Складки, соляные диапиры и их связь с разломами

Қысқаша негізгісі

Антиклиналь выпукла вверх, в её ядре более древние породы; синклиналь — наоборот. Если возраст слоёв неизвестен, говорят об антиформе и синформе.
Складку описывают крыльями, шарниром — линией наибольшего изгиба, осевой поверхностью, углом между крыльями и погружением шарнира. Свод — самая высокая точка слоя; в наклонной складке он не совпадает с шарниром.
Ось цилиндрической складки — линия пересечения её крыльев: её находят векторным произведением нормалей к крыльям, а осевая плоскость делит угол между крыльями пополам. Свод более глубокого горизонта смещён в сторону падения осевой поверхности.
Складки растут продольным изгибом при сжатии слоёв или поперечным изгибом над блоками фундамента, солью и рифами. При изгибе внешняя дуга слоя растягивается: $e = y/R$ ; скольжение по границам слоёв уменьшает растяжение каждого слоя.
Соль почти несжимаема и течёт; уплотнённые осадки глубже примерно 1–1,5 км обычно тяжелее её. Течение соли вызывает прежде всего неравномерная нагрузка; кровлю она прорывает там, где ту ослабили растяжение или размыв, а дальше растёт, пока вокруг накапливаются осадки.
Ловушки у соли — своды над подушками и куполами, пласты, срезанные стенкой соли, ловушки под карнизами и между куполами; где соль выжата полностью (соляной шов), остаются «окна» для перетока из подсолевых пород в надсолевые.

Негізгі қатынастар

\Theta = 180° - \angle(\mathbf n_1, \mathbf n_2),\qquad \mathbf l = \mathbf n_1\times\mathbf n_2

угол между крыльями и направление оси складки по нормалям к крыльям

\Delta x = \frac{\Delta z}{\mathrm{tg}\,\delta_a}

смещение свода горизонта, лежащего на $\Delta z$ глубже, в подобной складке с осевой плоскостью, падающей под углом $\delta_a$

e = \frac{y}{R},\qquad \frac{1}{R} \approx \frac{\dd^2 z}{\dd x^2}

растяжение на расстоянии $y$ от нейтральной поверхности слоя и кривизна свода по глубинам

\Delta p = \sigma_v(z_1) - \sigma_v(z_2) - \rho_s\,g\,(z_1 - z_2)

перепад давления в соли под мульдой (кровля соли на $z_1$ ) и под куполом (на $z_2$ )

Жиі қателіктер

Ставить скважину на глубокий горизонт под сводом мелкого: в наклонной складке свод с глубиной смещается.
Путать шарнир — линию наибольшего изгиба — со сводом, самой высокой точкой слоя.
Принимать форму складки на вертикальном разрезе или на карте за её истинный профиль: истинный профиль — в плоскости, перпендикулярной шарниру.
Объяснять рост соляных куполов только тем, что соль легче осадков: решают неравномерная нагрузка и прочность кровли.
Считать соль сплошной покрышкой повсюду: где она выжата, остаются окна для перетока.

Сабақтан кейін сіз

описывать складку её элементами — крылья, шарнир, осевая поверхность, свод, угол между крыльями, погружение шарнира — и классифицировать её по углу между крыльями, положению осевой поверхности и форме слоёв;
находить ось и осевую плоскость складки по залеганию крыльев и оценивать, насколько смещён свод более глубокого горизонта;
объяснять продольный и поперечный изгиб и скольжение по слоям и оценивать растяжение пород в своде по кривизне складки;
объяснять, почему и как течёт соль, как растут подушки, купола и диапиры и какие ловушки и риски с ними связаны, в том числе в Прикаспийской впадине;
узнавать складки, связанные с разломами, и понимать, что из этого следует для ловушки и для скважин.

Элементы складки

Складки бывают любого размера — от миллиметровых на керне до десятков километров. Ловушками служат крупные складки длиной в километры и десятки километров, но рядом с ними обычно есть и мелкие. Описание складки геометрическое: что изогнуто и как, а не почему; о причинах изгиба — в разделе о том, как растут складки.

Крылья и замок (limbs, hinge zone): участки слоя с наименьшей кривизной называют крыльями, место наибольшего изгиба — замком. Линию наибольшего изгиба на поверхности слоя называют шарниром (hinge line).
Осевая поверхность (axial surface): поверхность, проходящая через шарниры всех слоёв складки; она примерно делит угол между крыльями пополам. Плоскую осевую поверхность называют осевой плоскостью.
Ось складки (fold axis): направление, параллельное шарниру. Складку, которую можно получить, двигая прямую линию этого направления вдоль изогнутой поверхности, называют цилиндрической (cylindrical fold); на участке длиной в несколько километров многие складки близки к цилиндрическим, но не у своих концов, где шарнир погружается.
Угол между крыльями (interlimb angle): угол между крыльями, измеренный в профиле складки; чем он меньше, тем складка сжатее.
Свод, гребневая и килевая линии (crest, crest line, trough line): самую высокую точку изогнутого слоя называют сводом, а линию, соединяющую такие точки вдоль складки, — гребневой; у синклинали самые низкие точки соединяет килевая линия.
Погружение шарнира (plunge): угол между шарниром и горизонталью. На концах антиклинали шарнир погружается, и складка замыкается периклинально, у синклинали — центриклинально; наивысшая точка шарнира — кульминация, наинизшая — депрессия.

СызбаЭлементы асимметричной антиклинали в профиле (схема): пологое и крутое крылья, шарниры слоёв и осевая поверхность через них, свод верхнего слоя и угол между крыльями. Свод лежит не на шарнире, а сдвинут к пологому крылу; слои подобны друг другу, и шарнир каждого следующего слоя смещён вдоль осевой поверхности.

Как описывают складки

Складки по углу между крыльями

Складка: пологая (gentle)
Угол между крыльями: от 180 до 120°

Складка: открытая (open)
Угол между крыльями: от 120 до 70°

Складка: закрытая, или острая (close)
Угол между крыльями: от 70 до 30°

Складка: сжатая (tight)
Угол между крыльями: меньше 30°

Складка: изоклинальная (isoclinal)
Угол между крыльями: крылья параллельны, около 0°

Складка	Угол между крыльями
пологая (gentle)	от 180 до 120°
открытая (open)	от 120 до 70°
закрытая, или острая (close)	от 70 до 30°
сжатая (tight)	меньше 30°
изоклинальная (isoclinal)	крылья параллельны, около 0°

Границы классов условны; важнее само значение угла.

По положению осевой поверхности складки бывают прямыми (upright) — она почти вертикальна, наклонными (inclined), опрокинутыми (overturned) — одно крыло запрокинуто, и слои в нём перевёрнуты, — и лежачими (recumbent) с почти горизонтальной осевой поверхностью. По положению шарнира — горизонтальными, погружающимися (plunging) и вертикальными. По форме в плане различают линейные складки, во много раз более длинные, чем широкие, брахиантиклинали и брахисинклинали — короткие, вытянутые в несколько раз, и почти изометричные купола и мульды. У симметричной складки крылья одинаковы по длине и наклону, у асимметричной одно крыло короче и круче.

По форме слоёв различают параллельные складки (parallel folds), в которых толщина слоя по нормали к напластованию постоянна, — их частный случай концентрические, с общим центром кривизны, — и подобные (similar folds), в которых постоянна толщина, измеренная вдоль осевой поверхности: в замке слой толще, на крыльях тоньше, и все слои повторяют одну и ту же форму. Точнее форму слоя описывают изогонами — линиями, соединяющими точки одинакового наклона на кровле и подошве (классы 1А–1С, 2 и 3). Складки-ловушки обычно пологие и открытые, прямые или слабо наклонные, со слоями, близкими к параллельным.

Различие важно для прогноза на глубину. Подобная складка повторяет свою форму на любой глубине, только смещаясь вдоль осевой поверхности. У параллельной складки кривизна с глубиной меняется: в ядре антиклинали слои изгибаются всё круче, и где-то ниже складка должна затухнуть — над пластичным слоем или поверхностью срыва. Поэтому карту мелкого горизонта нельзя просто перенести на глубокий.

Истинную форму складки показывает профиль — сечение плоскостью, перпендикулярной шарниру. На вертикальном разрезе, проведённом не перпендикулярно шарниру, и на карте форма искажена: горизонтальная поверхность пересекает складку с погружением шарнира $p$ так, что «нос» складки на карте в $1/\sin p$ раз длиннее, чем в профиле. При погружении 5° это в 11,5 раза, поэтому на структурных картах погружения антиклиналей выглядят длинными пологими языками.

Есептеу мысалыОсь и осевая плоскость складки по наклонометрии

Бастапқы деректер (шартты)

Западное крыло (скважина 1, наклонометрия): аз. пад. 285° ∠ 18°
Восточное крыло (скважина 2): аз. пад. 95° ∠ 52°
Задача: найти ось складки, угол между крыльями и осевую плоскость; на сколько и куда смещён свод горизонта, лежащего на 900 м глубже

Шешім

Нормали к крыльям (восток; север; вверх), как в уроке о структурном анализе: $\mathbf n_1 = (-0{,}2985;\ 0{,}0800;\ 0{,}9511)$ , $\mathbf n_2 = (0{,}7850;\ -0{,}0687;\ 0{,}6157)$ .
Ось — линия пересечения крыльев: $\mathbf l = \mathbf n_1\times\mathbf n_2 = (0{,}1146;\ 0{,}9304;\ -0{,}0423)$ , $|\mathbf l| = 0{,}9383$ . Азимут погружения $7{,}0°$ , угол погружения $\arcsin(0{,}0423/0{,}9383) = 2{,}6°$ : шарнир почти горизонтален и полого погружается на север.
Угол между нормалями: $\cos\gamma = \mathbf n_1\cdot\mathbf n_2 = 0{,}3457$ , $\gamma = 69{,}8°$ ; угол между крыльями $\Theta = 180° - 69{,}8° = 110{,}2°$ — открытая складка, заметно асимметричная (крылья 18° и 52°).
Осевая плоскость делит угол между крыльями пополам; её нормаль направлена по $\mathbf n_1 - \mathbf n_2 = (-1{,}0835;\ 0{,}1487;\ 0{,}3354)$ . Угол падения $\arccos(0{,}3354/1{,}1439) = 73{,}0°$ , азимут падения 277,8°: осевая плоскость круто падает на запад, к пологому крылу.
Свод горизонта на 900 м глубже смещён в сторону падения осевой плоскости на $\Delta x = 900/\mathrm{tg}\,\delta_a = 900/3{,}261 = 276$ м.

Жауап: Ось складки погружается под 2,6° по азимуту 7,0°, угол между крыльями 110° (открытая асимметричная складка), осевая плоскость — аз. пад. 278° ∠ 73°. Свод горизонта на 900 м глубже — примерно в 276 м западнее свода верхнего.

Бұл нені білдіреді. Сейсмические профили для такой складки ведут вкрест оси, по азимутам около 97–277°: только на них виден её истинный профиль. Проектную скважину на глубокий горизонт смещают к западу, к пологому крылу; поставленная под сводом верхнего горизонта, она вскроет глубокий на крутом восточном крыле, ниже его свода. Смещение рассчитано для подобной складки; у параллельной складки форма с глубиной меняется, и глубокий горизонт картируют отдельно по сейсмике. Ось — линия пересечения крыльев — та же, что и в задаче о пересечении двух плоскостей (стереографическая проекция). Данные примера условные.

ЕсептеуРавноплощадная проекция нижней полусферы для примера, по формулам урока: дуги крыльев складки и их полюсы (точки того же цвета), ось складки — точка пересечения дуг, около 7° по азимуту и 3° по углу погружения, — и штриховая дуга осевой плоскости, проходящая через ось.

Как растут складки и где порода растрескивается

Складки возникают двумя путями. При продольном изгибе (buckling) толщу сжимают вдоль слоёв, и прочный, «компетентный» слой между более податливыми теряет устойчивость и изгибается волнами — так растут цепочки складок в складчатых поясах. Длина волны пропорциональна толщине компетентного слоя и растёт с контрастом его вязкости и вязкости соседних пород (раздел для углублённого изучения). Складки продольного изгиба образуют цепочки и в плане обычно вытянуты: у многих длина примерно в 10 раз больше ширины, хотя разброс велик. При поперечном изгибе (bending) слои изгибаются нагрузкой поперёк них: над поднятыми блоками фундамента, над соляными подушками и куполами, над рифами и песчаными телами, вокруг которых глины уплотнились сильнее. Такие складки повторяют форму того, что под ними, и не обязательно говорят о сжатии.

Слоистая толща гнётся не как один толстый брус: по границам слоёв она может проскальзывать (изгиб со скольжением по слоям, flexural slip), и каждый слой изгибается почти независимо. Так гнётся колода карт: её легко согнуть, пока карты скользят друг по другу, а склеенную колоду — почти невозможно. Скольжение по слоям сильно меняет распределение деформации внутри складки.

Растяжение и сжатие слоя при изгибе

e = \frac{y}{R},\qquad e_{max} = \frac{h}{2R},\qquad \frac{1}{R} \approx \frac{\dd^2 z}{\dd x^2} \approx \frac{z_1 - 2z_0 + z_2}{a^2}

мұндағы:

$e$ относительное удлинение вдоль слоя (деформация); положительное — растяжение, отрицательное — укорочение, —
$y$ расстояние от нейтральной поверхности слоя, которая сохраняет длину: в сторону выпуклости (внешняя дуга) — положительное, к центру кривизны — отрицательное, м
$R$ радиус кривизны нейтральной поверхности, м
$h$ толщина слоя, изгибающегося как одно целое (без скольжения внутри), м
$z_1,\ z_0,\ z_2$ глубины поверхности в трёх точках профиля, перпендикулярного шарниру, через равные расстояния $a$ ; $z_0$ — в своде, м

Бірліктер: длины в одних единицах; $e$ безразмерно (умножив на 100, получают проценты)

Мына жағдайда орындалады

нейтральная поверхность проходит посередине слоя, деформации малы, слой не скользит внутри себя;
кривизна по второй разности годится, когда наклон в средней точке мал (у свода $\dd z/\dd x \approx 0$ ); иначе $1/R = z''/(1 + z'^2)^{3/2}$ ;
профиль проведён перпендикулярно шарниру; по другому направлению кривизна получится меньше.

Внешняя дуга слоя длиннее нейтральной на $y/R$ , внутренняя — короче. Растяжение растёт с толщиной слоя и с кривизной: тонкий слой в пологой складке почти не деформируется, толстый слой в крутом замке растягивается на проценты. При скольжении по границам слоёв в формулу подставляют толщину отдельного слоя, а не всей пачки.

Есептеу мысалыРастяжение пород в своде по кривизне складки

Бастапқы деректер (шартты)

Глубины кровли карбонатного пласта в трёх скважинах по профилю поперёк шарнира: 1846, 1820 (свод) и 1838 м; расстояние между скважинами 400 м
Толщина пласта: 40 м
Вариант со скольжением по слоям: пласт из 10 слоёв по 4 м, скользящих по границам
Прочность на растяжение и модуль упругости породы: 5 МПа и 25 ГПа (порядок величины для плотного известняка)

Шешім

Вторая разность: $z'' = (1846 - 2\cdot 1820 + 1838)/400^2 = 2{,}75\cdot 10^{-4}$ м⁻¹; наклон в своде $(1838 - 1846)/800 = -0{,}01$ — мал, поэтому $R = 1/z'' = 3636$ м.
Пласт гнётся как одно целое: $e_{max} = 20/3636 = 0{,}55$ %.
Слои по 4 м скользят по границам: $e_{max} = 2/3636 = 0{,}055$ %.
Деформация, при которой порода рвётся при растяжении: $5/25\,000 = 0{,}02$ %. Отношения: 27,5 и 2,75.

Жауап: Без скольжения по слоям кровля пласта в своде растянута на 0,55 % — в 27,5 раза больше предельной деформации; при скольжении по слоям через 4 м — на 0,055 %, в 2,75 раза больше.

Бұл нені білдіреді. В обоих случаях в своде ожидаются трещины отрыва, но картина разная. Толстый пласт, изгибающийся целиком, сильно растрескан у кровли и сжат у подошвы, где возможны стилолиты и мелкие надвиги. Пачка скользящих тонких слоёв растрескана слабее и равномернее: каждая трещина ограничена своим слоем. Поэтому трещиноватость свода прогнозируют по кривизне вместе с толщиной механических слоёв; сама кривизна кровли по сейсмическим данным — распространённый атрибут для прогноза трещин (Трещины и трещиноватые коллекторы). Крылья, где кривизна мала, растянуты слабо. Расчёт упрощён: предельная деформация породы известна лишь по порядку величины, а реальные слои неоднородны. Данные примера условные.

ЕсептеуНаибольшее растяжение у кровли изогнутого слоя в зависимости от радиуса кривизны — по формуле

e = h/(2R)

для пласта толщиной 40 м, изгибающегося целиком, и для слоёв по 4 м, скользящих по границам (логарифмические шкалы). Штрих — порядок предельной деформации плотного известняка при растяжении; точки — свод из примера.

Где порода растрескивается, зависит и от того, как росла складка. В складках продольного изгиба растяжение сосредоточено во внешних дугах замков — в верхней части слоёв в замке антиклинали и в нижней части в замке синклинали, — а крылья деформированы мало. В складках, связанных с разломами, трещины собираются ещё и у самого разлома и на крутом крыле (раздел о складках и разломах).

Складки как ловушки

Антиклиналь замкнута падением пластов во все стороны — это четырёхстороннее замыкание (замыкание и точка перелива). Поперёк шарнира складку замыкает падение крыльев, вдоль — погружение шарнира к обоим концам: свод ловушки — в кульминации шарнира, а точка перелива — обычно в более высокой из седловин на концах складки, где шарнир снова поднимается к соседней складке. Поэтому для оценки ловушки важны не только крылья, но и шарнир: при пологом погружении замыкание по шарниру бывает меньше, чем поперёк складки.

Для глубоких горизонтов важны две вещи, разобранные выше: свод наклонной складки с глубиной смещается в сторону падения осевой поверхности, а форма параллельной складки с глубиной меняется, и ниже она может затухать над слоем срыва — пластичной глиной или солью. Поэтому структуру картируют по каждому горизонту отдельно.

Если складка росла во время осадконакопления (конседиментационная складка, growth fold), над сводом откладывалось меньше осадков, чем на крыльях и в соседних синклиналях, и пласты утоняются к своду. По этому утонению узнают, когда росла складка, а значит, существовала ли ловушка к моменту миграции (время формирования ловушек). На мелководном своде растущей складки могли отложиться лучшие коллекторы — промытые волнением пески, карбонатные постройки, — а мог идти и размыв.

Соль: почему она течёт и как растут диапиры

Каменная соль (галит, halite) — порода особая. Её плотность около 2,16 г/см³ и с глубиной почти не меняется: пор в ней нет, а сжимается она очень слабо. Осадки, наоборот, у поверхности рыхлые и лёгкие — около 2,0 г/см³, а при погружении уплотняются и тяжелеют до 2,4–2,6 г/см³ (тренд уплотнения). Кроме того, соль при обычных для бассейна температурах течёт, как очень вязкая жидкость (хрупкое и пластичное поведение). Ниже некоторой глубины соль оказывается под более тяжёлыми породами — неустойчивое положение, как у масла под водой.

Одной плавучести, однако, мало: кровля над солью — прочная хрупкая пластина, и, чтобы соль поднялась, её нужно раздвинуть или прорвать. Главная причина течения соли — неравномерная нагрузка (differential loading): там, где над солью больше осадков, давление в соли выше, и она перетекает туда, где нагрузка меньше. Неравномерность создают клинья осадков у дельт и склонов, складки и разломы кровли, тектоническое сжатие и растяжение.

Перепад давления в соли под мульдой и под куполом

\Delta p = \sigma_v(z_1) - \sigma_v(z_2) - \rho_s\,g\,(z_1 - z_2) = g\int_{z_2}^{z_1}\bigl(\rho_b(z) - \rho_s\bigr)\,\dd z

мұндағы:

$\Delta p$ превышение давления в соли под мульдой над давлением в соли под куполом на одной и той же глубине $z_1$ , Па
$z_1$ глубина кровли соли под мульдой (толщина осадков над солью там), м
$z_2$ глубина кровли соли над куполом, м
$\sigma_v(z)$ горное давление осадков на глубине $z$ (горное давление), Па
$\rho_b(z)$ объёмная плотность осадков на глубине $z$ , кг/м³
$\rho_s$ плотность соли, около 2160, кг/м³
$g$ ускорение свободного падения, 9,81, м/с²

Бірліктер: СИ; в метрических промысловых единицах $g$ заменяют на 0,00981 (плотности в г/см³, давление в МПа)

Мына жағдайда орындалады

соль ведёт себя как жидкость: давление в ней одинаково во всех направлениях и растёт с глубиной по её плотности;
мульда и купол достаточно широки, чтобы давление определял вес столба над точкой; прочность кровли и трение соли о стенки не учтены — они тормозят течение;
сравнивают одну и ту же глубину $z_1$ ; ниже в обоих столбах одна и та же соль, и перепад не меняется.

Перепад — это вес лишних осадков над мульдой за вычетом веса соли, которую они заменяют. Пока осадки в интервале от $z_2$ до $z_1$ в среднем легче соли, нагрузка соль к куполу не гонит; когда они уплотнились и стали тяжелее, каждый новый метр осадков в мульде увеличивает перепад. Перепад исчезает, когда соль под мульдой выжата полностью.

Есептеу мысалыПочему соль течёт из-под мульды к куполу

Бастапқы деректер (шартты)

Тренд уплотнения осадков (как в уроке о горном давлении): $\phi_0 = 0{,}40$ , $L = 2000$ м, плотности зёрен и воды 2,65 и 1,05 г/см³
Плотность соли: 2,16 г/см³
Мульда: осадки над солью — до глубины 3000 м
Купол: кровля соли на глубине 500 м

Шешім

Объёмная плотность осадков $\rho_b = 2{,}65 - 1{,}60\cdot 0{,}40\,\e^{-z/2000} = 2{,}65 - 0{,}64\,\e^{-z/2000}$ сравнивается с плотностью соли при $\e^{-z/2000} = (2{,}65 - 2{,}16)/0{,}64 = 0{,}7656$ , то есть на глубине $z = 534$ м. Глубже осадки тяжелее соли.
Средняя плотность всей толщи над точкой, $\sigma_v/(g z)$ , достигает плотности соли глубже — около 1120 м: лёгкие верхние сотни метров ещё долго «перевешивают».
Горное давление по тренду: $\sigma_v(3000) = 68{,}23$ МПа, $\sigma_v(500) = 10{,}22$ МПа; столб соли от 500 до 3000 м: $0{,}00981\cdot 2{,}16\cdot 2500 = 52{,}97$ МПа.
Перепад: $\Delta p = 68{,}23 - 10{,}22 - 52{,}97 = 5{,}04$ МПа — как столб соли высотой $5{,}04/(0{,}00981\cdot 2{,}16) = 238$ м.

Жауап: На глубине 3000 м давление в соли под мульдой на 5,04 МПа выше, чем под куполом, и соль выдавливается к куполу.

Бұл нені білдіреді. Перепад в несколько мегапаскалей мал по сравнению с самими давлениями (около 68 МПа), но он действует миллионы лет на очень вязкую соль — и купола растут, а мульды углубляются, принимая новые осадки. Если бы мульда была заполнена молодыми рыхлыми осадками тоньше километра, они в среднем были бы легче соли, и нагрузка сама по себе её бы не выдавила; поэтому первые подушки и диапиры чаще связаны с растяжением, сжатием или с уже накопившейся толщей. Пористость у поверхности в тренде из урока о горном давлении, 0,40, невелика; у глинистых осадков она обычно больше, и при 0,5–0,6 обе глубины растут — примерно до 1–1,3 км на данной глубине и 2–3 км в среднем. Так что пример занижает толщу осадков, после которой нагрузка начинает выдавливать соль. Расчёт показывает движущую силу, а не скорость: прочность кровли и трение о стенки его уменьшают. Данные примера условные.

ЕсептеуПлотность осадков по тренду уплотнения из примера — на данной глубине и средняя для всей толщи над ней — и плотность соли. Точки — глубины, ниже которых осадки тяжелее соли: на данной глубине около 530 м, в среднем около 1120 м.

Соль пробивается вверх поэтапно. Когда растяжение разрывает и утоняет кровлю сбросами, соль заполняет пространство под образовавшимся грабеном — реактивный диапиризм (reactive diapirism). Когда кровля стала тонкой, соль поднимает и раздвигает её сама — активный (active). Выйдя к поверхности или к дну моря, диапир растёт пассивно (passive, downbuilding): его вершина остаётся у поверхности, а осадки накапливаются вокруг, и он «прорастает» сквозь всё более мощную толщу. Чем быстрее поднимается соль по сравнению с накоплением осадков, тем круче задраны пласты у стенки диапира. Сжатие тоже помогает: соль поднимается в ядра растущих антиклиналей.

Соляные структуры и ловушки у соли

Соляная подушка (salt pillow): пологое поднятие соли, над которым кровля изогнута в складку, но не прорвана.
Соляной вал (salt wall, salt ridge): вытянутое поднятие соли; над крупными валами и вдоль них кровля разбита сбросами.
Шток, диапир, карниз (stock, diapir, overhang): столб соли, прорвавший кровлю. У вершины соль может растекаться в стороны, образуя карниз, а выйдя на поверхность или на дно моря — соляные покровы (salt sheets, canopies).
Межкупольная мульда (minibasin): впадина между куполами, откуда соль ушла и где накопилась мощная толща осадков; по её краям у куполов — компенсационные синклинали (rim synclines).
Соляной шов (salt weld): место, где соль выжата полностью и надсолевые породы легли на подсолевые. Для подсолевого этажа это «окно» в соляной покрышке: через него флюиды переходят из одного этажа разреза в другой.
«Черепаха» (turtle structure): антиклиналь в середине бывшей мульды. Самая толстая середина мульды раньше других её частей выжимает соль и «садится» на подсолевое ложе, а края продолжают опускаться, пока из-под них уходит соль к соседним куполам; в итоге середина оказывается выше краёв, и бывшая синклиналь превращается в антиклиналь.

СызбаСоляные структуры и ловушки у соли (схема): подушка с антиклиналью над ней, диапир с карнизом, межкупольная мульда с «черепахой», соляной шов — место, где соль выжата полностью, — и подсолевая постройка под солью. Нефть показана оранжевым.

Ловушки у соли

Ловушка: свод над подушкой или куполом
Как замкнута: антиклиналь над солью, замкнутая со всех сторон
Главный риск: сбросы и трещины над растущим сводом

Ловушка: у стенки купола
Как замкнута: пласты задраны и срезаны солью, соль служит экраном
Главный риск: сложная форма, искажённое изображение на сейсмике

Ловушка: под карнизом
Как замкнута: пласт упирается в нависающую соль
Главный риск: найти ловушку под солью и пробурить через соль

Ловушка: блоки над куполом
Как замкнута: сбросы над сводом делят пласты на блоки
Главный риск: экранирование сбросами (Разломы)

Ловушка: «черепаха» в мульде
Как замкнута: антиклиналь, возникшая при уходе соли из-под краёв мульды
Главный риск: время образования относительно миграции

Ловушка: подсолевые
Как замкнута: региональная соль над постройками и складками
Главный риск: окна в соли, аномально высокое давление, большая глубина

Ловушка	Как замкнута	Главный риск
свод над подушкой или куполом	антиклиналь над солью, замкнутая со всех сторон	сбросы и трещины над растущим сводом
у стенки купола	пласты задраны и срезаны солью, соль служит экраном	сложная форма, искажённое изображение на сейсмике
под карнизом	пласт упирается в нависающую соль	найти ловушку под солью и пробурить через соль
блоки над куполом	сбросы над сводом делят пласты на блоки	экранирование сбросами (Разломы)
«черепаха» в мульде	антиклиналь, возникшая при уходе соли из-под краёв мульды	время образования относительно миграции
подсолевые	региональная соль над постройками и складками	окна в соли, аномально высокое давление, большая глубина

Ловушки у соли часто комбинированные: свод, срез стенкой соли и сбросы работают вместе.

Соль создаёт и осложнения. При бурении она течёт и сужает ствол, поэтому обсадную колонну в солях рассчитывают на давление, близкое к горному (Обсадные колонны: назначение, типы, свойства и стандарты); в пресном буровом растворе соль растворяется, и для её разбуривания применяют насыщенные солевые или углеводородные растворы (Растворы на углеводородной основе); в толще соли встречаются прослои и включения с аномально высоким давлением. Сейсмические волны в соли обычно идут быстрее, чем в окружающих осадках, и под куполами изображение искажено — отсюда неопределённость формы подсолевых ловушек. Соль хорошо проводит тепло, поэтому под куполами породы холоднее, а над ними теплее, чем по соседству (тепловой поток и соль).

Соль Прикаспийской впадины: подсолевой и надсолевой этажи

Самый яркий пример соляной тектоники в Казахстане — Прикаспийская впадина (как возникла впадина). Её разрез делит на два этажа соль кунгурского яруса — верхней части нижней перми; первоначальная толщина соли оценивается в 4–5 км. Деформироваться соль начала вскоре после отложения, сильнее всего — в поздней перми и триасе, но купола росли и позже; деформация продолжается и сейчас, а некоторые купола выходят на поверхность. Во впадине выявлено больше тысячи соляных куполов; у бортов они выстроены в гряды, параллельные бортам. В мульдах между куполами накопились осадки поздней перми и раннего триаса толщиной в несколько километров, а отдельные интервалы юры — неогена местами достигают толщины до 3 км там, где рядом в это время рос купол.

Два этажа нефтегазоносности Прикаспийской впадины

Этаж: подсолевой (верхний девон — нижняя пермь)
Породы: карбонатные платформы и постройки по бортам, в центре — глубоководные чёрные глины, главные нефтематеринские породы
Ловушки и примеры: рифы и постройки: Тенгиз, Кашаган, Карачаганак; антиклинали восточного борта, образованные сжатием со стороны Урала в перми — триасе: Жанажол и соседние

Этаж: надсолевой (верхняя пермь — неоген)
Породы: в основном песчано-глинистые
Ловушки и примеры: все продуктивные ловушки связаны с солью: антиклинали с соляным ядром, пласты, экранированные сбросами и стенками куполов; главные залежи — в юрских и меловых песчаниках

Этаж	Породы	Ловушки и примеры
подсолевой (верхний девон — нижняя пермь)	карбонатные платформы и постройки по бортам, в центре — глубоководные чёрные глины, главные нефтематеринские породы	рифы и постройки: Тенгиз, Кашаган, Карачаганак; антиклинали восточного борта, образованные сжатием со стороны Урала в перми — триасе: Жанажол и соседние
надсолевой (верхняя пермь — неоген)	в основном песчано-глинистые	все продуктивные ловушки связаны с солью: антиклинали с соляным ядром, пласты, экранированные сбросами и стенками куполов; главные залежи — в юрских и меловых песчаниках

Кратко и упрощённо. Самые крупные запасы впадины — в подсолевом этаже; в её российской части к нему же относится Астраханское месторождение.

Соль — региональная покрышка подсолевого этажа, и этажи разделены гидродинамически: подсолевые пласты, кроме части залежей у восточного борта, имеют аномально высокое давление, обычно в 1,8–2,1 раза выше гидростатического, и более солёные воды, а над солью давление гидростатическое (Аномальные пластовые давления: происхождение, прогноз, распознавание). Надсолевые залежи сосредоточены в основном на юго-востоке впадины, в районах севернее и южнее реки Эмбы; самые продуктивные юрские и меловые горизонты залегают на глубинах меньше 1000 м, пористость их песчаников 25–35 %, проницаемость — обычно сотни миллидарси. В районе Южной Эмбы промышленную нефть впервые получили в 1911 году, а к 1970 году в надсолевом этаже открыли больше ста месторождений. В 1990-х годах более детальная сейсморазведка позволила закартировать в мульдах между куполами и структуры в верхнепермских породах — своды в самих мульдах и «полусводы» у склонов куполов, возникшие при неравномерном оттоке соли.

Нефть надсолевых залежей, по геологическим и геохимическим данным, пришла из тех же подсолевых нефтематеринских пород: она поднялась там, где соль между куполами выжата полностью или почти полностью, — через такие «окна» в покрышке; в литературе по впадине эти участки называют бессолевыми мульдами. Через такие окна углеводороды могли и уйти из подсолевых ловушек — поэтому некоторые высокоамплитудные подсолевые постройки, вероятно, водоносны. Соль влияет и на температуру: на востоке впадины под соляным куполом толщиной 3,5 км кровля подсолевых пород на 18 °C холоднее, чем на той же глубине в соседней мульде, а под крупнейшими куполами разница может достигать 60 °C — это меняет и созревание нефтематеринских пород, и прогноз пластовой температуры.

Складки и разломы вместе

Складки и разломы часто растут вместе, и тип складки подсказывает, где ждать разломы и трещины.

Складка над перегибом надвига (fault-bend fold): надвиг идёт вдоль слабого пласта, затем срезает пачку по рампе и снова идёт вдоль пласта; пластины, переползая через перегибы сместителя, изгибаются, и форма складки повторяет форму сместителя.
Складка над окончанием разлома (fault-propagation fold): складка растёт перед окончанием надвига, ещё не прорвавшего толщу: переднее крыло крутое, иногда опрокинутое, и его часто срезает сам разлом; свод смещён к переднему крылу.
Складка срыва (detachment fold): толща сминается над пластичным слоем — солью или глиной, — по которому она соскальзывает; складка затухает вниз, к слою срыва.
Приразломная антиклиналь (rollover): висячее крыло листрического сброса, сползая по выполаживающемуся сместителю, изгибается к разлому; свод часто осложнён антитетическими сбросами и мелкими грабенами (группы разломов).
Складка облекания (drape, forced fold): слои облекают ступень фундамента над разломом, выступ или риф; складка повторяет форму того, что под ней, и затухает вверх.
Инверсионная антиклиналь (inversion anticline): впадина, ограниченная сбросами, позже сжата: сбросы оживают как взбросы, и толща бывшего прогиба выжимается вверх в антиклиналь.

СызбаСкладки, связанные с разломами (схемы): складка над перегибом надвига, складка над окончанием надвига с крутым передним крылом, приразломная антиклиналь в висячем крыле листрического сброса и складка облекания над ступенью фундамента.

Пример — Южный Мангышлак. Северный из позднепермско-триасовых рифтов ещё до юры был сжат и поднят (инверсия); это Мангышлакская складчатая зона. Южнее, на Жетыбайской ступени, почти все запасы главных продуктивных пластов — нижне- и среднеюрских песчаников — собраны в вытянутых антиклиналях, выстроенных в три линии примерно параллельно складчатой зоне. Длина складок — от нескольких километров до 45 км (Узень), замыкание — от десятков до более чем 300 м. Южные крылья заметно круче северных и часто нарушены разломами; по интерпретации сейсмических данных, под складками, вероятно, лежат передние края надвиговых пластин в триасовых породах, а примерно 70 % роста структур пришлось на время от среднего миоцена до наших дней. Покрышка над Узенем тоньше 100 м, но удерживает залежь высотой больше 300 м.

Для скважин из этого следуют три правила. В асимметричных складках над надвигами крутое крыло часто нарушено разломами, а свод с глубиной смещается. Трещины сосредоточены в замке и на крутом крыле, а также у разломов. И скважины на приразломные складки нельзя закладывать по карте одного горизонта: нужна объёмная структурная модель, согласованная с сейсмикой и скважинами (Практическая структурная геология).

Терминдер мен белгілер

Антиклиналь и синклиналь: складки, выпуклые вверх (в ядре более древние породы) и вниз (в ядре более молодые).
Шарнир и замок складки: линия наибольшего изгиба слоя и участок вокруг неё (hinge line, hinge zone).
Осевая поверхность: поверхность через шарниры всех слоёв складки, делящая угол между крыльями (axial surface).
Угол между крыльями $\Theta$: угол между крыльями в профиле складки; по нему складки делят на пологие, открытые, закрытые, сжатые и изоклинальные.
Погружение шарнира: угол между шарниром и горизонталью; на концах антиклинали шарнир погружается, замыкая её (plunge).
Профиль складки: сечение плоскостью, перпендикулярной шарниру; показывает истинную форму складки.
Параллельная и подобная складки: складки с постоянной толщиной слоя по нормали к напластованию и с постоянной толщиной вдоль осевой поверхности.
Продольный и поперечный изгиб: рост складки при сжатии вдоль слоёв и при нагрузке поперёк них (buckling, bending).
Нейтральная поверхность: поверхность внутри изгибаемого слоя, которая сохраняет длину; снаружи от неё слой растянут, внутри сжат.
Неравномерная нагрузка: различие веса пород над солью, которое заставляет её перетекать (differential loading).
Соляная подушка, купол, диапир: поднятие соли под изогнутой кровлей, купол соли и столб соли, прорвавший кровлю.
Межкупольная мульда: впадина между куполами, откуда ушла соль и где накопилась мощная толща осадков (minibasin).
Соляной шов: место, где соль выжата полностью и надсолевые породы лежат на подсолевых — «окно» в соляной покрышке (salt weld).

Жиі қателіктер

Қате

«Свод глубокого горизонта лежит прямо под сводом мелкого».

Шын мәнінде

Только в прямой симметричной складке. В наклонной свод с глубиной смещается в сторону падения осевой поверхности на $\Delta z/\mathrm{tg}\,\delta_a$ , а у параллельной складки форма с глубиной ещё и меняется.

Қате

«Антиклиналь всегда говорит о сжатии».

Шын мәнінде

Складки растут и над соляными подушками, над выступами фундамента и рифами, в висячем крыле листрических сбросов при растяжении. Сжатие показывают складки продольного изгиба и надвиги.

Қате

«Соль поднимается, потому что она легче».

Шын мәнінде

Плавучесть — лишь часть причины: в верхнем километре осадки в среднем легче соли, а кровлю нужно прорвать. Главное — неравномерная нагрузка и ослабление кровли растяжением или размывом.

Қате

«Под регионально выдержанной солью любая ловушка надёжно запечатана».

Шын мәнінде

Где соль выжата в купола, под мульдами остаются окна, и через них углеводороды уходят вверх. В Прикаспийской впадине так заполнились надсолевые ловушки, и, вероятно, поэтому часть подсолевых построек водоносна.

Қате

«Трещины распределены по складке равномерно».

Шын мәнінде

Растяжение сосредоточено во внешних дугах замков и растёт с кривизной и толщиной слоя; на пологих крыльях оно мало. Скольжение по слоям распределяет деформацию между тонкими слоями.

Толық: тереңдетілген

Откуда формулы для оси, угла между крыльями и осевой плоскости

Крылья цилиндрической складки — плоскости, содержащие её ось. Значит, ось перпендикулярна нормалям обоих крыльев и направлена по их векторному произведению $\mathbf l = \mathbf n_1\times\mathbf n_2$ (векторный расчёт). Если обе нормали взяты вверх и ни одно крыло не опрокинуто, угол $\gamma$ между нормалями равен углу между крыльями, отсчитанному снаружи складки, а сам угол между крыльями $\Theta = 180° - \gamma$ . Для складки с горизонтальным шарниром, крылья которой падают под $\delta_1$ и $\delta_2$ в противоположные стороны, это даёт $\Theta = 180° - \delta_1 - \delta_2$ : в примере $180 - 18 - 52 = 110°$ , что совпадает с векторным расчётом с точностью до наклона шарнира.

Плоскостей, делящих пополам угол между двумя плоскостями, две; их нормали — $\mathbf n_1 + \mathbf n_2$ и $\mathbf n_1 - \mathbf n_2$ . Первая у пологой складки близка к горизонтали, вторая проходит между крыльями через шарнир — это и есть осевая плоскость. Обе содержат ось, поэтому при горизонтальном шарнире их простирание совпадает с направлением оси; при погружающемся шарнире оно от него отклоняется — тем сильнее, чем круче погружение и положе плоскость (у осевой плоскости примера — меньше чем на 1°). В подобной складке более глубокий слой — тот же изогнутый слой, сдвинутый вдоль осевой плоскости, поэтому его свод смещён по горизонтали на $\Delta z/\mathrm{tg}\,\delta_a$ в сторону её падения.

Длина волны складок продольного изгиба

Если компетентный слой толщиной $h$ с вязкостью $\eta_l$ сжимать вдоль слоя в среде с вязкостью $\eta_m$ , быстрее всех растут складки определённой длины волны — доминирующей. Для вязкого слоя в вязкой среде теория продольного изгиба (Био и Рамберг) даёт:

Доминирующая длина волны продольного изгиба

L_d = 2\pi h\,\sqrt[3]{\frac{\eta_l}{6\,\eta_m}}

мұндағы:

$L_d$ доминирующая длина волны складок, м
$h$ толщина компетентного слоя, м
$\eta_l,\ \eta_m$ вязкости слоя и вмещающих пород, Па·с

Бірліктер: $L_d$ и $h$ в одних единицах; важно лишь отношение вязкостей

Мына жағдайда орындалады

один вязкий слой в однородной вязкой среде, малые амплитуды в начале роста складок;
контраст вязкостей велик (десятки и больше); при малом контрасте слой утолщается, а не изгибается;
многослойные толщи, скольжение по слоям и хрупкие породы дают другие длины волн — формула показывает тенденцию, а не точное значение.

Длина волны пропорциональна толщине слоя и лишь слабо, как кубический корень, зависит от контраста вязкостей. Слой толщиной 40 м при контрасте 1000 даёт волну около 1,4 км, при контрасте 100 — около 0,64 км; слой толщиной 10 м при контрасте 1000 — около 0,35 км. Поэтому размеры складок-ловушек в складчатом поясе подсказывают толщину слоя, который управлял складчатостью.

Басқа тақырыптармен байланыс

Напряжения, деформации и методы структурного анализа — элементы залегания, векторы и деформация, хрупкое и пластичное поведение пород.
Ловушки и время их формирования — замыкание, точка перелива и время образования ловушек.
Разломы — разломы, их амплитуды и экранирование.
Тектоника плит и осадочные бассейны — как возникли Прикаспийская впадина и другие бассейны Казахстана.
Поровое и горное давление — горное давление и тренд уплотнения осадков.
Коллектор и покрышка — соль и глины как покрышки и что ограничивает высоту залежи.
Трещины и трещиноватые коллекторы — трещины в складках и трещиноватые коллекторы.
Структурные стили и тектоническая история — сочетания складок и разломов в разных тектонических обстановках.
Обсадные колонны: назначение, типы, свойства и стандарты — крепление скважин в интервалах текучей соли.

Өзіңізді тексеріңіз

1
Крылья складки падают под 25° на запад и под 25° на восток, шарнир горизонтален. Как называют такую складку по углу между крыльями?
1. А.Открытая
2. Б.Изоклинальная
3. В.Пологая
4. Г.Сжатая
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: В. Пологая
Угол между крыльями $\Theta = 180° - 25° - 25° = 130°$ — больше 120°, складка пологая. Такими обычно и бывают складки-ловушки. Антиклиналь это или синклиналь, по углам падения не сказать: нужно знать, падают крылья от шарнира или к нему.
2
Осевая плоскость антиклинали падает на запад под 65°. Свод горизонта на глубине 1800 м известен. Где искать свод горизонта на глубине 3000 м, если складка подобная?
Жауабын көрсету
Смещение $\Delta x = 1200/\mathrm{tg}\,65° \approx 1200/2{,}14 \approx 560$ м на запад — в сторону падения осевой плоскости. Если складка параллельная, её форма с глубиной меняется, и глубокий горизонт надо картировать отдельно.
3
Почему соль собирается в купола и диапиры?
1. А.Соль расширяется при нагреве и поднимается
2. Б.Только потому, что она легче любых осадков
3. В.Из-за неравномерной нагрузки: под толстыми осадками давление в соли выше, и она перетекает туда, где нагрузка меньше, — особенно там, где кровля ослаблена
4. Г.Соль растворяется на глубине и переотлагается выше
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: В. Из-за неравномерной нагрузки: под толстыми осадками давление в соли выше, и она перетекает туда, где нагрузка меньше, — особенно там, где кровля ослаблена
Соль течёт, как очень вязкая жидкость, и её гонит перепад давлений, созданный разным весом пород над ней. Плавучесть помогает, но в верхнем километре осадки в среднем легче соли, а прочную кровлю соль прорывает там, где ту ослабили растяжение, размыв или где кровля тонкая.
4
Пласт толщиной 20 м изогнут в своде складки с радиусом кривизны 5 км. Каково растяжение у его кровли без скольжения по слоям и при скольжении по границам слоёв через каждые 2 м?
Жауабын көрсету
Без скольжения $e = (20/2)/5000 = 0{,}002$ , то есть 0,2 %. При скольжении каждый слой толщиной 2 м изгибается сам: $e = (2/2)/5000 = 0{,}0002$ — 0,02 %. Это в 10 раз меньше, поэтому пачка тонких скользящих слоёв растрескивается слабее, чем толстый монолитный пласт.
5
Что такое соляной шов и чем он важен для поисков?
1. А.Участок кровли купола, размытый на поверхности
2. Б.Трещина в соли, залеченная кальцитом
3. В.Место, где соль выжата полностью и надсолевые породы лежат на подсолевых: путь для перетока из подсолевых пластов в надсолевые
4. Г.Прослой песчаника внутри соляной толщи
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: В. Место, где соль выжата полностью и надсолевые породы лежат на подсолевых: путь для перетока из подсолевых пластов в надсолевые
Под мульдами соль может быть выжата полностью. Там покрышка подсолевого этажа прерывается: углеводороды могут уйти из подсолевых ловушек и заполнить надсолевые — как в Прикаспийской впадине, где нефть надсолевых залежей пришла из подсолевых нефтематеринских пород.
6
Соль исходной толщиной 4 км (условно) собралась в купола, занимающие 40 % площади, а под мульдами выжата полностью. Какой в среднем стала высота соли в куполах и что это значит, если подсолевое ложе лежит на глубине около 10 км?
Жауабын көрсету
Объём соли сохраняется: $4/0{,}4 = 10$ км. Купола такой высоты дотягиваются почти до поверхности — так и бывает в бассейнах с мощной солью: часть куполов выходит на поверхность, а соль у вершин растворяется и растекается. Расчёт грубый: он не учитывает растворение, размыв и растекание соли в покровы.

Жаңартылған: 19 октября 2026 г.