Автор: Зайцев Алексей Владимирович
Название работы: Дизъюнктивная тектоника и новейшее напряженное состояние геопространства Кольской сверхглубокой скважины
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.03 - геотектоника и геодинамика
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
зав. лаб. доктор геолого-минералогических наук Гончаров Михаил Адрианович;
Оппонент:
профессор доктор геолого-минералогических наук Лобусев Александр Вячеславович;
кандидат геолого-минералогических наук Зыков Дмитрий Сергеевич;
Место защиты:
Дата защиты: 12 мая 2009 г.
Издательство: Москва
Количество страниц:
Язык: русский
Содержание работы:
Введение.
Глава 1. Краткий очерк геологического строения геопространства Кольской сверхглубокой скважины.
Глава 2. Неотектоническая активизация Печенгской структуры и ее обрамления.
Глава 3. 3D модель напряженного состояния геопространства СГ-3.
Заключение.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации.
|
Реферат:
Актуальность темы. В современных представлениях о характере структурообразования в земной коре особое значение придается тому, что ответственные за это тектонические процессы
реализуются через иерархическую систему полей напряжений и деформаций, воздействующих на неоднородную, структурированную среду. Под структурированностью среды понимается наличие
в ней разномасштабных, часто иерархически соподчиненных, разного рода структурно-вещественных неоднородностей, типа первичной расслоенности толщ, внедрившихся геологических
тел (даек, силлов, интрузий), разрывных нарушений, кливажа, трещиноватости и так далее. Учитывая направления сжатия и растяжения в такой среде, можно более точно представить
себе как формируется структура, где возникают области концентраторов напряжений, а где фиксируются области тектонического покоя.
Однако классические методы тектонофизического моделирования дизъюнктивных структур земной коры, как правило, недоучитывают тектоническую расслоенность геологической среды,
концентрируя внимания главным образом на субвертикальных разрывах. Изучение геопространства Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3), о которой речь пойдет ниже и которое послужило
предметом данного исследования, показало, что важную роль в Печенгской структуре, в пределах которой расположена (СГ-3), играют как раз именно пологие надвиги, в то время
как субвертикальные разрывы носят подчиненный характер.
Недоучет или игнорирование тектонической расслоенности геологической среды имеет своим следствием стремление при тектонофизическом моделировании ограничиться двумерной (2D)
постановкой задачи реконструкции поля напряжений и деформаций только в горизонтальной плоскости. Это особенно характерно для физического моделирования с применением эквивалентных
материалов, когда имеется возможность четко зафиксировать то, что происходит на поверхности модели, без возможности заглянуть внутрь модельного образца.
Учет же тектонической расслоенности геологической среды, наличия в ней полого наклонных нарушений, принципиально невозможно без трехмерного (3D) подхода к тектонофизическому
моделированию. Наличие в исследуемом районе глубокой и хорошо задокументированной скважины СГ-3 позволяет сопоставить результаты моделирования с природной картиной деформаций
и напряжений. Учитывая направления сжатия и растяжения можно более точно представить себе, как формируется тектоническая структура, где возникают области концентраторов напряжений,
а где фиксируются области тектонического покоя.
Цель и задачи исследований. Целью работы является анализ новейшего напряженного состояния геопространства Кольской сверхглубокой скважины.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:
1. Изучить тектоническую делимость геопространства Кольской сверхглубокой скважины.
2. Провести структурно-парагенетический и кинематический анализ геологических объектов.
3. Разработать методику построения моделей напряженного состояния для полого-надвиговых структур.
4. Создать трехмерную тектонофизическую модель напряженного состояния Печенгской структуры и ее обрамления.
Методика исследования. В данной работе использовался комплекс методов, включающий в себя полевые исследования структурно-вещественных неоднородностей, данные, полученные дистанционными
методами, и результаты тектонофизического моделирования. Помимо этого, проводилось сопоставление результатов моделирования с наблюдениями напряженного состояния в стволе скважины
на глубину до 12 километров.
Фактический материал. В основу диссертационной работы положены полевые материалы, полученные автором в составе Кольской геологической партии ИФЗ РАН с 2000 по 2007 год. Помимо
этого, в диссертацию включены материалы, собранные в результате проведения хоздоговорных и госбюджетных работ по темам: Природа разномасштабных структурно-вещественных неоднородностей
земной коры на примере геопространства Кольской СГС, Структурно-геодинамическое районирование площадей (с применением геоинформационных технологий), с выделением зон, перспективных
для добычи метана из угольных пластов в Кузбассе (структурно-кинематические и тектонофизические критерии прогнозирования зон, перспективных для добычи метана из угольных пластов
в пределах Талдинского и Нарыкско-Осташкинского месторождений южного Кузбасса), Создание тектонодинамической модели формирования нефтегазоносности Долгинского вала на кафедре
динамической геологии за период с 2000 по 2008 год. Они включают как авторские полевые и камеральные исследования, так и результаты специальной обработки и анализа фондовых
и литературных данных.
Научная новизна. Впервые построена трехмерная модель современного напряженного состояния геопространства Кольской сверхглубокой скважины. Данная модель созданна на основе
детального изучения разноранговых дизъюнктивных нарушений, а также кинематического анализа борозд скольжения. Показано, что трещиноватость является наложенной и относительно
молодой. По бороздам скольжения с помощью кинематического метода, морфоструктурного анализа и решения очагов землетрясений установлено север-северо-восточное сжатие. Предложена
новая методика создания моделей напряженного состояния полого-надвиговых структур с использованием оптически активных материалов.
Защищаемые положения
1. Выявлен характер тектонической делимости Печенгской структуры и ее обрамления. Показано, что трещиноватость является наложенной и относительно молодой. По бороздам скольжения
с помощью кинематического метода, морфоструктурного анализа и решения очагов землетрясений установлено север-еверо-восточное сжатие.
2. Предложена новая методика моделирования напряженного состояния геологических объектов, имеющих полого-надвиговую структуру, заключающаяся в моделировании с помощью оптически
активных материалов серии вертикальных срезов-сечений, параллельных направлению сжатия. Результаты моделирования с помощью специального программного обеспечения экстраполируются
на весь изучаемый объем.
3. Впервые построена трехмерная модель новейшего напряженного состояния Печенгской структуры (до глубины 15 км.), благодаря которой выявлены области с повышенными значениями
напряжений, приуроченные, главным образом, к зонам пересечения крупных разрывных нарушений.
4. Наличие на изучаемой территории уникального объекта Кольская сверхглубокая скважина, позволило провести сопоставление результатов моделирования с данными по упругой
анизотропии и напряженному состоянию по стволу скважины и показать, что имеет место хорошая сходимость между вышеперечисленными параметрами. Это позволяет утверждать, что
условия моделирования выбраны правильно и данная модель верно отражает современное распределение полей напряжений.
Практическая значимость работы. Для района Кольской сверхглубокой скважины построена трехмерная модель напряженного состояния. Модель позволяет выявить участки повышенных
значений касательных напряжений, с которыми могут быть связаны различные опасные геологические процессы (сейсмичность, горные удары и т.д.).
При бурении глубоких скважин возникает проблема искривления ствола скважины, которое может быть связано с характером напряженного состояния среды. Так, в Кольской сверхглубокой
скважине при бурении ствол имел тенденцию к искривлению, сохраняя перпендикулярность пластам. Все четыре аварии, произошедшие во время бурения, были связаны с зонами максимального
искривления траектории бурения, которые, в свою очередь, связываются с резким изменением напряженного состояния среды.
Предложенная методика построения моделей напряженного состояния, может использоваться для моделирования газовых и нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. Так,
данная методика использовалась при построении геолого-технологической модели Долгинского нефтяного месторождения, а также учитывалась при разработке метаноугольных месторождений
Кузбасса.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на международной научной конференции Ломоносов 2006 и Ломоносов 2007, XL Тектоническом совещании
Фундаментальные проблемы геотектоники (Москва, 2007), XLI Тектоническом совещании Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики (Москва, 2008), конференции молодых
ученых и специалистов ОАО Промгаз (Новокузнецк, 2006), симпозиуме Неделя горняка-2006 (Москва, 2006), рабочем совещании Геомеханические и геодинамические аспекты повышения
эффективности добычи шахтного и угольного метана (С.-Петербург, 2007).
Публикации. Результаты исследования опубликованы в 12 печатных работах, из них 8 в соавторстве, а также в 5 научно производственных отчетах.
Структура работы. Работа состоит из введения, 3 глав и заключения, общим объемом 160 страниц машинописного текста, содержит 74 иллюстрации в виде 71 рисунка и 3 таблиц. Список
использованной литературы включает 103 названия.
Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю, доктору геол.-мин. наук, заведующему лабораторией тектонофизики и геотектоники им. В. В. Белоусова Михаилу
Адриановичу Гончарову за постоянную и разностороннюю помощь в ходе подготовки диссертации. Особую благодарность автор выражает начальнику Кольской геологической партии ИФЗ
РАН доктору геол.-мин. наук Ю.А. Морозову, научному руководителю темы доктору геол.-мин. наук В.Н. Шолпо, а также всем геологам этого отряда: М.С. Фельдману, А.Л. Кулаковскому,
А.В. Мараханову и всем друзьям и коллегам, принимавшим участие в полевых работах.
Слова признательности за постоянное внимание к работе и ценные консультации автор выражает заведующему кафедрой динамической геологии геологического факультета МГУ профессору
Н.В. Короновскому и профессорам кафедры М.Г. Ломизе, А.Г. Рябухину, Н.А. Божко, а также сотрудникам и преподавателям кафедры Г.В. Брянцевой, А.И. Гущину, Л.И. Деминой, В.А.
Зайцеву, B.C. Захарову, Н.В. Лубниной, Н.В. Макаровой, А.А. Наймарку, Л.В. Паниной, А.И. Полетаеву, А.Н. Стафееву, Н.С. Фроловой. Автор искренне благодарен М.А. Романовской
за внимание, проявленное во время всего обучения.
Отдельную благодарность автор выражает всем сотрудникам НПЦ Кольская сверхглубокая, директору НПЦ Д.М. Губерману, главному геологу Ю.Н. Яковлеву и заместителю главного геолога
Ю.П. Смирнову.
|
Библиография:
1. Зайцев А.В. Создание трехмерной модели напряженного состояния Талдинской площади Кузбасса, по данным моделирования на оптически активных материалах. //Тезисы доклада на конференции молодых ученых и специалистов ОАО Промгаз, Новокузнецк, 2006. С. 25-28. 2. Зайцев В.А., Секретов С.Б., Зайцев А.В. Детальная 3D геологическая модель участка проведения экспериментальных работ по добыче метана из угольных пластов скважиной УМ-1 (Южный Кузбасс). // Метан: Сборник научных трудов по материалам симпозиума Неделя горняка-2006. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. С. 337-344. 3. Зайцев В.А., Зайцев А.В. Изучение напряженного состояния земной коры методами тектонофизического моделирования на оптически активных материалах. // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. геол. 2006. Т. 81., Вып. 5. С. 84. 4. Зайцев А.В. Изучение напряженного состояния земной коры методами тектонофизического моделирования с целью выделения зон перспективных для добычи метана из угольных пластов в Кузбассе. // Тезисы доклада на международной научной конференции Ломоносов 2006. М.: МГУ, 2006. 5. Зайцев В.А., Зайцев А.В. Опыт разномасштабного структурного 3D моделирования Талдинской синклинали (Южный Кузбасс). // Фундаментальные проблемы геотектоники. Материалы XL Тектонического совещания. Том 1. М.: ГЕОС, 2007. С.255-258. 6. Зайцев В.А., Секретов С.Б., Зайцев А.В. Структурно-геологические особенности строения участка проведения экспериментальных работ по добыче метана из угольных пластов скважиной УМ-1 (Южный Кузбасс). // Материалы рабочего совещания Геомеханические и геодинамические аспекты повышения эффективности добычи шахтного и угольного метана. СПб.: ВНИМИ, 2007. С. 185-191. 7. Зайцев А.В. Изучение фрактальной размерности линеаментной сети Печенгской структуры. // Тезисы доклада на международной научной конференции Ломоносов 2007. М.: МГУ, 2007. 8. Зайцев В.А., Зайцев А.В. Использование тектонофизического моделирования на оптически активных материалах для прогноза нефтегазоносности краевых и внутренних морей. // Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики. Материалы XLI Тектонического совещания. Том 1. М.: ГЕОС, 2008. С.317-319. 9. Вовк В.С. Дзюбло А.Д. Холодилов В.А. Дмитриевская Т.В. Рябухина С.Г. Зайцев А.В. Прогноз нефтегазоносности Долгинской площади по результатам моделирования на оптически активных материалах. // Геология нефти и газа. 2008, 3, С. 2-5. 10. Зайцев А.В. 3D модель напряженного состояния района Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3). // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2008. С. 20-25. 11. Васюков В.Н., Рощина И.В., Зайцев А.В., Сторонский А.Н. Влияние геологической структуры на распределение дебитов метаноугольных скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009 (в печати). 12. Зайцев В.А., Зайцев А.В., Гершаник С.Ю., Карасев П.С., Гудымов А.В. Особенности построения 3-х мерных геологических моделей метаноугольных месторождений (на примере Распадской площади, Кузбасс) // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009 (в печати).
|
|
