2.6.1.2 Геологические тела

Среди геологических объектов большинством исследователей выделяются следующие уровни организации: минералы, породы, геологические формации, геосферы, планеты. Геологические тела каждого уровня являются (или считаются) телами-системами, т.е. совокупностями взаимосвязанных элементов, находящихся в определенных устойчивых отношениях.

Исходя из положений системного анализа, каждая система обладает признаком, присущим только ей и отличающим данную систему от других уровней организации, в том числе и от механической совокупности слагающих ее элементов. Наиболее распространенный пример, иллюстрирующий положение - самолет (система) и куча слагающих его деталей, которые не могут летать, не будучи собранными в определенном порядке.

Наиболее важное качество (свойство), определяющее систему, называется эмерджентным. Эмерджентное свойство самолета (системы) - способность летать, слагающие его элементы по отдельности или неправильно собранные (нарушенная структура системы) летать не могут.

Эмерджентные свойства минерального и породного уровня геологических тел однозначно определяются составом и строением пород и минералов. Эмерджентные же свойства тел следующего, надпородного уровня организации, не столь очевидны. Термин "геологическая формация", с которым большинство исследователей связывают надпородный уровень организации, понимается далеко не однозначно, а эмерджентные свойства тел этого уровня в геологической литературе практически не рассматриваются. Существует 114 определений "формации", описано 983 их разновидности. Поэтому справедливы предложения многих исследователей о целесообразности замены термина "формация" более узкими и однозначными терминами, используемыми для описания специфических черт выделяемых породных комплексов.

Данный вопрос детально рассматривается в связи с тем, что объектом изучения сейсмостратиграфии являются геологические тела надпородного уровня организации. Эмерджентные свойства геологических тел надпородного уровня - взаимосвязь слагающих их элементов, или членов, в нашем случае - слоев и пластов осадочных горных пород, может определяться только общностью их образования, или парагенезисом.

Для осадочных толщ характерна цикличность строения, обусловленная периодическими изменениями условий осадконакопления, повторяющимися через определенные промежутки времени. В цикличности скрыт ключ к познанию упорядоченности строения осадочных толщ и выделению парагенетических ассоциаций пород, т.е. тел-систем. Эта процедура завершает изучение строения осадочно-породного бассейна и немыслима без предшествующих детальных стратиграфических и литологических исследований. Главным ее содержанием является прогноз свойств осадочных комплексов в еще не изученных частях бассейна для поисков различных полезных ископаемых.

Периодичность процесса седиментации обусловлена, в первую очередь, циклическими колебаниями уровня моря или Мирового океана. При трансгрессии (наступлении моря на сушу) в некотором участке земной коры (бассейне) может создаться седиментационная емкость, которая заполнится осадками. При стабильных условиях этот бассейн может полностью заполниться осадками и превратиться в сушу, т.е. произойдет наступление суши на море (регрессия) за счет заполнения седиментационной емкости бассейна осадками. Это трансгрессивно-регрессивный режим развития седиментационного бассейна, который является основным при накоплении осадочных комплексов.

Предложенная идеализированная схема - поднятие уровня моря, создание седиментационной емкости и заполнение ее осадками, несмотря на многообразие причин, вызывающих трансгрессии и регрессии (космические, климатические, эвстатические, эпейрогенические, седиментологические и т.п.), является единственно возможной для формирования в осадочных разрезах устойчиво повторяющихся и генетически обусловленных наборов пород, или циклитов (сиквенсов).

Таким образом, циклит – генетически связанный набор пород, формирование которого обусловлено последовательно изменяющимися и повторяющимися условиями осадконакопления. На границах циклитов формируются трансгрессивные несогласия, переходящие в глубоководных зонах в границы согласного залегания пород. Сейсмоциклит – отображение циклита в сейсмическом волновом поле.

Большинство осадочных разрезов построено как наборы циклитов, сформировавшихся при трансгрессивно-регрессивном режиме развития седиментационных бассейнов. Но в разных частях бассейна условия осадконакопления были различными - в течение одного цикла седиментации на континенте накапливались преимущество песчаные породы с прослоями углей, в прибрежной части моря - мощные песчаные толщи и морские глины, в глубоководных условиях - глубоководные морские глины небольшой мощности. Изменение строения (структуры) циклита в разных фациальных зонах можно называть дивергенцией, однако возможно использование и термина конвергенция, если иметь в виду сближение структурных признаков циклитов, связанных с разными режимами цикличности.

На рис. 2.17 приведена схема строения единичного циклита, формирующегося в относительно глубоководном (300-500 м) морском бассейне в условиях трансгрессивно-регрессивного режима его развития. Такие циклиты являются типичными неокома ЗС. В строении циклита выделяется три морфологические зоны, получившие широко распространенное название (по Дж.Ричу, 1951 г.): ундаформа, клиноформа, фондоформа. Ундаформа, таким образом, это верхняя, субгоризонтальная, мелководная зона косослоистого тела, клиноформа - его склон, фондоформа - нижняя, субгоризонтальная глубоководная часть. Если рассматривать указанные зоны не в разрезе, а в объеме, то следует использовать термины ундатема, клинотема и фондотема.

Рис. 2.17 Строение циклита, формирующегося в относительно глубоководном бассейне в условиях трансгрессивно-регрессивного режима седиментации

А – палеогеологический разрез и структурные типы циклитов; Б – хроно-профиль; В – условная кривая скоростей седиментации

1 - битуминозные глины; 2 - глины; 3 - пески; 4 - фациальные замещения; 5 - стратиграфические несогласия (перерыв седиментации); 6 - типы разрезов: а – со стратиграфическими несогласиями за счет непоступления осадков (дефициентные), б – полные (перфектные) разрезы, в – с несогласиями за счет проноса и размыва осадков (транзиентные). Морфологические элементы: а – фондоформа, б – клиноформа, в – ундаформа.

1. Ундаформная зона (или ундатема) представлена мелководными и субконтинентальными осадками мощностью от первых десятков до 100 м. В мелководно-морской зоне разрез циклита включает (снизу вверх) маломощные базальные (инициально-трансгрессивные) песчаные слои, трансгрессивную глинистую пачку и песчаный (регрессивный) пласт сложного строения. В восточном направлении, на континенте разрез циклита сложен преимущественно пляжево-баровыми песчаниками трансгрессирующего на континент моря. Регрессивным слоям в этой зоне отвечает фаза перерыва в седиментации, обусловленная проносом (транзитом) терригенного материала в морской бассейн.

2. Клиноформная зона (клинотема) характеризуется возрастанием общих толщин осадков до 300-500 м, причем наиболее резко увеличивается мощность регрессивной его части. В этой морфологической зоне осадки наращивают мелководные шельфовые террасы, частично сбрасываясь с них вниз по склону оползнями и мутьевыми потоками (турбидитами). Здесь происходят наиболее резкие изменения литологического состава - песчаные пласты замещаются глинами на бровке палеошельфа. У подножий мелководных (до 200 м) шельфовых террас накапливаются песчано-глинистые осадки мутьевых потоков (турбидиты), подводнооползневые тела. В этой зоне строение циклита является наиболее сложным, а разрезы - максимально полными (перфектными).

3. Фондоформная зона (фондотема) является наиболее глубоководной и удаленной от источников сноса. Здесь осадки циклита, особенно инициально-трансгрессивная часть, изобилуют несогласиями из-за ненакопления осадков, приобретают тонкоотмученный глинистый и глинисто-органогенный состав за счет осаждения остатков организмов, количество которых часто соизмеримо с количеством поступающего с континента терригенного материала.

Трансгрессивно-регрессивный режим седиментации вызывает направленное перемещение фациальных зон от морского бассейна в сторону континента (при трансгрессии) и, наоборот - от континента в сторону бассейна при регрессии. Этим определяется непрерывность формирования внутренних элементов циклита - пластов песчаных пород (резервуаров) и глин (экранов, покрышек) во времени.

При следующей трансгрессии происходит наложение на рассмотренный циклит осадков более молодого цикла седиментации, причем в зависимости от масштабов трансгрессии и активности сноса материала в бассейн осадконакопления могло происходить наложение на глубоководные осадки более мелководных, и наоборот.

При трансгрессии, в связи с повышением уровня моря, возможен размыв осадков в мелководной и континентальной частях предшествующего циклита. Глубоководные и шельфовые морские осадки при последующей трансгрессии сохранялись от размыва, т.к. располагались ниже уровня действия волн.

Таким образом, в континентальной и прибрежно-морской частях циклитов, на их границах, возникали трансгрессивные несогласия, которые в сторону бассейна сменялись согласными границами. На границах циклитов залегают трансгрессивные глинистые пачки, имеющие выдержанный состав и толщины. Тонкоотмученные морские глины обладают, как правило, пониженными акустическими жесткостями. Благодаря этому границы циклитов находят адекватное отображение в волновом сейсмическом поле. Эти циклиты трансгрессивно-регрессивного режима являются полным эквивалентом упомянутых выше сиквенсов (Sequences) в американской терминологии. Сейсмическое отображение циклитов - сейсмоциклиты (сейсмосиквенсы).

В 60-х и даже 70-х годах в отечественной геологии доминировали представления о постоянстве уровня Мирового океана в прошлые геологические эпохи, а явления трансгрессии и регрессии объяснялись колебательными движениями земной коры, имеющими индивидуальность в разных регионах и даже в отдельных их частях (А.Л. Яншин, 1973 г.). Естественно, что с теоретических позиций попытки выделения глобальных и даже региональных седиментационных циклов представлялись необоснованными. Последующими геологическими исследованиями, главным образом, по материалам глубоководного океанического бурения, было доказано существование синхронных эвстатических колебаний уровня Мирового океана. Это способствовало возрождению и дальнейшему развитию популярных еще в XIX в. (Э. Зюсс) взглядов на эвстатическую природу крупной цикличности.

Признание эвстазии имеет большое методологическое значение для стратиграфии, позволяя проводить межрегиональную синхронизацию различных по составу отложений и прослеживать глобальные маркирующие горизонты. Основной причиной эвстатических колебаний уровня Мирового океана являются глобальные тектонические процессы, точнее, спрединг литосферных плит и изменение объема серединно-океанических хребтов. В. Питменом (1979 г.) установлена прямая связь между скоростью раздвижения литосферных плит и скоростью подъема уровня Мирового океана.

Для отдельных регионов имеет значение выявление региональных циклов колебания уровня моря. Если изменения режима морской седиментации, указывающие на колебания глубин бассейна, можно проследить в масштабах региона в целом, независимо от тектонических структур, таких, как крупные прогибы и поднятия, контролирующие распределение мощностей и фаций осадков, то предположение об эвстатической природе трансгрессий является правдоподобным.

От крупных (глобальных и региональных) циклов и соответствующих им породных комплексов необходим переход к более мелким (субрегиональным, зональным и локальным) циклам и комплексам (циклитам), обоснование границ которых должно проводиться по комплексу геолого-геофизических методов.

Парагенетическая связь элементов циклитов обусловлена законом миграции фаций, известном как закон Головкинского-Вальтера. Суть его заключается в следующем: вертикальная последовательность пород в разрезе (в объеме одного седиментационного цикла) повторяет латеральное расположение фациальных зон вкрест простирания береговой линии бассейна.

Данное положение лежит в основе упоминавшейся выше сиквенс-стратиграфии. При корреляции разрезов используют разные принципы. Самый простой, но не самый правильный, это корреляция изучаемых разрезов исходя из принципа совпадения литологии и соблюдения мощностей коррелируемых стратонов (стратон – часть разреза, стратиграфическое подразделение – свита, подсвита, пачка и т.п.). При таком подходе песчаный пласт коррелируют с песчаным пластом, глину – с глиной, главное, чтобы коррелируемые единицы разреза были похожи по форме каротажных кривых и литологии и располагались примерно на одних расстояниях от какого-либо репера. Это традиционный подход, чаще всего используемый при решении практических задач нефтегазовой геологии. Пример такой «литостратиграфической» корреляции показан на рис. 2.18а. На рис. 2.18б показан пример сиквенс-стратиграфической корреляции, которая выполнена на основе детальных стратиграфических исследований, включающих методы лито-, био-, сейсмостратиграфии. Примерно так, как на этом рисунке, изменилась корреляция отложений неокома ЗС по клиноформной модели А.Л. Наумова.

а

б

Рис. 2.18 Примеры различных подходов к корреляции разрезов: а) литостратиграфическая корреляция, основанная на подобии форм кривой каротажа и литологии пород (зернистость, сортировка, содержание глинистой компоненты) по керну; б) сиквенс-стратиграфическая корреляция, основанная на изучении керна, каротажа, сейсмических разрезов, биостратиграфии и вариаций уровня моря

Но сиквенс-стратиграфия может использоваться не всегда. Ф. Петтиджон, П. Поттер и Р. Сивер (1976 г.), рассматривая практическую реализацию этого закона, отмечают: для эффективного прогноза размещения песчаных тел (резервуаров) требуется знание седиментационного простирания, сохранение общей схемы палеогеографической зональности в течение процесса миграции фаций, прямолинейность фациальных зон, отсутствие значительной эрозии осадков. Указанные авторы выделяют два гипотетических случая (рис. 2.19): разрезы с унаследованностью, или «памятью» (рис. 2.19а) и разрезы с отсутствием памяти и распределение обстановок осадконакопления по площади по случайной схеме (типа «лоскутного одеяла») – см. рис. 2.19б. В первом случае имеются условия, благоприятные для прогноза: закономерный седиментационный тренд, прямолинейные границы фациальных зон, отсутствие эрозии осадков. Во втором случае четкий седиментационный тренд отсутствует, наблюдаются значительные перерывы (из вертикального разреза выпадают зоны В и С).

Рис. 2.19 Сопоставление закономерного (а) и случайного (типа "лоскутного одеяла") (б) размещения литолого-фациальных зон и их последовательности в разрезах (точки Х и Х^I) при трансгрессии слева направо. По Ф. Петтиджону, П. Поттеру, Р. Сиверу, 1976

Перейдя от условных схем к реальным обстановкам осадконакопления, отметим, что первый случай отвечает морскому режиму седиментации, второй – континентальным либо субконтинентальным обстановкам осадконакопления. Достоверность прогноза распространения осадочных тел в таких фациальных условиях является крайне низкой, в морских же (шельфовых) обстановках – высокой. Режимом осадконакопления определяется возможность и успешность применения сиквенс-стратиграфического подхода.