Реферат: Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4
Введение
Урал — общепризнанный мировой эталон палеозойских подвижных
поясов, выдающаяся рудная провинция мира с классическими месторождениями черных
и цветных металлов. Именно здесь, в старейшем горнорудном районе Среднего
Урала в пределах западного крыла Тагильского прогиба, являющегося генотипической
эвгеосинклинальной зоной, была заложена Уральская сверхглубокая скважина СГ-4
проектной глубиной 15000 м. Немаловажное значение при выборе места заложения
имела хорошая геолого-геофизическая подготовленность района бурения. Точка
заложения СГ-4 находится вблизи пересечения региональных профилей ГСЗ.
Бурение СГ-4 начато 15 июня 1985 г опережающим стволом
диаметром 215 мм скважина достигала глубины 4008 м. При этом бурение интервала
34—4008 м осуществлялось с непрерывным отбором керна, средний выход которого
составил 64,2%. С целью преодоления возникших в процессе проходки
опережающего ствола геологических осложнений (сильное кавернообразование,
интенсивное возрастание зенитного угла) произведено формирование ствола
диаметром 390 мм с последующим перекрытием интервала 0— 3942 м обсадной
колонной диаметром 426 мм. В 1990 г. на скважине закончен монтаж буровой
установки Уралмаш-15000, предназначенный для бурения до глубины 15 км, и
продолжено дальнейшее углубление ствола. На 01.01.1999 г. глубина СГ-4 составила
5401 м.
1 Геологическое строение
района заложения скважины СГ-4
Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4), расположенная
в 5 км западнее г. В. Тура Свердловской области, бурится с целью изучения
земной коры в типичной структуре эвгеосинклинального типа развития. Проектная
глубина скважины 15 км, бурение было остановлено на глубине 4008 м (для
расширения ствола). В настоящее время глубина скважины около 5400 м. Бурение ведется
со сплошным отбором керна, выход керна около 64 %.
Район
бурения СГ-4 (рис.1) в геолого-структурном отношении отвечает среднеуральскому
сегменту Тагило-Магнитогорской мегазоны палеозойского подвижного пояса Урала. С
запада и востока она граничит соответственно с Западно-Уральской и
Восточно-Уральской мегазонами, имеющими в основании древний кристаллический
фундамент, тогда как в Тагило-Магнитогорской мегазоне он неизвестен. Западной
границей последней является Главный шов Урала, представляющий собой систему
параллельных надвигов восточного падения, по которой Тагило-Магнитогорская
мегазона надвинута на структуры Западно-Уральской мегазоны. Восточная граница
Тагило-Магнитогорской мегазоны проходит по надвигу западного падения (рис. 2).
Тагило-Магнитогорская мегазона традиционно рассматривается
как эталон структур эвгеосинклинального типа развития. Она сложена
преимущественно вулканогенными толщами силура—карбона. Образования,
предшествующие им по возрасту, известны в восточной части
Западно-Уральской мегазоны. Они представлены метаморфизованными в
зеленосланцевой фации вулканогенно-песчано-алеврито-глинистыми толщами верхнего
кембрия—ордовика. Вулканическая составляющая в низах разреза соответствует
трахибазальтовой формации (колпаковская свита, С3—O1), в
верхней части — базальтовой (выйская свита, 02-3).
В составе Тагило-Магнитогорской мегазоны на Среднем
Урале выделяются три зоны, различающиеся набором геологических формаций (с
запада на восток): Кумбинская, Центрально-Тагильская и Красноуральская.
В крайней западной части Кумбинской зоны развит сложный
по составу и строению комплекс эффузивных, субвулканических и гипабиссальных
пород, который ранее при обычном стратиграфическом подходе подразделялся на
диабазовую и кабанскую свиты, датируемые в интервале S1l1-2. В
первую объединяются породы базальтового состава, среди которых наряду с лавами
широко распространены интрузии в виде пакетов даек и силлов. Во второй,
развитой восточнее, с эффузивными и интрузивными базальтами ассоциируют кислые
породы, преимущественно в виде экструзий и субвулканических тел. С породами
лавовой фации перемежаются песчаники, алевролиты, кремнистые сланцы. Общая
мощность стратифицированных образований не менее 2000 м. Диабазовая и
кабанская свиты отнесены к формации натриевых базальтов—риолитов. В поле их
распространения располагается Арбатский массив (дунит-клинопироксенит-габбровая
и габбро-диорит-плагиогранитовая формации S1l),
отдельные мелкие тела габбро и плагиогранитов размещаются к западу и востоку от
него.
Восточнее кабанского комплекса, отделяясь от него разломом,
развиты отложения флишоидной толщи (S1l3-v21) — пара- и ортотуффиты, тефроиды алевролито-псаммитовой,
реже псефитовой размерности и кремнисто-глинистые сланцы. Характерна
темно-серая до черной окраска тонкообломочных пород, связанная с присутствием
рассеянных сульфидов. В составе пирокластики встречаются породы от базальтов до
дацитов. Мощность флишоидной толщи около 1000 м. Эта толща согласно
перекрывается именновской свитой, в составе которой выделяются две толщи.
Нижняя (S1l1-3-S1v22) имеет, как и нижележащая, флишоидный облик, но отличается
увеличенной долей туфов и тефроидов и их размерности, отсутствием обломков
дацитов. Ее мощность около 1500 м. Более молодой является толща с фауной
верхнего венлока—лудлова, сложенная тефроидами преимущественно псефитовой
размерности, иногда с грубой градационной слоистостью, с
базальт-андезибазальтовым составом пирокластики. В верхах этой толщи общей мощностью
до 2000 м обособляется пачка лав ( часто подушечных) того состава.
В полосе распространения именновской свиты выявлены
многочисленные субвулканические тела — остатки вулканических аппаратов
центрального типа, а также интрузии габбро и габбродиоритов (Тагильский
комплекс габбро-диорит-гранодиоритовой формации), по составу сходных с вмещающими
вулканическими породами. Именновский комплекс полностью отвечает определению
андезит-базальтовой формации и явился ее петротипом [Карта магматических формаций
СССР, 1974].
В Центрально-Тагильской зоне наиболее ранние образования
в осевой ее части представлены карбонатными отложениями венлока—лудлова, а в
западной части — гороблагодатской толщей (S2),
сложенной преимущественно туфоконгломератами, туфопесчаниками, реже туффитами
и туфами трахибазальтового состава, в подчиненном объеме лавами. Мощность
толщи 1650 м. Восточнее широкой полосой распространена туринская свита (S2p—D1l). Она сложена в основном подушечными лавами,
гиалокластитами, туфами, тефроидами трахиандезитового, трахитового, реже
базальтового и трахиандезибазальтового состава и в небольшом объеме
известняками. Мощность ее достигает 2—3 км. С вулканическими породами (выделяемыми
в формацию калиевых базальтов—трахитов) ассоциируют комагматичные субвулканические
тела, а также интрузии сиенитов Кушвинского и габбро Волковского массивов.
Фундаментом туринской свиты являются карбонатные отложения венлока и лудлова,
что и дает основание выделять самостоятельную Центрально-Тагильскую
структурно-формационную зону. Гороблагодатская толща в нижней части синхронна с
именновской свитой, в верхней — с туринской и рассматривается как фациальный
аналог этих свит, формировавшихся на стыке Кумбинской и Центрально-Тагильской
зон.
Разрез Центрально-Тагильской зоны завершается краснотурьинской
свитой (D1p-D2ef) вулканогенно-обломочных пород андезитового,
андезибазальтового, андезидацитового состава, перемежающихся с туффитами,
песчаниками, глинистыми сланцами, известняками. Вулканические образования этой
свиты соответствуют базальт-андезитовой формации.
В Красноуральской зоне наиболее ранний комплекс —
красноуральский, сопоставляемый по возрасту с кабанским. Однако он отличается
от последнего более широким набором пород, среди которых преобладают дациты и
андезидациты, что дает основание относить его к «непрерывной» базальт-андезит-риолитовой
формации. В качестве комагматичного ему рассматривается выделяемый под тем же
названием интрузивный комплекс габбро-диорит-плагиогранитовой формации.
Предположительно более молодой
(S1l3—v2)
является толща пород под названием липовской (по горе Липовой, где она хорошо
обнажена). Границы ее с окружающими образованиями в плане проходят по разломам.
В составе толщи, имеющей мощность до 2,5 км, ассоциируют высокомагнезиальная
бонинитовая серия и нормальная известково-щелочная, представленные
преимущественно андезитами и дацитами, причем для первой серии характерны
подушечные лавы и гиалокластиты, для второй — вулканогенно-обломочные фации .
Более молодые образования Красноуральской зоны сопоставляются с именновской и
туринской свитами, хотя отличаются от них по составу и возрасту . Завершается
разрез краснотурьинской свитой.
Вопросы о соотношениях отдельных зон и геологических
тел внутри Тагило-Магнитогорской мегазоны, о возрасте и природе ее фундамента,
о глубине залегания базальтового слоя дискуссионны, что нашло отражение в
существовании целого ряда (не менее 9) моделей глубинного строения района бурения
СГС-4. В соответствии с приверженностью авторов моделей к одной из двух
существующих концепций развития Урала (классической геосинклинальной или
мобилистской) все разнообразие моделей можно свести к двум группам. Согласно
первой Тагило-Магнитогорская мегазона представляет собой синклинорную структуру
с симметричным строением крыльев, заложенную на древнем кристаллическом
фундаменте, едином с фундаментом Русской платформы. Тела отдельных вулканических
формаций последовательно наслаиваются друг на друга, распространяясь на всю
ширину мегазоны . Согласно второй группе моделей Тагило-Магнитогорская мегазона
имеет сложное чешуйчато-блоковое строение и представляет собой агломерат зон,
формировавшихся обособленно на меланократовом фундаменте океанического происхождения
и сближенных впоследствии тектонически. Почти на половину своей ширины она
надвинута на структуры Западно-Уральской мегазоны, под надвигом может
находиться клин древнего кристаллического фундамента. Более обоснованный выбор
какой-либо из существующих моделей глубинного строения Тагило-Магнитогорской
зоны может быть сделан по результатам бурения СГ-4.
2 Цели и задачи СГ-4
Скважина
заложена с целью изучения строения земной коры и рудоносных комплексов
внутриконтинентальных подвижных поясов эвгеосинклинального типа и
предусматривает решение следующих задач.
1.
Изучение геологического разреза Тагильского прогиба и особенностей его геотектонического
развития.
2.
Установление состава, строения, возраста и природы фундамента; соотношение образований
геосинклинального комплекса и фундамента; характер и степень его переработки
геосинклинальным процессом.
3.
Исследование глубинных процессов рудообразования, воссоздание моделей формирования
типичных для прогиба месторождений и разработка новых методов эффективного
прогноза и поисков минерального сырья.
4.
Получение информации о физических свойствах пород на глубине, особенностях
флюидного режима и природе сейсмических границ; выявление связи
гравитационных, геотермических, геоэлектрических и магнитных полей с глубинным
строением.
5. Выявление положения и морфологии стратиграфических
и других границ раздела вещественных комплексов и структурных этажей.
Перечисленным
не исчерпывается многообразие исследовательских возможностей СГ-4, о чем
свидетельствуют опыт Кольской и других сверхглубоких скважин, а также
ознакомление с зарубежными программами научного бурения. Показателен пример немецкой
программы континентального бурения КТВ, в которой делается акцент на
физическую и химическую сторону геологических явлений, изучение современного
состояния земной коры и современных геологических процессов. Признавая
правомочность такого подхода, целевое назначение-СГ-4 можно определить как
фундаментальные исследования физических в химических условий и процессов в глубинных
частях земной коры для понимания структуры, состава, динамики и эволюции
Уральского подвижного пояса. Обращает внимание более конкретное звучание ряда
научных задач, таких, как исследование глубин проникновения и влияния циркулирующих
в земной коре растворов на образование месторождений минерального сырья,
процессы деформации и конвекции, а также значение воды для динамических
процессов, происходящих в. земной коре; изучение интенсивности дегазации и
вещественного состава мантии Земли и континентальной части земной коры и др.
Все это с поправкой на уральскую специфику справедливо и для СГ-4.
Необходимо было создать условия для максимальной
реализации познавательных возможностей скважины и сопровождающего ее комплекса
работ, а именно: обеспечение современного (мирового) уровня исследований на
самой скважине; создание адекватной системы комплексных геолого-геофизических
исследований в околоскважинном пространстве; привлечение к исследованиям,
анализу и обобщению результатов наиболее компетентных специалистов; создание
при проведении исследований обстановки гласности и широкого сотрудничества.
4 Геологический
разрез СГ-4
Исследования
керна ствола и района заложения скважины проводится Уральской ГРЭ СГБ НПО
«Недра» совместно с организациями соисполнителями ПГО «Уралгеология»,
КамНИИКИГС, ИГиГ УрО АН СССР, ИГ УрО АН СССР, ВСЕГЕИ, ЦНИГРИ, ИГЕМ, ИМГРЭ,
ВНИИгео-информсистем, ПГО «Аэрогеология», НПО «Союзпромгеофизика» и др.
Вскрытый
скважиной разрез представлен силурийскими вулканогенными и вулканогенно-осадочными
образованиями, относимыми согласно современной стратиграфической схеме к
именновской свите (S1l3—S2ld).
Общее строение разреза, по результатам
выполненной детальной документации керна, просмотра шлифов, вулкано-фациальных
и геохимических исследований, установлено следующее.
40—430 м — эффузивная толша в основном
базальтовых, андезитобазальтовых лав, в инт. 130—252 м — также ферробазальтов и
палеоисландитов;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|