Профессор, д. г.-м. н. В.Н.Холодов,Геологический институт РАН, Москва
Грязевые вулканыпредставляют собой довольно широко распространенное геологическое явление. Внастоящее время на нашей планете насчитывается более 1700 надводных и подводныхгрязевулканических построек. Некоторые грязевые вулканы-гиганты, особенно частовстречающиеся на территории Азербайджана, имеют высоту 400-450 м, площадькратерной площадки 900-1000 м2, а общий объем твердых выбросов вмомент извержения в них превышает 2400 млн м3. Особенно крупныхразмеров достигают грязевые вулканы Алятской гряды — Туорогай, БольшойКянизадаг, Дашгиль, Котурдаг, Айрантекян, Каракюре, Солахай и др.
Обычнаягрязевулканическая деятельность четко распадается на два периода. Изверженияначинаются со взрыва газов в кратере, разрушения кратерной пробки и поступленияна поверхность потоков полужидких грязебрекчий. Одновременно из жерла вулканавыбрасываются твердые обломки и глыбы пород, нередко происходит самовозгораниеуглеводородных газов и над кратером появляется горящее пламя. Его высота можетдостигать нескольких сотен метров. Массы грязебрекчий, содержащих большиеколичества воды, нефти, сероводорода и рассеянных сульфидов, растекаясь наплощади, надстраивают старый конус. При этом объемы твердых выбросов огромны.
Извержение вулкана обычнодлится несколько дней, сопровождается землетрясением, мощным подземным гулом ииногда распадается на отдельные фазы, в течение которых преобладают то одни, тодругие продукты грязевулканической деятельности.
Затем вулкан надолгозатихает. На кратерной площадке его появляются многочисленные сальзы и грифоны,непрерывно поставляющие на поверхность жидкую грязь, газ, воду. а иногда инефть. Здесь у каждого источника, пробивающегося на поверхность, отлагаетсямасса плотных глинистых корок, которые наращиваясь, превращаются в миниатюрноеподобие вулкана. Такие сальзы. размерами не более 2-3 м высотой встречаются вкратерах в огромных количествах. Так, в кратере Дашгиль установлено 45 подобныхпостроек, в кратере Айрантекяна — 66, а в кратере Отманбоздага даже 85.
Одновременно на склонахвулканического конуса начинается окисление и эрозия грязевулканическихпостроек. Серые и зеленовато-серые глины, содержащие рассеянные сульфидыокисляются и превращаются в бурые, красновато-бурые породы, обогащенныегидроксидами железа и марганца. Склоны покрываются сетью глубоких оврагов(барранкосов), радиально расположенных по отношению к кратерной площадке; поним перемещаются как глубинные воды вулканов, поступающие из грифонов и сальз,так и атмосферные осадки временно скапливающиеся в неровностях рельефа.
Таким образом, в грязевыхвулканах постоянно чередуются периоды извержении с периодами относительногопокоя. Во времени извержения различных грязевых вулканов происходят крайненеравномерно. Так, например, вулкан Джау-Тепе (Керченский полуостров) с 1864 по1942 г. извергался 7 раз, Туорогай (Азербайджан) с 1841 по 1950 г. — 6 раз,тогда как в течение XX столетия зафиксировано только 2 извержения вулкана Шуго(Тамань). Впрочем, вполне вероятно, что такая неравномерностьгрязевулканического процесса объясняется неполнотой выполненных наблюдений.
Грязевые вулканы сдревнейших времен привлекали внимание геологов; им посвятили свои работы такиевыдающиеся ученые как Н.И.Андрусов. И.В.Мушкетов, Г.В, Абих, В.И.Вернадский,А.Д.Архангельский, И, М.Губкин. К.Н.Калицкий, Д, В.Голубятников, В.В.Белоусов,Н.С.Шатский, А, Б.Ронов, П.Н.Кропоткин, В.Е.Хаин, А. И. Косыгин, Е.Ф.Шнюков идр.
При объяснении механизмаформирования собственно грязевых вулканов в начале XX века обозначилась триглавных направления.
Одни исследователи,традиционно развивая идеи Г.В.Абиха, продолжали утверждать эндогенный,магматический генезис вулканов, акцентируя внимание на отдельных, не всегдаоднозначно объяснимых особенностях этого явления (Э.П.Штебер, С.А.Ковалевский,В.А.Горин, Н.А.Кудрявцев, П.Н.Кропоткин, Б.М.Валяев, Ш.Ф.Мехтиев, С.Д.Гемп,3.А. Буниат-Заде, К.К.Уилсон и др.).
Другие геологи, вслед заакадемиками А.Д.Архангельским и, отчасти, И.М. Губкиным предлагалитектоническое решение задачи и главным фактором, определившим возникновениегрязевых вулканов, считали геодинамику — развитие диапировых складок, пологихнадвигов или глубинных разломов (Н.С.Шатский, М.М.Жуков, Е.В.Милановский,В.Е.Руженцев, С.Зубер, В.А.Горин, С.Ф.Федоров, З.А.Буниат-Заде, В.Г.Бондарчук,А.Л.Путкарадзе, Ч.А.Зейналов, И.М.Сирыка, Н, Ю.Халилов, А.А.Керимов,А.Н.Пильчин, Л.Н.Еланский, М.Л.Копп и др.).
Наконец, наиболеепопулярным оказалось представление геологов-нефтяников, которые в соответствиис взглядами В.Н.Вебера, К.П.Калицкого, В.Д.Голубятникова и И.М.Губкинасвязывали образование грязевых вулканов с формированием и разрушениемместорождений нефти и газа (М, К, Калинко, А.А.Якубов, М.М.Зейналов,З.А.Буниат-Заде, P.P. Рахманов, Б.В.Григорьянц, Е.Ф.Шнюков и многие др.). Приэтом, избыточное давление, возникающее в нефтяных залежах и обуславливающеепрорыв грязебрекчий на поверхность через эруптивные каналы вулканов многиеисследователи объясняли избыточным давлением углеводородных газов,сконцентрированных в недрах.
О закономерностях распределения грязевыхвулканов
/> Рис. 1. Распределение грязевых вулканов
Как наземные, так иподводные грязевые вулканы очень редко бывают одиночными; чаще они группируютсяв грязевулканические провинции разных размеров (рис. 1).
Наиболее крупныепровинции грязевых вулканов сосредоточены в юго-восточной и северо-западнойчастях Кавказа.
В пределах Азербайджана(Апшеронский полуостров, юго-западный Гобустан и Нижнекуринская впадина)закартировано свыше 220 грязевулканических структур. Обычно они связаны сантиклинальными поднятиями, отчасти контролируются тектоническими разломами ииногда пространственно совпадают с крупными нефтяными и газовымиместорождениями[1, 2].
В северо-западной частиЗападно-Кубанской впадины, на Таманском полуострове, а также в пределахКерченского полуострова располагается еще одна крупная грязевулканическаяпровинция. Здесь зафиксировано свыше 100 грязевулканических проявлений [3, 4].
Менее крупныегрязевулканические провинции, в состав которых входит обычно несколько десятковгрязевых вулканов, установлены в Италии (долина р.По, о.Сицилия), в Албании, вРумынии, в западной Туркмении, в пределах Горганской равнины Ирана, намакранском побережье Ирана и Пакистана, в северном Белуджане Пакистана, вДжунгарии (КНР), в западных районах Бирмы, на островах Малайзии и Индонезии, наострове Новая Гвинея. Характерно широкое распространение грязевых вулканов наострове Сахалин, на островах Хонсю и Хоккайдо (Япония), а также в НовойЗеландии.
В западном полушариигрязевые вулканы известны на острове Тринидад (государство Тринидад и Тобаго),в Венесуэле и в северной Колумбии; они установлены также на побережьеМексиканского залива, в Калифорнии, в Гренландии и в Исландии.
Местные названия грязевыхвулканов варьируют в очень широких пределах; их именуют сальзами, макалубами,глодурами, болборосами, пыклями (вариетет-пекло), грифонами, потоссами,морнами, буффами, ярдами, эрвидеросами, намарами, порсугелями.
Среди подводныхгрязевулканических провинций, пожалуй, самой крупной является Южнокаспийскаявпадина; здесь с помощью эхолотирования, геоакустического профилирования иаэромагнитной съемки выявлено более 136 грязевулканических построек на днеморя.
Менее детально изученыподводные грязевулканические провинции Черного и Средиземного морей; в нихсоответственно исследовано 25 и 16 грязевулканических сооружений.
Подводные грязевыевулканы довольно широко распространены на шельфах океанов и внешних морей;также как холодные потоки углеводородов («сипы») они установлены впределах западного и восточного тихоокеанского побережий, на шельфахАтлантического океана. Норвежского и Баренцева морей ( рис. 1).
В целом, рассматриваязакономерности распространения грязевых вулканов на континентах планеты, атакже в морях и океанах (рис.1), нетрудно придти к выводу, что большинствогрязевулканических провинций отчетливо тяготеет к альпийской зоне складчатости.Ее распространение также обозначено на рис. 1 и подтверждает вывод, сделанныйранее в работах М.К.Калинко, Р.Р.Рахманова, — современный грязевой вулканизмконтролируется расположением альпийских горных сооружений.
При этом главной ареной,на которой проявляется грязевой вулканизм, являются предгорные и межгорныевпадины, в которых накапливаются мощные толщи терригенно-глинистых кайнозойскихотложений. Так, общеизвестно, что в пределах Мексиканской впадины мощностьосадочного чехла оценивается в 10 км, в Южно-Каспийском бассейне она равнаI9-20 км, в Западно-Туркменской впадине — 14 км, в Омано-Макранской депрессии — 11 км, а в пределах Иорвадийско-Андаманского региона она колеблется от 14 до 18км.
Обычно областираспространения грязевых вулканов совпадают с наиболее крупныминефтегазоносными бассейнами и соответствующими им элизионными системами [5, 6].
Наконец, следуетподчеркнуть, что в грязевулканических провинциях обычно очень широко развитымощные глинистые толщи и зоны сверхвысоких пластовых давлений флюидов (СВПД).Последнее обстоятельство особенно рельефно доказал М.К.Калинко, установивший ихпроявления в районах Мексиканского залива и острова Тринидад, вЗападно-Кубанской впадине и на Апшеронском полуострове, в Западно-Туркменскойвпадине, в районе Эльбурса, на Макранском побережье Ирана и Пакистана, вДжунгарской впадине, в Западной Бирме и на острове Ява.
Морфогенетическая типизация грязевыхвулканов
/> Рис. 2.
Если использовать данные,характеризующие 500 и более наземных и подводных грязевых вулкановКрымо-Кавказского и Южнокаспийского регионов, то можно выделить среди них рядморфогенетических типов (рис.2).
К первому типугрязевулканических построек относятся диапировые образования (I а, б, в). Обычноэто крупные грязевые вулканы, в которых грязевулканическая брекчия отличаетсявязкой консистенцией и выдавливается из кратерного канала, образуястолбообразные некки. Типичными примерами вулканов этой группы могут служитьРазнокол (Тамань), Котурдаг (Гобустан), Кобек и Боя-Даг (Западная Туркмения).
/> Рис 3.1
Разнокольский грязевойвулкан расположен на левом берегу старой протоки р. Кубань, вблизи от селаЮрьево. Здесь непосредственно из-под заросшей травой почвы, без каких-либодругих следов грязевулканической деятельности, выдавливается огромноеколбасоподобное тело, высотой в 2-3 м и шириной в 15-20 м (рис. 3.1).Сползая вниз по откосу берега вязкая грязебрекчия разламывается на блоки иформирует гигантский оползень, длина которого достигает 1.5 км, при ширине в50-100 м; он под прямым углом пересекает крутой левый берег протоки (рис. 32,3).В плотной глине потока встречены редкие включения обломков пород и глыбразмерами от 0.50 х 0.70 до 1.5 х 3 м; они слагаются песчаниками, карбонатнымиобломками и сидеритовыми конкрециями. По Е.Ф.Шнюкову выдавливание диапираосуществляется неравномерно; в одних частях оно определено в 12 см/мес., в других- до 75 см/мес. Во времени интенсивность процесса тоже меняется, то ускоряясь,то замедляясь.
/> Рис. 3.2
/> Рис. 3.3
Грязевой вулкан Котурдагпредставляет собой огромную конусовидную гору, осложненную небольшой кратернойплощадкой, напоминающей гигантский бархан. Из кратера вулкана выдавливаетсябугор плотной глинистой грязебрекчии; его ширина достигает 30 м, а высота — 15м. Так же, как в пределах Разнокола, грязебрекчиевый язык разламывается нафрагменты, прорывает кратерный вал в его южной части и протягивается вниз посклону грязевулканической горы на расстояние 1.5 — 2 км. В плотной глиневулкана видны многочисленные зеркала скольжения; на фоне плотной глинистоймассы темно-коричневого цвета разбросаны редкие, но крупные обломки мергелей,зеленовато-серых песчаников и красноцветных глинистых пород. А.А.Якубов иМ.М.Зейналов установили, что скорость выдавливания глинистых грязебрекчий вКотур-Даге оценивается в 1.2-1.5 м/мес.; наши замеры в 1987 году позволилирассчитать ее величину в 1 м/мес.
/>
/> рис. 3.4, 3.5
Существенно отличается отРазнокола и Котурдага строение грязевого вулкана Кобек, расположенного на сводеодноименной антиклинали в 1.0-1.5 км северо-восточнее Боядага (ЗападнаяТуркмения). По особенностям строения некк вулкана Кобек мало отличается от такназываемых «шайтанских садов». Обычно это округлые в плане участкиразмером 10 х 5 или 25 х 30 м, в пределах которых сконцентрировано большоеколичество вертикальных труб, сложенных карбонатным песчаником. В длинуотдельные тела достигают 1.5-2.0 м, диаметр их колеблется от 1.0 до 25-30 см;они часто сливаются между собой, образуя сооружение, похожее на музыкальныйорган, но нередко обособлены друг от друга и тогда становятся подобны останцамстволов деревьев в вырубленной роще. Высота всего некка, состоящего измногочисленных труб, достигает 5-12 м (рис. 34,5).
По существу,столбообразное тело в жерле грязевого вулкана представляет собой песчануюкольматацию*, окаменевшую и превращенную в песчаник вследствие дегазации ипадения давления СО2. Формирование подобных систем песчаных трубокскорее всего следует связывать с многократным продавливанием жидкой песчанойпульпы сквозь проницаемую песчаную или глинистую пробку в жерле вулкана. Саможе образование трубы несомненно является следствием быстрого падения давления вгазоводном флюиде, содержащем много растворенных карбонатов. Об этомсвидетельствует наличие тонких каналов, фиксирующих движение газов в центральныхчастях трубок, и частые переходы труб в конкреционные, причудливые по форме,тела.
По сути своей процесстождественен формированию инъекционных пластических песчаных даек, различныеразновидности которых были описаны в работах В.А.Горина, З.А.Буниат-Заде вАзербайджане, В.Н. Холодовым в Восточном Предкавказье, П.И.Иванчуком,В.Н.Холодовым на Челекене и в Западной Туркмении.
/>
рис. 3.6
Некк грязевого вулканаБоя-Даг, известный в литературе под названием Кара-Бурун («черныйнос»), представляет собой каменистый усеченный конус с почти отвеснымистенками; высота его достигает 30-40 м, а диаметр основания 20-30 м. Этостолбообразное поднятие сложено глыбами и обломками серых и рыжевато-серыхпесчаников и включениями фрагментов песчаных карбонатных труб. Их размерыколеблются от 0.5 до 3 м, в поперечнике. Вся масса обломков сцементированаглинистой и алеврито-песчаной грязебрекчией.
Некк Кара-Бурун осложняетприсводовую часть Боядагской антиклинали. Он хороший географический ориентир вЗападно-Туркменской впадине (рис. 3.6 ).
/>
рис. 4.1
Ко второму типу грязевыхвулканов (рис. 2, II ) относятся постройки, возникающие за счет периодическогопоступления на поверхность полужидких масс грязебрекчий; во время очередногоизвержения они растекаются от кратера к периферии вулкана, надстраиваявулканическое сооружение и увеличивая, таким образом, объем концентрическипостроенного конуса.
/>
рис. 4.2
Размеры таких грязевыхвулканов колеблются от 30-40 м в высоту и до 0.5 км2 в основании, нов отдельных случаях достигают 400-420 м в высоту и 20-25 км2 вплощади основания. Сравнительно небольшие вулканические постройки частовстречаются в пределах Керченско-Таманской области, а также в некоторых районахЗападной Туркмении и Азербайджана. На рис. 4.1 показан внешний видвулкана Аляты (Бихар), расположенного на берегу Каспийского моря в районеГобустана; на рис. 4.2 — грязевой вулкан Туорогай, возвышающийся надравниной каспийского побережья.
Кратерные площадкигрязевых вулканов второго типа обычно осложнены многочисленными сальзами игрифонами — миниатюрными подобиями материнской грязевулканической постройки. Ихвнешний вид и детали строения показаны на рис. 4.3, 4.4; онипостоянно выделяют воду, жидкую грязь, газовые пузыри и пленки нефти. Общий видэтих образований весьма экзотичен и, группируясь, они напоминают лунный ландшафт.
/>
4.3
К третьему типу следуетотнести грязевые вулканы, в которых вместо гряэевулканических сооруженийобразуются солончаки, заболоченные участки с лужами жидкой грязи, занимающиебольшие площади и практически не возвышающиеся над окружающим рельефом. Такоегрязевое болото обычно бывает осложнено небольшими сальзами или грифонами,размеры которых не превышают нескольких метров в высоту; из них постоянноизливается жидкая грязь, вода, реже нефть (рис. 2 — III).
/>
рис.4.5
Во время изверженийвулканов этой группы очень часто образуются потоки жидкой грязи, напоминающиесели (сили). В вулканическую грязь обычно бывают включены обломки твердых,преимущественно осадочных пород.
Характерно проседаниеотдельных участков грязевулканического поля. Нередко в пределах областиразвития грязевых брекчий образуются неглубокие озера и лужи, концентрирующие всебе поверхностные воды.
В Азербайджане эта группагрязевых вулканов представлена Астраханской, в Западной Туркмении — Кипящимбугром, а в Керченской области — Булганакскими и, возможно,Солдатско-Восходовскими вулканическими очагами.
Булганакскийгрязевулканический очаг находится в 8-10 км севернее г. Керчь, восточнее озераЧокрак, на южном крыле Бондаренковской антиклинали, в непосредственной близостиот берега Азовского моря. Он занимает площадь в 4км2 ,причемв центральной его части расположен огромный грязевулканический солончак (рис.4.5).Его глубина превышает 25 — 30 м, центральная часть непрерывно бурлит и поставляетна поверхность более 100 м3/сут. углеводородных газов и около 5000 лжидкой грязи ( Шнюков и др., 1986). В северной части очага располагаются сальзыили сопки Андрусова, Павлова, Тищенко, Абиха, Вернадского, в южной части — сопки Обручева, Булганак и Ольденбургского, а на западе — Трубецкого и Шилова.Самая крупная сопка Андрусова возвышается над местностью на 5 — 7 м, имеетдиаметр основания в 300 м и кратерную площадку в 50 м. Геологическое строениерайона, скрытого Булганакским полем грязебрекчий, во многом неясно. Е.Ф.Шнюковпредполагает здесь существовалие «вдавленной синклинали», котораяскрыта мощным чехлом сопочных брекчий.
/>
рис. 4.6
Четвертый тип грязевыхвулканов представлен вдавленными синклиналями Керченского п-ова и порсугелямиЧелекена (рис. 2, IV. г, д).
Вдавленные синклиналипредставляют собой грязевулканическую структуру второго порядка, обычноосложняющую присводовую часть антиклинали; здесь по разломам, ограничивающимжерло вулкана, осуществляется опускание части грязевулканической постройки, вкоторой чередуются сопочные брекчии и нормальные осадочные отложения. Такиепровалы особенно типичны для грязевых вулканов и складок Керченскогополуострова, хотя встречаются также в пределах Западно-Кубанского прогиба и вряде других грязевулканических провинций Мира.
Еще в позапрошлом векеН.А.Головкинский предположил, что такие вторичные опускания участков структурысвязаны с извержением большой массы грязебрекчий и соответствующей убыльюобъемов пород на глубине. В настоящее время после работ К.А.Прокопова,Г.А.Лычагина, а также Е.Ф.Шнюкова принято считать, что грязевой вулканизм обеспечиваетизбыток массы грязебрекчий на поверхности и дефицит ее на глубине; вследствиесоздавшейся ситуации начинается формирование кольцевых разломов и грабенов,вовлекающих в процесс опускания фрагменты нормально залегающих осадочныхотложений, грязебрекчий и оползни.
Очень близки к вдавленнымсинклиналям грязевые вулканы острова Челекен (Западный Порсугель, РозовыйПорсугель), а также Куринской впадины (озера севернее вулкана Дуздаг) иКерченского полуострова (озеро Чокрак).
Обычно это крупные иокруглые впадины диаметром в 200-300 м и более, расположенные на относительноровной поверхности и окруженные кольцевыми разломами. По разломам отдельныеблоки пород опущены сверху вниз. Центральные части впадин заняты водой, котораяместами пузырится от поступающих снизу газов (рис. 5.6).
Описанные выше типыгрязевых вулканов одновременно можно рассматривать как разные стадии единогопроцесса, поскольку нередко в. результате очередного грязевулканическогоизвержения на месте крупной грязевулканической постройки может образоватьсяозеро, а вместо крупного озера — возникнуть новый конус грязевулканическойпостройки.
Не останавливаясь намногочисленных примерах подобных метаморфоз, следует подчеркнуть, чтопредложенная морфогенетическая типизация грязевых вулканов позволяет считать,что в целом грязевулканические процессы реализуются не только при избыткедавлений в недрах, но и при их дефиците Этот вывод существенно ограничиваетпредставления о механизме формирования грязевых вулканов и заставляет серьезнозадуматься о расположении, строении, состоянии и преобразованияхгрязевулканического очага, питающего вулкан.
*Кольматацией принятоназывать пробку, возникающую в трубах в результате выпадения в осадоккомпонентов из циркулирующих по трубам растворов.
О корнях грязевых вулканов
Систему вертикальных инаклонных каналов, по которым на поверхность поступает масса грязебрекчийразной консистенции, воды, жидких и газообразных углеводородов, газов и др.компонентов в геологической литературе принято называть корнями грязевыхвулканов. Глубины, на которые проникают корни, определялись несколькиминезависимыми методами.
С помощью сейсмическогопрофилирования глубина проникновения корней грязевых вулканов была установленав западной Туркмении и в Южно-Каспийской впадине. В первом районе, по даннымА.М.Сунгурова, она оказалась равной 5 — 7 км, во втором Л.С.Кулакова иЛ.Н.Лебедев обнаружили их на глубине 9 км. Так как мощность осадочного чехла ив том и в другом случае колеблется от 14 до 20 км можно определенно утверждать,что корневая система вулканов не выходит за пределы стратисферы — осадочной ивулканогенно-осадочной оболочки Земли.
Косвенные, но оченьинтересные данные о генезисе грязевых вулканов можно получить путемисследования состава газов, участвующих в процессах извержений или поступающихна поверхность в результате сальзово-грифонной деятельности. Результатымногочисленных анализов газов вулканов Кавказа, Туркмении и острова Сахалинпозволяют заключить, что как правило в них преобладает метан; количество азотаи тяжелых углеводородных газов очень невелико, а инертные аргон, ксенон икриптон присутствуют лишь в долях процента.
Только в некоторыхвулканах Керченского региона и о-ва Сахалин, наряду с метаном, получаетраспространение углекислота.
В отличие от грязевых вулкановистинные или магматогенные вулканы практически не выделяют метан. В их газовойфазе обычно накапливаются хлориды, углекислота, азот, сероводород, сернистыйгаз и даже фториды, однако метан, как правило, отсутствует.
В последнее времягеохимические исследования газовой фазы грязевых вулканов были усиленыизотопическими исследованиями гелия. В работах А.А.Якубова и др., а такжеВ.Ю.Лаврушина и др. было установлено отсутствие в природных газах мантийногогелия, что по мнению авторов однозначно указывает на коровый источник всехгазовых составляющих, включая углеводороды.
В целом, очевидно, чтосостав газов в изобилии поставляемых грязевыми вулканами как во времяизвержений, так и в сальзово-грифоновую стадию позволяет считать их генетическисвязанными с осадочными толщами грязевулканических провинций.
Оценку расположениякорней грязевых вулканов многие исследователи пробовали установить постратиграфической привязке твердых выбросов, в том или ином количестве, всегдаприсутствующих среди грязебрекчий. В этом случае предполагалось, что возрастсамых древних включений должен соответствовать максимальной глубинепроникновения корней вулканов в осадочный чехол.
Если следовать чистоформальным построениям, то по материалам А.Н.Шарданова, В.Т.Малышека, В.П.Пекло,Е.Ф.Шнюкова, П.И.Науменко, Ю.С.Лебедева, А, А.Якубова, А.А.Ализаде,М.М.Зейналова, Б.В.Григорьянца, А.А.Алиева и др. геологов можно думать, чтокорни грязевых вулканов Керченского полуострова не опускаются глубже миоценовыхотложений, а корни вулканов Тамани и Западно-Кубанской впадины, по--видимому,прослеживаются в эоцен-палеоценовых толщах и даже в мелу.
Обратная картинанаблюдается в положении очагов грязевых вулканов Апшерона, Кобыстана иЮжно-Каспийской впадины. Корни большинства грязевых вулканов Азербайджанасвязаны с меловыми и палеоген-миоценовыми отложениями. Однако по направлению кцентру Южно-Каспийской впадины они переходят в более молодыеплиоцен-четвертичные отложения.
В этой условной схемебольшие сомнения вызывает меловой возраст наиболее глубоко проникающих корнейвулканов. Дело заключается в том, что во многих районах юго-восточного исеверо-западного Предкавказья в палеогеновых отложениях широко развитыолистостромовые горизонты, в которых глины содержат глыбы и обломки меловыхпород; одни исследователи рассматривают их как палеогеновые фации береговыхобвалов и оползней, другие — как тектонические брекчии или «горизонты свключениями».
Каков бы ни был механизмобразования олистостромовых горизонтов, ясно одно: в них широко распространеныобломки меловых известняков, поступивших сюда в более позднее время, когдамеловые карбонатные формации уже сформировались. Захваченные в моментизвержения грязевого вулкана и вынесенные на поверхность они заставляют сильно«удревнять» привязку корней вулканов.
Все сказанное позволяетпредполагать, что корни грязевых вулканов Азербайджана, а также Тамани иЗападно-Кубанской впадины не опускаются ниже глинистых отложений Майкопа. Чтоже касается Южно-Каспийской впадины, то здесь они, по-видимому, оказываютсясвязанными с глинистыми плиоцен-четвертичными толщами.
В целом, данные попривязке твердых включений грязебрекчий к стратиграфической шкале регионахорошо согласуются с материалами геофизики и геохимии, рассмотренными в началеэтого раздела.
Строение и механизм образованиягрязевулканических очагов
Как это было показановыше, скопления грязевых вулканов тяготеют к нефтегазоносным впадинамальпийской зоны складчатости, в которых накапливаются терригенно-глинистыеосадочные отложения и формируются мощные толщи глин со сверхвысокими пластовымидавлениями флюидов (СВПД). Грязевулканйческие провинции Крымо-Кавказского иКавказско-Каспийского регионов не являются в этом отношении исключением.
Действительно, в районеКерченского полуострова мощность майкопских глин достигает 1500 м, вПрикаспийско-Кубанской области майкопские и подстилающие их коунские глиныимеют мощность в 2000 м, на Апшероне — 1600 м, а в Шемахино-Кобыстанском районе- более 2000 м. Для всех этих районов особенно типичны огромные СВПД.
Нам представляется, чтоизбыточные давления флюидов в мощных толщах глин формируются главным образом засчет фазового преобразования глинистых минералов в области высоких температур(и давлений) и, в первую очередь, за счет иллитизации смектита.
/> рис. 5
В схеме этот процессможно представить себе так, как он изображен на рис. 5. В верхней части рисункаприведен макет образования зоны разуплотнения и сверхвысоких поровых давлений(СВПД) в глинах. Здесь мощный пласт преимущественно смектитовой глиныопускается в глубь осадочно-породного элизионного бассейна, последовательнозанимая положение А, Б, В и Г по отношению к той зоне критических температур идавлений, ниже которой смектитовая фаза существовать не может.
В микромасштабе процесс,что реализуется в глинах при фазовых превращениях глинистых минералов,изображен в левой части графика. Здесь показано, как блоки смектитовой глины(1,2,3,4) при погружении превращаются в иллитовые (1,2,3,4), уменьшаясь вобъеме и выделяя кристаллизационную воду в зоне критических температур идавлений. В результате этого процесса, вблизи от границы иллитизациизакладывается зона разуплотнения глин — пласт, в котором иллитовые блокивзвешены в выделившейся, кристаллизационной воде.
Глубже новообразованныеблоки иллита сближаются между собой под действием возросшего геостатическогодавления и вся поровая вода отжимается вверх, в зону разуплотнения. Врезультате иллитовая глина уплотняется, а над ней возрастает поровое давлениежидкости — в зоне разуплотнения глин образуется область СВПД.
Мощность зоныразуплотнения глин и величина пластовых давлений в ней в значительной степенизависят от мощности преобразуемой глинистой толщи и от ее положения поотношению к границе критических температур и давлений. Изначально зонаразуплотнения и СВПД сравнительно невелика. Но по мере того, как опускающаяся вглубь стратисферы глинистая толща все больше охватывается иллитизацией, областьразуплотнения становится все мощнее, а СВПД — возрастают.
Процесс по сути своей вкакой-то степени напоминает «зонную плавку», предложеннуюА.П.Виноградовым и А.А.Ярошевским для объяснения. происхождения значительныхмасс гранитной магмы, выплавляющейся из мантии.
Изучениеструктурно-геохимических глин позволяет предположить, что мощность зоныразуплотнения может достигать 400-500 м и более [7].
В реальных условияхэлизионных систем предложенная нами идеализированная схема фазовых превращенийглинистых минералов существенно усложняется [8]:
I. Количество смектита втрансформирующихся глинах не обязательно должно резко преобладать над всемиостальными глинистыми минералами; расчеты показывают, что при исходномсодержании 25-30 % смектита иллитизация 1 м3 глины сопровождаетсявыделением 17-20 кг Н20+. Нетрудно понять, что глинистые толщимощностью в 1.5-2.0 км могут создать весьма значительную зону обводнения восадочном чехле.
3. Формирование подземныхглинистых плывунов резко увеличивает проницаемость отдельных участков глинистойтолщи и стимулирует усиление реакций термолиза и термокатализа рассеянногоорганического вещества, гидролиза карбонатов и растворения силикатного — всехтех процессов, что происходят в главную фазу нефте- и газообразования.
4. Пластовое давление вгрязевулканическом очаге растет за счет поступающего в него газа и нефтяныхуглеводородов; осуществляется интенсивная интеграция парциальных давлений иотносительная гомогенизация всех составляющих, включенных в систему. В зонахразуплотнения образуются не воды, а сложные по составу газоводные флюиды.
5. В зоне разуплотненияглин протекает интенсивное упорядочение ориентировки частиц глинистых (итерригенных) минералов и перераспределение химических элементов, меняющих своиформы нахождения.
Здесь рождаются новыеассоциации аутигенных минералов, отражающие особенности новой физико-химическойсреды.
В ходе погруженияглинистых толщ в глубь осадочного бассейна и иллитизации смектита рост поровыхдавлений прекращается тогда, когда в область СВПД попадает разлом, вертикальнаязона трещиноватости или песчаный пласт-коллектор. Тогда поровые флюиды,накопленные в зоне разуплотнения, устремляются в поровые пространства песковили уходят по плоскости разломов, а поровые давления в глинах падают до обычныхдля данных глубин.
При существенной разницепоровых давлении в глинах и коллекторах могут, по-видимому, возникать коллизии,существенно меняющие текстуру и характер залегания не только глин, но и другихосадочных пород в разрезе. В нижней части рис. 5 приведена схема,характеризующая предположительный механизм формирования кластических даек игоризонтов с включениями; на ней чередование песков и смектитовых глинопускается в зону иллитизации, последовательно занимая положение А, Б, В и Г.
Очевидно, что когда пластпеска I входит в область разуплотнения и СВПД, он превращается в плывун,пластичность песчаника и глины выравнивается, и они оба деформируются каквесьма пластичные и сходные образования.
Иногда перепад поровыхдавлений в глинах и песчаниках настолько велик, что их соприкосновение приводитк более ярким гидроразрывам; под огромным давлением разжиженный песокинъецируется в трещины, заполняет их и после декомпрессии цементируетсякомпонентами, растворенными в пульпе.
Именно так формируютсяпесчаные дайки, горизонты с включениями, диапировые апофизы и др. консеквентныетела, описанные нами в ряде предшествующих работ. Они нередко ассоциируютсяименно с грязевыми вулканами и это приводит к мысли, что в очаг подобныхобразований помимо разжиженных флюидами глин могут входить также разжиженныепески-плывуны. Их проявления особенно типичны для грязевых вулканов Туркмении,где грязебрекчии часто содержат тела песчаников самой причудливой формы.
Такям образом, очаг грязевоговулкана представляет собой тело, сложенное глинами, реже — песками, частосодержащими большое количество твердых обломков вмещающих пород и разжиженныхгомогенизированными газоводными флюидами (вода, нефть, газы разного состава);оно формируется на больших глубинах за счет саморазвития элизионных систем иможет при благоприятных обстоятельствах «питать» корнигрязевулканических построек.
Потенциальные возможноститаких грязевулканических очагов хорошо раскрываются при исследовании аварийнефтяных скважин.
Первый оченьраспространенный случай описан А.Г.Дурмишьяном и Н.Ю. Халиловым в связи сосверхвысокими пластовыми давлениямн в структурах Бакинского архипелага. Здесьпри бурении ряда скважин наблюдался прихват инструмента, сужение стволаскважины, выбросы труб и выпирание глинистой массы на поверхность. Так,например, бурение скв. 42 на грязевом вулкане Дашгиль завершилось тем. что иззабоя была выброшена вся колонна бурильных труб длиной в 2500 м, которая силойвыброса оказалась кольцеообразно уложенной вокруг буровой вышки. Значительночаще из забоя скважины бурильный инструмент вытеснялся пластичной глинистоймассой, напоминавшей грязебрекчии, а затем эти скопления грязи выдавливались изствола наподобие диапира.
Другой случайассоциируется с появлением так называемых «буйных скважин», широкораспространенных в США (штаты Техас и Луизиана), а также в Бакинском районе.Аварии в этом случае сопровождаются внезапным выделением большого количестваводы и газа, провалом буровой и образованием округлых воронок диаметром 200-250м. В течение длительного времени после аварии (8-10 лет) вода вы-носит на.поверхность огромное количество глинистого материала.
Различия между этимидвумя крайними случаями заключаются в составе и строении самогогрязевулканического очага, а также в условиях его вскрытия скважинами. В первомслучае грязевулканический очаг реагирует на введение забоя скважины как единоетело, стремящееся занять больший объем, а во втором — из него удаляется вода игаз, падает давление, образуется свободное пространство в недрах, котороеотражается у устья скважины формированием кальдеры обрушения и проседаниемпластов.
Можно думать, что эти дваразных случая вскрытия очага грязевого вулкана скважинами до некоторой степенианалогичны формированию крайних морфогенетических типов грязевых вулканов впредложенной нами типизации. Первый случай сходен с образованием группыдиапировых вулканов и вулканов с мощными грязевулканическими постройками, авторой — с «вдавленными синклиналями» и порсугелями, всегда близкимипо форме к кальдерам обрушения.
Очевидно, что аналогия вповедении буровых скважин и грязевых вулканов косвенно подтверждает нашипредставления об условиях и механизме формирования грязевулканических очагов.
С геологической точкизрения очаги грязевулканической деятельности можно рассматривать какразжиженные и линзовидные слои-волноводы, залегающие примерно в соответствии снапластованием слоев, но местами пересекающие стратиграфические границы. В техместах, где они пересекаются системой трещин и разломов в них образуютсяконсеквентные ответвления — собственно корни грязевых вулканов. Выше этиобразования (ответвления) сменяются жерловыми грязебрекчиями, а уже наповерхности — полями кратерных и сопочных грязебрекчий, нередко формирующимивулканические постройки,
Динамика развития грязевого вулкана
В развитии подавляющегобольшинства грязевых вулканов можно отчетливо различить три стадии: 1) стадиюформирования грязевулканического очага, обусловленную особенностями развитияэлизионной системы; 2) стадию извержения грязевого вулкана, в значительнойстепени отражающую состав и условия залегания грязевулканического очага; 3)стадию пассивной грифонно-сальзовой деятельности, видоизменяющую последствияизвержения грязевого вулкана и подготавливающую следующее его извержение.
Первая стадия протекаетна фоне аккумуляции терригенно-глинистых отложений, углубления впадин ипоступления флюидогенерирующих глин в области повышенных температур и давлении.При этом первичные свойства захороняемых глин предопределяют те соотношениякомпонентов во флюидах грязевулканического очага, которые играют большую роль вопределении типа извержения и даже морфогенетического типа грязевого вулкана; вэтом отношении грязевой вулканизм очень похож на лавовый. в котором, какизвестно, кислотность — щелочность магмы и коэффициент эксплозивностипредопределяют особенности извержения и характер вулканической постройки.
Очень большое значение вдеятельности грязевых вулканов играет величина суммарного СВПД, возникающего вочаге. Оно, так же как и компонентный состав фдюидов в значительной степенизависит от первичных, палеогеографических, седиментационно-диагенетических,фациальных и тектонических условий залегания глинистых пород, слагающихэлизионные системы.
В целом, формированиегрязевулканического очага направлено в сторону интеграции и гомогенизациитвердых, жидких и газообразных компонентов и в условиях закрытойфизико-химической системы создает отличную от вмещающих отложений потенциальноактивную и подвижную среду слоя-волновода.
Вторая стадия развитиягрязевого вулкана начинается с вскрытия грязевулканическою очага системойразломов и трещин, что связывает переход закрытой физико-химической системы воткрытую. Этот процесс сопровождается фазовой дифференциацией вещества иодновременным движением масс от очага к дневной поверхности.
Главным фактором,регулирующим извержение, является падение давления, связанное с перемещениемгрязевулканической массы по каналу от очага к дневной поверхности. Снижениедавления очень интенсивно воздействует на пластичность разжиженных глин; какизвестно. уменьшение его превращает полужидкую массу в плотное глинистое тело.
Очень большую роль вовремя извержения вулкана играет потеря га-зовой составляющей; она меняетсвойства остаточного раствора и неред-ко приводит к образованию аутигенныхминералов, кольматирующих канал вулкана. Так, например, потеря газообразногоСОо вблизи от дневной поверхности смещает карбонатные равновесия в сторонувыпадения твердой фазы карбонатов. Последние цементируют до этого подвижныепески-плывуны и образуется пробка-кольматация, перекрывающая грязевулканическийканал. Многократное повторение осаждения карбонатов и про-давливание сквозьсформировавшуюся песчано-карбонатную пробку газо-водных песчаных плывунов можетсоздать целую систему карбонатных песчаных труб, известных под наименованием«шайтанские сады» (Западная Туркмения).
Потеря метанаспособствует концентрации тяжелых углеводородов и формированию кировых иасфальтовых образований цементирующих пески.
Очень большое значениепри извержении грязевого вулкана имеет поведение трудносжимаемой воды. Еерезкое выделение из грязебрекчий и уход по каналу вулкана к поверхности можетвызвать эффект «бешеной скважины», способствовать образованиюдефицита массы на глубине и возникновению кальдеры проседания вокруг кратеравулкана.
В некоторых случаяхзапечатывание каналов вулкана происходит чисто механическим путем, так.как вних могут застрять глыбы и об-ломки твердых пород, захваченных грязевым потокомиз вмещающих по-род; их размеры иногда достигают 5- 10 м3.
Очень часто кратервулкана забивается грязебрекчиями, объемы которых необычайно велики. Поподсчетам А.А.Якубова и А, Д.Алиева масса грязебрекчий выброшенных на дневнуюповерхность в результате деятельности 220 вулканов Азербайджана составилаI00-II0 млн м3.
Как бы то ни было, нопроцесс извержения грязевого вулкана, в целом, направлен на разделениекомпонентов, интегрированных в грязе-вулканическом очаге. Он вызываетсущественное падение СВПД в области питания системы, завершается запечатываниемранее активно действую-щего канала и переходом к следующему, относительноспокойному этану развития.
Третий.сальзово-грифонный этап развития грязевого вулкана с одной стороны можнорассматривать как завершение извержения, а с другой — как подготовку следующегокатаклизма. В этот период на глубине, в области очага вулкана, регенерируетсяСВПД, поскольку развивающиеся элизионные процессы в условиях замкнутойфизико-химической системы способны восстанавливать свои исходные параметры (Р.Т).
Одновременно уменьшаетсяпроницаемость той пробки, что запеча-тывает грязевулканический канал.
Следует подчеркнуть, чтогрязебрекчий, перекрывающие каналы вулкана и формирующие кратерную площадкуредко представляют собой полностью непроницаемую систему; в них частообнаруживаются трещины, зоны повышенной проницаемости и каналы, по которым впервую очередь двигаются и разгружаются газы. В истории многих грязевыхвулканов известны длительные периоды существования огненных факелов, которые втечение значительного отрезка времени, уже после завершения активныхизвержений, украшали кратерные площадки. Они несомненно представляют собойрезультат миграции газообразных углеводородов, сгорающих при выходе на дневнуюповерхность.
По следам мигрирующихгазов в сальзово-грифонный этап развития грязевых вулканов устремляются воды.Они выносят из запечатывающих эруптивный канал вулкана грязебрекчий большоеколичество тонкого глинистого материала, расширяя и совершенствуя путиразгрузки. В то же время они захватывают, частично растворяя в себе, такоебольшое количество глинистого материала, что превращаются в настоящий глинистыйраствор искусственно создаваемый нефтяниками для нужд бурения.
Газоводные смеси, несущиемассы пелитового глинистого материала, постепенно разрушают сплошностьгрязевулканической пробки, за-печатывающей эруптивный канал вулкана. С другойстороны, их выход на дневную поверхность сопровождается отложением глинистыхскоплений со всех сторон окружающих канал разгрузки и постепенно формирующихконусообразные постройки в миниатюре напоминающие грязевой вулкан.
В целомсальзово-грифонные воды грязевых вулканов по составу очень похожи на пластовыеводы нефтяных и газовых месторождений региона. Любопытно также, что в пределаходного и того же кратерного поля каждая сальза выносит воды разного класса итипа.
Таким образом, периодусиленной сальзово-грифонной деятельности нарушает монолитностьгрязевулкавических скоплений запечатывающих кратер грязевого вулкана, делает ихрыхлыми, пронизанными многочисленными вертикальными каналами и полостями. Врезультате эта разрыхленная масса грязебрекчий оказывается не в состояниипротивостоять давлению грязевулканического очага и при первом же землетрясении,сейсмическом толчке, тектонической подвижке или другом нарушении равновесиявовлекается в новое извержение.
Список литературы
Для подготовки даннойработы были использованы материалы с сайта geo.web.ru/