Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

Введение

Урал — общепризнанный мировой эта¬лон палеозойских под-вижных поясов, выдающаяся рудная провинция мира с классиче-скими месторождениями черных и цветных металлов. Именно здесь, в старейшем горнорудном рай¬оне Среднего Урала в преде-лах запад¬ного крыла Тагильского прогиба, яв¬ляющегося геноти-пической эвгеосинклинальной зоной, была заложена Уральская сверхглубокая скважина СГ-4 проектной глубиной 15000 м. Не¬маловажное значение при выборе ме¬ста заложения имела хоро-шая геоло¬го-геофизическая подготовленность района бурения. Точка заложения СГ-4 находится вблизи пересечения регио¬нальных профилей ГСЗ.

Бурение СГ-4 начато 15 июня 1985 г опережающим стволом диаметром 215 мм скважина достигала глубины 4008 м. При этом бурение интервала 34—4008 м осуществлялось с непре¬рывным отбором керна, средний выход которого составил 64,2%. С целью пре¬одоления возникших в процессе про¬ходки опережающего ствола геологиче¬ских осложнений (сильное кавернообразование, интенсивное возрастание зе¬нитного угла) произведено формиро-ва¬ние ствола диаметром 390 мм с после¬дующим перекрытием интервала 0— 3942 м обсадной колонной диаметром 426 мм. В 1990 г. на скважине закон¬чен монтаж буровой установки Урал-маш-15000, предназначенный для буре¬ния до глубины 15 км, и продолжено дальнейшее углубление ствола. На 01.01.1999 г. глу-бина СГ-4 составила 5401 м.

1 Геологическое строение района заложения скважины СГ-4

Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4), расположенная в 5 км западнее г. В. Тура Свердловской области, бурится с целью изучения земной коры в типичной структуре эвгеосинклинального типа разви-тия. Проектная глубина скважины 15 км, бурение было остановлено на глубине 4008 м (для расширения ствола). В настоящее время глу-бина скважины около 5400 м. Бурение ведется со сплошным отбором керна, выход керна около 64 %.

Район бурения СГ-4 (рис.1) в геолого-структурном отношении отвечает среднеуральскому сегменту Тагило-Магнитогорской мега-зоны палеозойского подвижного пояса Урала. С запада и востока она граничит соответственно с Западно-Уральской и Восточно-Уральской мегазонами, имеющими в основании древний кристалли-ческий фундамент, тогда как в Тагило-Магнитогорской мегазоне он неизве¬стен. Западной границей последней является Главный шов Урала, представляющий собой систему параллельных надвигов вос-точного падения, по которой Тагило-Магнитогорская мегазона над-винута на структуры Западно-Уральской мегазоны. Восточная гра-ница Тагило-Магнитогорской мегазоны проходит по надвигу запад-ного падения (рис. 2).

Тагило-Магнитогорская мегазона традиционно рассматрива-ется как эталон структур эвгеосинклинального типа развития. Она сложена преимущественно вулканогенными толщами силура—карбона. Обра¬зования, предшествующие им по возрасту, известны в восточной части Западно-Уральской мегазоны. Они представле-ны метаморфизованными в зеленосланцевой фации вулканогенно-песчано-алеврито-глинистыми толщами верхнего кембрия—ордовика. Вулканическая составляющая в низах разреза соответ-ствует трахибазальтовой формации (колпаковская свита, С3—O1), в верхней части — базаль¬товой (выйская свита, 02-3).

В составе Тагило-Магнитогорской мегазоны на Среднем Урале выделяются три зоны, различающиеся набором геологиче-ских формаций (с запада на восток): Кумбинская, Центрально-Тагильская и Красноуральская.

В крайней западной части Кумбинской зоны развит слож-ный по составу и строению комплекс эффузивных, субвулканиче-ских и гипабиссальных пород, который ранее при обычном стра-тиграфическом подходе подразделялся на диабазовую и кабан-скую свиты, датируемые в интервале S1l1-2. В первую объединяют-ся породы базальтового состава, среди которых наряду с лавами широко распространены интрузии в виде пакетов даек и силлов. Во второй, развитой восточнее, с эффузивными и интрузивными базальтами ассоциируют кислые породы, преимущественно в виде экструзий и субвулканических тел. С породами лавовой фации пе-ремежаются песчаники, алевролиты, кремнистые сланцы. Общая мощность стра¬тифицированных образований не менее 2000 м. Диабазовая и кабанская свиты отнесены к формации натриевых базаль¬тов—риолитов. В поле их распространения располагается Арбатский массив (дунит-клинопироксенит-габбровая и габбро-диорит-плагиогранитовая формации S1l), отдельные мелкие тела габбро и плагиогранитов размещаются к западу и востоку от него.

Восточнее кабанского комплекса, отделяясь от него раз-ломом, развиты отложения флишоидной толщи (S1l3-v21) — па-ра- и ортотуффиты, тефроиды алевролито-псаммитовой, реже псефитовой размерности и кремнисто-глинистые сланцы. Ха-рактерна темно-серая до черной окраска тонкообломочных по-род, связанная с присутствием рассеянных сульфидов. В соста-ве пирокластики встречаются породы от базальтов до дацитов. Мощность флишоидной толщи около 1000 м. Эта толща со-гласно перекрывается именновской свитой, в составе которой выделяются две толщи. Нижняя (S1l1-3-S1v22) имеет, как и ни-жележащая, флишоидный облик, но отличается увеличенной долей туфов и тефроидов и их размерности, отсутствием об-ломков дацитов. Ее мощность около 1500 м. Более молодой является толща с фауной верхнего венлока—лудлова, сложен-ная тефроидами пре¬имущественно псефитовой размерности, иногда с грубой градационной слоистостью, с базальт-андезибазальтовым составом пирокластики. В верхах этой толщи общей мощностью до 2000 м обособляется пачка лав ( часто подушечных) того состава.

В полосе распро¬странения именновской свиты вы¬явлены многочисленные субвулка¬нические тела — остатки вулка¬нических аппаратов центрального типа, а также интрузии габбро и габбродиоритов (Тагиль¬ский комплекс габбро-диорит-гранодиоритовой формации), по составу сходных с вмещающими вулканическими породами. Именновский ком-плекс полностью отве¬чает определению андезит-базаль¬товой формации и явился ее петротипом [Карта магматических фор-маций СССР, 1974].

В Центрально-Тагильской зоне наиболее ранние образо-вания в осевой ее части представлены кар¬бонатными отложе-ниями венлока—лудлова, а в западной час¬ти — гороблагодат-ской толщей (S2), сложенной преимуществен¬но туфоконгломе-ратами, туфопесчаниками, реже туффитами и туфами трахиба-зальтового со¬става, в подчиненном объеме лавами. Мощность толщи 1650 м. Восточнее широкой полосой распространена туринская свита (S2p—D1l). Она сложена в основном подушеч-ными лава¬ми, гиалокластитами, туфами, тефроидами трахиан-дезитового, трахитового, реже базальтового и трахиандезиба-зальтового со¬става и в небольшом объеме известняками. Мощ-ность ее до¬стигает 2—3 км. С вулканическими породами (вы-деляемыми в формацию калиевых базальтов—трахитов) ассо-циируют комагматичные субвулканиче¬ские тела, а также ин-трузии сиенитов Кушвинского и габбро Волковского массивов. Фунда¬ментом туринской свиты являются карбонатные отло-жения венлока и лудлова, что и дает основание выделять само-стоятельную Центрально-Тагильскую структурно-формационную зону. Гороблагодатская толща в нижней части синхронна с именновской свитой, в верхней — с турин¬ской и рассматривается как фациальный аналог этих свит, формиро-вавшихся на стыке Кумбинской и Центрально-Тагиль¬ской зон.

Разрез Центрально-Тагильской зоны завершается крас-нотурьинской свитой (D1p-D2ef) вулканогенно-обломочных пород андезитового, андезибазальтового, андезидацитового со-става, перемежающихся с туффитами, песчаниками, глини-стыми сланцами, известняками. Вулканические образования этой свиты соответствуют базальт-андезитовой формации.

В Красноуральской зоне наиболее ранний комплекс — красноуральский, сопоставляемый по возрасту с кабанским. Однако он отличается от последнего более широким набором пород, среди которых преобладают дациты и андезидациты, что дает основание относить его к «непрерыв¬ной» базальт-андезит-риолитовой формации. В качестве комагматичного ему рассматривается выделяемый под тем же названием интру-зивный комплекс габбро-диорит-плагиогранитовой формации. Предположитель¬но более молодой (S1l3—v2) является толща пород под названием липовской (по горе Липовой, где она хо-рошо обнажена). Границы ее с окружающими образованиями в плане проходят по разломам. В составе толщи, имеющей мощ-ность до 2,5 км, ассоциируют высокомаг¬незиальная бонинито-вая серия и нормальная известково-щелочная, представленные преимущественно андезитами и дацитами, причем для первой серии характерны подушечные лавы и гиалокластиты, для вто-рой — вулканогенно-обломочные фации . Более молодые об¬разования Красноуральской зоны сопоставляются с именнов-ской и туринской свитами, хотя отличаются от них по составу и возрасту . Завершается разрез краснотурьинской свитой.

Вопросы о соотношениях отдельных зон и геологических тел внутри Тагило-Магнитогорской мегазоны, о возрасте и природе ее фундамента, о глубине залегания базальтового слоя дискус¬сионны, что нашло отражение в существовании целого ряда (не менее 9) моделей глубинного строения района буре-ния СГС-4. В соответствии с приверженностью авторов моде-лей к одной из двух существующих концепций развития Урала (классической геосинклинальной или мобилистской) все раз-нообразие моделей можно свести к двум группам. Согласно первой Тагило-Магнитогорская мегазона представляет собой синклинорную структуру с симметричным строением крыльев, заложенную на древнем кристаллическом фундаменте, едином с фундаментом Русской платформы. Тела отдельных вулкани-ческих формаций последо¬вательно наслаиваются друг на дру-га, распространяясь на всю ширину мегазоны . Согласно вто-рой группе моделей Тагило-Магнитогорская мегазона имеет сложное чешуйчато-блоковое строение и представляет собой агломерат зон, формировавшихся обособленно на меланокра-товом фундаменте