Скачать презентацию Институт геофизики им С И Субботина НАН Украины Скачать презентацию Институт геофизики им С И Субботина НАН Украины

ad64e15ea0b318f3b0058411b1e7d76d.ppt

  • Количество слайдов: 24

Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины В. П. Коболев ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЛУБИННОЙ Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины В. П. Коболев ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЛУБИННОЙ ПЛЮМ -ТЕКТОНИЧЕСКОЙ ДЕГАЗАЦИИ Международная конференция «Актуальные проблемы геосреды и зондирующих систем» Киев, 2017

Геосреда - открытая, энергетически насыщенная нелинейная диссипативная система. q Геосреда - хороший пример открытой, Геосреда - открытая, энергетически насыщенная нелинейная диссипативная система. q Геосреда - хороший пример открытой, энергетически насыщенной нелинейной диссипативной системы с множеством самоорганизующихся структур, взаимодействующих отдельностей. Она непрерывно подвергается воздействию разномасштабных внешних и внутренних сил. q Под внутренними силами подразумевается широкий спектр физико-химических процессов в системе ядро-мантия-литосфера. В качестве основного переменного фактора, определяющего текущую нестабильность среды вблизи состояния, близкого к критическому, может служить восходящий поток легких газов (водород, гелий и др. ), а изменчивость ее параметров, которая может быть очень быстрой, является результатом его непрерывного взаимодействия с твердой фазой литосферы [Гуфельд, 2013]. q Основные свойства диссипативной геосистемы, в которую поступает энергия, определяются составом и типом ее структурных элементов, притоком энергии и факторами внешней среды.

Геосреда - открытая, энергетически насыщенная нелинейная диссипативная система. Как известно, основные свойства геосреды как Геосреда - открытая, энергетически насыщенная нелинейная диссипативная система. Как известно, основные свойства геосреды как динамической системы - диссипативность динамики, компенсация энергетических затрат за счет действия внешних и внутренних источников, активность ее отдельных элементов (блоков разного ранга). Она не может рассматриваться в качестве пассивного континуума, ей присуща внутренняя самоподобная структура. В геосреде реализуются комплексы нелинейных взаимодействий между физическими полями, структурами и подсистемами, а мультифрактальность может рассматриваться как достаточно распространенное явление. Согласно [Геншафт, 2009; Садовский, 2004] для Земли можно установить пространственно-временную иерархичность состава, структуры и процессов. При этом приходится рассматривать процессы в дискретной (блочной) среде и считать среду многофазной, то есть учитывать ее твердую, жидкую и газовые компоненты.

Жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации, масштабы которой на несколько Жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации, масштабы которой на несколько порядков выше, чем «дыхание» залежей нефти и газа, открытых в осадочном чехле. Сегодня, учитывая огромные масштабы дегазации, нельзя изучать генезис и вести поиск залежей нефти и газа без учета абиогенного синтеза углеводородов. Анализ путей миграции глубинных флюидов, зон разгрузки глубинной энергии позволит разработать новую стратегию поиска залежей нефти и газа и нестандартно подойти к оценке запасов углеводородного сырья нефтегазоносных бассейнов [Лукин, Пиковский, 2004].

q Исследование процессов дегазации Земли, связанных с перемещением глубинных флюидов от внутренних геосферных оболочек q Исследование процессов дегазации Земли, связанных с перемещением глубинных флюидов от внутренних геосферных оболочек к внешним, с учетом энергетических и динамических процессов, представляет собой междисциплинарную проблему. q Диссипативность нефтегазоносных бассейнов (НГБ) определяется взаимодействием глубинных высокоэнергетических флюидных потоков с уже сформированными и (или) которые находятся в процессе формирования флюидопроводящими системами фундамента и осадочного чехла. Изучение этих глубинных флюидов и механизмов их взаимодействия с литосферными субстратами должно стать главным направлением исследований нефтегазовой геологии XXI века [Лукин, Пиковский, 2004].

Корни глобальных геодинамических процессов сместились с уровня верхней мантии к ядру Земли. В мантии Корни глобальных геодинамических процессов сместились с уровня верхней мантии к ядру Земли. В мантии важнейшими структурами разгрузки глубинной энергии является плюмы, суперплюмы. Наметился прогресс в термодинамическом моделировании состояния углеводородов в мантии и их трансформации на пути в литосферу. Superplumes: Beyond Plate Tectonics Edited by DAVID A. YUEN University of Minnesota, U. S. A. SHIGENORI MARUYAMA Tokyo Institute of Technology, Japan SHUN-ICHIRO KARATO Yale University, Connecticut, U. S. A. and BRIAN F. WINDLEY University of Leicester, U. K. © 2007 Springer

q К первоочередным задачам следует отнести вопросы о природе высокоэнергетических флюидных потоков (плюмов), которые, q К первоочередным задачам следует отнести вопросы о природе высокоэнергетических флюидных потоков (плюмов), которые, согласно современным данным, могут возникать в различных геосферах - от жидкого ядра и слоя D 2 к верхней мантии, коромантийный смеси и волноводов земной коры. q Идея плюма, как элемента геодинамики, возникла сравнительно недавно. Это было вызвано, с одной стороны, несостоятельностью тектоники плит, т. к. она не находит объяснения внутриплитному вулканизму и магматизму и, с другой, - успехами сейсмологии, в частности, сейсмической томографии [Nolet, Karato, Montelli, 2006].

q Разработка и использование метода сейсмотомографии позволило выявить в мантии, в районах т. н. q Разработка и использование метода сейсмотомографии позволило выявить в мантии, в районах т. н. «горячих точек» , - мантийные струи, названные плюмами. Хотя, надо заметить, что к этим данным двоякое отношение: некоторые видят в них доказательство реальности плюмов, другие усматривают в них лишь сейсмические шумы [Kerr, 2006].

Глубинные верхнемантийные (астеносферные) флюиды и связанные с ними гидротермальные и реже углеводородообразующие системы возникают Глубинные верхнемантийные (астеносферные) флюиды и связанные с ними гидротермальные и реже углеводородообразующие системы возникают не сами по себе, а являются производными сверхглубинных (внешнее ядро - слой D 2) флюидов, что существенно меняет наши представления о ресурсах глубинного углеводорода и их роли в петро- и нафтидогенезе [Лукин, Пиковский, 2004].

Плюмы –струи, пронизывающие мантию от границы ядра до поверхности Земли, которые при выходе на Плюмы –струи, пронизывающие мантию от границы ядра до поверхности Земли, которые при выходе на поверхность изливаются базальтами малой вязкости – траппами. Плюмы по внешнему виду напоминают поднимающийся в атмосфере тороидальный вихрь, который обладает гидродинамической устойчивостью и способен «всплыть» на большую высоту, сохраняя свою первоначальную форму. Горячая струя вихря поднимается в его центре, затем, взаимодействуя с окружающей средой, приводит к её испарению, закручивается, охлаждается, частично конденсируется, опускается вниз и сливается с горячей струей. Процессы испарения и конденсации вещества среды играют важную роль в физике плюма. Слева тороидальный вихрь [Лаврентьев, Шабат, 1973], справа результат эксперимента по образованию двухфазной вихревой структуры при воздействии струи воздуха на расплав парафина в узком канале [Ковалев и др. , 2007].

Плюм как труба дегазации Наиболее важным аспектом функциональной характеристики плюмов с точки зрения эндогенного Плюм как труба дегазации Наиболее важным аспектом функциональной характеристики плюмов с точки зрения эндогенного рудообразования и нафтидогенеза является рассмотрение их как труб дегазации (это плодотворное понятие введено в науку П. Н. Кропоткиным). Такая трактовка позволяет объединить практически все основные аспекты плюмтектоники. При этом на разных этапах эволюции плюма он может контролировать как «горячую» (включая разнообразный магматизм и гидротермальный рудогенез), так и «холодную» (включая нафтидогенез) дегазацию. Трубы дегазации представляют собой парагенетические пространственно-временные системы ловушек (залежей), которые включают в себя большие массивные залежи, приуроченные разуплотненным массивам пород кристаллического фундамента и промежуточного комплекса, черносланцевых и рифогенно-карбонатных формаций. Поэтому картирование труб дегазации по комплексу геофизических и геохимических аномалий приобретает особое значение. По мере восходящего движения плюмов формируются мантийные диапиры, апикальные части которых характеризуются, с одной стороны, катагенезом и метагенезом (фазы интенсивного прогибания бассейна), а с другой - гипогенно-алогенетичным метасоматозом. В формировании вторичной газовой пористости и трещиноватости, обусловленной водородно -гелиевой дегазацией, принимает участие также метан и его гомологи [Лукин, 2002].

Таким образом, формирование углеводородных систем на глубинах более 5 -6 км, наряду с присутствием Таким образом, формирование углеводородных систем на глубинах более 5 -6 км, наряду с присутствием здесь интенсивно разуплотненных кристаллических пород, не является термодинамическим парадоксом. На этих глубинах большие сегменты НГБ приобретают признаки единых нефтегазоносных углеводородных скоплений в неравномерно разуплотненных породах. Об этом свидетельствует полученный к настоящему времени экспериментальный материал по петрофизическому моделированию. В частности, обнаруженная инверсия скоростей сейсмических волн в термодинамических условиях этих глубин [Корчин, Буртный, Коболев, 2013 ], а также непосредственная связь эндогенных углеводородов с рифтогенными узлами Земли [Коболев, 2017], позволяют рассматривать апикальные части плюмов, как неисчерпаемые источники природных углеводородов.

Отношение H/Si позволяет объяснить Увеличение электропроводности высокую электропроводность мантии при увеличении количества астеносферы не Отношение H/Si позволяет объяснить Увеличение электропроводности высокую электропроводность мантии при увеличении количества астеносферы не за счет, как это принято, водорода в её веществе [Karato S. The более высокой ее температуры по сравнению с литосферой и частичным её role of hydrogen in the electrical плавлением, а добавлением водорода. conductivity of the upper mantle // Принимая в первом приближении, что Nature. 1990. V. 347. Р. 272 -273. ]. мантия в основном состоит из кремния, тогда присутствие в её составе 0. 1 % водорода (H/Si = 10 -3 = 1000 p. p. m. ), ведет к увеличению электропроводности на 2 порядка. Учитывая, что в твердом теле изменение теплопроводности происходит синхронно и по одному механизму с изменением электропроводности, можно полагать, что и теплопроводность вещества мантии также будет возрастать при продувке её водородом. Если учесть, что в момент прохождения плюма отношение H/Si >> 1000 p. p. m. , то и теплопроводность вещества мантии будет возрастать больше чем на два порядка. При этом, за счет повышения температуры окружающего пространства непосредственно плюмом, эффект будет ещё выше. Таким образом, наличие водорода в плюме играет определяющую, роль в его способности проникнуть сквозь

q Выполненный А. Е. Лукиным анализ геолого-геофизических и геохимических данных по различным нефтегазоносным бассейнам q Выполненный А. Е. Лукиным анализ геолого-геофизических и геохимических данных по различным нефтегазоносным бассейнам мира свидетельствуют о том, «что главным фактором формирования нефтяных и газовых месторождений являются не древние геологически длительные катагенетические процессы «капельной» первичной миграции при тектоническом погружении обогащенных биогенной органикой осадочных толщ, а глубинная дегазация Земли» [Лукин, 2015, с. 17]. q Размещение месторождений углеводородов Черного моря непосредственно связано с основными каналами, представляющими собой дизъюнктивные узлы – зоны пересечения глубинных разломов, активизированных в разные эпохи геологической истории. Происходившее в этих узлах мощное накопление углеводородов, наряду с интенсивной газовой разгрузкой дна, трудно удовлетворительно объяснить без привлечения глубинной составляющей. q Существенным является и тот факт, что максимальное проявление этого глобального явления связывается с плюмтектоникой. Последнее обстоятельство послужило основанием для привлечения процессов плюм-тектонической глубинной дегазации к истолкованию роли геодинамических факторов связанных как с эволюцией мегавпадины Черного моря, так и с генезисом углеводородов и пересмотра предыдущих геодинамических построений [Коболев, 2003].

q. Ярким свидетельством беспрецедентной по интенсивности холодной формы газовой разгрузки недр являются дискретные струйные q. Ярким свидетельством беспрецедентной по интенсивности холодной формы газовой разгрузки недр являются дискретные струйные выходы газов, обнаруженные на дне Черного моря. q. Последние, наряду с сероводородным заражением, представляют собой уникальный средообразующий, экологический и ресурсный феномен Черноморского нефтегазоносного мегабассейна [Шнюков, Коболев, 2013]. Черное море - уникальное явление на земном шаре, так как ни в одном море мира не установлено такого активного газовыделения Визуальные наблюдения струйных метановых газовыделений. Фотографии выполнены с борта научноисследовательской подводной лодки «Бентос300» на глубине 230 м. (Егоров, Артемов, Гулин, 2011).

Глубинное строение мантийной литосферы q Наиболее эффективным инструментом изучения глубинных неоднородностей мантийной литосферы являются Глубинное строение мантийной литосферы q Наиболее эффективным инструментом изучения глубинных неоднородностей мантийной литосферы являются методы сейсмической томографии, среди которых выделим представляющие для нас интерес их локальные и региональные модификации, непосредственно посвященные Азово. Черноморскому региону, . q Методика локальной трехмерной лучевой томографии основана на предположении о гладкости латеральных вариаций скорости. Для восстановления трехмерного распределения скорости в литосферной части верхней мантии региона [Яновская, Гобаренко, Егорова, 2016] используются данные о временах пробега продольных волн от землетрясений внутри и вокруг Черного моря. q К региональным следует отнести цикл работ последователей В. С. Гейко, успешно использующих разработанный им метод тейлоровского приближения решения задачи лучевой сейсмической томографии с целью изучения строения мантии на базе данных времен прихода на станции мировой сети первых вступлений Р-волн от землетрясений [Гейко, Бугаенко, Шумлянская и др. , 2007; Бугаенко, Шумлянская, Заец и др. , 2008; Бугаенко, Заец, Цветкова, 2015; Гинтов, Цветкова, Бугаенко, Муровская, 2016 ].

Результаты сейсмотомографического исследования мантийной литосферы Черноморского бассейна [Гинтов, Цветкова, Бугаенко, Муровская, 2016]. Вертикальные долготные Результаты сейсмотомографического исследования мантийной литосферы Черноморского бассейна [Гинтов, Цветкова, Бугаенко, Муровская, 2016]. Вертикальные долготные сечения Рскоростной модели мантии под мегавпадиной Черного моря. а) 340 в. д. ; б) - 350 в. д. ; в) 360 в. д. На вертикальных долготных сечениях Р-скоростной модели мантии непосредственно под ЗЧВ на глубинах от 2500 до 1700 км четко фиксируется низкоскоростная неоднородность (ΔVp≤ 0. 175 км/с), которую мы отождествляем с реликтом Черноморского плюма. Под ВЧВ подобная Вертикальные широтные сечения аномальная зона отсутствует. В качестве иллюстрации объективности Р-скоростной модели мантии под выполненных сейсмотомографических построений могут служить мегавпадиной Черного моря. а) вертикальные широтные сечения (41 -450 с. ш. ) Р-скоростной модели 0 с. ш. ; б) - 440 с. ш. ; в) - 430 с. ш. ; г) 45 мантии под мегавпадиной Черного моря. 420 с. ш. ; д) - 410 с. ш.

Вывод 1 Черноморский плюм рассматривается нами в качестве трубы дегазации, при этом на разных Вывод 1 Черноморский плюм рассматривается нами в качестве трубы дегазации, при этом на разных этапах его эволюции он может контролировать как "горячую" (магматическая инициация и пластификациия вещества литосферы центральной части впадины ), так и "холодную" (включая нафтидогенез) дегазацию. q Асейсмичная область под «безгранитной» литосферой центральной части впадины обусловлена магматической инициацией и пластификацией её вещества высоким мантийным тепловым потоком от остывающего Черноморского плюма. q

Для одного из грязевых вулканов Черного моря был выявлен канал дегазации – корни вулкана, Для одного из грязевых вулканов Черного моря был выявлен канал дегазации – корни вулкана, расположены ниже поверхности Мохо (21 км от поверхности дна). Это свидетельствует о возможности поступления флюидов из фундамента и даже из недр ниже поверхности Мохо т. е. из мантии. Данные эти пока единичные, вулканов десятки, но, надо полагать, выявление глубинных корней грязевых вулканов Азово. Черноморского региона – дело времени и технических возможностей. Ведь установлено же для Каспия до сотни субвертикальных тел, опускающихся на глубины до 18 -19 км – корней грязевых вулканов [Шнюков, Коболев, Пасынков, 2013].

l. В целом, очевидно, в осадочной толще Черноморского дна существуют сотни грязевулканических каналов, а l. В целом, очевидно, в осадочной толще Черноморского дна существуют сотни грязевулканических каналов, а возможно, и иных путей – тектонических нарушений, по которым мощные потоки глубинной углеводородной дегазации поступают к поверхности дна. С учетом бесчисленных разрывных нарушений разных уровней, можно образно предположить существование своеобразной «кровеносной системы» осадочного чехла. С этих позиций становится понятной роль мощной майкопской толщи глинистых пород, как бы одеялом покрывающих и удерживающих флюиды, поступающие из недр, и лишь прорывы этой толщи мощными глубинными потоками сфокусированных углеводородов, локализованными в грязевых вулканах, дают возможность вырваться этим флюидам на поверхность дна, создавая поверхностные проявления грязевых вулканов (конусы, брекчии, газовые фонтаны).

l. Выявленная в западной глубоководной части Черного моря кольцевая морфоструктура пространственно расположена над одним l. Выявленная в западной глубоководной части Черного моря кольцевая морфоструктура пространственно расположена над одним из крупных выступов домелового фундамента, вероятно разуплотненных кристаллических и метаосадочных пород [Шнюков, Коболев, Пасынков, 2013]. Морфология домеловых формаций в Западно. Черноморской впадине [Лукин, 2006] и эхограмма (вверху) кольцевой морфоструктуры дна. 1 – массивные залежи УВ в разуплотненных породных массивах

Вывод 2 Можно предполагать, что мощный газофлюидный поток, вырываясь из мантии, как бы ослабляет Вывод 2 Можно предполагать, что мощный газофлюидный поток, вырываясь из мантии, как бы ослабляет при своем прохождении всю осадочную толщу и способствует возникновению диапировых структур в майкопских отложениях. l Иными словами, не диапиры в майкопских глинах создают грязевые вулканы, а, наоборот, газофлюидный локализованный поток способствует их возникновению. l Об этом свидетельствует существование положительных структур на всем пути газофлюидного потока – во всей разновозрастной осадочной толще. l

 Вместо заключения Жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации, масштабы Вместо заключения Жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации, масштабы которой огромны и на несколько порядков выше, чем «дыхание» залежей нефти и газа, открытых в осадочном чехле. С глубинной дегазацией связаны планетарные катастрофы в биосфере. Корни глобальных геодинамических процессов сместились с уровня верхней мантии до ядра Земли. Каналы миграции флюидов связаны с дизъюнктивными деформациями и с инъекционными структурами (диапирами). В мантии важнейшими структурами разгрузки глубинной энергии являются плюмы, суперплюмы.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!