Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 512, № 2, стр. 261-271

ВВЕДЕНИЕ

Континентальный шельф Восточной Арктики и прилегающие глубоководные акватории последние два десятилетия находятся в сфере пристального внимания исследователей. За эти годы резко активизировались национальные программы геологического изучения Арктического глубоководного бассейна и работы по оценке нефтегазоносности региона. Количество сейсмических материалов и изученность геологического строения арктических островов значительно увеличились, существенно расширив наши представления о строении осадочного чехла Арктического бассейна и его тектоническом развитии [1–8].

Начало систематическим работам по проведению стратиграфического бурения в российской части Арктического шельфа было положено ПАО “НК “Роснефть” [9], в ходе которых, начиная с 2020 г., были пробурены скважины в пределах лицензионных участков (ЛУ) в северной части Карского моря (Северо-Карский ЛУ, 2020 г.), в море Лаптевых (Анисинско-Новосибирский ЛУ, 2021 г.) и Чукотском (Северо-Врангелевский-1 ЛУ, 2022 г.).

В августе–сентябре 2022 г. по инициативе Роснедра, силами ФГБУ “ВСЕГЕИ” и АО “Росгеология”, во взаимоувязке с долгосрочной программой стратиграфического бурения ПАО НК “Роснефть” и при его содействии были проведены совместные работы по бурению на арктическом континентальном шельфе в северо-западной части Восточно-Сибирского моря (рис. 1). Эти работы позволили впервые получить прямые данные о составе и возрасте отложений, слагающих вскрытый геологический разрез мезозой-кайнозойского чехла поднятия Де-Лонга, и провести возрастную привязку к сейсмическим границам и комплексам.

Рис. 1.

Схема расположения сейсмических профилей и стратиграфических скважин: DL-1 – ВСЕГЕИ, 2022 г.; ПАО НК “Роснефть”, 2021 г.; ACEX, 2006 г. Желтые линии обозначают границы геоморфологических структур.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ РЕГИОНА

Район подводного поднятия Де-Лонга, где проводилось малоглубинное бурение, расположен в северо-западной части шельфа Восточно-Сибирского моря и прилегает к краевой части глубоководного бассейна Подводников, относящегося к Амеразийскому бассейну Северного Ледовитого океана. Сейсмическая изученность здесь относительно высокая, так как работы в регионе, начиная с конца 80-х годов, проводили многие организации (ЛАРГЭ, ДМНГ, ГНИНГИ, МАГЭ и др.). К настоящему времени построены многочисленные временные, глубинные сейсмогеологические и геолого-геофизические разрезы (рис. 1); получены материалы, содержащие данные о рельефе, мощности и скоростных характеристиках осадочного чехла. В результате многолетних исследований Новосибирские острова и шельф Восточно-Сибирского моря покрыты геологическими съемками масштабов 1:1 000 000 и 1:200 000.

Здесь проводились и многоплановые научные исследования, которые привели к созданию многочисленных моделей геологического развития региона, отличающихся главным образом интерпретацией характера тектонических процессов, их последовательности и временными диапазонами. При этом большинство исследователей сходятся во мнении, что ключевым тектоническим событием, определившим структурный план региона и особенности формирования осадочного чехла, была раннемеловая (предаптская) орогения, проявившаяся здесь вследствие закрытия Южно-Анюйского океана, за которой последовала эпоха континентального рифтинга ([10–16] и др.).

ПРОЕКТ СТРАТИГРАФИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ В ВОСТОЧНО-СИБИРСКОМ МОРЕ

В основные задачи стратиграфического бурения на континентальном шельфе в Восточно-Сибирском море входили непосредственная заверка стратиграфической привязки сейсмических профилей, характеристик геофизических данных и подготовка дополнительных геологических материалов для защиты Заявки России в Комиссию ООН по границам континентальных шельфов. Необходимо было вскрыть максимальный возрастной интервал разреза, надежно скоррелировать сейсмические горизонты на профилях и получить прямую информацию о вещественном составе отложений шельфа.

В результате анализа сейсмических и геологических данных была выбрана точка на континентальном шельфе в северо-западной части Восточно-Сибирского моря DL-1 (77.75336073° с.ш. и 146.6321214° в.д.), расположенная непосредственно на сейсмическом профиле МОВ ОГТ DL11-01 (выполнен ОАО МАГЭ в экспедиции 2011–2012 гг. на НИС “Геолог Дмитрий Наливкин”) (рис. 2).

Рис. 2.

(а) Фрагмент сейсмического профиля МОВ ОГТ DL11-01 и положение на нем скважины DL-1; (б) сейсмоакустический профиль, пройденный через скважину и схематическая литолого-стратиграфическая колонка. 1 – глинистые пески 2 – песчанистые миктиты; 3 – переслаивание аргиллитов с песчаниками и алевролитами; 4 – песчанистые алевролиты с прослоями песка; 5 – глины; 6 – переслаивание глин и аргиллитов; 7 – аргиллиты дислоцированные; 8 – переслаивание аргиллитов дислоцированных и массивных; 9 – песчанистые прослои; 10 – места отбора образцов на определение возраста.

Бурение выполнялось с борта бурового судна “Бавенит” – одного из самых оснащенных в настоящее время инженерно-геологических судов Российской Федерации. Буровые работы проводились с 5 по 23 сентября 2022 г. с одновременным отбором керна без обсадной колонны бурголовкой диаметром 215.9 мм с применением съемного обуривающего пробоотборника с внутренним диаметром 82 мм. Работы осложнялись присутствием в разрезе горизонтов с напорными термальными водами, мигрирующими по зонам разломов, и разуплотнениями во вскрываемых водоносных пластах. Глубина моря в точке бурения составила 47.5 м. Максимальная глубина скважины составила 472 м от поверхности дна (наибольшая глубина, с которой удалось отобрать керн – 268 м), всего было отобрано 147.5 м керна.

Геофизические методы исследований включали три типа работ: профильную сейсмоакустическую съемку в районе заложения проектной скважины, а также вертикальное сейсмическое профилирование и скважинную термометрию оптоволоконных технологий, методика применения которых была разработана специалистами ПАО НК “Роснефть” в рамках сезона стратиграфического бурения 2021 г. в море Лаптевых.

Многоканальное сейсмоакустическое профилирование позволило получить детальное глубинное сейсмическое изображение структурно-геологических особенностей района работ с вертикальной разрешающей способностью 2.5–3 м на глубину 500 м (рис. 3). Вертикальное сейсмическое профилирование в скважине было выполнено на глубину 416 м и позволило выполнить привязку основных выделенных по многоканальному профилированию реперных сейсмических горизонтов к керновому материалу (определить глубину их залегания), а также оценить скорости распространения P-волн.

Рис. 3.

Сейсмоакустические профили, проходящие через точку бурения скважины DL-1 и их интерпретация (профиль а показан на рис. 2 б). На картограммах отражено расположение фрагментов профилей (черные прямоугольники), время двойного пробега в секундах для поверхности основного несогласия (цветовой градиент), линия сброса (красный пунктир). К востоку от разлома видна недеформированная толща, не вскрытая скважиной. Предполагается, что это часть синрифтового комплекса.

Скважинная термометрия была выполнена на глубину 246 м с помощью технологии DTS (distributed temperature sensing). Анализ полученных температурных данных показал распределение температур в скважине от –1.3°С до +5°С и присутствие трех локальных температурных максимумов в разрезе кайнозойского комплекса (рис. 4). В породах нижнего структурного яруса относительно стабильный температурный профиль характеризуется средним значением температур, близким к +4°С. Вскрытый геологический разрез не содержит многолетнемерзлых пород, а температурные аномалии предположительно могут быть связаны с миграцией вод.

Рис. 4.

1Интерпретация данных DTS-термометрии. Фиолетовая кривая – температурный профиль сразу после бурения; синяя кривая – температурный профиль через пять суток.

СТРОЕНИЕ РАЗРЕЗА СКВАЖИНЫ, ЛИТОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ

В результате бурения был получен керн из отложений верхней части осадочного чехла шельфа на глубину до 268 м. Неопробованными остались интервалы от 2 до 10 м и от 42 до 60 м в верхней части скважины, а также с 130 до 180 м из ее центральной обводненной части скважины (рис. 2).

В разрезе выделены две принципиально разные по составу толщи. Верхняя толща (до глубины 130 м) представлена переслаиванием горизонтально залегающих темно-серых нелитифицированных глин, алевритов и песков с многочисленными включениями гравия, галек, валунов и обильным на некоторых уровнях раковинным детритом (рис. 5). Неопробованный интервал 130–183 м представлен, вероятно, рыхлыми песчано-гравийными отложениями с валунами, судя по характеру проходки бурового инструмента и невозможности отбора полноценного керна.

Рис. 5.

Фотографии фрагментов керна, вскрытых скважиной DL-1. а – фрагмент керна с глубины ~130 м (рыхлые отложения кайнозоя), б – несортированные терригенные отложения верхней части нижней (меловой) толщи (~183 м), в – дислоцированные нижнемеловые аргиллиты (~ 207 м). Глубина залегания в метрах от поверхности дна.

Пограничный интервал (183–184.5 м) между верхней и нижней толщей отличается литологическим составом от нижележащих пород и представлен несортированными терригенными отложениями – песчаниками и глинами с большим количеством щебня, гравия и гальки. Присутствует галька как магматических, так и карбонатных пород.

Нижняя толща (184.5–268 м) представлена в основном темно-серыми и светло-серыми аргиллитами и алевролитами с отдельными горизонтами песчаников. Аргиллиты и алевролиты сильно трещиноватые и слабо литифицированные, возможно частично дезинтегрированные в результате тектонических дислокаций. В верхней части этого интервала от 184.5 до 230 м (рис. 5) в трещиноватых темно-серых глинах присутствуют многочисленные включения гравия, гальки и щебня терригенных пород, тонкие (1–3 мм) карбонатные прожилки и прослойки (до 5 см) углефицированного вещества. Реже встречаются стяжения карбонатов и гальки окремненных пород. В керне на отметке 194 м встречена карбонатная галька с крупными фузулинидами, вероятно, каменноугольного возраста. Породы часто дислоцированы и раздроблены. В нижней части интервала (230–268 м, см. рис. 5) темно-серые алевролиты и аргиллиты переслаиваются с прочной аргиллитоподобной глиной коричневого цвета, с зернами гравия и присыпками карбонатного материала.

СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ ПРИВЯЗКА РАЗРЕЗА СКВАЖИНЫ

Возраст разреза был определен на основании палинологического анализа 10 проб, отобранных по всему интервалу керна. Верхняя проба, взятая на глубине 130 м (рис. 2, 6), содержит комплексы пыльцы голосеменных и покрытосеменных растений, диноцист, акритарх, празинофитовых и хлорофитовых водорослей. Возраст определяется как аквитанский век раннего миоцена на основании совместного распространения диноцист Heteraulacacysta campanula, Distatodinium biffii, Lingulodinium sadoense, Melitasphaeridium choanophorum reductum и Spiniferites bentorii и др.

Рис. 6.

Диноцисты и палиноморфы из кайнозойских и юрско-меловых отложений разреза скв. DL-1, размер линейки – 50 мкм. а – Spiniferites bentorii (Rossig., 1964) Wall et Dale, 1970 (глуб. 130 м); б – Distatodinium biffii Brink. et al., 1992 (глуб. 130 м); в – Lingulodinium sadoense Matsuoka, 1983 (глуб. 130 м); г – Heteraulacacysta campanula Drugg et Loebl., 1967 (глуб. 130 м). д – Stereisporites incertus (Bolch., 1956) Sem., 1970 (глуб. 264 м), спора; е – Osmundacidites wellmanii Coup., 1953 (глуб. 264 м), спора; ж – Cicatricosisporites australiensis (Cook., 1953) Pot., 1956 (глуб. 253.5 м), спора; з – Clavifera rudis Bolch., 1968 (глуб. 183 м), спора; и – Nannoceratopsis gracilis Alb., 1961 (глуб. 264 м), диноциста; к – Gonyaulacysta jurassica (Defl., 1939) Norris et Sarj., 1965 subsp. Adecta (глуб. 264 м), диноциста; л, м – Oligosphaeridium complex (White, 1842) Davey et Will., 1966, ж – (глуб. 234 м); з – (глуб. 183 м), диноцисты; н – Schizosporis reticulatus Cook. et Dett., 1959 (глуб. 208.8 м), пресноводная водоросль; о – Tasmanites sp. (глуб. 253.5 м), празинофит; п – Couperisporites tabulatus Dett., 1963 (глуб. 253.5 м), спора; р – Sirmiodinium grossii Alb., 1961 (глуб. 234 м), диноциста.

Остальные пробы (рис. 2, 6) были взяты из нижней толщи разреза скважины. В пробах на глубине 183 и 184 м (из пограничного интервала между верхней и нижней толщами) доминирует двухмешковая пыльца хвойных, присутствуют споры печеночных и сфагновых мхов, а также споры глейхениевых папоротников Clavifera rudis, характерных для апт-альбских отложений [17].

На глубине 208.8 м в палиноспектре доминируют споры с гладкой экзиной. Реже встречаются споры схизейных и глейхениевых папоротников, а также печеночных и сфагновых мхов. Микрофитопланктон представлен диноцистами Oligosphaeridium complex и Muderongia / Odontochitina sp., предполагаемый валанжин-барремский возраст которых обоснован таксономическим сходством с одновозрастными палинокомплексами Западной Сибири и положением в разрезе.

На глубине 234.0 м в пробе присутствуют акритархи Veryhachium sp., празинофиты Crassosphaera sp. и диноцисты, среди которых определены Sirmiodinium grossii, последнее появление которого зафиксировано на границе баррема и апта, и O. complex, появляющийся в основании валанжина [18].

На глубинах 259 и 253.5–254.5 м микрофитопланктон представлен пресноводными водорослями, акритархами, празинофитами и диноцистами, среди которых встречаются O. complex и Tubotuberella apatela, общий возрастной диапазон распространения которых соответствует раннему валанжину [18]. В образце с глубины 264 м на фоне комплекса миоспор типично среднеюрского облика (Stereisporites incertus, S. antiquasporites, Obtusisporis junctus, Densoisporites crassus, Lycopodiumsporites intortivallus, Neoraistrickia truncata, Dipteridaceae gen. spp.) присутствуют единичные диноцисты Gonyaulacysta jurassica subsp. adecta и Nannoceratopsis gracilis, общий возрастной диапазон распространения которых отвечает позднему байосу (средняя юра). [18, 19]. В самых нижних частях разреза скважины на глубинах 267 и 268 м мацерат представлен разрушенными растительными тканями и коричневыми палиноморфами плохой сохранности. Среди них установлено присутствие ранне-среднеюрского вида S. incertus, который может встречаться единично как в триасе, так и в раннем мелу до валанжина [17].

Увязка данных бурения с данными сейсмопрофилирования. Точка бурения скважины планировалась на основе анализа региональных сейсмических профилей. За основу был взят профиль МОВ ОГТ DL11-01 (рис. 2 а) Непосредственно перед началом буровых работ для уточнения оптимального местоположения скважины были отработаны четыре сейсмоакустических профиля (рис. 3). Эти профили позже были увязаны с данными по скважине (рис. 2 б).

На сейсмоакустических профилях отчетливо прослеживается угловое несогласие, которое соответствует границе верхней и нижней толщ разреза скважины. Верхняя толща залегает практически горизонтально, а нижняя толща слагает моноклиналь, нарушенную разломами, вероятнее всего, взбросо-надвиговой кинематики. Моноклиналь падает на северо-запад (азимут падения около 315 градусов, угол падения около 5–7 градусов). Помимо этих двух упомянутых выше сейсмокомплексов выделяется и третий, который не пробурен скважиной. Этот сейсмокомплекс на приведенном фрагменте сейсмопрофиля ограничен сбросом и представлен, соответственно, синрифтовыми отложениями (рис. 2, 3) предположительно апт-палеоценового возраста.

ДИСКУССИЯ

Предварительные результаты определения возраста осадочных пород нижней толщи, вскрытой скважиной DL-1, указывают на их образование в интервале времени от средней юры до середины раннего мела. Стратиграфическими аналогами отложений этой толщи на Новосибирских островах являются, по-видимому, дисслоцированные в разной степени оксфордско-валанжинские турбидитовые толщи островов Малого Ляховского и Столбового и нижне-среднеюрские терригенные образования островов Котельный и Новая Сибирь.

Скважиной вскрыт, вероятно, разрез Жоховского краевого прогиба мезозойского орогена, позднеюрско-неокомский возраст заполнения которого предполагался ранее по материалам сейсморазведки и геологическим данным по Новосибирским островам [5].

В регионе бурения на сейсмических профилях отчетливо прослеживаются синрифтовые сейсмокомплексы в Новосибирском и Восточно-Анисинском рифтовых бассейнах, выделенных на севере морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, ниже которых прослеживается акустический фундамент [3, 5]. При этом Восточно-Анисинский бассейн на севере переходит в рифтовый бассейн между хребтом Ломоносова и бассейном Подводников (Восточно-Ломоносовский бассейн или терраса [3, 5]). Эти синрифтовые сейсмокомплексы не вовлечены в интенсивные раннемеловые (доаптские) деформации сжатия. Из этого следует, что образование рифтовых бассейнов в этом регионе было уже после эпохи деформаций, задокументированной в районе скважиной DL-1, т.е. рассматриваемые рифтовые бассейны имеют возраст формирования не древнее апта.

Рядом со скважиной DL-1 на острове Беннетта хорошо известны траппы островов Де-Лонга с возрастами около 100–125 млн лет [6, 7]. Трапповые комплексы не деформированы. Нижняя (деформированная) толща, вскрытая скважиной, находится, очевидно, стратиграфически ниже известных синрифтовых сейсмокомплексов и траппов и, частично, возможно, их подстилает (рис. 7).

Рис. 7.

Сейсмический профиль МОВ ОГТ DL11-01 и его интерпретация с учетом данных бурения скважины DL-1. Очевидно, что полого залегающий осадочный чехол, включая синрифтовые отложения, моложе возраста деформированных осадков, вскрытых скважиной. Акустический фундамент может быть сложен как породами юры-неокома, так и более древними комплексами.

ВЫВОДЫ

В результате бурения малоглубинной скважины на поднятии Де-Лонга в Восточно-Сибирском море был впервые отобран керн до глубины 268 м. В разрезе выделены две осадочных толщи, которые разделены региональным угловым несогласием. Верхняя толща представлена преимущественно рыхлыми разнообразными терригенными отложениями, тогда как нижняя – более плотно сцементированными тонкообломочными породами. Сейсмоакустические данные показывают, что верхняя толща залегает горизонтально, а нижняя образует моноклиналь, осложненную тектоническими деформациями сжатия. По предварительным палеонтологическим данным нижняя толща относится к средней юре–нижнему мелу (неокому), а верхняя толща имеет кайнозойский, неоген-четвертичный возраст. Вероятно, на границе верхней и нижней толщ наблюдается кора выветривания по апт-альбским породам. В точке бурения под дном моря зафиксировано отсутствие слоя с вечной мерзлотой.

Граница основного несогласия увязана с серией сейсмоакустических профилей и в дальнейшем может быть прослежена по всей территории Арктики на региональных сейсмических профилях.

Предварительные региональные корреляции осадочных образований, с учетом новых данных по бурению, указывают на существование следующих сейсмокомплексов в районе поднятия Де-Лонга: (1) полого деформированного в условиях сжатия (или деформированного в разной степени) комплекса юры-неокома, который на сейсмических профилях часто переходит в акустический фундамент без видимой внутренней структуры (акустический фундамент может быть сложен как породами юры-неокома, так и более древними комплексами); (2) синрифтового комплекса с главной фазой рифтинга в апте-альбе (возможно, и моложе) и проявлениями траппового магматизма в основании этого комплекса; (3) пострифтового горизонтально залегающего кайнозойского комплекса.

Дальнейшие работы должны быть сфокусированы на детализации возрастных определений осадочных комплексов, их фациальном анализе, литолого-геохимических и других лабораторно-аналитических исследованиях вскрытых отложений, а также корреляции всех имеющихся сейсмических профилей с учетом результатов бурения новой скважины. Отдельной задачей является реконструкция эволюции региона в пределах осадочных бассейнов шельфа Восточно-Сибирского моря на основе впервые полученных скважинных данных по устойчивому термическому градиенту.