Доклады Блэкберн: Развитие тектонического бассейна Западной Сибири в мезозойский и третичный периоды

Грехем Блэкберн Blackbourn Geoconsulting

Триасовый период
Начиная с поздней стадии пермского периода и до триасового периода, происходило формирование рифтогенных структур в районе Западно-Сибирского бассейна (ЗСБ), в основном с ориентацией на север — юг и северо-восток – юго-запад и, по всей видимости, отчасти воссоздавая палеозойские очертания (Приложение 2). После этого следовал период пермского вздымания вдоль основной территории ЗСБ, где в настоящее время редко встречаются пермские отложения (Глава 2). Наиболее совершенное направление рифта прослеживается с севера на юг, через северную часть ЗСБ, и проходит Уренгойские газовые месторождения, а другой параллельный рифт прослеживается на восток через Енисейский складчатый пояс, которые называются соответственно Уренгойский и Худосейский рифты. Худосейский рифт в своей северной части соединяется с рифтом северо-восточного – юго-западного направления, который проходит вдоль Енисей-Хатангского прогиба. На юг, в районе центрального ЗСБ, два основных рифта раскалываются на множество мелких рифтов во всевозможных направлениях. Уренгойский рифт фактически является лишь северной частью более обширной рифтовой системы, Уренгой-Колготорский грабен, который простирается приблизительно на 1800 км с севера на юг от Омска в южном направлении к южной зоне Карского моря на севере.

На самом деле, этот грабен, выстраивается в одну линию со впадиной Святой Анны в Северном Ледовитом океане, которая открывается в глубоководную Нансенскую впадину, хотя нет уверенности в существовании какой-либо генетической связи между ними. Ширина этого грабена увеличивается от нескольких километров на юге до 80 км на севере.

Рифты были приурочены и заполнены минимум на 2 км базитовым материалом вулканического происхождения от позднего пермского до раннего триасового периодов. Дебаты ведутся относительно происхождения рифтогенных структур и вулканизма; многие российские авторы относят их к «суперплюму» (горячему полю) под ЗСБ. Эта модель нашла широкую поддержку Сандера и его соавторов в 2005 году на основании изучения значительного объема сейсмических данных северной части ЗСБ наряду с данными буровых журналов. Сандер и его группа рассчитали, что простирание земной коры (ß-факторы), связанное с формированием рифтогенных структур, может быть до 1,6 по Уренгойскому рифу на севере, уменьшаясь до 1,1 в центральном ЗСБ (Сургутский район). Поэтому, они пришли к заключению, что «суперплюм» был расположен непосредственно под зоной Уренгойского и Худосейского рифов в северной части ЗСБ. Эти авторы считают, что одновозрастные Сибирские траппы, которые выходят на поверхность на большой территории Сибирской платформы, непосредственно примыкающей к восточному краю ЗСБ, были образованы одним эпизодом наслоения магмы, а траппы базальтовых пород Сибирской платформы стеклись туда по поверхности через подпочвенные дайки или силевые потоки. Уренгойские рифтовые структуры были пройдены на глубину приблизительно 7500 м при бурении сверхглубокой тюменской скважины СГ-6, стратиграфия которой показана на схеме на Рис I.3.1. Глубокий геологический разрез коры, показанный в Приложении 3, также проходит через тюменскую скважину СГ-6.

Предполагается, что магматическая активность, связанная с суперплюмом, началась приблизительно 250-253 миллионов лет назад в форме щелочной – ультрамафической активности в Маймеча-Котуйской провинции, однако самые крупные объемы траппов были сформированы в пермо-триасовый период 249-250 миллионов лет назад. Медведев с соавторами в 2003 году получили подтверждение этому определению возраста базальтов со скважины на севере ЗСБ. Было теоретически допущено, что огромные объемы извержения вулканического материала и газов явились причиной крупнейшего вымирания, которое характеризует стратиграфическую границу пермо-триасового периода. Траппы формировались приблизительно в то же самое время в пределах рифтовых впадин ЗСБ и на окружающей территории, a также в районе Кузнецкого каменноугольного бассейна во время последних стадий формирования. Литология вулканогенных материалов пермо-триасового периода Западной Сибири была подробно изучена Медведевым и его соавторами в 2003 году.

Западный предел вулканических процессов триасового периода приходится на Челябинск и другие углесодержащие грабены западных склонов Уральских гор; траппов здесь нет, но есть базитовые дайки раннего триасового периода. На Урале чаще встречаются гранитные породы и бимодальные вулканиты позднего пермского и раннего триасового периодов. Предполагается, что они не связаны с формированием траппов, хотя они и имеют тот же самый возраст. Лучше всего определение связи между формированием траппов и суб-щелочными гранитными интрузиями было установлено на полуострове Таймыр (Рис. I.1.1). Траппы Таймыра являются продолжением траппов Сибирской платформы, хотя они, возможно, и слегка моложе (220-230 миллионов лет). Сандерс и его соавторы (2005 год) считают, что после основного периода вулканизма континентально подстилающих базальтов в ЗСБ траектория магматизма (т.е. плюм) мигрировала на север вместе с вышезалегающей корой, в сторону Таймырского региона, прежде чем мигрировать в морской шельф Баренцева моря. Как и базальты Карского моря, некоторые интрузивы траппов здесь сильно дифференцированы и содержат монцониты и суб-щелочные гранитные породы.

Как глубина, так и ширина грабенов триасового периода увеличивается на север, где, кроме вулканогенного материала, они могут содержать до 5 км осадочных пород триасового периода. В границах грабенов, неоднородные обломочные породы (конгломераты) и песчаники переслаиваются вулканическими породами, которые преобладают в отложениях раннего и среднего триасового периода. Верхние части рифтовых структур в большинстве своем не содержат вулканические породы; здесь преобладают пласты каменного угля. В направлении приблизительно 64° на север, впадина содержит толщу смешанных континентальных и морских песчаников, алевритов и сланцевых глин триасового периода (Тампейская толща; Рис. I.3.2), толщиной до 3 км или более, с возможным включением базальных отложений юрского периода. Предполагается, что море проникло в бассейн с севера поверх Западно- Сибирского силевого потока или, возможно, вдоль Енисейско-Хатангского прогиба, и распространилось вначале вдоль рифтовых бассейнов, но со временем покрыло промежуточную площадь платформы (Рис. I.3.1). Тампейские толщи/серии отложений схожи с вешележащими отложениями юрского периода, и представляют начальный цикл платформенного морского осадкообразования мезозойского периода. Данные сейсморазведки указывают на то, что эти отложения могут превышать толщину 6 км в некоторых впадинах северного бассейна. В Хатангском районе встречаются терригенные отложения триасового периода до 3 км, происшедшие вследствие Таймырского вздымания.

Однако, похоже, что произошли некоторые задержки между окончанием траппового вулканизма в ЗСБ и началом значительного теплового опускания породы (Сандерс, 2005 год), что соответствует началу основной стадии отложения осадочных материалов юрского периода, в приблизительно пленсбахском веке. Однако, после того как началось тепловое опускание, оно продолжалось до олигоценового периода, с почти полной стратиграфической последовательностью, прерванной лишь кратковременными переломами в результате эвстатического влияния.

Продолжительный период, предшествовавший отложению осадочных материалов юрского периода, был периодом выветривания и эрозии основной части ЗСБ. Образование брекчий, вымывание и химические преобразования поверхности доюрского периода на многих местах явились причиной создания пористой сети, которая впоследствии приняла многочисленные, хотя, в основном небольшие, суб-несогласные залегания нефти и газа (Раздел II.2.1).

Юрский период
Пост-рифтовый мезозойско-кайнозойский осадочный покров ЗСБ, начавшийся с раннего юрского периода, достигает толщины 8-10 км в северной части бассейна, со средним значением толщины 3 – 4 км на остаточной части бассейна, сужаясь до нуля к краям (Приложение 6). Отложения в основном оседали в мелководном континентальном море с прибрежной равниной и континентальной окружающей средой по краю. Море, которое было обычно глубже на западе и севере, вследствие основного источника происхождения, располагающегося на восток и южного источника происхождения, располагающегося на восток и юг. Осадочные отложения в основном почти полностью состоят из обломочных пород (песчаники, алевриты и сланцы), за исключением довольно экстенсивных аргиллитовых известняков начала мелового периода (маастрихтская эпоха) и некоторых разбросанных известняков. Процесс отложения в более глубоких частях бассейна проходил практически беспрерывно, начиная с раннего юрского периода до как минимум средне-миоценового периода, хотя несогласные напластования различного простирания присутствуют в пределах кэлловейского яруса верхней юры, кеммириджского, готеривского, барремского, аптского, туронского, палецеонового, средне-олигоценового и миоценового ярусов. Это скорее всего является, следствием эвстатических, а не тектонических событий. Отложения юрского периода подверглись лишь незначительным тектоническим нарушениям после напластования.

Как отмечается выше, основные площади, являющиеся источниками отложений в мезозойский период, залегают на восток и юго-восток бассейна. Вздымания на Урале, Новой Земле и Таймыре образовали второстепенные, однако значительные источники. Западная сторона Сибирского плато на восток, не являлась крупным источником осадочных отложений; она была покрыта трапповыми базальтами триасового периода и кластогенными осадками от позднего протерозойского до раннего палеозойского периодов, тогда как седиментативное наполнение  ЗСБ в основном состоит из аркозов, происходящих из гранитной группы пластов. Однако, существует возможность, что во время юрского периода предшественница реки Лены, которая в настоящее время вытекает с восточной стороны Сибирской платформы и течет на север в море Лаптевых, протекала вдоль Енисейско-Хатангской впадины с востока на запад и перенесла отложение в северный ЗСБ. Местные вздымания в пределах бассейна также являлись малыми источниками отложений в юрский период, прежде чем они были покрыты отложениями. Эволюция ЗСБ от юрского периода до настоящего времени, говоря простым языком, состоит из пассивной формы заполнения чрезвычайно симметричного (в конструктивном отношении), отстойного бассейна, а самая простая модель оседания породы представляет собой термический провес осадка куполообразующей формы, связанный с потоком высокой температуры в бассейне во время триасового периода и который, в свою очередь, был связан с совпадающими по времени вулканическими процессами (Раздел I.3.1).