7.1.2. Соляные купола

Соляные купола не только ценный источник каменной соли (галита, карналлита, сильвина, каинита) для химической промышленности, но и сами по себе интересны, так как образуют геологические структуры, с которыми могут быть связаны месторождения нефти и природного газа.

Рис. 7.5. Схематическое изображение последовательного развития асимметричного штока цехштейновой (верхнепермской) соли (по Трусхейму). 1 – слой соли; 2-3 – соляная подушка; 4-5 – соляной шток.

Явление, при котором определённые массы горных пород, по-видимому, выжимаются снизу вверх, называлось диапиризмом.

Было доказано, что образование диапиров, вызвано плавучестью, которая обусловлена относительно низкой плотностью соли (от 1.6 до 2.2 г/см³). Если нижележащий пласт соли, перекрытый более плотными толщами пород, способен к пластическому течению, то он начнёт подниматься, деформируя окружающие породы (рис. 7.5). Серия структурных движений такого происхождения была установлена на севере Европы в Германии, а потом и во многих других регионах мира (в Прикаспийской впадине, во впадине Голфа на Северо-Американском континенте и др.), и получила название «солянаятектоника» или «галокинез» по Трусхейму.

Развитие соляных куполов приводит к образованию антиклиналей и синклиналей в перекрывающей толще. Размеры перекрывающей осадочной толщи над антиклиналями (над куполами) могут быть намного меньше, чем над синклиналями (до 1:10).

Движение соли вверх происходит не равномерно по всей массе, а в нескольких отдельных зонах. Внутренняя структура даёт возможность представить себе механизм поднятия соляного купола. Внутри он разделён на отдельные шипообразные зоны, Вся структура движется вверх благодаря тому, что эти зоны поднимаются не одновременно («рывками») относительно друг друга. При таком дифференцированном движении внутри соляного купола, вероятно, образуются зоны смятия и разрывные нарушения, которые затем снова текут и деформируются. Окружающие купол осадочные толщи приподнимаются вверх и изгибаются под действием движения соли, а иногда могут деформироваться до такой степени, что становятся вертикальными или местами опрокидываются. Деформации развиты лишь вокруг вешней границы купола, масштаб и форма их обусловлены размерами купола.

При достижении вершины соляного массива (купола, штока) уровня грунтовых вод начинается процесс растворения и выноса соли в растворах. В силу этого вершина массива приобретает плоскую форму – образуется так называемое соляное зеркало (рис. 7.6, 7.7), на котором формируется слой (кепрок)из оставшихся слабо растворимых или нерастворимых включений пород (ангидрида, гипса, глины и др.), находящихся в массиве соли.

Рис. 7.6. Соляной массив с подвёрнытыми склонами. «Соляное зеркало» с кепроком. 1 – соляной массив (шток); 2 – надсолевые породы.

Рис. 7.7. Соляной массив (купол) с изогнутым соляным зеркалом, перекрытым кепроком. 1 – соляной массив; 2 – кепрок; 3 – надсолевые породы.

Формы соляных структур

Соляной слой начинает течь, когда перекрывающий его осадочный материал, будучи погребённым и уплотнённым, достигает плотности и мощности (около 1000 м), которые придают соляному слою текучесть, достаточную для всплывания. Скорость миграции вначале 0.3 мм/год, затем увеличивается.

Рис. 7.8. Схема, иллюстрирующая образование форм соляных структур в зависимости от глубины их погребения (по Трунсхейму).

По Трунсхейму, подъём соляного слоя начинается, по-видимому, с образования соляных подушек благодаря горизонтальной миграции соли. Затем рельеф верхней поверхности соляного слоя развивается в процессе всплывания соли вверх до образования соляных штоков, которые могут потом сливаться и формировать соляные валы (рис. 7.8). Там, где соляной слой погребён на глубине более 5000 м, по-видимому, образуются соляные валы, протягивающиеся в длину более чем на 100 км при ширине 4-5 км с интервалами в 8-10 км. Область развития соляных валов будет окружена областью развития соляных штоков 2-8 км в диаметре, если основание соляного слоя расположено на глубине 3000-5000 м. А за пределами области развития соляных штоков можно наблюдать только развитие соляных подушек.

По результатам изучения соляной тектоники многих соленосных бассейнов были выделены следующие формы соляных структур:

1. Соляные подушки, образующие ряды.

2. Соляные валывдоль сбросов у края бассейна. Соль вздувается на поднятом крыле сброса, образуя купола или складки, замыкающиеся на глубине.

3. Глубинныесоляные купола, расположенные на глубине 2 км и более. Осадки над ними образуют купола и сбросы, а протыкание осадков солями незначительное (рис. 7.7).

4. Купола протыканияилиштоки. Соль прорывает перекрывающие осадки при движении вверх по сложным сбросам либо при смещении неконсолидированных осадков (рис. 7.9, 7.10).

5. Остаточные соляные структуры(называемые в Северо-Германской низменностичерепаховой структурой). Эти структуры возникают при оттоке соли из участка вокруг купола протыкания, в результате чего образуется соляное тело с утонёнными краями.

Рис. 7.9. Разрез соляного купола холма Уикс-Айленд (по Атуотеру и Форману). Вертикальный и горизонтальный масштабы равны. Тонкие вертикальные линии – скважины. Единицы измерения – футы (1 фут = 12 дюймам или 0.3048 м).

Рис. 7.10. Структурная карта кровли соляного купола холма Уикс-Айленд (по Атуотеру и Форману). Стратоизогипсы кровли относятся к глубине, измеренной от верхнего края песчаника, обозначенного как слой «S». Единицы измерения – футы (1 фут = 12 дюймам или 0.3048 м).

Структурные признаки и последовательность исследований соляных структур

При рассмотрении особенностей изучения солянокупольных областей нужно выделять вопросы, связанные с тектоникой соли, надсолевой тектоникой и подсолевой тектоникой. Все эти три группы вопросов тесно связаны между собой.

Изучение тектоники соли включает выяснение рельефа поверхности соли и исследования внутренней тектоники соляного массива или соленосной толщи.

1. Соляные купола и соляные антиклинали обладают утолщённым сложнодислоцированным соляным ядром (соляной шток, соляной массив, соляной купол) над которым вышележащие породы бывают своеобразно изогнуты и нарушены разломами. Промышленное значение соляных куполов определяется тем, что с ними связан широкий комплекс полезных ископаемых (каменные и калийные соли, гипс-ангидрит, сера, бариты, а также нефть и газ, залежи которых образуются в структурных ловушках различного типа).

2. Рельеф поверхности соли может быть очень разнообразен. Соляные массивы имеют обычно удлинённые эллиптические очертания и асимметричное строение в плане с соотношением осей от 1/3 до 1/5. Кроме того, они могут быть осложнены дополнительными вздутиями, либо иметь разветвлённую форму.

3. Рельеф поверхности соли в вершинах соляного массива может быть осложнён подземным выщелачиванием, растворением солей и выносом рассолов с образованием соляного зеркала и вторичного кепрока., которые, оказывая неравномерную нагрузку на соляное зеркало, приводят к перераспределению соли (вверх и в стороны). Это приводит к образованию вторичных форм (соляных шипов и др.) и связанных с ними компенсационных депрессий, кольцевых или краевых поднятий по краям вершины. Они возникают вследствие отжимания соли кепроком, перегружающим центральную часть вершины. При отжатии соли в стороны образуются соляные карнизы.

4. В ходе процессов соляной тектоники в соленосных толщах в межкупольных пространствах образуются компенсационные депрессии, окружённые несколькими куполами. В связи с этим мощности надсолевых толщ над куполами уменьшаются, а в межкупольных пространствах увеличиваются. А рельеф соляных масс в межкупольных пространствах может быть также не менее сложен, чем в пределах соляных куполов.

5. Преобразование внешней формы соляных массивов непрерывно связано с изменением их внутренней структуры, которая в общих чертах подчинена внешним очертаниям, но может быть достаточно сложной. Внутренняя структура соляного массива распознаётся путём изучения характера деформаций первичной слоистости, которая бывает выражена чередованием слоёв разного цвета или состава. Её можно хорошо изучить только при наличии шахт или других горных выработок. Мелкие складки (складки волочения, течения и сжатия) и разрывы присущи и соляным массивам и пластовым наклонным соляным телам. По наклону складок волочения можно определить направление течения соли.

6. Рельеф соляных масс может непосредственно исследоваться бурением и геофизикой (гравиразведкой, сейсморазведкой и в меньшей степени электроразведкой), при этом необходимо соблюдение комплексности. Рост соляного массива находит отражение и в морфологии надсолевых толщ, поэтому необходимо проводить изучение геоморфологических данных.

7. В процессе роста соляных массивов в поднятиях над их вершинами образуется система разрывов типа нормальных сбросов: над округлыми цилиндрическими штоками – концентрические и радиальные системы (рис. 7.10); над удлинёнными – крупные продольные сбросы. И те, и другие в процессе развития соляного массива осложняются дополнительными сбросами по которым могут проявляться разноамплитудные смещения.

8. При изучении солянокупольных структур надо обращать внимание на характер соприкосновения надсолевых толщ с соляными массивами. Может быть четыре основных типа налегания или примыкания надсолевых толщ к соляному массиву: 1) согласное налегание; 2) трасгрессивное налегание (рис. 7.7); 3) примыкание по разрыву (рис. 7.6, 7.9); 4) простое боковое примыкание. Согласное налегание имеет место при слабо развитых формах соляной тектоники (например, Красноярская брахиантиклиналь в Предуральском прогибе). Трасгрессивное налегание бывает на хорошо развитых купольных структурах, вершины которых были приподняты и размыты, а затем снова перекрыты молодыми толщами. Примером могут служить структуры Байчунас и Искине (Южная Эмба), Бренхем (Голф, США). Примыкание по разрыву имеет место на хорошо выраженных соляных массивах с крутыми склонами, обусловленными разрывами и широко развито в Эмбенском районе Прикаспийской впадины и в других впадинах. Простое боковое примыкание возникает при таком положении, когда вершина растущего соляного массива в течение геологически длительного времени находится у поверхности и размывается, а вокруг откладываются толщи осадочных пород. Примеры простого бокового примыкания можно видеть в соляных куполах Днепрово-Донецкой впадины.

9. С явлением подземной эрозии вершин соляных массивов может быть связано возникновение в надсолевых слоях мульд оседания (в южной части Предуральского краевого прогиба, в Северной Германии и др.). Главными признаками этих структур являются: а) их локальное проявление и отсутствие сопряжённых антиклинальных форм; б) закономерная связь с соляными массивами. Возможна связь рельефа со структурой кровли соляного массива.

10 Изучение структуры и тектоники подсолевых толщ должно базироваться в основном на данных глубокого бурения и сейсморазведки.

Литература

Биллингс М.П. Структурная геология (перевод с английского Т.М.Кайковой). – М.: изд. Иностранной литературы, 1949. – 431 с.

Геологические структуры (под ред Т.Уемуры и Ш.Мицутани, перевод с анлийского Е.Н. Толстой). – М.: Недра, 1990. 292 с.

Косыгин Ю.А. Тектоника. – М.: Недра, 1983. – 536 с.

Михайлов А.Е. Структурная геология и геологическое картирование. – М.: Недра, 1964. – 464 с.

Спенсер Э.У. Введение в структурную геологию (перевод с английского под ред. Ю.Е.Погребицкого). – Л.: Недра, 1981. – 367 с.

Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии (геология на пороге XXI века). – М.: Недра, 1995. – 190 с.

Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. – М.: изд. МГУ, 1995. – 480 с.

Гл. 8. Вертикальная и латеральная неоднородность Земли