Оценка перспектив Чарской впадины Байкальской рифтовой зоны на углеводородное сырье

ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИИ ГРР

ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ ЧАРСКОЙ ВПАДИНЫ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ НА УГЛЕВОДОРОДНОЕ СЫРЬЕ

Б.С.Салихов

В настоящее время многие исследователи все чаще говорят о необходимости переосмысления теоретических основ образования залежей УВ-сырья, так как при освоении нефтегазовых месторождений, основанном на традиционных представлениях об их формировании, возникает ряд серьезных трудностей, сказывающихся на эффективности освоения и эксплуатации месторождений (Запивалов Н.П., 2000; Нестеров И.И., 2000; [1]). Новые представления должны повлечь за собой принципиальные изменения в методических установках нефтепоис-ковой геологии.

При нетрадиционном подходе к проблеме нефтегазообразова-ния главный акцент ставится прежде всего на тектонической активности среды и термодинамических процессах образования УВ-сырья. У разных исследователей такой подход получил разные названия в зависимости от механизма, считающегося основополагающим: шарь-яжно-надвиговый механизм (Казанцева Т.Т., Камалетдинов М.А. и др. 1995); геосолитонная концепция образования УВ и геосолитонная природа субвертикальных зон деструкции [1]; пульсационно-флюидо-геотермодинамическая модель (Дю-нин В.И., Корзун А.В., 2003); модель "газовых труб" мантийного диапиризма (Адиев Я.Р., Гатаулин P.M., 2003) или дислокационная теория нефтяных эманаций, предложенная американским геологом Ю.Коста; флюидно-динамическая теория об-

разования нефти и газа (А.Н.Дмитриевский, Л.И.Лобковский, Б.А.Соколов и др., 1997).

Рассмотрим перспективы Чар-ской впадины на УВ-сырье прежде всего с позиций высокой динамической активности и динамических напряжений среды нефтегазообразо-вания, генерации УВ в активных локальных пространственно-временных сейсмотектонических зонах при существенной вертикальной миграции УВ и многоэтапном процессе их формирования (наличие восходящей субвертикальной миграции нефти и газа под аномально высокими пластовыми давлениями установил один из основателей современной гипотезы неорганического происхождения нефти и газа Н.А.Кудрявцев).

Перспективы Чарской впадины основаны на следующем.

1. Впадина размером 130х30 км является частью внутриконтинен-тальной Байкальской рифтовой зоны (рис. 1), имеющей протяженность более 2 тыс. км при максимальной ширине 250 км. Структурное положение и развитие Байкальского рифта определяются его связью с зоной сочленения двух главных литосферных мезоплит Восточной Сибири — до-кембрийского Сибирского кратона и Центрально-Азиатского подвижного пояса (Логачев Н.А., 2003). Плиты имеют контрастные термомеханические свойства, а периодическая активность здесь устанавливается на протяжении более чем 2 млрд лет, проявляется она и в настоящее время (в Байкальской рифтовой зоне

ежегодно фиксируется до 5 тыс. различных землетрясений).

Тесная связь крупнейших бассейнов нефтегазонакопления и глобальной активности и сейсмичности известна и обоснована (Губерман Ш.А., Пиковский Ю.И., 1984). Так, крупнейшие месторождения Западной Сибири располагаются в зонах трехлучевого закрытого рифта и градиентного изменения теплового поля Земли, в областях тектонической напряженности и неотектонической активности (Шпильман В.И. и др., 1992), т.е. здесь более высокая плотность месторождений, а распределение залежей УВ имеет столбообразный характер, свидетельствующий о локальном проявлении миграционных процессов по зонам тектонических нарушений в новейшее время (Кругли-ков Н.М., Нелюбин В.В., 1992).

Имеются многочисленные и самые разнообразные доказательства тесной связи нефтяных месторождений и нефтегазоносных бассейнов с разрывными нарушениями и нефтеподводящими каналами [5].

Повышенная прогретость недр, отмечаемая в нефтегазоносных зонах, наблюдается и в Чарской впадине, где по ее северо-западному борту (сочленение с плечом рифта) в зонах сбросовых нарушений встречаются термальные источники с температурой 45-46 оС (азотно-ге-лиевые термы с небольшим количеством метана). В термах отмечаются радиоактивные элементы — торий, радий, которые нередко сопровождают УВ-сырье.

OJL AND GAS POTENTIAL AND SUBSTANTJATJON OF EXPLORATION TRENDS

Исследования последних лет подтверждают также генетическую связь нефтегазоносности и континентального рифтогенеза, так как рифтообразование как результат воздействия плюмов предопределяет все главные условия для нефте-образования и нефтегазонакопле-ния (Соколов Б.А., 2001).

Гравиметрические исследования, проведенные в Чарской депрессии, фиксируют наличие отрицательной аномалии силы тяжести, что свидетельствует о разуплотнении глубинного вещества впадины.

2. Рассматриваемая территория рассекает рифтогенную Кода-ро-Удоканскую структурно-форма-ционную зону, протягивающуюся в северо-западном направлении на

расстояние более 300 км и огибающую жесткие массивы докембрия (рис. 2). Области сочленения разно-ориентированных и разновозрастных структур — наиболее вероятные узлы генерации углеводородного и минерального сырья.

Формирование рифтогенной Чарской суходольной впадины имеет наряду с раздвиговой и широтную сдвиговую компоненту, что весьма благоприятно для формирования УВ-залежей. Сдвиг можно рассматривать как разрядку механических напряжений, усиливающих механо-химические преобразования органо-минеральных веществ. В Чарской депрессии находят выходы и троговые структуры, имеющие меридиональное простирание (см. рис. 2).

3. Многочисленные проявления природных газов, нефти и битумов различные исследователи фиксируют по всему периметру оз.Байкал на протяжении уже более 250 лет [4].

В отдельных впадинах (депрессиях) Байкальской рифтовой зоны установлена промышленная нефте-газоносность, в частности в Усть-Селенгинской (Южно-Байкальской), являющейся мощным очагом генерации УВ-газов [2]. Причем выделение газов, места их выходов контролируются разломами, а интенсивность выделения (обычно импульсивная) подчиняется тектонической активности.

Нефтегазовые проявления известны в Баргузино-Чивыркуйском перешейке, а битумо- и нефтепро-явления установлены также в Бар-гузинской и Баунтовской впадинах (Самсонов В.В., 1963).

4. Чарская впадина перспективна на УВ еще и потому, что в ее окружении имеются угольные месторождения (Апсат, Читканда) с высоким содержанием метана (сорбированная, свободная фазы). Последний может быть объектом самостоятельной добычи (углегазовый метод) в настоящее время и способствовать решению местных топливно-энергетических проблем, тем более что уже разработаны технологии получения высокооктанового бензина и моторного топлива из метана.

Выходы метана из-под зон многолетней мерзлоты установлены в ряде мест Чарской котловины; не исключено, что развитию многолетней мерзлоты способствует наличие здесь метана, обладающего положительным дроссельным эффектом, приводящим к понижению температуры горных пород. Так, мерзлотные пробки над месторождениями УВ устанавливаются на большинстве объектов [1], так что отрицательные температурные аномалии над УВ-за-лежами могут быть использованы в качестве поискового признака.

Рис. 1. СТРУКТУРНАЯ ПОЗИЦИЯ И МОРФОЛОГИЯ БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА

1 - рифтовые впадины (цифры в кружках): 1 - Бусингольская, 2 - Дархатская, 3 -Хубсутульская, 4-Тункинская, 5-Южно-Байкальская, 6-Северо-Байкальская, 7-Баргузинская, 8 - Верхнеангарская, 9 - Ципинская, 10 - Баунтовская, 11 - Муй-ская, 12-Чарская, 13-Токкинская; 2 - разломы разной кинематики; 3-вулканические поля; 4 - изогипса исходной поверхности выравнивания; 5 - граница Сибирской платформы и Саяно-Байкальского подвижного пояса; 6 - Тувино-Монго-льский микроконтинент; 7 - Муйский террейн; 8 - восточная часть Болнайского сдвига, обновленная землетрясением 1905 г.

ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЕГАЗОНОСИОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ГРР

Рис. 2. СХЕМА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЧИТИНСКОЙ ОБЛАСТИ

1 - выступы кристаллического фундамента (западная часть Алданского щита);

2 - прогибы и грабены позднего докембрия; 3 - Кодаро-Удоканский рифтоген-ный прогиб

5. Наличие прямых источников УВ (нефтематеринских пород) в Чарской впадине в виде метанонос-ных углей в ее основании (рис. 3), а также углеродистых и графитизи-рованных отложений в низах разреза удоканской серии.

В формировании УВ-сырья принимает участие и местное ОВ впадины, в том числе прослои бурых углей миоцена (механохимиче-ская природа метанообразования в активных зонах деструкции).

6. Широкое распространение надвигов в рассматриваемом районе (см. рис. 2), фронты которых имеют сложное чешуйчатое и блоковое строение, блоковый раздробленный преимущественно гранитоидный фундамент с мощной корой выветривания. Большинство крупных УВ-скоплений связаны с чередованием блоков разного напряженного состояния (с дополнительным горизонтальным сжатием) глубинных зон литосферы (Булин Н.К., Наливкин В.Д., 1999). В этих зонах создаются мощные электромагнитные и тепловые поля, способствующие высвобождению энергии неспа-ренных и гидратированных электронов (под действием эмиссии электронов деструктивной среды) и значительно усиливающие преобразование местного ОВ, о чем свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные (Трофи-мук А.А., Черский Н.В., Царев В.П., СорокоТ.И., 1981), причем выход УВ имеет взрывной характер. Геодинамический режим в Чарской впадине также был неоднородным, как и во всей Байкальской рифтовой зоне.

Нелинейность распределения физических свойств горных пород по вертикали, чередование зон уплотнения и разуплотнения, имеющее волновой характер, значительно расширяют глубины возможного образования нефти и газа, что уже подтверждают результаты сверхглубокого бурения.

О1Ь АМО САБ РОТЕМТ]АЬ ЛИР БиВБТАКПАТЮМ ОР EXPLORATJON TRENDS

7. Особенное положение Чар-ской впадины: являясь термальной, она внедряется в тело Сибирского кратона (наиболее перспективного на УВ-сырье) на западной окраине Алданского щита (см. рис. 1), рассекая косо структуры фундамента кратона.

8. Имеется немало примеров промышленной нефтегазоносности в межгорных мезо-кайнозойских впадинах (Китай, Скалистые горы, Венесуэла и др.), в том числе и в неморских фациях. Отметим, что возможность образования нефти в суб-аквальных континентальных условиях была признана официально еще в 1958 г. на Всесоюзном совещании по проблеме происхождения нефти (Самсонов В.В., 1963).

Изложенное позволяет оценить ресурсы УВ-сырья в Чарской впадине исходя из следующего: специалистами ИПКОН РАН ресурсы природного газа (свободный, сорбированный, связанный) на угольном месторождении Апсат оценены в 160-180 млрд м3 (гидрогеологические исследования на месторождении нередко фиксируют самоизлив скважин, сопровождаемый выбросами метана; воды слабосолоноватые с минерализацией до 3,9 г/л.). Площадь месторождения составляет 100 км2, мощность угольных пластов до 12 м и более с высокой плотностью ресурсов метана рабочих угольных пластов. Площадь юрско-мелового угленосного бассейна была значительно большей, занимая территорию современной Чарской впадины. Последующие дифференцированные подвижки привели к захоронению угленосных толщ на дне Чарской котловины и их площадь составляет не менее 700 км2; объем и качество продуктивных накоплений не ниже, чем на Апсате, о чем свидетельствуют палеогеографические построения и прямой выход угленосных толщ значительно

восточнее (месторождение Читкан-да) в пределах Верхнекаларского грабена (см. рис. 2).

Сопоставление продуктивности Апсата и его площади с таковыми дна Чарской котловины позволяет оценить ресурсы последней на природный свободный газ не менее чем в 1 трлн м3. Деструкция же и метаморфизм углей и угленосных толщ (закрытая система) приводят к усилению генерации УВ и многократному увеличению объемов сырья с его накоплением в ослабленных зонах и коллекторах.

В зонах субвертикальной деструкции (флюидомиграции) идут интенсивно процессы метасоматиче-ских преобразований с формированием вторичных коллекторов; меняются фильтрационно-емкостные свойства пород в связи с активизацией тектонических процессов, причем коллекторы могут стать покрышками и наоборот.

Собственно перспективы нефти в Чарской депрессии более скромные, в пределах среднего месторождения, что находит под-

тверждение на примере Усть-Се-ленгинской впадины Байкальского рифта [4]. Продуктивными отложениями на нефть в депрессии могут быть подугленосные накопления и кора выветривания гранито-идного фундамента с его трещин-но-каверновыми вторичными коллекторами.

Связь УВ-сырья с угленосными отложениями известна для многих бассейнов (например, прямые выса-чивания нефти в угольных шахтах Кизеловского бассейна Урала). Отметим, что И.М.Губкин ставил вопрос о поисках нефти в подугленос-ных толщах Кузбасса еще в 30-е гг.; не снят этот вопрос и по сей день. Отметим, что ОВ ископаемых углей является источником нефтяных УВ, которые легко выделяются даже при непродолжительном тепловом воздействии.

Наиболее распространенными типами ловушек нефти и газа в Чар-ской впадине на основании вибросейсмических работ могут быть тектонически и литологически экранированные (рис. 4). Не исключаются

Рис. 3. СХЕМА СТРОЕНИЯ ЧАРСКОИ КОТЛОВИНЫ

СВ

„ Апсат

ЮВ

г0

1 2

-3 -4

I, км

1 - нерасчлененные отложения кайнозоя; 2- угленосные образования мезозоя; 3 -породы удоканского комплекса; 4 - породы основного состава; 5 - кодарский комплекс гранитоидов; 6 - метаморфические образования куандинского комплекса; 7 -главная разрывная зона; 8 - листрические разломы

ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ГРР

и стратиграфически экранированные ловушки, связанные с несогласиями при смене тектонического режима. Показателен, например, эпизод сжатия на границе миоцена и плиоцена, имевший переломное значение для всей истории Байкальского рифта (Логачев H.A., 2003).

Региональным флюидоупором наряду с местными покрышками является многолетняя мерзлота мощностью до 500 м. Наличие последней не исключает нахождение в подмерзлотных толщах Чарской впадины газогидратов (новое, еще не востребованное энергетическое сырье), широко распространенных

в котловине оз.Байкал и установленных в осадках пресноводного бассейна впервые в мире (Кузьмин М.И. и др., 1998).

Ресурсная оценка мерзлотной аккумуляции и промышленной значимости газоносности криолитозо-ны регионов Крайнего Севера России, генетически и физически связанной с угленосными и субугленосными автономными газогенери-рующими осадочно-породными системами, приведена в работе [3].

Исключительная подвижность УВ-сырья и мобильность нефтяных флюидодинамических систем, быстрый рост и высокая скорость на-

копления УВ, особенно в сейсмоактивных зонах (Соколов Б.А., 1994), позволяют говорить о возобновляе-мости этого вида сырья, в том числе и в Чарской депрессии. Так, в Усть-Селенгинской впадине ежегодная эманация метана составляет около 20 млн м3 только в виде про-парин во льду, а количество выделяющейся нефти на юго-восточном побережье оз.Байкал оценивается в 500 т/год [2].

Связь Чарской впадины с глубинными мантийными источниками подтверждается высокими содержаниями гелия (> 1 %) в источнике "Кислый ключ" (Некрасов Н.И., 1966).

Рис. 4. ДЕТАЛИ ВИБРОСЕИСМОПРОФИЛЕИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЧАРСКОИ ВПАДИНЫ

ЮЮВ ССЗ

5400 7800 10200 12600 15530 17400 19800 22200 24600

9900 11400 13800 16200 18600 21600 23400 25800 28200 30600

OIL AND GAS POTENTIAL AND SUBSTANTIATION OF EXPLORATION TRENDS

Последний можно рассматривать как попутное сырье при добыче УВ. В сейсмически активных зонах имеются и прямые наблюдения восходящих потоков природных газов (в том числе метана), особенно интенсивные в эпицентре событий.

Высокая реакционная способность нефтяных флюидодинамиче-ских систем (особенно при повышенных температурах) вносит корректировку в вопрос о коллекторах нефти вообще и в Чарской впадине в частности, что отвечает бытующему мнению среди нефтяников — "нефть сама создает себе коллекторы" в напряженно-деформированных зонах.

Таким образом, перспективы Чарской впадины на УВ-сырье исходят из ее геодинамических и структурно-тектонических особенностей. Геодинамический механизм способствует генерации сырья, созданию зон разуплотнения, фильтрацион-но-емкостных свойств (первичные и вторичные коллекторы) в полном объеме и образованию малоразмерных структурно-тектонических ловушек, имеющих дискретно-мозаичное площадное распределение.

Учитывая, что на севере Забайкалья предстоят полномасштабные работы по созданию мощного территориально-промышленного комплекса (в регионе имеются уникальные месторождения меди (Удокан), ванадийсодержащего титаномагне-титового сырья и платиноидов (Чина), редкоземельных элементов и криолита (Катугино), сынныритов (Саку и др.), УВ будут востребованы не только в местных целях, но и

могут стать сырьем для создания здесь собственно нефтехимической отрасли. Следует обратить внимание на высокое содержание гелия в северо-западном борту Чарской впадины (источник "Кислый ключ"), который может стать объектом попутной добычи.

Установлено, что планетарные запасы и ресурсы высококачественного газогелиевого сырья с содержанием гелия более 0,1 % связаны с газопродуктивностью древних платформ (Якуцени В.П., 2001). Отмечается, что на юге Сибирской платформы, окаймленной Байкальским рифтом, сосредоточены практически все запасы и ресурсы природных гелийсодержащих газов не только России, но и всего Евразийского континента.

Наиболее перспективными участками Чарской впадины на УВ-сы-рье с попутным гелием являются особо напряженные локальные участки (узлы) глубинной субвертикальной разломной зоны сочленения депрессии с плечами рифта и наиболее погруженные участки раздробленного дна впадины (см. рис. 4), включая кору выветривания грани-тоидного фундамента.

Определенными перспективами обладает и северная часть Верх-некаларского грабена, в районе Читкандинского угольного бассейна (см. рис. 2). Нефтегазопроизво-дящей формацией здесь могут быть юрско-меловые угленосные отложения и морские образования венда и раннего палеозоя, представляющие здесь южный край Сибир-

ской платформы. Перспективна и наиболее напряженная (западная) часть Березовского прогиба (см. рис. 2) как краевая платформенная депрессия с шарьяжно-надвиговы-ми структурами. Отметим, что в аналогичных структурах Якутии известна газоконденсатная залежь на Бысахтахской площади (Микулен-ко К.И., Тимиршин К.В., 1997).

Изложенное позволяет заключить, что термальная Чарская впадина Байкальской рифтовой зоны является вторым после Усть-Селен-гинской крупным вместилищем УВ-сырья.

Aumepamypa

1. Бембель P.M., Бембель С.Р., Мегеря В.М. Геосолитонная природа субвертикальных зон деструкции // Геофизика. - 2001. - С. 36-50.

2. Исаев В.П., Коновалова Н.Г., Михеев П.В. Природные газы Байкала // Геология и геофизика. — 2002. — Т. 43, № 7. — С. 638-643.

3. Клейменов В.Ф., Качалов Ю.М. Газоносность криолитозоны регионов Крайнего Севера России, экологические аспекты ее изучения // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2002. — № 3. — С. 260-265.

4. Новые данные о нефтегазонос-ности Байкала / В.И.Сизых, А.А.Дзюба, В.П.Исаев и др. //Докл. РАН. — 2003. — Т. 389, № 2. — С. 227-230.

5. Трофимов В.А., Корчагин В.И. Нефтеподводящие каналы: пространственное положение, методы обнаружения и способы их активизации // Георесурсы. — 2002. — № 1. — C. 18-23.

©В.С.Салихов, 2003

From the view of high dynamic activity and a leading role of dynamic stresses in oil and gas formation processes, HC generation in active local spatial timely seismotectonic zones under significant vertical migration of HC raw material and multistaged process of its formation, oil and gas potential prospects of Charsky trough are considered.

It is shown that geodynamic mechanism favours to HC generation, disconsolidation zones formation, rock-fluid system and structural-tectonic traps, and the Charsky trough is the second, after Ust-Selenga, powerful centre of HC generation in Baikal rift zone.