Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)
.pdfРис. 1.66. Сбалансированный разрез района антиклиналей Солана и Мариола (Испания, Предбетская складча тая зона) и его реконструкция для додеформационного времени.
Реставрированный разрез указывает на наличие изменений в мощностях мезозойского чехла; это свидетельствует о конседиментационном сбросообразовании. Величина неогенового сжатия составила ккилометр (27 %) [De Ruig, 1992].
Низкие |
Высокие Тибетские |
а
ю
б
Главная фронтальная зона |
Даделдхура-Рамгарх |
Тибетиды (Тетиды) |
|
ШВ 1 |
■I 1 |
т |
|
Главная граничная зона |
Ш 8 |
|
|
|
Ш |
9 |
|
□ 1 |
Е Е ) |
ю |
|
Главная центральная зона |
|
Рис. 1.67. Региональный сбалансированный структурный разрез для Гималайского складчато-надвигового пояса в западном Непале (А ) и его реконструкция для додеформационного времени (Б ) [De Ceet al., 1998].
M FT — главный фронтальный надвиг, М ВТ — главный граничный надвиг, RT — надвиг Рамгарх, DT — надвиг Даделдхура, М С Т — главный центральный надвиг, STDS— Южно-Тибетская система срывов (детачмент). Часть пород при деформации была эродирована. Отметьте различия в масштабах разных рисунков. Современная длина разреза — 115, реконструированная додеформационная длина — 343, величина сокращения при деформациях — 228 км (66 %).
Названия формаций без возрастов'. 1 — группа Сивалик, 2 — формации Сват и Думри, 3 — группа Лакарпата, 4 — формация Галянг, J — формация Ранимата, 6 — формация Кушма, 7 — формации Мелмура и Дамгад, 8 — гнейсы Саляни Гад, 9 — гра ниты Даделдхура, 10 — формация Каликхот, 11 — группа Ваикрита (Химал).
С — север, Ю — юг.
Метод может быть корректно применен в случае, если не было пласти ческого перетекания вещества; в последнем варианте надо также ре конструировать и пластические деформации, что значительно услож няет проблему. Практически данные задачи для построения сбаланси рованных разрезов можно реализовать с помощью моделей, вылеплен ных, например, из пластилина. Более корректно задача решается с по мощью специальных компьютерных программ, позволяющих произ водить геометрические реконструкции.
Методы построения сбалансированных разрезов заметно услож няются для случаев со значительным пластическим перетеканием ве-
147
щества и для конседиментационных деформаций. Например, пока не удается шаг за шагом восстановить историю деформаций для районов
ссолянокупольным диапиризмом.
Впоследние годы построение сбалансированных разрезов — это неотъемлемая часть геологических работ. Они строятся для всех ре гионов (рис. 1.66, 1.67). Сбалансированные разрезы являются также естественным контролером работ: если построен геологический разрез и на его основе невозможно восстановить додеформационную струк туру чехла, значит, скорее всего, в разрезе имеются принципиальные неточности. Само понятие «сбалансированный» означает такой разрез через деформированную структуру, при «распрямлении» которого вос станавливается реальная додеформационная структура.
Одна из важнейших задач анализа осадочных бассейнов — это восстановление шаг за шагом истории деформаций в бассейне и ре конструкция его додеформационной структуры. Решение этой пробле мы поможет выявить вероятные места скопления полезных ископае мых и пути их миграций.
1.7. АНАЛИЗ СЕЙСМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
Общая характеристика
Методика анализа сейсмических профилей разрабатывается давно. Но ее современное бурное развитие началось после работ П. Вайла и коллег о сейсмической стратиграфии и секвентной стратиграфии [Vail et al., 1977; Vail, 1987; Haq et al., 1987; Wiglus et al., 1988] и публикаций Атласа сейсмической стратиграфии [Bally, 1987; Bally, 1988]. В России значительный вклад в интерпретацию сейсмических профилей внесли В. Я. Кунин, А. Е. Шлезингер, Ю. А. Волож, К. О. Соборнов и многие другие. Так как наиболее детально сейсмическими профилями по от раженным волнам изучаются нефтегазоносные бассейны, то значи тельная часть информации и методов ее получения остаются конфи денциальными. Наиболее подробно методика анализа и терминология разработаны в нефтяных компаниях США и Западной Европы. Поэто му здесь за основу возьмем в основном работы П. Вайла и А. Бальди, развитые их последователями [Vail et al., 1977; Vail, 1987; Vail, 1993; Bally, 1987, 1888; Haq et al., 1987; Basin evaluation.., 1991; Wilgus et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988]. Будем давать в основном англоязычную терминологию в переводе.
Детальность и качество исходный сейсмических данных крайне важны для точности их геологической интерпретации. Сейсмические
148
данные используются, во-первых, для анализа тектонической (геомет рической) структуры бассейна, во-вторых — для анализа сейсмиче ской стратиграфии (т. е. для выделения реальных сейсмогеологических или сейсмостратиграфических тел). Основные проблемы в исходных данных для структурного анализа связаны с изучением солянокуполь ных структур, надвиговых поясов и подсолевых отложений, а для сейсмостратиграфии — в интерпретации литологического состава по род и расположения резервуаров с флюидами (например, нефтью).
Главное достижение интерпретации сейсмических профилей — это то, что мы увидели реальную геометрию геологических тел, про слеженную непрерывно на десятки и сотни километров. В настоящее время самое передовое направление сейсмических методов — созда ние трехмерной сейсмической картины осадочного бассейна, при ко торой мы уже можем анализировать непрерывно прослеженное строе ние геологических тел в объеме.
Несогласия
Геометрические соотношения между разными геологическими те лами могут быть самыми разнообразными, из этого вытекает слож ность введения общепринятых понятий для характеристики их соот ношений.
Основные типы несогласий относительно самой поверхности не согласия, которые прослеживаются на сейсмических профилях, сле дующие (рис. 1 .6 8 ):
эрозионное срезание (erosional truncation) — залегание вышележа щих отложений выше поверхности эрозии. Может встречаться в раз ных позициях в осадочной толще, но чаще в связи с угловыми несо гласиями;
прилегание ши подошвенное пршегание (onlap) — прилегание (прислонение) толщи слоев на моноклинальную поверхность, наклоненную в ту же сторону, что и слои, но более круто. Эта поверхность называется
поверхностью пршегания ши прислонения. Может встречаться, напри мер, прилегание к склоновой поверхности с любой геологической структурой, прилегание к бортам эрозионных систем и так далее;
налегание ши подошвенное налегание (downlap) — несогласие, ко гда слоистая толща наклонена и к низу утыкается в более пологую по верхность. Эта поверхность называется поверхностью налегания (downlap surface). Налегание характерно, например, для подошвы кли ноформной серии;
кровельное утыкание (toplap) — срезание моноклинально зале гающей толщи сверху более пологой эрозионной поверхностью. Эта
149
поверхность называется поверхностью утыкания (toplap surface). Кро вельное утыкание обычно связано с эрозией или перерывом в седи ментации;
согласное залегание относительно поверхности несогласия (con cordance) — несогласие, когда слоистость параллельна поверхности несогласия (при этом выше- и нижележащие толщи могут быть между собой и несогласны). Выделяются: согласное залегание относительно верхней границы пачки слоев, когда верхняя поверхность толщи па раллельна слоям в самой толще и согласное залегание относительно нижней границы пачки слоев, когда нижняя поверхность толщи парал лельна слоям в самой толще. Следует заметить, что термин «согласное залегание» (concordance) имеет множество значений, и в данных слу чаях всегда особо оговаривается, что слои залегают согласно именно с самой поверхностью несогласия.
Перечисленные типы несогласий встречаются в самых разнообраз ных соотношениях.
Кровельное |
Срезание |
|
утыкание |
Ч |
|
г' |
Прилегание |
|
Прилегание |
||
|
||
Налегание |
|
Относительно кровли
Эрозийное срезание Кровельное утыкание Согласное залегание
Относительно подошвы
|
____ _ |
И |
И |
|
---• |
• |
|||
|
|
|||
Прилегание |
|
Налегание |
Согласное залегание |
Рис. 1.68. Основные типы несогласий относительно самой поверхно сти несогласия, принятые в сейсмостратиграфии.
Стрелки показывают окончания рефлекторов (отражающий поверхностей). По [Ba sin evaluation..., 1991].
150
Сейсмофации
Понятие «фация» широко используется при анализе осадочных бассейнов. В классической исторической геологии [Леонов, 1980] фа ция — это часть слоя, отличающаяся какими-либо особенностями своего состава от других частей (фаций) того же слоя (свиты, слоев). В более широком смысле этого понятия [Selley, 1978] осадочная фа ция — это масса осадочных пород, которая может быть определена и выделена от других масс по ее геометрии, литологии, седиментационным структурам, текстурам палеотечений и ископаемым остаткам (фоссилиям). Анализ фаций по сейсмическим данным производится по следующей схеме: в исходном сейсмическом разрезе производится анализ сейсмических секвенций (последовательностей сигналов), да лее выделяются сейсмофации (для этого очень важен контроль сейс мического профиля данными скважин), и наконец, по всему возмож ному комплексу данных выделяются сейсмофации с реальной геоло гической интерпретацией. В целом понятие «сейсмофация» должно быть идентично обычным геологическим фациям, распознаваемым в естественных обнажениях. Но пока, понятие более грубое, нежели по нятие «фация» «континентальных» геологов, в то же время прогресс сейсмических методов изучения бассейнов позволяет надеяться на бо лее полное сближение этих понятий.
Широко приняты следующие типы сейсмофаций [Baldy, 1987, 1988; Basin evaluation.., 1991; Wilgus et al., 1988; П. Циглер, устное со общение, 1995] (рис. 1.69):
параллельная слоистость (parallel, sheet) — толща с параллельно залегающими слоями. Такие сейсмофации характерны для осадков на шельфах или в глубоководных бассейнах;
осадочные клинья (призмы) (wedge) — серия осадков, равномерно утолщающаяся в каком-либо направлении (направлениях). Такие сейс мофации с близкой к параллельной стратификацией также характерны для осадков на шельфах или в глубоководных бассейнах;
дивергентные серии (divergent) — то же самое, что и осадочные клинья, но с явным утолщением серии осадков;
пластовое облегание (sheet-drape) — серия осадков облегает под стилающие топографические поднятия. Такие сейсмофации, вероятно, связаны с неравномерностями постседиментационного уплотнения осадочной толщи с топографически неровной поверхностью их по дошвы;
банка (bank) — сейсмофация с внешними границами в виде гео логически субплоского тела с пологим склоном. Часто банки сложены
151
Дивергентная
Клиноформа
Заполнение канала |
Холм |
Прозрачная Хаотическая
Рис. 1.69. Типы сейсмофаций. По [Bally, 1987, 1988; Basin evaluation..., 1991].
клиноформами, в этих случаях они обычно формируются на шельфах и краях шельфов;
клиноформная проградация (клиноформное расчленение и продви жение) (clinoform prograding) — сейсмофация с внутренним клино формным строением;
заполнение канала (channelfill) — сейсмофация заполнения эрози онного канала (трога). Внешние границы сейсмофации обычно выде ляются четко, а внутренняя структура бывает часто очень сложной;
холм или курган (mound) — сейсмофация с внешними границами в виде холма (или кургана). Внутренняя структура данной сейсмофации может быть сложной. Обычно это разного типа постройки: биогермы, вулканы, скопления обломочных пород;
линза (lens) — сейсмофация с линзовидными внешними ограниче ниями и сложной внутренней структурой. Возможные случаи: обваль ные и оползневые накопления, турбидитные конуса выноса (turbidite fans), тела контуритов;
бугристая сейсмофация (hummocky) — сейсмофация с внутренним бугристым строением. Характерна для толщ со сложной внутренней структурой, часто связанной с быстрым перемещением обломочного материала (например, аллювиальные комплексы, конуса выноса);
прозрачная сейсмофация (reflection free) — сейсмофация, в которой не наблюдаются отражающие площадки. Это может быть, например, очень однородная толща с параллельной слоистостью или наоборот —
152
сложноустроенная и даже деформированная толща, в которой не обо собилось крупных субгоризонтальных отражающих площадок.
Терригенные (обломочные) осадки образуют большое разнообра зие сейсмофаций параллельной слоистости, холмов и так далее. При их интерпретации широко используется понятие энергия седимента ции; осадки с высокой энергией седиментации — это те, которые оса ждаются из быстрых потоков (например, турбидиты), а осадки с низ кой энергией седиментации — осажденные в условиях спокойной гид родинамики. Наиболее четко на профилях видны осадки переслаива ния слоев с высокой и низкой энергией (рис. 1.70). Сейсмофации за полнения каналов также разнообразны. Некоторые их примеры пока заны на рис. 1.71.
Высокая амплитуда и протяженность |
Низкая амплитуда |
Малая протяженность |
(переслаивание осадков с |
(осадки с постоянной энергией) |
и различная амплитуда |
высокой и низкой энергией) |
|
(осадки с разной энергией) |
Широкая сейсмофация, пологий холм,
разная амплитуда и протяженность (осадки с разной энергией)
Рис. 1.70. Примеры сейсмофаций для обломочных пород. По [Bally, 1987,1988; Basin evaluation..., 1991].
Рис. 1.71. Примеры сейсмичес ких фаций заполнения каналов. По [Bally, 1987,1988; Basin evaluation..., 1991].
153
Рис. 1.72. Идеализированная блок-диаграмма, показывающая пози цию карбонатных построек на шельфе, и примеры сейсмофаций для кар бонатных построек. По |Bubb J. N., Hatlelid W. G., 1977), с изменениями.
Карбонатные постройки дают значительное разнообразие сейсмо фаций в основном типа холмов и банок. Некоторые примеры карбонат ных построек и их позиции на сейсмических профилях показаны на рис. 1.72.
С ейсм остратиграф ия и секвентная стратиграфия
Сейсмостратиграфия — это использование данных сейсмических профилей для анализа стратиграфии и фаций осадочных бассейнов. Ее
154
бурное развитие началось в семидесятые годы. Техника сейсмостратиграфического анализа состоит в следующей процедуре [Vail et al., 1977; Basin evaluation.., 1991]: 1) анализ сейсмического профиля и выделение сейсмических секвенций (последовательностей, серий), т. е. выделение границ тел в полях волновой картины; 2) корреляция с данными имею щихся скважин и привязками волновой картины к реальным геологиче ским границам; 3) выделение и анализ сейсмических фаций; 4) интер претация литофаций в связи с сейсмическими секвенциями; 5) сейсми ческое моделирование, т. е. компьютерное моделирование волновой кар тины в случае, если принятая интерпретация справедлива; 6) оконча тельная интерпретация и выделение стратиграфических единиц.
Прогресс сейсмической стратиграфии в семидесятые годы стал тормозиться значительными трудностями в интерпретации профилей на пассивных континентальных окраинах. Стало выясняться, что гло бальные колебания уровня Мирового океана с частыми чередованиями трансгрессий и регрессий приводят к очень сложной картине строения пассивных окраин на уровне сейсмофаций. Оказалось, что стратигра фия осадочных бассейнов в значительной степени контролировалась глобальными эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана и что границы на профилях («сейсмические события») отражают хроно стратиграфию, а не литостратиграфию, т. е. на сейсмических профилях хорошо читаются изохронные поверхности.
Сейсмостратиграфия дала начало секвентной стратиграфии (sequ ence — последовательность, ряд), т. е. стратиграфии последовательных седиментологических рядов, единиц или формаций. Понятие секвен ция ввел в 1963 г. Л. Слосс для трансгрессивно-регрессивных серий Северо-Американской платформы. Секвенция — это трансгрессивно регрессивная серия осадков, ограниченная снизу и сверху несогласия ми. Масштаб секвенции может быть разным. В секвентной стратигра фии значительное место занимает анализ секвенций, связанных с эв статическими колебаниями уровня Мирового океана [Vail, 1987, 1993; Haq et al., 1987]. При этом во время повышения уровня океана и транс грессии, а затем падения уровня океана и регрессии в областях пере хода от континента к океану сильно меняются пути, по которым транспортируется обломочный материал с суши в моря. Системы пу тей транспорта осадочного материала с суши в моря вместе с нако пившимися осадками называются системами трактов (пространств) (systems tracts); другими словами, системы трактов — это сообщество одновременной седиментации.
Понятия секвентной стратиграфии на русском языке разработаны пока недостаточно, англоязычная терминология быстро развивается, но пока не устоялась и сложна для восприятия; здесь будем базиро-
155