Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

Меланобазальты имеют обычно хорошо выраженную порфировую структуру.
Вкрапленники составляют до 30—35 % объема породы и представлены клинопироксеном (20—25 %) и полными псевдоморфозами по оливину (5—10 %).
Кристаллы клинопироксена имеют размер до 6 мм, короткопризматическую форму, часто зональны и полисинтетически сдвойникованы. Псевдоморфозы по оливину также короткопризматические, иногда бочонковидные, размером не более 2—3 мм. Они сложены хлоритом или карбонатом, реже (полностью или только в центре зерен) кварцем. Изредка встречаются микровкрапленники соссюритизированного плагиоклаза.

Основная масса пород имеет в центральных частях тела меланобазальтов структуру, близкую к призматически-зернистой, а в краевых частях — от интерсертальной до гиалопилитовой. Она состоит из зерен (размером 0,05—0,1 мм) клинопироксена изометричной или короткостолбчатой формы (20—35 %), альбитизированного и соссюритизированного плагиоклаза (15—21 %), амфибола
(5—7 %), рудного минерала из группы титаномагнетита—магнетита
(3—5 %). Встречаются редкие зерна хромшпинелида, обычно внутри псевдоморфоз по оливину. Интерстиции заполнены тонкочешуйчатым хлоритом (40—55 %).
Редкие миндалины размером 0,3—0,7 мм (5—7 % объема породы) сложены пренитом и хлоритом, вокруг миндалин развиваются мелкие зернышки амфибола.

Лампрофироподобные меланобазальты отличаются от описанных выше присутствием до 15—20 % амфибола, меньшим размером вкрапленников (не более
1 мм).

Микродиориты образуют достаточно мощные тела на разных глубинах.
Структура их гипидиаморфнозернистая, призматически-зернистая, на глубинах ниже 3450 м неотчетливо порфировидная за счет вкрапленников клинопироксена размером до 2 мм. Главные минералы — альбитизированный плагиоклаз (часто по нему развиваются также эпидот, карбонат, хлорит, пренит) таблитчатой, брусковидной формы, размером 0,2—0,8 мм (60—80 %) и роговая обманка размером 0,1—0,6 мм (10—15 %). В породе также присутствуют хлорит, частично развивающийся по роговой обманке и, возможно, по биотиту (?) или заполняющий интерстиции; биотит (0—3 %); кварц — от единичных зерен до 4—7
%; клинопироксен (до 5 %) с развивающимися по нему эпидотом, карбонатом, кварцем; рудный минерал (до 4 %); апатит (до 1 %) в виде призматических и игольчатых кристаллов.

По петрографическим и петрохимическим данным состав вулканитов в
.пределах первых трех толщ до глубины 3487 м преимущественно базальтовый
(62 %), менее распространены андезибазальты (32%) и андезиты (6%). В интервалах вскрытия флишоидной толщи (3487—4064 м) состав пород довольно резко меняется на андезидацитовый (вплоть до риодацитов). По суммарной щелочности преобладают вулканиты нормального ряда, на долю субщелочных приходится третья часть проанализированных образцов. По типу щелочности в равной мере развиты как калиевые, так и калиево-натриевые разности.
Большинство пород (63%) известково-щелочной серии, остальные — толеитовой.

При анализе изменчивости с глубиной содержаний породообразующих оксидов и отдельных элементов, с одной стороны, устанавливается незакономерный характер изменения их концентраций как свидетельство быстро меняющихся условий формирования комплексов со сложным сочетанием вулканических и осадочных процессов, придающих разрезу некоторые черты «мусорности». С другой стороны, колебания содержаний некоторых оксидов, особенно в их сочетании, груборитмичные и, вероятно, отражают эволюцию локальных магматических очагов, питающих вулканы в районе СГ-4.

За исключением близости составов эффузивной (0—430 м) и верхней подтолщи вулканокластических толщ (430—1873 м), остальные подразделения разреза петрохимически существенно различаются. При этом наибольшие аномалии химического состава свойственны интервалу флишоидной толщи.

В целом по петрохимическим данным устанавливаются умеренно слабая степень дифференцированности развитых во вскрытой части разреза СГ-4 вулканитов и принадлежность их к островодужным комплексам, отличающихся от современных аналогов последних преобладанием базальтов, более высокой общей щелочностью, повышенными концентрациями Сг, Со, Ni, V, Sr.

Минералого-петрографическим анализом метаморфических ассоциаций установлено, что в пределах всего вскрытого разреза породы претерпели
.метаморфизм пренит-пумпеллитовой фации. При этом степень метаморфизма постепенно нарастала с глубиной и по ряду признаков, наблюдаемых в нижней части разреза (исчезновение с глубины 3400 м пумпеллиита, уменьшение доли пренита), можно ожидать скорое вхождение скважины в область развития зеленосланцевой фации метаморфизма. Более подробно особенности метаморфических преобразований в пределах вскрытого СГ-4 разреза рассмотрены в работе И. В. Викентьева и др., где сделан вывод о протекании этого процесса в условиях невысокого палеоградиента (до 20 °С на 1 км) и температуры не выше 250 °С.

С долей условности можно выделить несколько типов рудной минерализации, среди которых наиболее интересны послойные и кластогенные проявления.

Послойная сульфидная минерализация наиболее проявлена в нижней вулканогенно-осадочной части разреза (2640—4064 м) в интервалах развития ритмично-слоистых пород, тяготея к верхам ритмов, сложенных туфоалевролитами и туфопесчаниками. Она представлена пиритом, в т. ч. фрамбоидальным, халькопиритом, борнитом, блеклыми рудами, сфалеритом. Одна из наиболее заметных сульфидосодержащих зон пересечена скважиной в интервале 3160—3270 м.

Кластогенный тип представлен преимущественно пиритом и гематитом, в различной степени насыщающих измененные обломки в составе вулканоген-ных пород разреза. Часть из них, образована в прижерловых условиях и характеризуется развитием рудных минералов в периферической части обломков, другая часть—рудокласты, представляющие разбитые фрагменты сульфидосодержащих пород, привнесенные из других мест локализации.

Другие типы рудной минерализации имеют подчиненное значение. Они представлены, как правило, вкрапленностью пирита, гематита, халькопирита, пирротина, реже сфалерита, галенита и др., пространственно тяготеющей к приконтактовым частям дайковых тел и зонам гидротермальных изменений.

Установлен ряд других особенностей и закономерностей распределения рудных минералов в разрезе СГ-4, среди которых особого упоминания заслуживает факт существенного увеличения в нижней части разреза, с глубины
3400 м, количества пирротина при соответствующем уменьшении доли пирита, что хорошо согласуется с нарастанием степени метаморфизма вниз по разрезу, и таким образом устанавливает взаимосвязь элементов метаморфической и рудной зональностей.

Среди исследований СГ-4 и района ее бурения нет единства в оценке выявленной в разрезе СГ-4 рудной минерализации. По мнению одних, она относится к медно-цинковоколчеданному типу и близка по составу к рудам
Кабанских месторождений, расположенных западнее СГ-4, что можно рассматривать как свидетельство в пользу расширения пространственных и временных рамок продуктивного колчеданообразования. По мнению других, доказательств для такого заключения еще недостаточно. Во всяком случае нет сомнения, что получена ценная и уникальная информация по характеру и особенностям локализации рудной минерализации, существо которой предстоит окончательно выяснить в процессе дальнейших исследований при углублении СГ-
4.

Скважиной встречено несколько зон тектонических нарушений (580—620 м,
1470—1500 м, 2495—2505 м, 3480— 3560 м) и разной степени трещиноватости пород. При этом, несмотря на целенаправленные поиски, пока не получено сколько нибудь убедительных фактов в пользу тектонического сдваивания, существенного разобщения той или иной части разреза. Напротив, крепнет уверенность в его непрерывности.

Стратиграфическая и формационная принадлежность всего вскрытого разреза и его отдельных частей проблематична и находится в стадии активного изучения и обсуждения. Пока достаточно надежно устанавливается возрастная принадлежность разреза глубже 3 км. Здесь в образцах кремнистых алевролитов интервала 3070—3716 м, отобранных специалистами УГСЭ ПГО «Уралгеология» и
ИГ БНЦ АН СССР, идентифицированы разности радиолярий, характерные для Sil2-
3. К.С.Ивановым и другими исследователями (ИГИГ УрО АН СССР) в интервале
3520—3885 м выделены и изучены комплексы конодонтов и хитинозой, позволяющие отнести его к пограничным слоям лландовери и венлока. Таким образом, находит подтверждение принятая предшественниками схема возрастного расчленения вулканогенно-осадочных отложений района СГ-4.

Неожиданные результаты получены Ю. Е. Дмитровской (КамНИИКИГС) и А. Д.
Архангельской (ВНИГНИ) при исследовании препаратов из мдцератов образцов туфоалевролитов интервала 1918,6—1983,9 м, где были обнаружены неполные спектры спор, характерные для нижней части франского яруса верхнего девона.
Эти данные нуждаются в тщательной проверке, для чего в районе СГ-4 начаты специальные исследования по ревизии известных находок фауны.

6. Результаты геофизических исследований

Бурение СГ-4 сопровождается обширным комплексом геофизических исследований, включающим 28 методов электрического, сейсмоакустического, ядерно-физического, магнитного, термического, газового и технико- технологического каротажа. Существенных аномалий по результатам проведенных исследований не выявлено. Результаты ГИС наряду с литолого- петрографическими признаками использованы при расчленении разреза на слои, пачки, толщи.

По ряду физических параметров, зафиксированных геофизическими исследованиями ствола и петрофизическими исследованиями керна, разрез дифференцирован в разной степени, что определяется особенностями вещественного состава слагающих его образований,.различиями в степени их тектонической и метаморфической переработки,. а также сложнонапряженным состоянием околоствольного массива.

После 10-месячного перерыва в бурении, обусловленного перемонтажом буровой установки, на глубине 3853 м установлена температура 60 °С, что отвечает среднему значению геотермического градиента 1,5 °С на 100 м, и согласуется с особенностями поля данной части Урала, характеризующейся низким значением теплового потока.

По результатам измерений плотности образцов керна СГ-4 хорошо видны вариации состава вулканитов разреза, в т.ч. обнаруживаются ритмы направленных изменений этих параметров. На глубине 4000—2400 м такой ритм четко антидромный — вверх очень плавно растут плотности и основность вулканитов от риодацитового внизу ритма (2,65—2,75 г/см) до базальтового
2,85—2,95 г/cм, что независимо подтверждается и данными геохимического опробования, а также согласованным нарастанием вверх на протяжении тех же
1600 м фоновой намагниченности пород (рис. 5).

На детальном разрезе плотностных вариаций четко устанавливается также положение контакта силицитов низов именновского комплекса и залегающих ниже внешне сходных алевропелитов кабанского комплекса: ему соответствует скачкообразное возрастание плотностей (состав сменяется вниз на базальтоидный). При этом в нижней (1 м) базальной части флишоидной толши плотности тех же силицитов, как оказалось, вниз с приближением к контакту прогрессивно возрастают, что обусловлено появлением во все большем количестве терригенной примеси материала размыва пород мафического основания. Это одно из объективных обоснований нормальной седиментационной природы данного контакта — двух формаций двух стадий геодинамического цикла
— офиолнтовой и постофиолитовой.

Породы по стволу СГ-4 в основном слабо намагничены. Выделяются на таком фоне различные дайки и интервалы по 5—30 м грубой пирокластики околожерловых фаций. Последние выделяются в отличие от других туфов также обилием вулканических бомб и вишневых окисленных шлаковых ла-пиллей (инт.
1280-1315; 1986-2007; 2398-2460; 2494-2497 м и др.).

Приведенный на (рис. 5) скоростной разрез по СГ-4 показывает увеличение скоростей с глубиной: от 6 км/с вверху до 6,4 км/с ниже. Данные
ВСП В.А.Силаева по стволу СГ-4 в деталях несколько иные. Сопоставления их с геологией показали, что в вариациях Vp значимы два фактора: состав пород — основной и средний (повышенные до 6,2—6,55 км/с) или же кислый — более низкие скоростные параметры (5,6—5,8 км/с). Усложняет картину резкими
«провалами» в графике скоростей второй фактор — вариации степени тектонической нарушенности разреза. Вероятно, основная роль в этом принадлежит мелкой объемной трешиноватости, поскольку тектонические швы с более выраженной нарушенностью пород, но небольшой 2—5 м видимой мощностью
(1918 м, 2506—2510 м и др.) в разных вариантах скоростного разреза ВСП не всегда проявляются. В основном же выделяются целики с максимальными для данного состав пород скоростями на протяжении до 600 м. С вариациями литологии корреляции нет (массивные туфы чередуются с пачками песчаных тефроидов того же и близкого составов), как и с вариациями состава от базальтового до андезитового. При этом плотности всех этих пород варьируют слабо — обычно от 2,82 до 2,88 г/см. Причина тому нивелирующее влияние повсеместного развития в туфовом материале метаморфогенной хлорит- пренитэпидотовой цементации. Она мало изменяет валовый состав пород ,но сильно уменьшает их пористость (4-5% против 15-20% в кайнотипных базальтах, например. Камчатки) и повышает соответственно физические параметры плотности и, что особо важно, скоростные характеристики, создавая совершенно иную физическую среду по сравнению с молодыми вулканическими областями, где Vp в базальтовых разрезах мощностью до 5 км составляют
4,5—5,5 км/с (по Тюменской и Саатлинской сверхглубоким скважинам, на
Камчатке, в Исландии). По данным профилей МОВ—КМПВ, близ СГ-4 Vp в целиках практически с поверхности достигают 6 и 6,3 км/с. По результатам документации керна СГ-4, массивы пород в целиках монолитны, почти не трещиноваты, с выходом керна нередко 95—100% и длиной его кусков 50—80 см, иногда даже 2—4 м. Интенсивность вышеотмеченных метаморфических преобразований вулканитов с глубиной медленно нарастает, преобладающе землистые формы выделений сменяются ниже 3,5 км все лучше окристаллизованным эпидотом, что коррелируется с изменением некоторых физических параметров. Это также может иметь важное значение в проблеме изучения теплопроводности и теплового потока по разрезу СГ-4. По изложенным причинам требуется постановка специальных детальных исследований по обозначенной проблематике. Помогут результаты их и в более точной реконструкции первичного химизма вулканитов разреза СГ-4.

Отметим, что разрез зеленосланцево- и более высоко метаморфизованных базальтов протерозоя Кольской СГ-3, при больших, чем в СГ-4 плотностях пород (вследствие большей их основности, до пикрит-базальтов), характеризуется близкими и большими Vp (6,5 и 6,8 км/с), которые снижаются до 5,8 км/с в разрезе осадочных пород ждановской свиты .

Высокоскоростные целики чередуются с интервалами с резко пониженными скоростями упругих волн и плотностей, видимо, зонами мелкой трешиноватости.
Визуально в керне они невыразительны, не имеют ясных границ и выделяются не всегда или неполно. Такие зоны наиболее выражены в интервалах 560—650;1800;
1850—1920; 2600—2750 м. Геологами некрупные, без милонитов, тектонические нарушения и зоны трещиноватости зафиксированы на глубинах 560—580; 1800;
2500—2510; 3480;3560 м. Предельно низкие Vp до 5,6 км/с присущи интервалам
(3600—4300 м и др.), сложенным туфам и тефроидами кислого состава с плотностами около 2,75 г/см , вполне соответствующими составу пород и их скоростным характеристикам. Но на более поздних данных ВСП эта часть разреза по скоростям не выделилась.

Существуют и интерпретации, исходящие из того, что полученные для целиков на глубинах 1,2-3 км сейсмические скорости более 6,3 км/с слишком велики для андезитобазальто-вых вулканитов, даже уплотненных в результате метаморфизма, и их следует связывать с повышенными значениями напряженного состояния в этих интервалах, чередующихся с таковыми тектонически разгруженного состояния, которые зачастую совпадают с интервалами повышенной динамической активности по данным сейсмоакустики. По данным глубинного сейсмоторпедирования (по В.А.Силаеву), для этих интервалов установлена скоростная анизотропия базальтоидов. Влияние последней и вариации напряженного состояния среды в связи с особенностями блоковой тектоники в каких-то частных проявлениях, безусловно, имеют место, в т. ч. создают большие сложности в проходке скважины (на глубинах 2500; 3700; 4980 м и др.), что делает их изучение и прогнозирование в подствольном пространстве по данным сейсмических зондирований особенно актуальными.

Данные сейсмоакустического каротажа (А.В.Троянов, 1997) в сопоставлении с другой геолого-геофизической информацией показывают, что по стволу выделяются целики с очень низкими шумами протяженностью чаще всего по
60—65; 130 и 200—230 м, на фоне которых выделяются отдельные узкие
«шумящие» пики, в верхней части разреза чаще всего совпадающие с положением отражающих площадок на профиле ГСЗ (близ 850; 1700; 2005—2007 м), и/или с интервалами узких «провалов» в скоростном разрезе по ВСП, т. е. явно соответствуют тектонически ослабленным зонам, оказавшимся к тому же динамически активными в настоящее время (на 582—587;653—655; 834—848;
2175—2181; 2812—2882 м) либо же частота их встречаемости заметно повышена в широких интервалах пониженных Vp на 1025—1206; 1700-2185; 2600-2750; ниже
3480 м и др. Исключение представляют интервалы (2500—2600 и 2730—3420 м), в которых наиболее высокие скорости сочетаются с частыми мощными зонами с интенсивными акустическими шумами; такая комбинация казалось бы несовместимых признаков (жесткой, но тектонически нарушенной среды), возможно, как раз связана с тектонически напряженным состоянием этих блоков.

Изучение пластовых флюидов включало выяснение закономерностей изменения по разрезу состава газов и гидрогеологические исследования.

Отбор газов производился как из ствола скважины, так и из образцов керна (газы открытых пор, глубокой сорбции). В результате установлено, что суммарное содержание газов увеличивается с глубиной, достигая максимальных значений в интервале залег тания флишоидной толщи. Локальное увеличение газосодержания отмечено в зонах повышенной трещиноватости пород. В составе углеводородных гадов разных форм нахождения доминирует метан, концентрация его гомологов на несколько порядков ниже. В пробах бурового раствора выявлено жезначительное содежание гелия (1,1—-2,7-104 мл/л) с тенденцией к росту с глубиной и максимумом концентрации в трещиноватых, тектонически нарушенных интервалах 2930—3080, 3450—3770 м (до 4,8—8,1.10-4 мл/л). В составе газово-жидких включений преобладает водород, в меньшем количестве содержатся метан и азот, содержание гелия незначительное.

Водоносные горизонты выявлялись на основе оперативного изучения вариаций химического состава промывочной жидкости и ее дифференциального расхода. Затем проводились специальные исследования, обеспечивающие получение представительной пробы пластового флюида и достоверных данных по пластовому давлению и емкостно-фильтрационным параметром водоносных горизонтов. Выяснено, что водоносные горизонты приурочены к донам интенсивной трещиноватости. Все опробованные водоносные горизонты до глубины 2553 м насыщены весьма пресной водой с минерализацией менее 0,3 г/л, находящейся в условиях гидростатического давления. Специфика ее гидрохимического состава, .наряду с данными изотопных исследований, свидетельствует о ее метеорном происхождении. Результаты гидрогеологических и гидродинамических исследований свидетельствуют о значительной глубине распространения зон открытой трещиноватости.

При сопоставлении вскрытого скважиной разреза с результатами наземных сейсмических исследований устанавливается, что практически все зафиксированные вдоль оси скважины отражающие площадки (на глубинах 600,
1500, 2500, 2900, 3500 м) отвечают отмеченным выше крупным зонам тектонических нарушений и повышенной трещиноватости. При этом последняя из площадок совпадает с кровлей флишоидной толщи. Выявляется, что сейсморазведка, чутко реагируя на разрывные дислокации и физическое состояние пород, слабо улавливает изменения в литологии разреза. Ответ на вопрос, что собой представляют установленные ниже по разрезу отражающие поверхности, можно получить только при дальнейшем углублении скважины. В этом плане показательно высказывание президента Международной программы
«Литосфера» К. Фукса: «У нас есть тысячи километров профилей сейсмического отражения, но мы не знаем, что они показывают».

В 1989 г. в рамках программы исследований на геотраверсе Уренгой-
Верхняя Тура — Кривой Рог («Гранит») Баженовской геофизической экспедицией выполнены детализационные сейсмические наблюдения методом регулируемого направленного возбуждения.

Характеризуя общее состояние исследований, следует отметить, что одной из наиболее острых проблем является выполнение предусмотренного программой комплекса исследований в околоскважинном пространстве, которые пока ведутся в неполном объеме, без сопровождения структурного бурения достаточной координации. Необходимо ускорить обоснование и реализацию геолого- геофизического (геодинамического) полигона вокруг СГ-4.

В направлении повышения научной эффективности сверхглубокого бурения необходимо существенно усилий исследовательские возможности на самой скважине, особенно систематических замеров на больших глубинах флюидного трещинно-порового давления и других гидродинамических параметров, оценки напряженного состояния околоствольного массива, непрерывной регистрации всех компонентов флюидной составляющей, совершенствования комплекса ГИС, ориентированного отбора керна с установлением палеомагнитных характеристик и др.

7. Сейсмическая информация по стволу и району СГ-4

Отражающие элементы профилей ГСЗ и MOB не могут быть точно скоррелированны с геологией по стволу, поскольку скважина проходится, к сожалению, на удалении 1—1,5 км от профилей, авулканогенным разрезам присуща плохая выдержанность. Можно лишь утверждать, что подтвердилось общее моноклинальное строение разреза в верхней половине с углами падения слоев 45° на восток, что соответствует замерам слоистости в скальных обнажениях на поверхности и по керну СГ-4. В прогнозном скоростном разрезе на основе дегализационных работ ГСЗ 1985 г. В.С.Дружинина были выделены и частные зоны инверсии скоростей, в т.ч. на глубинах 1500 и 2100 м. По ВСП, первый из них на фоне высокоскоростного интервала не выделен, но четко проявлен зоной дезинтеграции с резким уменьшением плотностей, а второй выделился зоной понижения скоростей до 5,9 км/с на глубине 2—2,2 км.

На прогнозном скоростном разрезе была выделена также зона инверсии скоростей на глубинах 6,3—7,5 км. Позднее методом вертикальных отражений в том же интервале зафиксирована среда с резко повышенной расслоенностью.
Предположительно, она соответствует пачке осадочных пород низов ордовикской части палеозойского разреза. На профиле ОГТ ей соответствует на тех же глубинах система протяженных отражателей, имеющих слабое воздымание на восток и, судя по структурному рисунку, в 2 км восточное СГ-4 несогласно перекрываемых вышележащими базальтами, уже вскрытыми по СГ-4 (рис. 6). То есть объект на глубинах 6,3—6,7 км снова подтверждается. Подобная очень выдержанно распространенная ниже базальтов осадочная пачка, датированная фауной кародокского яруса ордовика, картируется на поверхности в западном борту Тагильского прогиба в 20 км западнее СГ-4. В связи с этим отметим, что один из важных результатов бурения СГ-4 до 5,4 км — установленный факт, что для ордовикской части палеозойского разреза в районе СГ-4 остается очень узкий диапазон глубин, т. к. ниже 8—8,5 км, по данным ГСЗ , распространен явно иной комплекс (6,6—6,8 км/с, вероятно, амфиболитовых метаморфитов), хотя западнее мощности зеленосланцевых базальтов 02К—Оз и спилит-диабазового комплекса Оз—S1 достигают 6—8 км. Но во внутренней части
Тагильского прогиба ,где бурится СГ-4, представляющей собой фланговую часть главной зоны базитового магматизма, на основе совместного рассмотрения геологической и геофизической информации прогнозируется резкое сокращение их суммарных мощностей примерно до 2 км и частичное замещение по латерали слоистыми отложениями удаленных фаций. До бурения подобные точки зрения были мало обоснованными. Не исключается и вариант связи этого объекта с повышенной тектонической нарушенностью разреза на глубинах 6,3—7,5 км.
Параметрическое значение будет иметь вскрытие этой части разреза бурением.

Интересна в рассматриваемых материалах выделенная на сейсмопрофиле
MOB—ОГТ (1994—1995 гг.) сильная отражающая граница, пересекающая проекцию ствола СГ-4 на глубине около 2900 м. Она имеет восточное падение, субсогласное с общим напластованием пород именновской свиты, но связывать ее с какими-либо вариациями литологии и фаций оснований нет. Для этого интервала характерно развитие грубых неминерализованных трещин, по которым керн после подъема на поверхность распадается на блоки с ровными ограничениями; характерны также анизотропия физических свойств и пониженные скорости упругих волн, измеренных по керну и стволу скважины. Видимо, это сочетание признаков отвечает напряженному состоянию околоствольного массива, что косвенно подтверждается осложнениями бурения в пределах указанного интервала.

Позднее через уже пробуренную до глубины 5,3 км СГ-4 выполнен детальный профиль глубинного ОГТ по программе «Европроба», на одном из вариантов разреза которого четко и непрерывно на протяжении 10—13 км прослеживаются параллельные друг другу два отражателя, маркирующие всю структуру района бурения СГ-4. По глубине они соответствуют наиболее мощным осадочным пачкам в верхней (на глубинах 3000—3300м) и нижней (4860—5072 м) частях флишоидной толщи разреза СГ-4 (см. рис.6). Отражатели вверху имеют наклон 45°, что соответствует отражающим элементам на Красноуральском профиле ГСЗ и ориентировке слоистости в обнажениях и по керну СГ-4, тогда как ниже 2,5 км слоисость по керну все более выполаживается до 10 и 5° на глубинах 4—5 км
(см. рис.6). На профиле ОГТ характеризуемые отражатели также очень плавно выполаживаюгся с глубиной до горизонтальных залеганий восточное СГ-4, переходящих в полого западные в восточном конце профиля. Их легко можно было бы принять за таловые надвиги с горизонтальными базальными поверхностями. Но изучение разреза в пересечениях их стволом СГ-4 показало, что оба структурных элемента по природе соответствуют нормальным наслоениям. В данном случае СГ-4, вероятно, выполнила важнейшую параметрическую задачу определения геологической природы одного из типов протяженных субгоризонтальных отражателей в верхней коре — если принять, что приводимый разрез — адекватное отражение реальной среды (на том же информационном массиве отстроены и другие варианты). Предполагавшийся ранее вариант, что система пологих отложений может быть обусловлена боковыми отражениями от происходящего южнее параллельно профилю разлома — в принципе вероятен, но в данном случае сомнительно существование двух строго параллельных друг другу на протяжении 10 км разломов. Прослеживание профилем ОГТ распространения глубоко погребенной слоистой толщи с достоверно установленной бурением мощностью около 2 км — это, вероятнее всего, обычная фиксируемая методом ОГТ в осадочных бассейнах сейсмостратиграфия. Неожиданность ее в сплошном вулканогенном массиве логично объяснима: данный разрез в отличие от всех смежных формировался при устойчивом морском режиме осадконакопления в локальном грабене, занимающем всю внутреннюю часть Тагильского прогиба. По данным ранее выполненного
Ю.С.Каретиным, затем АИ.Глушковым с соавторами картирования флишоидной толщи, размеры оконгуривающего грабен ареала ее распространения на поверхности 18х70 км. Были установлены и встречные направления падения слоистости в обоих бортах грабена при почта горизонтальных залеганиях слоев в перекрывающих толщах в его центральной части, в т. ч. в скважинах н а глубинах 700—1350 м (см. рис.6). То есть вариант профиля ОГТ согласуется с независимыми геологическими данными. На нем нижний отражатель в западной при-бортовой части палеорифга становится прерывистым, неотчетливым, видимо, соответствует типовой картине развития нарушенности бортов большим количеством мелких сбросов, развивающихся в процессе растяжений и погружений днища палеорифга. В случае нижнего отражателя восточнее СГ-4 вероятна совмещенность с осадочной пачкой послойной тектонической нарушенности. В керне это проявлено в виде дискования очень жестких силицитов в результате развития грубого послойного кливажа в зоне мощностью
5—8 м, расположенной на 2—3 м выше литологического контакта силицитов с массивными тектоническими ненарушенными породами офиолитового основания.
Видимые на том же профиле ОГТ системы встречно падающих мелких кососекущих разрывных нарушений местами дают четко видимые, но очень незначительные по амплитудам (10—20 м) смещения вышеупомянутых протяженных отражателей, и нигде до показанных на профиле глубин 12 км не дают крупных тектонических усложнений разреза.

На том же информационном массиве ОГТ получены и отстройки, на которых описанные выше отражатели просматриваются фрагментарно, вследствие нарушенности их системами очень частых субпараллельных кососекущих нарушений, более всего похожие на системы грубого кливажа. Наиболее развитая из них — с западными падениями под углами 60—70°. Она отмечена ранее в скальных обнажениях площади.

По имеющимся в районе профилям ГСЗ, МПВ-МОВ и ОГТ, геологическую природу подавляющего большинства более коротких палогопадающих отражающих элементов, в т. ч. отвечающих границам крупных стратиграфических подразделений верхней части разреза коры, никому не удалось угадать по собственно сейсмической информации. Только бурение дало достоверные результаты. Геологическая природа и значимость многочисленных пологих и крутопадающих систем отражающих элементов на детализаиионных профилях ГСЗ и на всех прочих в районе СГ-4 ясны из того, что они не нарушают заметным образом геологический разрез, а породы монолитны во всем объеме без проявлений рассланцевания и катаклаза. Поэтому несмотря на то, что многие из систем отражающих элементов имеют на сейсмопрофилях четкое выражение, большинство их, видимо, соответствуют лишь обычным в любом скальном массиве системам трещиноватости и незначительным по амплитудам перемещений разрывам
— их слишком много и они разно ориентированные, тогда как тектоническая структура в районе СГ-4 простая и, по геологическим данным, не имеет значительных разломных усложнений.

На таком фоне по-новому выглядит проблема выделения по сейсмическим данным геологически значимых разломов и контактовых поверхностей разных толш и комплексов. Наиболее крупные выдержанные по распространенности структурно-вещественные мегакомплексы коры удается выделять и прослеживать достаточно уверенно только по совокупности данных, прежде всего, о скоростных параметрах среды, положению в общем разрезе коры, с учетом данных по отражающим элементам и геологии поверхности, поскольку, как показал выполненный анализ всей системы профилей ГСЗ по Уралу, такие мегакомплексы характеризуются выдержанностью скоростных характеристик и их типовых вариаций . Оппоненты обычно указывают на различные неоднозначности вследствие влияния на физические параметры в коре вариаций давлений, напряженного состояния, флюидного режима и других трудно учитываемых факторов. Подобное влияние имеет место в частностях, но в целом интегральные скоростные характеристики крупных распространенных на больших площадях единиц разреза определяются надежно, а их латеральные вариации закономерно согласуются с особенностями геологии поверхности.

Заключение

В числе наиболее важных результатов установлено : вскрытый разрез надежно, во всех деталях увязывается с геологией поверхности (рис. 4); установлена полная идентичность химизма главных типов базальтов выделенных формаций в разрезе СГ-4 и распространенных на поверхности; отработка детального геохимического профиля в створе с СГ-4 показала, что афировые базальты бимодального комплекса разреза СГ-4 ниже 5075 м и картирующегося на поверхности в 4,5—7 км западнее СГ-4 вписываются в единую латеральную геохимическую зональность вместе с базальтами офиолитового спилит-диабазового комплекса оси палеоспрединга, трассированной в 10 км западнее СГ-4 , т. е. относятся к фланговым образованиям этой оси и по мере удаления от нее все более калиевые и богатые Ti, Fe; установлены целостность и закономерная направленность строения всего вскрытого разреза, ненарушенность его надвиговьми сдваиваниями и мощными разломными зонами с катаклазом и рассланцеванием пород; нормальным седиментационным оказался и вскрытый на глубине 5070 м контакт между риолит-андезитобазальтовым комплексом именновской свиты островодужного типа и залегающим ниже бимодальным комплексом офиолитового основания; для оценок информативности данных геофизики о глубинном строении района важно, что мощность именновского комплекса 4—5 км была прогнозирована
В.С.Дружининым на основе скоростного разреза ГСЗ, тогда как геологические прогнозы давали вдвое меньшие мощности. Подтвердились для этой части разреза и прогнозные по ГСЗ интегральные скоростные характеристики среды —
6,1 км/с, что оказалось близким измеренным значениям. Мощность палеозойского вулканогенно-осадочного разреза в районе СГ-4, по данным ГСЗ, прогнозируется 7,5—8 км; более широкими исследованиями в районе в строении земной коры
Тагильской структуры установлено развитие в нижней ее части линзы типа
«коромантийской смеси» (К-М) мощностью 15—20 км, сочетающееся с утонченностью собственно кристаллической (без К-М) части коры — 28—33 км против 37—40 км в бортах.

Оценивая первые результаты бурения Уральской СГ-4, необходимо подчеркнуть, что главные задачи решаются на средних и нижних интервалах бурения. Уже сейчас, достигнув рекордной для рудных районов Урала глубины и обеспечив уникальную возможность непрерывного детального изучения разреза толщиной 4 км, СГ-4 дала ряд принципиально новых данных, касающихся верхней части Тагильского прогиба. Так, установлено более крутое залегание вулканогенно осадочных комплексов западного крыла прогиба с значительным превышением проектной мощности. Получены новые факты, касающиеся возраста, фациальных условий и геодинамической обстановки формирования вскрытой части разреза. Изучен циклический характер вулканизма древней островной дуги и установлены его отличия от современных аналогов. Выявлены закономерности метаморфических преобразований и особенности распределения в разрезе рудной минерализации. Впервые для этой части Урала получена достоверная информация по физическим свойствам, тектонической нарушенности, флюидонасыщенности и геотермическому режиму такого протяженного по глубине разреза, что дало возможность объективно оценить эффективность методов наземной геофизики, в частности, установить природу сейсмических отражающих площадок.

Скважина практически вплотную подошла к решению ряда приоритетных фундаментальных и прикладных проблем. Уже на ближайших интервалах проходки предстоит вскрытие горизонтов, отвечающих стратиграфическому уровню расположенных поблизости медноколчеданных месторождений. Далее решение принципиальных вопросов по выяснению структурной позиции, составу и рудоносности образований Платиноносного пояса, цикла байкалид, зон инверсии скоростей (волноводов) и др.

Необходимо подчеркнуть, что СГ-4 не нацелена на непосредственное вскрытие конкретных промышленно значимых рудных объектов. Ее задачи в этом направлении более широки — уловить дыхание рудообразующих процессов, определить их направленность, установить новые глубинные критерии минерагенического прогноза. Сообразно общим задачам, стоящим перед глубинными исследованиями рудообразующих систем , это будет иметь важное значение для их реконструкции и способствовать построению общей модели рудогенеза.

Установив стратиграфическую непрерывность или тектоническую разобщенность и скученность вскрываемого разреза, проходка скважины обеспечит (на примере Урала) проверку альтернативных моделей геотектонического развития. В итоге Уральская СГ-4 позволит впервые в мире получить достоверные факты о глубинном строении, рудоносности, эволюции и геодинамической природе палеозойских подвижных поясов континентов.
Использование полученных результатов должно обеспечить прорыв геологических исследований на более высокий научный уровень.

Петрофизический разрез СГ-4

[pic]

Рис.5.

Профиль глубинного ОГТ

Ось гравиметрической аномалии

[pic]

Рис.6.

1-кабанский комплекс; ll-именновская свита; lll-гороблагодатная толща; lv-туринская свита; v-Красноуральская зона.

Содержание

Введение

1.Геологическое строение района заложения скважины СГ-4

2.Цели и задачи СГ-4

3.Прогнозные модели Уральской СГ-4

4. Геологический разрез СГ-4

5. Петрографическая характеристика горных пород

6. Результаты геофизических исследований

7. Сейсмическая информация по стволу СГ-4

Заключение

Литература

Литература

1. Башта К.Г., Горбачев В.И., Задачи и первые результаты бурения Уральской сверхглубокой скважины // Советская геология 1991.N 8. С.51-63.

2. Башта К.Г.,МарченкоА.И., Использование результатов бурения и исследований Уральской сверхглубокой скважины СГ-4 при региональных исследованиях // 100 лет Геологического картографирования на Урале.

Екатеринбург,1997. С 211-220.

3. Дружинин В.С.,Каретин Ю.С., Детальные сопоставления наземной и скважинной информации по району Уральской сверхглубокой скважины //

Отечественная геология.1999.( 5. С.42-48.

4. Румянцева Н.А.,и др., Уральская СГС // Сверхглубокие скважины России и сопредельных районов. С.96-118.

Страницы: 1, 2, 3