Использование глубоководного бурения для решения геологических задач

курсовая работа

3.4 Научные результаты глубоководного бурения

Важнейшее достижение современных наук о Земле - установление фундаментального факта, что земная кора океанов принципиально отличается от коры континентов. Кора океанов не только в 4 - 6 раз тоньше коры континентов, но и отличается по составу и структуре. В отличие от континентальной, подразделяющейся на осадочный чехол (который в некоторых местах и вовсе отсутствует), верхний (гранито-гнейсовый) и нижний (гранулит-базитовый) слои консолидированной коры, в составе океанической коры выделяют четыре слоя. (рис.7). Также стоит заметить, что в составе континентальной коры преобладают гранито-гнейсовые породы, тогда как в океанической в основном основные и ультраосновные породы, такие как габбро и базальты. (Кеннет, 1987, Короновский, 2006).

Рис.7. Схемы строения земной коры. I - континентальная кора, слои: 1 - осадочный, 2 - гранитно-метаморфический, 3 - гранулито-базитовый, 4 - перидотиты верхней мантии. II - океаническая кора, слои: 1 - осадочный, 2 - базальтовых подушечных лав, 3 - комплекса параллельных даек, 4 - габбро, 5 - перидотиты верхнеймантии. М - граница Мохоровичича (Короновский, 2006)

Самый верхний (осадочный) слой континентов, состоящий из осадочных пород, разбурен до фундамента тысячами буровых скважин, особенно в нефтегазоносных областях, а глубочайшая в мире Кольская буровая скважина вошла в фундамент континента на глубину 10,8 тыс. м. Континентальная гранитогнейсовая кора хорошо изучена по всей толще благодаря тому, что нередко в зонах крупных разломов отдельные части коры перемещены относительно друг друга, а следовательно, более древние отложения поднимаются выше и позволяют получить полную картину, не углубляясь в глубь на многие километры. Установлено, что отдельные блоки континентальной коры имеют очень древний возраст и были сформированы 3 - 4 млрд. лет назад. (Кеннет, 1987, Хаин 2001, Короновский, 2006).

До начала глубоководного бурения мы по существу ничего не знали или очень мало знали о геологии осадочного слоя коры в морях и океанах, который выделяется с помощью геофизических данных. Полученные с помощью глубоководного бурения научные результаты стали во всех отношениях подлинным открытием нашего времени. Всего в Мировом океане на сегодня, как уже было сказано, пробурено около 1000 скважин; некоторые из них полностью прошли осадочный слой и проникли в базальтовый фундамент на глубину 600 м по базальтам.

Бурением и сейсмопрофилированием доказано, что осадочная толща в океанах, лежащая в вертикальном разрезе сверху (рис.8), распространена практически повсеместно. Она отсутствует лишь местами в центральных частях больших океанических хребтов и на подводных вулканических поднятиях. Однако мощность ее изменчива, что важно знать при оценке нефтегазоносности. На больших пространствах мощность осадочного слоя не превышает 1 - 1,5 км, увеличиваясь в краевых морях на континентальных окраинах до 10 км и больше (участки с мощной толщей осадков, правда, иного состава) (Басов, 2001). Установлено, что осадочный слой подстилается базальтами. Это второй слой океанической коры. (рис.8) Бурение показало, что наиболее молодые - базальты осевых зон срединно-океанических хребтов, при удалении от которых возраст базальтов постепенно удревняется. Соответственно, подошва осадочного слоя также удревняется в направлении от оси хребта в сторону океанических окраин. Закономерность строения горных хребтов в океанах, таким образом, прямо противоположна строению их на континентах, где осевые зоны хребтов слагаются обычно наиболее древними породами.

Также, путем драгирования и с помощью подводных спускаемых аппаратов были изучены горные породы фундамента океанической коры (рис.8) - ультрамафиты и мафиты, для которых характерны скорости сейсмических волн, типичные для мантии и нижней части океанической коры (Пейве, 1982). Время и геологическая история формирования этих пород еще слабо изучены, но, как твердо установлено, вышележащие базальтовые и осадочные слои океанической коры во всех океанах не древнее 200-230 млн. лет, что свидетельствует о кардинальных отличиях геологической истории коры океанов и континентов, о намного более древнем возрасте формирования коры на континентах.

Изучение осадочных и магматических пород показало, что возраст океанской коры действительно становится древнее по мере удаления от срединно-океанских хребтов в сторону окраинных частей океана, что подтвердило плейт-тектоническую модель развития дна океанов и Земли в целом. Это было продемонстрировано прежде всего с помощью изучения ископаемых микроорганизмов, что позволило в большинстве случаев с большой степенью надежности определить возраст самых нижних слоев осадочного чехла. Расчленение разреза велось по находившимся в кернах скважин остаткам быстро эволюционировавших и быстро расселявшихся в Мировом океане планктонных организмов, таких как фораминиферы, радиолярии, диатомовые, наннопланктон и др. (Басов, 2001). С учетом палеомагнитной шкалы и радиометрических определений впервые в результате глубоководного бурения создана основа для сверхдетальной и надежной корреляции времени проявления геологических явлений и объектов на всей Земле.

Было установлено, что наиболее древние осадки (среднеюрские, более 150 млн лет), залегающие на базальтах фундамента и вскрытые в Атлантическом и Тихом океанах, развиты в их окраинных районах. По направлению к срединным хребтам они становятся моложе и в их осевой части океанских бассейнов имеют современный возраст. Кроме того, было показано, что в глубоководных котловинах окраинных частей океанов нижние слои осадочного чехла являются относительно мелководными по сравнению со слоями, залегающими вверх по разрезу. Это означает, что океанская кора, которая формировалась в срединно-океанских хребтах, по мере удаления от них остывала и постепенно погружалась. Все это свидетельствует в пользу справедливости основных положений тектоники плит (Хаин, 2001).

Еще одним из основных постулатов современной тектонической концепции является дрейф литосферных плит. В процессе глубоководного бурения, это постулат не только был доказан, но было даже подсчитано, что средняя скорость дрейфа коры неодинакова во времени и пространстве, меняясь от 1 до 13 см в год, а средняя скорость вертикальных движений блоков составляет от 5 до 10 см в тысячу лет.

В Атлантическом океане, например, с большими подробностями удалось восстановить процесс раздвигания континентальной коры и его палеогеографию по синхронным осадочным горным породам, которые разбурены на противоположных окраинах континентов и первоначально образовались в узком бассейне в лагунных условиях в начальный период раскалывания и раздвигания континентов (Пейве, 1982).

Средствами глубоководного бурения подробно исследована геологическая история осадочного слоя на дне Северной Атлантики. Выяснено, что начало раздвигания в разных частях океана разное. Северная и арктическая часть океана начала формироваться позже его южной части. (Короновский, 2006).

Океанские базальты, вскрытые скважинами, так же как и осадки, оказались в значительной мере разнородными по химическому составу. Стало очевидным, что формирование дна океана происходило по более сложному сценарию, чем это предполагалось ранее, глядя на океан с суши. В частности, были установлены систематические вариации изотопного состава Rb, Sr, Nd и некоторых других химических элементов, которые свидетельствуют о неоднородности источников базальтовых магм, расположенных в верхней мантии. (Басов, 2001).

Эти сведения несомненно представляют значительный интерес, но все же наиболее значительными достижениями глубоководного бурения отмечено изучение осадочного чехла океана. Одним из них явилась разработка детальных стратиграфических шкал, точно датированных последовательностей осадков в разрезе, которые позволяют восстановить ход геологических событий и коррелировать их между собой на больших расстояниях, то есть помогают составить своего рода календарь событий прошедших эпох. От степени детальности и надежности стратиграфических шкал напрямую зависит адекватность интерпретации прошлых геологических процессов и событий, следы которых записаны в осадочных разрезах. Наибольшую детальность расчленения разрезов обеспечивают биостратиграфические шкалы, которые строятся на основании изменений в составе и структуре ассоциаций различных ископаемых организмов.

В настоящее время разработаны детальные, так называемые зональные шкалы по многим группам микроорганизмов с известковым, кремневым и органическим скелетом: планктонные и бентосные фораминиферы, радиолярии, диатомеи, силикофлагелляты, динофлагелляты, споры и пыльца (рис.8).

Рис.8. Некоторые ископаемые микроорганизмы, используемые в стратиграфических исследованиях: 1 - планктонные фораминиферы; 2 - бентосные фораминиферы; 3 - радиолярии; 4 - диатомовые водоросли; 5 - кальцисфера; 6 - кокколиты (Басов, 2001)

Эти шкалы датированы различными методами, достаточно надежно сопоставлены между собой и позволяют расчленять осадочный чехол на отрезки, отвечающие в некоторых случаях временным интервалам продолжительностью в несколько сот тысяч лет, что по геологическим меркам соответствует весьма высокой точности. Применение стратиграфических шкал выявило исключительно сложное строение осадочных разрезов океана. Оказалось, что непрерывные разрезы осадков в океане представляют собой скорее исключение, а не правило, как это представлялось до начала глубоководного бурения. В большинстве случаев осадочные разрезы Мирового океана содержат перерывы в накоплении осадков, порой многочисленные и часто внешне незаметные в составе осадков. Особенно часты перерывы в осадочном чехле Тихого океана (рис.9). Их продолжительность колеблется от нескольких сот тысяч до нескольких миллионов и даже десятков миллионов лет. Такое широкое распространение перерывов в осадочном чехле океанов указывает на его активный размыв придонными течениями и широкое развитие гравитационных склоновых процессов.

Рис. 9. Стратиграфические перерывы в осадочном чехле Тихого океана: 1 - перерывы; 2 - неопробованный интервал; 3 - скважины, не достигшие фундамента; 4 - скважины, достигшие фундамента (Басов, 2001)

Вместе с тем анализ осадочных разрезов показывает, что придонная циркуляция в Мировом океане не всегда была столь интенсивной, чтобы препятствовать отложению новых осадков или приводить к размыву уже накопленных. В его истории были периоды, когда циркуляция придонных вод в некоторых частях почти полностью прекращалась. Это приводило к появлению в придонном слое воды анаэробных (бескислородных) условий и формированию на дне специфических черных сланцев с повышенным содержанием органического вещества, поскольку падающие сверху отмершие планктонные организмы и растительные остатки, приносимые реками с суши, при отсутствии кислорода захоронялись в осадках, не разлагаясь. Бурением было установлено, что особенно широко такие условия были развиты в Атлантическом океане в меловое время, то есть приблизительно 110 - 115 и 90 - 95 млн лет назад. Позднее следы этих событий, которые получили название "бескислородные события в океане" (Oceanic Anoxic Events или OAE-1 и OAE-2), были обнаружены также во многих разрезах морских отложений на континентах. В некоторых районах, как, например, на Фолклендском плато в Южной Атлантике, черносланцевые отложения, накапливавшиеся в течение гораздо более длительного времени и имеющие большую мощность, содержат жидкие и газообразные углеводороды, которые могут представлять промышленный интерес.

Делись добром ;)