О СВЯЗИ ЛОКАЛИЗОВАННЫХ ЛИТОСФЕРНЫХ ПОТОКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ с СЕЙСМОГЕННЫМИ ЗОНАМИ И СОВРЕМЕННОЙ МОРФОСТРУКТУРОЙ
3.1. Дилатансионная модель миграции углеводородов в литосфере
За последнее десятилетие в научной литературе стал прослеживаться интерес к изучению связи между геохимическими процессами в земной коре и сейсмическими явлениями. Выдвигались гипотезы о влиянии геохимических факторов на сейсмичность (Вольфеон. 1978; Киссин, 1980) и сейсмичности на геохимические процессы (Царев и др., 1980). Опубликовано много материалов о геохимических аномалиях, связанных с миграцией глубинных флюидов в сейсмоактивных областях в ходе подготовки и свершения землетрясения (Войтов, Гречухина, 1980; Осика, 1981; Gold, 1979; Современные движения ..., 1987). Указывалось на пространственную связь зон высокой сейсмичности с месторождениями уг леводородов и других полезных ископаемых (Libby, Libby, 1974). Выдвигались гипотезы о влиянии сейсмической активности на размещение как отдельных залежей углеводородов (Талиев, 1976), так и крупных зон нефтегазонакопления (Черский, Царев, 1978; Кузнецов и др., 1981).
Современные представления об очаге землетрясения (Райс, 1982; Brady, 1974) позволяют полагать, что эволюция очага - это геологический механизм, способствующий формированию флюидогенных месторождений полезных ископаемых разного генезиса и состава. Можно указать, например, на такие благоприятные для концентрации вещества факторы, действующие в очаге землетрясения, как возникновение и миграция вдоль разлома зоны неупругого увеличения объема горных пород за счет высокой трещиноватости (дилатансионной зоны), резкий рост проницаемости пород в участках локальных деформаций, а также стимулирующая роль влагопереноса в развитии этих явлений. Освобождение огромного количества упругой энергии, расходуемой на создание зон дробления пород и мобилизацию вещества, быстрое открытие и закрытие трещин, локализация, стадийность, периодичность этих явлений обеспечивают направленный перенос флюидов в одну и ту же зону разгрузки и концентрации и предохраняют вещество от полного рассеяния в процессе миграции. При этом в процессе могут участвовать как глубинные, так и инфильтра-ционные флюиды, связанные и не связанные непосредственно с магматизмом и вулканизмом.
Следствием этих положений является существование закономерной связи палеосейсмических явлений с месторождениями ф^.юидогенных полезных ископаемых различного генезиса. Такая связь, например, устанавливалась при изучении сейсмогенной трещиноватости и других палеосейсмических факторов в нефтегазоносных районах (Микуленко, 1981; Григорьев и др., 1982).
В последние годы развиваются представления об активной вторичной флюидизации как факторе изменения напряженного состояния в земной коре, деформации горных пород, возникновения аномально высоких пластовых давлений (К.А. Аникиев, Б.М. Валяев, П.Н. Кропоткин, В.Ф. Линецкий и др.). Разрабатываются модели очага землетрясений с участием флюидов (М.А. Садовский, В.И. Кейлис-Борок, И.Г. Киссин, Т. Голд и др.). Проблема флюидизированных очагов землетрясений и их роли в глубинной дегазации земли рассмотрена Б.М. Валяевым (1987).
Любое проявление тектонической активизации сопровождается сейсмическими явлениями, особенно на участках дизъюнктивных нарушений. Движению углеводородных флюидов и вытеснению ими воды из коллекторских пород способствуют разрывы сплошности пород протяженностью в десятки и сотни километров, связанные с этим гидравлические и возникновение аномальных давлений (Линецкий, 1974). Д.Г. Осика (1986) на примере альпийской складчатой области, Т. Голд (Gold, 1979) на примерах различных регионов мира показали усиление выделения из недр горючих газов в связи с землетрясениями.
Таким образом, известно большое количество данных, позволяющих предполагать важную роль геодинамической энергии в организации литосферных потоков углеводородов и связывать немагматические очаги возникновения этих потоков (в первую очередь локализованных) с очагами землетрясений.
Т. Голд (1986) предложил модель направленного прерывистого движения больших масс флюидов из локализованных очагов в зонах генерации в зоны разгрузки. Этот механизм связан с созданием на глубине разуплотненных трещиноватых зон - доменов, в которые внедряются под большим давлением массы флюидов. Постепенно в кровле домена давления достигают величин, разрывающих прочность пород, что вызывает миграцию домена вверх. В подошве домена давление снижается и поры закрываются. Такое “скачкообразное” движение флюидонасыщенной зоны вверх сопровождается разрядкой тектонических напряжений, что влечет за собой сейсмические явления. Движение флюидонасыщенной разуплотненной зоны в окружении слабопроницаемых пород предохраняет флюид от рассеивания. Модель Т. Голда хорошо согласуется с дилатансионными моделями очагов землетрясений (Жарков, 1983).
Флюидизированный очаг землетрясения в области высоких температур может быть мощным реактором образования углеводородов в зоне конверсии по иоликонденсационному механизму (Руденко, Кулакова, 1986). Этот процесс, сопровождающийся дегазацией - выносом летучих продуктов из зоны реакции, будет проходить с поглощением энергии сейсмических процессов и энергии тепла Земли, которые превращаются в химическую энергию углеводородов и кинетическую энергию их потоков. Размеры очагов землетрясений могут достигать десятков километров, что указывает на возможность существования доменов большого объема.
Разрядка тектонических напряжений, с которой связан переход флюидизированного домена на новый уровень, сейсмические явления имеют место, как правило, на больших глубинах ниже границы географической оболочки. На глубинах до 10 км нарастание давления во флюидизированном очаге может не приводить к разрыву сплошности пород, но создает гидравлические эффекты, с которыми, возможно, связаны локальные поднятия или опускания мелких блоков земной коры. Флюидодинамическая гипотеза новейших движений рассмотрена А.А. Никоновым (1979).
Реальные флюиды, находящиеся в условиях домена, поднимающегося из высокотемпературных зон литосферы,- это газогидротермальные системы, способные при высоких температурах растворять углеводороды в неограниченных количествах (Чека-люк, Филяс, 1977). Вместе с углеводородами в этих системах, если они связаны с глубинной дегазацией, должны находиться такие химические элементы, как гелий, ртуть, водород и др. Эти системы в тупиковых зонах миграционных потоков на термодинамических барьерах и создают крупные залежи углеводородов (см. рис. 4).
Таким образом, дилатансионная модель локализованных потоков углеводородов в литосфере объясняет как механизм их движения из глубоких недр, так и геологические явления, сопровождающие эти потоки: активизацию локальных современных и новейших тектонических движений, усиление тепловых потоков, газо-гидротермальную деятельность, палеосейсмические признаки в геологическом разрезе, создание аномальных пластовых давлений, присутствие глубинных геохимических спутников углеводородов (ртути, гелия, водорода и др.). Наиболее благоприятные условия для возникновения зон разуплотнения, обеспечивающих продвижение больших масс углеводородных флюидов, создаются в зонах растяжения земной коры, что также согласуется с распределением крупнейших месторождений нефти и газа на. Земле.
Главное следствие изложенной гипотезы - глобальная генетическая связь локализованных литосферных потоков углеводородов с сейсмическим процессом. Если такая связь действительно существует, то должен существовать и общий механизм, контролирующий проявления сейсмичности и размещение крупнейших месторождений нефти и газа на Земле. Весьма вероятно, что эти общим механизмом служит процесс возникновения очаговых зон землетрясений. Такие зоны одновременно могут стать реакторами для образования углеводородных флюидов, массы которых устремляются вверх по открывающимся каналам.
Из этой гипотезы не следует приуроченность нефтяных и газовых месторождений к эпицентрам современных землетрясений Современные землетрясения происходят, в основном, в орогенных областях, где условия для образования и сохранения скоплений углеводородов весьма неблагоприятны. Кроме того, нефтяные и газовые месторождения - это следствия углеводородных потоков прошлых геологических эпох, хотя, и не столь давних.
Вместе с тем, сейсмические явления в нефтегазоносных областях встречая.тся довольно часто. Известно, что признаки палеосейсмчности в разрезе (трещины, оползни и т.д.) служат одним из поисковых критериев нефтегазоносности (Микуленко, 1981, Григорьев и др., 1982). Современные землетрясения в нефтегазоносных бассейнах наблюдаются не только в сейсмоактивных регионах кайнозойской складчатости (например, Анды. Калифорния, Кавказ, и другие) но и на древних и молодых илатфрмах (Волго-Уральский, Западно-Сибирский, Амударьинский и другие нефтегазоносные бассейны).
Доказательством генетической связи потоков углеводородов в литосфере с сейсмичностью может служить предсказание зон крупного нефтегазонакопления на основе установленных закономерностей сейсмического процесса. Эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах.
