Опыт комплексирования геофизических и газо-геохимических методов для изучения глубинного строения южной части Зейско-Буреинского бассейна

Вестник ДВО РАН. 2011. № 3

УДК 551.242

А.Т.СОРОКИНА, В.Б.КАПЛУН, А.А.ПОПОВ, М.А.СЕРОВ

Опыт комплексирования геофизических и газо-геохимических методов для изучения глубинного строения южной части Зейско-Буреинского бассейна

Впервые на территории южной части Зейско-Буреинского бассейна для изучения его глубинного строения и положения разрывных нарушений проведено комплексированиеметодовмагнитотеллурического зондирования и газо-геохимических исследований. Построен геоэлектрический разрез до глубины 8 км по широтному профилю, секущему Гродековское поднятие и Лермонтовский прогиб, получены электрические характеристики осадочного чехла и фундамента бассейна. Установлена приуроченность аномалий почвенных газов (гелия, водорода, радона, метана, углеводородов) к ослабленным зонам, служащим каналами для дегазации недр.

Ключевые слова: магнитотеллурическое зондирование, газо-геохимические методы, аномалии почвенных газов, проницаемые зоны разломов, Зейско-Буреинский бассейн.

The experience of combining of geophysical and gas-geochemical methods to study a deep structure of the southern part of the Zeya-Bureya basin. A.T.SOROKINA (Institute of Geology and Nature Management, FEB RAS, Blagoveshchensk), V.B.KAPLUN (Yu.A.Kosygin Institute of Tectonics and Geophysics, FEB RAS, Khabarovsk), A.A.POPOV, M.A.SEROV (Institute of Geology and Nature Management, FEB RAS, Blagoveshchensk).

A combining of the methods of the magneto-telluric probing and gas-geochemical investigations was carried out for the first time in the territory of the southern part of the Zeya-Bureya basin to study its deep structure and location of the faults. A gas-electric section was plotted to the depth of 8 km. along the latitudinal profile dissecting the Grodekovo uplift and the Lermontovka depression. Electric characteristics of the sedimentary cover and basement of the basin are obtained. Confinement of the anomalies of soil gases (helium, hydrogen, radon, methane, hydrocarbons) to the reduced zones, serving as channels for a degassing of the Earth's interior, is established.

Key words: magneto-telluric probing, gas-geochemical methods, anomalies of soil gases, permeability zones of faults, Zeya-Bureya basin.

Зейско-Буреинский бассейн - крупнейшая на Дальнем Востоке позднемезозойско-кай-нозойская структура площадью более 80 тыс. км2. С востока она ограничена Туранским, с юга и запада - Малохинганским хребтами. В строении бассейна выделяются системы погруженных (Зейско-Селемджинская, Екатеринославская, Архаринская) и приподнятых (Завитинско-Майкурская, Притуранская) зон. Погруженные зоны состоят из серии прогибов близмеридиональной и северо-восточной ориентировки. Наиболее крупные из них (Лермонтовский, Козьмодемьяновский, Дмитриевский, Михайловский, Райчихинский, Архаринский) расположены на южной половине бассейна и разделены внутренними поднятиями (Полтавско-Ильиновское, Воскресеновское, Иннокентьевское, Украинское и др.) [4]. Эти прогибы ограничены и осложнены системами локальных и региональных разломов, степень изученности которых (современная активность, раскрытость, проницаемость, глубина заложения) невысока. На рассматриваемой территории они представлены Нижне-зейским, Лермонтовско-Белогорским (Харбинским), Западно-Туранским, Селемджинским,

СОРОКИНА Анна Трофимовна - доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, ПОПОВ Александр Андреевич - младший научный сотрудник, *СЕРОВ Михаил Александрович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник (Институт геологии и природопользования ДВО РАН, Благовещенск), КАПЛУН Виталий Борисович - кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией (Институт тектоники и геофизики им. Ю.А.Косыгина ДВО РАН, Хабаровск), *E-mail: serov@ascnet.ru

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (09-05-00703-а) и инициативного проекта ДВО РАН (09-111-А-08-436).

Сюньхэ-Бирским и другими разрывами [2, 3, 5]. С целью изучения глубинного строения одного из наиболее перспективных на нефть и газ Лермонтовского прогиба сотрудниками Института геологии и природопользования и Института тектоники и геофизики ДВО РАН с участием авторов в 2010 г. проведен комплекс работ, включающих магнитотеллурическое зондирование и газо-геохимические исследования почвенных газов для выявления активных разломов и зон повышенной проницаемости.

Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) осуществлялось по субширотному профилю, пересекающему Гродековское поднятие и Лермонтовский прогиб от р. Амур через села Крас-ное-Куропатино-Раздольное-Рощино-Свободка. Шаг между пунктами регистрации составлял примерно 1 км, за исключением территорий населенных пунктов, где он увеличивался до 3-5 км. Всего выполнено 28 зондирований при длине профиля около 29 км.

Измерения естественного электромагнитного поля Земли проводились по методике аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ) с измерением четырех компонент: двух электрических - Ех, Еу и двух магнитных - Нх, Ну. Регистрацию поля осуществляли электроразведочной станцией MTU-5A производства фирмы Phoenix (Канада) в частотном диапазоне 104—10-1 Гц. Полученные в процессе полевых работ записи электромагнитного поля обработаны программой SSMT фирмы Phoenix (Канада), рассчитаны частотные характеристики сопротивления для каждой точки наблюдения - амплитудные и фазовые кривые МТЗ, а также параметры, характеризующие размерность среды. В дальнейшем кривые МТЗ подвергли качественному анализу и интерпретации. Из полевых кривых удаляли «выбросы» значений, которые были вызваны влиянием различного рода электромагнитных помех искусственного происхождения, при этом учитывали взаимную связь амплитудной и фазовой кривых МТЗ. Последующую интерпретацию кривых МТЗ осуществляли с помощью пакета программ (Corrector, MTS-Prof, MTS-Prof-Inv), разработанных фирмой «Северо-Запад» (Москва).

Попутно с магнитотеллурическим зондированием по указанному профилю по тем же точкам проводили газо-геохимические исследования для выявления зон повышенной проницаемости. Использование газового фактора для оценки раскрытости глубинных разломов обусловлено тем, что они контролируют пути движения газов из недр к поверхности Земли и могут фиксироваться разнопорядковыми аномалиями [6]. В точке газо-геохими-ческого опробования устраивали шпур на глубину 0,5 м. В шпуре устанавливали металлический конусообразный пробоотборник, края шпура герметизировали для исключения подсоса атмосферного воздуха. Для установления равновесия в пробоотборнике в течение 5 мин выполняли откачку почвенных газов с измерением объемной концентрации радона радиометром РРА 01М-03 (НТМ-ЗАЩИТА, Россия) и климатических показателей (температуры, давления, влажности). После завершения прокачки взяли пробы почвенных газов шприцем в стеклянные флаконы емкостью 100 мл, закрытые резиновыми пробками, методом вытеснения насыщенного раствора NaCl. Хроматографический анализ газовой смеси (50-70 см3) выполняли в Амурском аналитическом центре минералого-геохимических исследований ИГиП ДВО РАН на трехканальном анализаторе природного газа Agilent 7890 (Agilent Technologies, USA). Количественный расчет осуществляли методом внешнего стандарта, калибровку - по газовым стандартам Sample natural gas (Agilent Technologies, USA). В составе почвенных газов определяли He, H2, CH4, CO2, C2H6, C2H4, C3H8, O2, N2.

Результаты полевых и лабораторных исследований группировали по профилям и компонентам, в каждой группе находили фоновое значение (Х ), стандартное отклонение (а), рассчитывали интервал ± 3а; значения <-3а и >+3а учитывались как аномальные. Пределы обнаружения гелия и водорода - 5  10-5 об%, углеводородов С1-С6 - 1  10-6 об%. Ошибка определения ± 5%.

Полученные данные свидетельствуют о весьма неоднородном блоковом строении исследуемой территории. Геоэлектрический разрез, построенный по материалам магнито-теллурического зондирования до глубины 8 км, отражает изменения вдоль линии профиля удельного электрического сопротивления пород (см. рисунок). Значения его резко дифференцированы, изменяются от первых единиц до 1500 Ом  м. Слой высокого электрического сопротивления (600-1500 Ом  м) интерпретируется как фундамент впадины. Положение кровли высокоомного слоя меняется вдоль профиля от первых десятков метров в западной (район с. Красное) до 4,5 км в центральной (с. Раздольное) частях и в конце профиля

Профиль магнитотеллурического зондирования и газо-геохимического опробования по линии Гродековское поднятие-Лермонтовский прогиб

значительно варьирует (с перепадами до 2-3 км). Подобное строение фундамента свидетельствует о наличии здесь грабенообразных структур, осложненных разрывными нарушениями. Осадочный чехол имеет горизонтально-слоистое строение с низким электрическим сопротивлением (около 10 Ом • м), в отдельных местах понижающимся до первых величин. Мощность осадочного чехла неравномерная, от первых десятков метров до 4,5 км.

Профиль магнитотеллурического зондирования пересекает две крупные структуры: в западной половине - Гродековское поднятие, в восточной - Лермонтовский прогиб. Первое, прослеживающееся от уреза р. Амур на расстояние 12 км, перекрыто осадочным чехлом мощностью до 150 м. В разрезе отчетливо фиксируется положение одной из зон Нижнезейского разлома на глубину до 2 км при ширине 2-3 км при высоких значениях удельного электрического сопротивления (до 1500 Ом • м). С востока Гродековское поднятие ограничено Куропатинским разломом, который отделяет его от Лермонтовского прогиба. Последний, имеющий неоднородное строение, представлен чередующимися опущенными и приподнятыми блоками, границы которых отражают положение Духовского и Гильчинского разломов в центральной части прогиба, на восточной - сложной системой Лермонтовско-Белогорского (Харбинского) разлома.

Осадочный чехол Лермонтовского прогиба имеет трехъярусное строение, которое определяется низким удельным сопротивлением: нижний ярус - 90-200 Ом • м, средний -30-90, верхний - 1-30 Ом • м. Если предположить, что эти интервалы соответствуют вулка-ногенно-осадочному чехлу, вскрытому ранее в пределах площади нефтепоисковых работ по профилю Благовещенск-Архара, можно считать, что магнитотеллурическим зондированием подтверждается ранее установленная нефтепоисковым бурением глубина Лермонтовского прогиба - 4,5 км.

Данные газо-геохимического опробования показали широкое развитие на рассматриваемой территории зон повышенной проницаемости, служащих каналами для дегазации недр. Эти зоны установлены в пределах Гродековского поднятия, внутри Лермонтовского прогиба, на ограничении приподнятых блоков. Повышенные концентрации гелия (107,3-313,13 • 10-4 об%) и радона (14647-38533 Бк/м3) отмечаются в зоне влияния как региональных (Нижнезейский, Лермонтовско-Белогорский (Харбинский)), так и локальных (Духовской, Раздольненский, Куропатинский) разломов. Для отдельных участков характерны комплексные аномалии. Высокие концентрации водорода (до 101,5 • 10-4 об%) и углеводородов С2-С3 отмечаются на западном и восточном ограничениях Лермонтовского прогиба при полном отсутствии С и С2-С3 в центральной его части. При этом восточная часть прогиба по комплексу показателей представляется более перспективной на углеводородное сырье. Повсеместно по профилю присутствует метан. Аномальные его концентрации (109,7-159 • 10-4 об%) характерны для Нижнезейского и Куропатинского разломов.

Результаты исследований свидетельствуют об эффективности применения комплекса геофизических работ в виде магнитотеллурического зондирования и газо-геохимических исследований. С их помощью представилось возможным детализировать внутреннее строение Лермонтовского прогиба и Гродековского поднятия, уточнить положение разрывных нарушений различного ранга (региональные, локальные), оценить степень их проницаемости по аномалиям почвенных газов. Новые данные о приуроченности повышенных концентраций водорода и углеводородов к восточной окраине Лермонтовского прогиба, сведения о его глубинах позволяют дополнить существующие ранее представления о перспективах его нефте-газоносности [1].

ЛИТЕРАТУРА

1. Булин Н.К., Вольский А.С. Региональный прогноз потенциальной нефтегазоносности области сочленения Центрально-Азиатского и Восточно-Азиатского рифтогенных поясов по глубинным геофизическим критериям // Тихоокеан. геология. 2005. Т. 24, № 1. С. 3-13.

2. Геологическая карта Приамурья и сопредельных территорий. М-б 1 : 2 500 000. Объяснительная записка. Санкт-Петербург; Благовещенск; Харбин, 1999. 135 с.

3. Глубинное строение и минерагения Восточной Азии. Владивосток: Дальнаука, 2010. 332 с.

4. Сорокина А.Т. Гидрогеологические системы Верхнего Приамурья. Владивосток: Дальнаука, 2005. 167 с.

5. Сорокина А.Т., Сорокин А.П., Серов М.А., Попов А.А. Разломно-блоковые структуры восточной окраины Амурской литосферной плиты, их сейсмичность и флюидный режим // Тихоокеан. геология. 2011. Т. 30, № 1. С. 16-29.

6. Яницкий И.Н. Гелиевая съемка. М.: Недра, 1979. 96 с.