юговосточном направлении. Намечается определенная закономер­ ность: чем меньше утонение гранитного слоя, тем больше утонен базальтовый слой, и наоборот.

Существуют различные представления о причинах и механизме формирования Днепровско-Донецкой впадины, причем большинство

11

из лих высказано еще до получения фактических данных о глубин­ ном строении региона. Предполагается, что образование впадины может быть вызвано следующими факторами: вертикальным опус­ канием земной коры вследствие процессов, происходящих в ман­ тии Земли, растяжением земной коры, совершающимся в ре­ зультате ее воздымаиия под воздействием первичных вертикально направленных сил, и растяжением (раздвиганием) земной коры в результате действия первичных тангенциальных сил.

Первая точка зрения на природу образования Днепровско-До­ нецкой впадины и других подобных прогибов, основанная на приз­ нании вертикального опускания земной коры вследствие процессов, протекающих в мантии Земли, наиболее часто высказывалась в литературе. Часть приверженцев этой точки зрения видит причину вертикального опускания консолидированной земной коры в гори­ зонтальном смещении (перетекании, оттоке) подкорового вещестйа (Люстих, 1948; Магницкий, 1948; Горшков, 1950). В. В. Белоусов (1962) считает, что поднятия и опускания земной коры вызваны поэтажной гравитационной дифференциацией вещества мантии Зем­ ли. В представлениях В. .Г. Бондарчука (1956, 1961) о природе об­ разования впадин типа Днепровско-Донецкой также значительное место отводится нисходящим движениям подсиалических масс. Зна­ чительная группа исследователей связывает погружение участков земной коры с процессами уплотнения (сжатия) вещества мантии (Шатский, 1955; Субботин 1955, 1958; Субботин, Наумчик, Рахи­ мова, 1968; Фотиади, 1955; Борисов, 1957, 1962).

Достаточно распространены представления о том, что причиной образования Днепровско-Донецкой впадины и других авлакогенов является растяжение земной коры в результате ее подъема под дей­ ствием первичных вертикально направленных сил (Богданов, Мура­ тов, Хаин, 1963; Муратов, Микунов, Чернова, 1962; Милановский,

Донецкого грабена консолидированная кора (гранитный и базаль­ товый слои), характеризующаяся погружением границы Конрада и подѣемом границы Мохоровичича, является несомненным свиде­ тельством растяжения, начавшегося в среднем девоне, вероятно, на фоне общего воздымаиия Украинско-Воронежского щита. Внедрения базальтовой магмы по краям грабена и местами вдоль поперечных разломов образовали как бы эпофизы базальтового слоя в гранит­ ном слое.

Аналогичной точки зрения на природу образования Днепров­ ско-Донецкой впадины придерживается В. К. Гавриш (1965, 1966, 1969), пришедший к заключению, что толчком к образованию авлакогена и глубинных разломов явилось не проседание коры, а вос­ ходящие движения подкорового субстрата, имевшие место в кале- донско-раннегерцинском цикле складчатости. Интенсивное растя-

13

жение в верхних горизонтах гранитного слоя способствовало сбро* совому обрушению отдельных клиньев земной коры, а также обра- | зованию глубинных разломов и грабенов проседания, хотя, как от­ мечает этот автор, не исключено, что на простирании глубинных разломов сказалось влияние планетарных геодинамических напря­ жений. Вескими доказательствами расчленения земной., коры под влиянием вертикально направленных сил считаются -закономерная приуроченность глубинных разломов к краевым частям-грабена и взаимное гашение коровых разломов, так как в случае превалиро­ вания тангенциальных напряжений при растяжении консолидиро­ ванной земной оболочки падение плоскостей-сбрасывателей глубш-ь ных разломов должно быть вертикальным, беспорядочным или иметь односторонний наклон.

Представления, согласно которым образование авлакогена про­ исходит в результате растяжения (раздвигания) земной коры под воздействием первичных тангенциальных сил, высказаны А. В. Пейве (Ш60, 1961 и др.) и П. Н. Кропоткиным (1960, 1964 и др.). По мнению А. В. Пейве, перемещение блоков и пластин земной коры совершается с разной скоростью и на разную величину по пологим, почти горизонтальным тектоническим поверхностям. Тангенциаль­ ные напряжения и движения вызываются гравитационно-инерцион­ ными силами планеты.

Следует отметить, что участие ротационной геодинамики в фор­ мировании Днепровско-Донецкой впадины и других структур при­ нималось во внимание рядом исследователей, отводивших значи­ тельную роль при подобных процессах вертикальным опусканиям земной коры. Н. С. Шатский (1955) отмечал, что уплотнение подкорового вещества может объяснить только оседание как таковое, а не форму и взаимное расположение в различной степени погру­ зившихся глыб. Форма и соотношение синеклиз и прогибов при их оседании определяются глыбовой структурой земной коры, иными словами, ранее существовавшей или потенциальной сеткой разло­ мов и тектонических швов планетарного характера (ортогональной и диагональной систем). Распределение таких тектонических швов на повѳрхіі-юсти Земли определяется ее вращением и возможным изменением скорости вращения. В. Г. Бондарчук (1956), объясняя образование структуры Большого Донбасса в юго-западной части Русской платформы, отмечал, что оно произошло в условиях рас­ тяжения, обусловленного вращательными движениями Украинско­ го щита в юго-западной части. По мнению названного исследовате­ ля, формирование Днепровско-Донецкой впадины и Донецкого синклинория началось в зоне планетарных деформаций.

С позиций мобилизма рассматривает образование структур ти­ па авлакогенов на примере Днепровско-Донецкой впадины также и А. В. Чекунов (1967). Изучение геолого-геофизического материа­ ла, характеризующего глубинное строение впадины, привело его к убеждению, что формирование региона происходило в условиям действия первичных разнонаправленных тангенциальных сил, при-

14

чиной возникновений которых могли явиться конвекционные потоки в мантии Земли. А. В. Чекунов приводит следующие доводы в под­ крепление представлений об образовании Дііепровско-Донецкой впадины в результате происходящих тангенциальных напряжений и движений, вызванных гравитационно-инерционными силами пла­ неты.

Как свидетельствуют материалы ГСЗ, гранитный слой утонен •толькопод Днепровско-Донецким грабеном, в то время как контур утонения базальтового слоя совпадает с границами впадины. Но ес­ ли бы тангенциальные силы были вторичными, производными от вертикальных, и определялись ими, то, согласно механизму фор­ мирования сводового поднятия, наибольшее растяжение должна бы­ ла испытать верхняя часть земной коры — гранитный слой, а не нижняя — базальтовый слой.

Под Днепровско-Доиецкой впадиной утоненные гранитный и ба­ зальтовый слои совместно образуют зону растяжения, которая ком­ пенсируется сверху накоплением осадков, а снизу подъемом подкорового субстрата. Накопление осадков и подъем субстрата в сум­ ме соответствуют величине утонения консолидированной коры.

Ограничивающие Днепровско-Донецкий грабен разломы протя­ гиваются через Донбасс и Мангышлак на несколько тысяч километ­ ров в Среднюю Азию и пересекают крупные и разнородные геотек­ тонические элементы, в связи с чем их образование нельзя связы­ вать с простым механическим растяжением на своде формирую­ щегося поднятия.

Здесь следует отметить, что в геотектонике в последние годы утверждается признание большой роли тангенциальных напряжений в формировании тектонической структуры земной коры. Установлен­ ные значительные горизонтальные перемещения по разломам бло­ ков консолидированной земной оболочки нельзя убедительно объ­ яснить, если придерживаться представлений о главном и исключи1 тельном значении вертикальных напряжений и движений.

Результаты глубинного сейсмического зондирования, проведен­ ного на Украине в последние годы, весьма определенно подтверж­ дают существование горизонтальных смещений отдельных слоев земной коры. Так, в работе В. В. Соллогуба (1967) отмечается, что в отдельных блоках Украинского щита на сравнительно неболь­ ших глубинах (2—5 км) обнаружены полого залегающие сейсми­ ческие границы. Наличие их внутри гранитного слоя зачастую на­ ходится в противоречии с преимущественно вертикально слоистым строением приповерхностной части консолидированной коры. Выс­ казывается предположение, что подобные структуры могли обра­ зоваться только при горизонтальных подвижках верхних слоев ко­ ры. Об этом свидетельствует также характер наклона плоскостей ряда глубинных разломов в районе Днепровско-Донецкой впади­ ны и Украинского щита, позволяющий предполагать здесь горизон­ тальное смещение верхней части земной коры в южном направ­ лении.

15

Анализируя приведенные выше различные высказывания о при­ чинах и механизме образования Днепровско-Донецкой впадины, мы приходим к выводу, что они, по предпочтению того или иного фак­ тора, обусловившего ее возникновение, могут быть подразделены в основном на две группы. Согласно первой группе представлений, возникновение Днепровско-Доиецкого авлакогена вызвано верти­ кальным опусканием (прогибанием) земной коры вследствие про­ цессов, протекающих в мантии Земли, а согласно второй — яви­ лось результатом растяжения консолидированной земной оболочки.

Фактический материал, характеризующий строение земной коры в области Днепровско-Донецкой впадины, свидетельствует в поль­ зу представлений о растяжении земной коры, послужившем причи­ ной образования авлакогена. С точки зрения, признающей примат вертикального оседания консолидированной земной оболочки, весь­ ма затруднительно объяснить наличие нормальных сбросов, огра­ ничивающих грабен и падающих навстречу друг другу. Подобные сбросы, согласно данным моделирования и материалам тектонофизики, возникают в результате растяжения земной коры. Подъем гра­ ницы Мохоровичича под впадиной также не вяжется с утверждения­ ми о вертикальном опускании земной коры вследствие процесса уплотнения вещества мантии, приведшего к формированию рассмат­ риваемого региона.

Вторую группу взглядов на природу Днепровско-Донецкой впа­ дины объединяет признание процессов растяжения земной коры, од­ нако факторы, вызывающие это растяжение, трактуются по-разно­ му. Одни исследователи отдают предпочтение первичным верти­ кально направленным силам, другие же видят здесь проявление гравитационно-инерционных сил планеты. Но ряд сторонников представления образования авлакогенов под действием первичных вертикально направленных сил не отрицают также участия в этом процессе ротационной геодинамики. Действительно, трудно пред­ ставить, что протягивающиеся подчас на расстояние нескольких тысяч километров разломы земной коры могли быть вызваны ины­ ми проявляющимися регионально силами, нежели возникающими Е результате вращения Земли.

многими авторами (У. Хоббс, Р. Зондер, Н. С. Шатский, Ф. ВенингМейнес, Дж . Муди и М. Хилл, А. А. Борисов, П. С. Воронов, И. И. Чебаненко, Г. И. Мартынова и др.) установлено существо­ вание протяженной и жестко ориентированной относительно геогра­ фических координат планеты сети трещиноватости земной коры, пе­ ресекающей своими системами разнородные геологические регионы. Выделяются четыре основных направления трещиноватости — си­

16

можно судить по особенностям строения выполняющей ее осадочной толщи. Изучая строение последней, мы можем составить представ­ ление и об эпохах наибольшей тектонической активности разломов, совпадающих с периодами региональных подъемов и опусканий тер­ ритории.

Достоверные данные о начальном периоде формирования оса­ дочной толщи Днепровско-Донецкой впадины и Донбасса отсутству­ ют. Сравнительно надежный фактический материал позволяет отно­ сить начало осадконакопления во впадине ко второй половине де­ вонского времени.

С середины девонского периода и до конца ранней пермм для впадины н Донбасса было характерно общее погружение с много­ кратными кратковременными поднятиями и опусканиями. Преобла­ дание нисходящих движений на протяжении длительного времени привело к накоплению значительных толщ осадков, особенно на площади Донбасса. Наибольшее воздымапие рассматриваемой территории происходило в конце девона (данково-лебедяиское время). Свидетельством его является несогласное залегание камен­ ноугольных отложений на различных горизонтах девона.

альская фаза герцинского тектогенеза сформировала его структу­ ру, выраженную в основном системой крупных линейных складок северо-западного простирания. Проявление складкообразовательиых процессов имело место и во впадине. Однако меньшая мощ­ ность осадков и менее значительные подвижки фундамента приве­ ли к образованию брахиантиклиналыіых поднятий платформенного типа. Унаследованную от Донбасса затухающую во впадине склад­ чатость также значительно затушевали подвижки кристаллического основания, происходившие в субмеридионалыюм направлении, и соляная тектоника.

Позднепермский перерыв в осадконакоплении во впадине был наиболее продолжительный со времени тектонических движений бретонской фазы складчатости. С этим периодом воздымания регио­ на связана одна из основных перестроек структурного плана.

Начиная с позднепермской эпохи, Диепровско-Донецкая впади­ на и Донбасс развивались по-разному: во впадине продолжалось погружение и накопление осадков, а в Донбассе преобладали вос­ ходящие движения. В связи с этим многие геологи рассматривают Днепровско-Донецкую впадину как самостоятельный тектонический элемент только с начала позднепермского времени, когда она раз­ вивалась как платформенная структура на палеозойском складча­ том основании (Баранов, Арсирий, 1964; Г'лушко и др. «Тектони­ ка...», 1960).

Осадконакопление во впадине в мезозойское время не испыты­ вало крупных перерывов. Имели место сравнительно незначитель­ ные вертикальные колебательные движения фундамента и слабые

18

проявления соляной тектоники. Ларамийская фаза альпийского тектогенеза привела к новому значительному подъему территории впадины. Особенно оказалась приподнятой юго-западная часть впа­ дины, в результате чего ее южная прибортовая зона частично ли­ шилась ряда горизонтов осадочного чехла. Эпейрогенические дви­ жения ларамийской фазы обусловили асимметричность Днепров- ско-Донецкой впадины, по мезозойским отложениям выражающую­ ся в увеличении их мощности вкрест простирания впадины в на­ правлении к Воронежскому кристаллическому массиву.

Такова в кратких чертах история тектонического развития рас­ сматриваемого региона. Следует еще отметить, что положение во впадине зоны наибольшего погружения и развития максимальных мощностей осадков не оставалось постоянным. В раннекаменноугольное время наибольшее погружение впадины отмечается в югозападной части грабена, в среднекаменноуголыюе время оно пере­ местилось к его центру, а в верхнем карбоне фиксируется в районе северо-восточной прибортовой зоны. В позднепермское, а также триасовое и юрское время наибольшее накопление осадков имело место в основном к северу и югу от срединной приподнятой части грабена; в мелу и кайнозое максимальное осадконакопление вновь отмечается в северо-восточной части впадины. Таким образом, на­ блюдаемое во впадине изменение мощностей осадков достаточно ясно свидетельствует о миграции ее оси в северном направлении —

всторону Русской платформы.

М.В. Чирвииской (1963) произведена для Днепровско-Донец- кой впадины периодизация тектонических движений регионального характера, обусловивших распределение трансгрессий и регрессий, Намечено не менее семи тектоничских циклов, каждый из которых включает региональные опускания и воздымания (два в девоне;,

каменноугольно-пермский, два в юре, меловой и палеогеновый). Эти циклы разнятся своей продолжительностью, а также ампли­ тудой и размахом колебательных движений. Максимумы трансгрес­ сий, охватывавших впадину, приходятся на конец франского, сере­ дину фаменского, верхневизейское и частично башкирское и мос­ ковское время палеозойской эры, середину батского времени, окс­ фордское и сеноманское время мезозойской эры и киевское время кайнозойской эры; максимумы подъема рассматриваемой террито­ рии— на раннефранское, раннефаменское (ливенское), позднефаменское (данково-лебедянское), раннепермское время, конец бата, кимеридж, конец верхнего мела — палеоцен и на конец харьковско­ го — начало полтавского времени.

Дифференцированные подвижки блоков кристаллического осно­ вания впадины обусловили формирование в ее осадочном чехле ло­ кальных структурных форм. Образование структур было подчинено определенной цикличности (Чирвинская, 1958, 1962 и др.). Об об­ щей причине формирования структур свидетельствует совпадение их максимумов роста и периодов полного прекращения или замед­ ления развития, объясняемое периодическим возникновением диф-