Физические свойства горных пород

По физическим свойствам земная кора рассматриваемого региона подразделяется на осадочный слой и консолидированный фундамент, состоящий из так называемых гранитного и базальтового слоев.

Плотность. Нижняя плотностная граница в разрезе земной коры приурочена к подошве земной коры. Эффективная плотность на этой границе может быть принята равной 0,4 г/см? (плотность подкорового вещества принимается равной 3,3 г!см\ плотность пород «базальто­вого» слоя 2,9 zjсм³).

Вторая плотностная граница соответствует поверхности базаль­тового слоя и обладает эффективной плотностью порядка 0,2 г! см². Плотность кристаллических и метаморфических пород докембрийского фундамента варьирует в пределах от 2,5 до 3,5 г/см³, однако средняя плотность преобладающих в нем пород гранито-гнейсового комплекса _% близка к 2,65 г!см³. Герцинский фундамент слагается в основном одно­родными в плотностном отношении образованиями. Их средняя плот­ность по данным определений кернов скважин, пробуренных в равнин­ном Крыму и Краснодарском крае, равна 2,7 г/см³. Можно ожидать,, что некоторое различие в средней плотности пород, слагающих разно­возрастные фундаменты, в благоприятных условиях должно найти от­ображение в данных гравитационного изучения и использоваться для прослеживания зоны сочленения древней и молодой платформ.

Третья плотностная граница приурочена к поверхности разновоз­растного фундамента и прослеживается неповсеместно. Избыточная плотность слагающих его пород меняется в широких пределах — от 1,0 г/см³ на участках неглубокого залегания фундамента до нуля в наи­более погруженных частях региона.

Проведенные исследования (Карпинская, 1961 и др.) свидетель­ствуют о наличии закономерностей зависимости между плотностью оса­дочных пород регионов и глубиной их залегания. Эти зависимости для изученного интервала глубин выражаются уравнениями регрессий, при­веденными в табл. 18 (Бураковский, Гуревич, 1965).

Рассмотрение этих зависимостей показывает, что уплотнение одно­возрастных литолого-стратиграфических комплексов происходит в пре­делах различных тектонических элементов по-разному. Так, песчано­глинистые отложения эоцена и майкопской серии на южном склоне Украинского щита имеют градиент уплотнения, равный 0,17 г/см³ на 1000 м, в районе Тарханкутского вала он увеличивается до 0,27 cfcM³, а в пределах Индоло-Кубанского прогиба уменьшается До 0,09 г/см³. Аналогично изменяется и градиент уплотнения карбонатных пород верх­него мела и палеоцена, который равен соответственно 0,15, 0,29 и 0,09 г/см³ на 1000 м. В соответствии с установленными зависимостями o=f(H) плотность нижнего комплекса осадочного чехла (мел—палео­ген) на глубинах от 1,5 до 3,0 км приближается к средней плотности пород фундамента. Практически это означает, что в осевых частях платформенных впадин и Индоло-Кубанского краевого прогиба рельеф фундамента оказывает несущественное влияние на характер гравита-

Таблица 13

ционного поля, а плотностная граница, приуроченная к его поверхности^ здесь отсутствует.

Внутри осадочного чехла в рассматриваемом регионе может быть выделена одна выдержанная плотностная граница, отделяющая карбо­натную толщу верхнего мела — палеоцена от терригенных образований эоцена — Майкопа. Избыточная плотность на этой границе изменяется от 0,09 до 0,24 г/см? (см. табл. 18).

Магнитные свойства. Фундамент Восточно-Европейской платформы сложен комплексом кристаллических и метаморфических пород, характеризующихся большим диапазоном значений магнитной восприимчивости. В противоположность им метаморфизованные породы фундамента Скифской плиты практически немагнитны. Низкими значе­ниями обладают отложения таврической серии. В пределах молодой платформы и Альпийской складчатой области значительной магнитной восприимчивостью обладают только породы дайково-эффузивного ком­плекса; с ними связано большинство магнитных аномалий этой части региона.

* Осадочные породы, слагающие платформенный чехол Скифской плиты и горный Крым, практически немагнитны. Сведения о магнитных свойствах пород Крыма приводятся в табл. 19 (Т. С. Лебедев, В. И. Ша­повал).

Упругие свойства. Представление о средних и пластовых скоростях распространения сейсмических волн в осадочных отложениях Крыма составлено по результатам сейсмокаротажа параметрических и опорных скважин и вычислений эффективных скоростей. Обобщение- этих данных (Карасик и др., 1964) позволяет установить некоторые за­кономерности в изменении средних и пластовых скоростей в равнин­ном Крыму. Здесь выделяются три участка с различной скоростной характеристикой — Каркинитский, Новоселовский и Восточно-Крым­ский.

На Каркинитском участке разрез осадочного чехла подразделяется на восемь пачек:

>

1. N+Pg₃+Pg2³ —с пластовой скоростью от 1630 до 2460 місек (преобладание

терригенных отложений).

2. Pg2^I+2+Pgi² —с пластовой скоростью от 1930 до 3140 місек (преобладание

карбонатных отложений). Между первой и второй пачками располагается кумский горизонт (Pg₂³ km) —основной опор­ный отражающий горизонт.

З: Pg?+Cr2^d+m+cp —с пластовой скоростью от 2900 до 4340 м/сек. На границе верхнего и нижнего палеоцена наблюдается скачок пласто­вых скоростей на 1000 м.

4. Cr₂^cp+st+cn —с пластовой скоростью 3340—5260 місек.

5. Сгг¹ „ 5180—5730 м/сек.

■6. Сг2^ст „ 4450—5230 м/сек.

1. Cn^alb+apt „ 4090—4460 м/сек.

В. Сгі^пс — с несколько увеличенной по сравнению с альб-аптской толщей

пластовой скоростью.

На Новоселовском участке многочисленные перерывы в осадкона- коплении и размывы верхнемеловой толщи осложняют ее расчленение на однородные пачки.

Таблица 19

В восточном Крыму выделено также 8 пачек, причем пачки 1—2 характеризуются пластовыми скоростями 1800—2970 м/сек-, 3—6, соот­ветствующие отложениям верхнего мела, объединяются в одну со ско­ростью 3920—4470 м/сек-, 1—8 (нижний мел) на Керченском полу­острове имеют резко уменьшенную пластовую скорость 3040 м/сек.

Домеловые отложения, вскрытые Нижнегорской скважиной, харак­теризуются пластовой скоростью, равной 6750 м/сек-, домеловые аргил­литы и меловые отложения северного борта Причерноморской впадины имеют близкую скоростную характеристику.

В результате всех исследований установлено увеличение средне­пластовой скорости осадочных отложений с глубиной, происходящее по линейной зависимости. Резкое изменение упругих свойств осадочных пород происходит на четырех границах, являющихся эффективными от­ражающими поверхностями. Такими рубежами являются: 1) кумский горизонт верхнего эоцена; 2) низы палеоцена, 3) кровля нижнего мела, 4) поверхность домеловых отложений.

Исследованиями КМПВ и ГСЗ выяснены пределы изменения и зна­чения граничных скоростей распространения сейсмических волн на по­верхностях фундамента, «базальтового» слоя и Мохоровичича. Для до- кембрийского фундамента граничная скорость определяется значения­ми, близкими к 6,0 км/сек. От поверхности домелового комплекса в пре­делах равнинного Крыма преломленная волна фиксируется только на отдельных участках, а граничная скорость имеет величину порядка 5,0—5,5 км/сек. Более четко прослеживается волна, преломившаяся на границе, расположенной ниже вскрываемых скважинами отложений складчатого основания; граничная скорость на ней равна 5,7—7,0 км/сек. Граничная скорость распространения волн на поверхности «базальто­вого» слоя составляет 6,7—6,8 км/сек, а на разделе Мохоровичича 8,0—8,1 км/сек. Внутри гранитного и базальтового слоев отмечен ряд преломляющих границ, залегающих в целом горизонтально, харак­теризующихся граничными скоростями от 6,6 до 7,3 км/сек (Соллогуб, Чекунов и др., 1963—1965).

Электрические свойства. Представление о геоэлектриче- ском разрезе Крыма составлено по данным электрокаротажа буровых скважин и анализа материалов полевых электрометрических исследо­ваний. В общих чертах в геоэлектрическом разрезе там выделяются три горизонта:

1) надпроводящий (четвертичные отложения различного литологи­ческого состава);

2) проводящий (терригенные образования палеогена и мела);

3) опорный горизонт высокого электрического сопротивления. В районе склона Украинского щита он приурочен к породам кристал­лического фундамента. К югу при переходе к более погруженной части Причерноморской впадины и в Крыму он отождествляется с высокоом­ными отложениями верхнего мела, юры или более древними отложения­ми домелового комплекса.

В северо-западной части Черного моря геоэлектрический разрез по данным НДОЗ и ЗСП состоит в основном из двух сред: верхней — проводящей, представленной терригенными отложениями палеогена, и нижней — высокоомной, сложенной образованиями верхнего мела. На их границе увеличивается электрическое сопротивление и скачкообраз­но возрастают скорости распространения сейсмических волн. Указан­ные признаки позволяют отнести верхнемеловую толщу к опорному горизонту высокого сопротивления. Надпроводящую толщу малой мощ­ности составляют здесь слой морской воды и зона интенсивного обвод­нения (Бокун и др., 1963).

Данные электрокаротажа позволяют дать более детальную харак­теристику электрических свойств осадочных отложений региона.

. Домеловые отложения обладают высоким кажущимся электриче­ским сопротивлением — КС (200—1000 омм по стандартному зонду). Граница между нижнемеловыми отложениями обычно четкая. Нижне­меловые отложения представлены песчаниками с повышенными значе­ниями КС (20—25 омм) и глинистыми сланцами (1—2 омм). Сеноман­ские отложения (известняки и мергели) характеризуются более высо­кими значениями КС и их нестабильностью. Максимумы интенсив­ностью до 160 омм, соответствующие пропласткам известняков, сменя­ются минимумами до 8—10 омм, отвечающими глинистым прослоям. Туронские отложения, представленные мощной толщей известняков, об­ладают высокими значениями КС (50—75 омм). Коньякские отложе­ния — известковистые глины и мергели — имеют более низкое сопротив­ление (7—10 омм). Сантонские плотные, местами окремнелые извест­няки обладают высоким сопротивлением и резко отделяются на каро­тажных диаграммах от ниже- и вышележащих отложений. Кампанские мергели и глинистые известняки имеют КС, равное 10—18 омм. Мааст­рихтские отложения состоят из двух литологически различных пачек. Нижняя представлена переслаиванием глинистых известняков и гли­нисто-мергелистых пластов и имеет сопротивление 4—8 омм. Верхняя представлена рыхлыми мелоподобными трещиноватыми известняками. Датские отложения — глинистые известняки с прослоями песчанистых глин и мергелей — обладают небольшим сопротивлением (3—7 омм).

Нижнепалеоценовые известняки характеризуются высокими значе­ниями КС (до 200 омм)\ глинисто-мергельная толща верхнего палео­цена обладает КС в 4—5 омм. Глинистая толща нижнего эоцена характеризуется значением КС, равным 1—2 омм. Среднеэоценовые отложения (мергели с прослоями глинистых известняков) обладают не­сколько повышенным сопротивлением (5—25 омм), а верхнеэоценовые мергели и глинистые известняки низкими значениями КС (1—8 омм). Майкопская глинистая толща в целом характеризуется низкими зна­чениями КС (1—1,5 омм).