Метод и анализ работы
В данной методике предполагается, что в пределах мантийных плюмов происходит подъем вещества и вынос тепла из мантийных глубин. Считается также, что в головной части мантийного плюма происходит частичное плавление мантийного вещества и образуется магмогенерирующая область. Магма, формирующаяся в головной части, обычно имеет щелочно-базальтовый состав. При достижении мантийного плюма подошвы литосферы над ним проявляется плюмовый магматизм: происходит внедрение интрузий в земную кору и вдоль границы земной коры и мантии. В статье отмечено, что в области, охватываемой Палео-Каспием, магма переместилась из мантийного слоя на поверхность Земли, изменила свою структуру вблизи поверхности, а область, очерченная локальными аномальными полями в гравитации и магнитных полях, соответствовала палеокаспийской морфологии. Зоны сейсмической активности и круговые региональные разломы, в условиях геодинамического напряжения современного Каспийского бассейна считаются признаками плюмового процесса.
Установлено, что сильные землетрясения с относительной магнитудой M≥6–8 происходят в диапазоне глубин 7–20 км. В северной дуге Южного Каспия, где активность плюма все еще присутствует в интервале 55–65 км в базальтовом слое, в этом интервале наблюдаются признаки деформации в соответствии с характерными очагами землетрясения. Геодинамическое напряжение, накопленное в результате горизонтальных, вертикальных и круговых движений, создаваемых плюмом в мантии, повлияло на динамику осадочного слоя до глубины 25 км, границы Конрада 20–32 км, 40–53 км, и границы Мохо до глубины 40–53 км, где постоянно менялась морфоструктура осадочного слоя. Процесс осаждения в бассейне Каспийского моря начался до мезозоя, и в течение юрского периода земная кора продолжала снижаться, и примерно с такой же тенденцией происходило формирование бассейна. В результате вихревого движения, созданного магматическим шлейфом в Каспийском бассейне, выстроились кольцевые спиральные антиклинальные структуры (Бахар, Шах-Дениз, Абшерон, Шафаг, Машал, Бабек, Умид, Булла-Дениз, Асиман, Зафар и др.), где было накоплено большое количество углеводородного потенциала страны. Проанализированы стратиграфическо-литологические особенности отложений в структуре Умид и показано, что там запасы нефти и газа очень велики.
Каспийский бассейн занимает площадь 392 600 км2 и имеет объем 78648 км3, что составляет 44 % от общих водных ресурсов озер на Земле. Азербайджан, Грузия, Иран, Туркменистан, Казахстан, Россия, Турция и ее территория полностью или частично связаны с водами данного бассейна. Реки, протекающие через эти районы, продолжают заполнять Каспийский бассейн осадками. Из-за размеров и закрытого характера водосборного бассейна Каспийское море можно назвать климатическим индикатором планеты Земля. Его геоморфология, рельеф, форма основания осадочного бассейна, геолого-тектоническое строение дают большое основание полагать, что процесс «мантийного плюма» сыграл ключевую роль в формировании этой региональной геоструктуры [1, 2, 3, 4].
Мощность осадочного чехла в Каспийском бассейне составляет 7–9 км в прибрежных районах Шах-Дениз, Умид, Бабек и т.д. В центральной части мощность осадочного слоя достигает более 18–25 км [5]. В туркменском секторе толщина осадочного слоя составляет более 20 км. Средняя плотность пород в исследуемом регионе составляет 2,65-2,85 г/см3, толщина слоя литосферы на периферии – 45–55 км, в центральной части – 30–40 км. Гранитный слой в центральной части бассейна трудно проследить. Уровень Каспийского моря составляет около 26,75 м ниже уровня моря, а самая глубокая точка – 1025 м.
Формирование Каспийского моря началось в очень древний геологический период, в течение которого изменилась его геоморфологическая форма, произошло несколько фаз трансгрессии и регрессии с различными высотами и периодами уровня воды. В следующем геологическом периоде (около 70 миллионов лет назад) началась изоляция и постепенное отделение Понтокаспийского бассейна от океана Тетис и южных морей. В конце понтийского периода, в среднем плиоцене (10 миллионов лет назад), огромное и закрытое Сарматское море, которое покрывало территорию, занятую современным Черным и Каспийским морями, было разделено на разные части, где позднее образовался отдельный изолированный бассейн – Каспийское море.
По геоморфологическим особенностям, физико-географическим условиям и геолого-тектоническому строению Каспийский бассейн делится на три части: Северный, Средний и Южный Каспийские бассейны. Около 130 крупных и малых рек впадают в бассейн Каспийского моря. Наибольшее количество осадков в бассейн приносят такие реки как Волга, Терек, Кура, Гусарчай, Гудьялчай, Вальвалачай, Ленкоранчай и Астара. В Каспийском море всегда происходит круговорот воды. Круговорот воды, его направление и скорость течения влияют на накопление осадка и формирование рельефа морского дна. В Каспийском море выделяются Дербентская (788 м) и Ленкоранская (1025 м) впадины. Рельеф дна Южного Каспия характеризуется шельфом, континентальным склоном, глубокими впадинами и подводными поднятиями [6]. Ширина шельфовой зоны, чередуясь с крутыми скалистыми берегами и участками с песчаным грунтом, на западном побережье составляет 43 км. В северной части шельфа преобладают равнины. Над Каспийским морем доминируют северо-западный, северный и юго-восточные ветры.
Формирование континентов и океанов на Земле вследствие глобальных тектонических процессов, механизма накопления энергии геодинамического напряжения в сейсмически активных зонах, образование месторождений полезных ископаемых, в основном, нефтяных, а также генезис накопления в них углеводородов объясняются различными моделями [1, 3, 4, 7].
Принимая во внимание геофизические данные, собранные к настоящему времени в наших исследованиях, мы попытались проанализировать формирование Каспийского бассейна со ссылкой на модель, которая была предложена Ш. Маруямой [2, 8] и основанная на теории «мантии плюма» Тучо Уилсона, выдвинутой в 1965г. В этой модели в зоне перехода ядро-мантия, возбуждение магмы заставляет перемещаться плюм на поверхность [8, 9, 10].
Плюм, который переместился к поверхности Земли из соответствующего мантийного слоя в зоне Палео-Каспийского региона, был основой для формирования этого бассейна. Изменилась морфоструктура плюма у поверхности земли, в определенные геологические периоды был активирован процесс магматизма, в некоторых районах были захоронены интрузии и извержения вулканов.
На следующих этапах активность плюма уменьшилась и как бы опустилась до стадии холодного затвердевания, и в его районе начал формироваться Каспийский бассейн. Морфоструктура депрессии, образованной массой плюма, показана на рис. 1 [11]. Деятельность движения плюма создала большое количество тектонических разломов в верхних слоях земной коры.
Зоны сейсмической активности Каспийского бассейна в соответствии с кольцевой формой и наблюдаемыми круговыми региональными разломами отражают современные геодинамические условия Каспийского бассейна [12]. Отметим, что современные напряженно-деформированные условия Каспийского бассейна, зоны тектонических разломов, сейсмически активные районы, а также сильные землетрясения наблюдаются с фактами, связанными с плюм-мантийными процессами. Деформация пластов в геологических разрезах в направлении тектонических разломов по глубине прослеживается и формируется в виде дуги. Геодинамическое напряжение привело к образованию антиклинальных, синклиновых и других кольцевых структур в осадочном слое [7].
В бассейне Куры методом глубинного сейсмического зондирования были проведены исследования и построены двухмерные профили. В профилях, разработанных на южном склоне Большого Кавказа (автор был участником сейсмических исследований), было установлено, что признаки деформации тектонических разломов различны по сечению и по глубине.
Наибольшая активность деформации и смещения в верхних слоях профилей наблюдается в двух интервалах: от 50 до 100 м и от 3500 до 4000 м. При этом тектонические нарушения постепенно принимают косую форму [5].
На более глубоких интервалах (3500–9000 м) количество тектонических разломов уменьшается и значительно сохраняется их прежнее вертикальное направление, а признаки деформации в пластах относительно уменьшаются.
В бассейне Куры в региональных профилях имеются три глубинных интервала: от 50–100 м до 1500–2000 м, 4000–4500 м и 8000–10000 м, в которых наблюдаются как признаки деформации, так и визуально отчетливая картина в направлении тектонических разломов. В более глубоких слоях гранита и базальта признаки деформации уменьшаются, а тектонические разломы изменяются почти до первоначальных форм.
В настоящее время исследователи во многих регионах мира, наблюдая горизонтальные движения, пытаются объяснить горизонтальные движения плит, тектонических блоков, крупных геологических структур во времени и в пространстве, геодинамически-напряженные условия и наблюдаемую сейсмическую активность [13]. Институт Геологии и Геофизики проводит измерения на Кавказе с 1991 года и в Азербайджане с 1998 г. 
в 26 точках, а Республиканский Центр Сейсмологической Службы при НАНА с 2013 г. – в 24 точках с использованием GPS-станций. В результате этих исследований были определены направление вектора и значение смещения современного горизонтального движения в каждой точке измерения (рис. 2) [14, 15]. Были определены зоны геодинамических напряжений, места, где активность может возрасти, т.е. в зонах тектонических разломов и районах, где ожидаются сильные землетрясения. Согласно полученным результатам, в юго-восточной части Малого Кавказа наблюдаются максимальные скорости 9–12 мм/год, в то время как на Большом Кавказе было установлено 12 мм/год в северо-северо-восточном направлении [13]. Изменение направления движения Апшеронского полуострова на карте соответствует направлению кольцевого движения при смещении горизонтальных движений (рис. 2).
Энергия геодинамического напряжения вызывает снижение напряжения с выделением очень большого количества энергии во время большого количества внезапных землетрясений. Эпицентры наблюдаются в зонах контакта блоков и в соответствии с тектоническими нарушениями внутри блока. Таким образом, морфоструктура и динамика активности гранитного, базальтового и осадочного слоев постоянно меняются. По нашему мнению, основной фактор, влияющий на такое изменение и модернизацию бассейна, был связан с процессами мантийного плюма. В рельефе разделительных границ этих слоев круговая конфигурация, создаваемая плюмом, разделяется и отражается в соответствующих геофизических полях [5].
Южно-Каспийский бассейн занимает исключительное место среди аналогичных бассейнов мира из-за сложности его геологического строения, богатства углеводородных ресурсов и геодинамической активности. Очевидно, что мощность комплекса осадочного чехла в отсутствии нефтегазоносного бассейна Каспийского бассейна составляет менее 24–26 км. По объему углеводородного потенциала на квадратный километр он сопоставим с нефтегазоносными районами Мексиканского залива.
Процесс прогибания в Каспийском бассейне начался до мезозоя, и в течение юрского периода земная кора продолжала интенсивно погружаться с примерно такой же тенденцией. В центре современной Южно-Каспийской впадины Каспийского бассейна в результате вихревого движения, создаваемого магматическим плюмом, и круговой циркуляции моря образовался осадочный комплекс толщиной более 25 км. Из-за продолжающегося процесса в эти геологические периоды были сформированы кольцево-спиральные антиклинальные структуры (Бахар, Шах-Дениз, Абшерон, Шафаг, Машал, Бабек, Умид, Булла-Дениз, Асиман, Зафар и т.д.), в результате чего здесь было накоплено большое количество углеводородного потенциала. Кольцево-спиральные расположение структур наблюдается в секторах южной части Каспийского моря [16].
В целях обоснования возможности богатого углеводородного потенциала в глубоких пластах (в диапазоне 6–15 км и глубже) месторождений Шах-Дениз, Умид, Бабек и др. мы попытались изучить структуру поднятия, геодинамически-напряженное состояние геологических разрезов. Хотя эти структуры были обнаружены после 1950-х гг., наличие нефтяных и газовых месторождений было подтверждено после 1999 г.
В 2008–2012 гг. были обработаны и интерпретированы 16 сейсмических профилей длиной 103 км в направлении изучения тектонического строения плиоценовых отложений на участке Умид-Бабек. В 2012 г. на участке Умид-Бабек были проведены 3D сейсмические работы на площади 13002 км. Здесь в скважине, пробуренной на глубину 6006 м, был вскрыт VII горизонт продуктивного пласта. В результате геофизических исследований скважин было установлено, что горизонты V и VII продуктивного пласта насыщены очень богатым газом. Сильный поток газа был получен с горизонта VII продуктивного пласта. С целью оценки углеводородного потенциала VII горизонта продуктивного пласта в направлении пласта, уточнения тектонического и литолого-стратиграфического разреза месторождения в 2011 г. была пробурена разведочная скважина № 10 с проектной глубиной 6500м. В ходе анализа результаты геофизической разведки (ГИС) скважин, пробуренных на месторождении, сравнивались с геолого-геофизическими данными, полученными в близлежащих районах Шах Дениз, Нахчыван, Алат-Дениз, Зафар-Машал, Бахла и Булла-Дениз, а также было оценено наличие в этих структурах газовых, газоконденсатных месторождений.
В области структуры Умид, в глубоких слоях, на краях грязевого вулкана и во внешних частях структуры слои менее сложны, чем в верхних слоях, создавая благоприятные условия для миграции углеводородов. Хотя покрытие грязевого вулкана в верхних слоях расширилось из-за геодинамических напряжений, наблюдаемых в структуре месторождения Умид, форма структуры не меняется в более глубоких слоях, а форма антиклинала в слоях сохраняет свои особенности.
Структура Умид имеет вид асимметричной антиклинали, вытянутая в направлении северо-запад-юго-восток, выраженная изогипсами на высоте 7000–7900 м. Ширина структуры 3,5-4,0 км и вытянутая на расстоянии 19 км. Отражается в северо-восточном крыле с изогипсами 7000–8700 м и лежит под углом 16–24°. Юго-западное крыло, обозначенное 7000–8500 м, находится под плоским углом (26–45°). Самая глубокая часть синклинали окружена 9600-метровыми изогипсами.
Северо-восточное крыло структуры Умид переходит в синклиналь Кичикдаг-Умид, которая отделяет ее от структуры Булла-Дениз. В 2017 г. компания «SOCAR AQŞ» пробурила эксплуатационную скважину № 14 с фактической глубиной 6352 м от морской стационарной скважины Умид-1, где на юго-восточной периклинали структуры было обнаружено очень богатое газовое месторождение.
Структура Бабек условно завершается на изогипсе с отметкой 7750 м. Согласно этому, размеры замкнутой части конструкции составляют 15,5 х 2,7 км. Структура усложняется изломами различной амплитуды, разломами вдоль оси удлинения. В результате дизъюнктивной дислокации арочная часть сооружения разделена на разбитые блоки, сдвинутые на юг относительно друг друга. Северо-восточное крыло сооружения, которое имеет более простую конструкцию, погружается до глубины 9250 м на севере и присоединяется к синклине Кичикдаг-Умид. Самая глубокая часть синклинали завершается на изогипсе с отметкой 10 000 м.
Выводы
Геодинамическое напряжение, накопленное в результате горизонтальных, вертикальных и круговых движений, создаваемых плюмом в мантии, повлияло на динамику осадочного слоя до глубины 25 км, границы Конрада – 20–32 км, 40–53 км и границы Мохо – до глубины 40–53 км, где постоянно менялась морфоструктура осадочного слоя.
Геодинамическое напряжение в осадочном чехле наблюдается по горизонтальному смещению в слоистую форму внутри осадочного комплекса. По нашему мнению, с помощью GPS-исследований очень трудно различить горизонтальные движения, которые по-разному наблюдаются на глубине в отдельных комплексах.
На карте эпицентров землетрясений на территории Азербайджана и в глубине гипоцентров в указанных интервалах наблюдаются соответствующие изменения сейсмической активности в форме круга. Сильные землетрясения с относительной магнитудой M≥6–8 происходят в диапазоне глубин 7–20 км. В северной дуге Южного Каспия, где активность плюма все еще присутствует в интервале 55–65 км в базальтовом слое, наблюдаются признаки деформации в соответствии с характерными очагами землетрясения (рис. 3).
Совершенствование современной геодинамической модели с учетом палеогеоморфологических условий в будущем могут дать более эффективные результаты.
Умид, Бабек, Шах Дениз и др. структуры Южно-Каспийского бассейна, находятся в районе источника плюма, который все еще активен. Предполагается, что существуют благоприятные условия для образования углеводородов в более глубоких слоях ниже ПТ. Нефтегазовый потенциал вновь пробуренных скважин подтверждает это.
