Материалы по строению земной коры на различных кратонах весьма неоднородны, что обусловливает различную степень полноты описания строения кратонов. Обзор современных представлений о строении земной коры древних платформ начнем с наиболее изученных регионов.
В Северной Америке выполнены обширные сейсмические исследования в различных зонах континента с использованием различных систем наблюдения. Канадский щит характеризуется мощностью земной коры около 35 км, к окраинам континента на северо-востоке и севере она уменьшается до 30 км. Аналогичная картина установлена в южной части Гренландии. В разделяющем их Баффиновом проливе глубина верхней мантии всего 15 км.
В районе плиты Мидконтинента и Западно-Техасской синеклизы глубины поверхности М достигают 40 км и более, ее поведение в общих чертах согласуется с рельефом фундамента. Развитые здесь Мичиганский и Иллинойский бассейны округлы и характеризуются погружением фундамента до 3—4 км. Аналогичное погружение фундамента характерно для впадин Виллистонской и Альберты, размещенных к западу от щита и граничащих с Кордильерами. На крайнем юге платформы размещаются зоны резких погружений и перестроек земной коры; самые глубокие прогибы Пермский, Анадарко, Ардмор , где глубина фундамента достигает 9 км, и разломная система Вичита. С запада к этой области примыкают Восточные Скалистые горы и массив Колорадо. Эта сложная зона характеризуется крупным прогибом поверхности М, глубины залегания которой более 50 км, резко дифференцированным ее рельефом, наличием волноводов в земной коре. Для земной коры Северо-Американского кратона характерны следующие особенности:
- 1. Общая относительно уменьшенная мощность земной коры (в среднем на 3—5 км меньше иных кратонов), относительно высокое стояние и большая площадь кристаллического щита, ограниченность развития интенсивно прогнутых зон фундамента по окраинам платформы. Даже в зоне предгорного прогиба у Кордильер глубина фундамента не более 3—4 км, большие погружения фундамента характерны для зон дезинтеграции кратона.
- 2. Наличие зон аномальной высокоскоростной коры, обнаруженной в районе оз. Верхнего, с vг = 6,5—7,0 км/с, которая через зону Цент-рально-Северо-Американского регионального максимума силы тяжести прослеживается на юг до побережья Мексиканского залива. Эта высокоскоростная кора приурочена к докембрийскому шовному поясу и существенно не отображается в рельефе фундамента.
- 3. Выделение на большей части западного склона четкой отражающей границы Рил в низах коры, глубже которой vпл = 7,2—7,3 км/с.
По Восточно-Европейской платформе (8ЕП) имеются наиболее богатый материал о vг и составе фундамента и менее полные данные о рельефе поверхности М. Выполненные Г.А. Березиной обобщения показывают, что в пределах ВЕП возможно районирование земной коры по значениям vг с выделением трех групп пород: 1) vг = 5,7—6,0 км/с (гранитоиды); 2) vг = 6,05—6,35 км/с {гнейсы, гранулитовые, амфи-болитовые, диапсидовые сланцы, чарнокиты и др.); 3) vг ≥ 6,4 км/с (основные породы — габбро, габбронориты, лабрадориты).
На территории ВЕП мощности магмаметаморфической (МГМТ) земной коры между фундаментом и границей М 30—50 км. По особенностям строения земной коры на ВЕП выделяют четыре типа областей:
1. Балтийский и Украинский кристаллические щиты (БКЩ и УКЩ), а также Воронежский кристаллический (ВКМ) и Белорусско-Литовский массивы характеризуются преобладающей мощностью МГМТ земной коры 40—50 км при отдельных частных отклонениях в 15 км. Отмечается четкая приуроченность к этим областям гранитизированной коры и коры гнейсового состава. При этом кора гранитизированная занимает примерно 80% территории ВКМ и по 50% территорий УКЩ и БКЩ. Области такой коры, отличающиеся высоким стоянием, вместе с тем имеют отдельные впадины — Свеаланд-Балтийскую. В целом области такого типа образуют Фенно-Сарматский макрощит мощной гранитизированной земной коры. В пределах последнего есть линейные пояса повышенной основности, картируемые высокоинтенсивными магнитными аномалиями типа Курской.
2. Поволжье, запад Волго-Урала и северо-восток платформы (включая Ижма-Печорскую, Мезенскую впадины и Среднерусский авлакоген) характеризуются мощностью земной коры 35—45 км и отчетливым преобладанием vг = 6,0—6,4 км/с при примерно одинаковой незначительной роли гранитоидов и габброидов. Мощности МГМТ коры около 40 км. Здесь расположены впадины с погружением фундамента до 3—4 км.
3. Области пониженной мощности МГМТ земной коры (до 35 км) со знамениями vг по поверхности фундамента 6,5—7,0 км/с в пределах кратона намечаются в Ветряном поясе и Имано-Варгузском синклинории Балтийского щита. Наиболее характерно развитие зон высокой основности и подъема поверхности М для окраинных деструктивных областей, связанных с внешним восточным и юго-восточным обрамлением кратона. Такие области намечаются в зоне Верхнекамского (Калтасинского) авлакогена, раскрывающегося на восток, в Предуральском прогибе, в Прикаспийской и Хорейверской впадинах, в зоне, разделяющей Татарский и Оренбургский своды.
4. Авлакогенные системы типа Днепровско-Донецкой впадины и, возможно, Североморского грабена характеризуются резким сокращением мощности магмаметаморфической земной корь», ее отчетливо деструктивным характером, обратным отчетливым рельефом поверхностей М и фундамента. Здесь мощности МГМТ коры сокращены до 15-20 км.
На Сибирской платформе изучение земной корь» предпринято главным образом в последние годы. Мощности земной коры в пределах платформы 32-45 км, на поверхности, представленной в основном гнейсами, vг ≈ 6,0-6,4 км/с. Обширные зоны интенсивной гранитизации мало характерны для этого региона.
На большей части щитов и невыразительных структур поверхности фундамента между Тунгусской синеклизой и оз. Байкал глубины залегания поверхности М 37-40 км. Существенно увеличены глубины М под обрамляющими структурами Енисейского кряжа и Байкальской складчатой области (до 46-47 км) , в центральной части Тунгусской синеклизы (45-46 км), а также на северо-востоке Байкальского рифта (40-44 км). Относительно малые глубины поверхности М установлены под Енисей-Хатангским прогибом (32-37 км), в осевых частях Вилюйской синеклизы и Кемпиндяйской впадины (34-36 км), а также на юго-западе Байкальского рифта (34-36 км).
Поверхность фундамента вне щитов Сибирской платформы расположена на трех различных уровнях: 1) на глубинах 2—4 км на Непско-Ботуобинской седловине и к юго-западу от нее; мощности магмаметаморфической коры здесь 37 ±2 км и несущественно отличаются от щитов и их склонов; 2) на глубинах 7—8 км на большей части Тунгусской синеклизы; поверхности Ф и М характеризуются здесь относительно согласным поведением и мощности МГМТ коры близки 37 ±2 км; в южной части синеклизы, однако, выделяются блоки с аномально высокими средними скоростями в коре, что свидетельствует о существенном повышении основности; 3) на глубинах 9-14 км размещается поверхность фундамента в осевых зонах Енисей-Хатангского прогиба, Вилюйской синеклизы и Кемпиндяйской впадины; здесь воздымается поверхность М и мощность МГМТ коры сокращается до 20-25 км.
Таким образом, на крагонах северной группы строение земной коры отличается заметным разнообразием. При этом области кристаллических щитов и массивов характеризуются повсеместно относительно мощной земной корой, специфические области дифференцированной относительно маломощной маг мамегзморфическои земной коры приурочены к внутрикрнгончым и окраинно кратонным деструктивным геоструктурам.
Среди Гондванских платформ наиболее изучена Индийская. Здесь на щите и его склонах установлена повсеместно континентальная земная кора, vг по поверхности фундамента 5,7-6,2 км/с, а глубина залегания верхней мантии 37-41 км. По данным профиля ГСЗ, из Северо Китайской плите при залегании фундамента с vг = 6,2 км/с на глубине 10 км поверхность М отмечается на глубине 35—37 км. По сейсмологическим данным, мощность земной коры на Иранской платформе 45-49 км.
В Африке, по небольшому числу сейсмических и сейсмологических данных, мощность земной коры 35-46 км в удаленных от берега районах и 30-35 км на береговых зонах, со снижением до 25 км в районе Восточно-Африканских рифтов и повышением до 50 км в Абиссинском нагорье. Мощность земной коры резко сокращается во впадине Красного моря до 5-15 км, в осевой части которого кора приобретает безгранитный облик. Границы кратона повсеместно, кроме северной окраины, очень резкие, разломные.
На Австралийской древней платформе мощность земной коры 37-42 км, а vг по поверхности фундамента 6,1-6,3 км/с. Аналогичное строение по ориентировочным оценкам имеют кратоны Южной Америки и Антарктиды.
Необходимо подчеркнуть, что на данной стадии изученности земная кора Гондванид отличается от земной коры кратонов северной группы относительно пониженными граничными скоростями поверхности фундамента.
Обратимся теперь к краткому обзору нефтегазоносности кратонов, которая весьма детально изучена в Северной Америке и во многих регионах Европы и Северной Африки. Нефтегазоносность наиболее погруженных зон кратонов других регионов изучена слабо. Нефтегазоносны все окраинные бассейны Северо-Американской платформы, в которых уровень глубин прогибания фундамента превышает 2 км. Непродуктивна обширная внутренняя синеклиза Гудзонова залива.
Большое число месторождений сосредоточено в области западного устойчивого погружения плиты и на самом юге Мидконтинента, в области палеозойской активизации, к югу от линии Вичита — массив Колорадо, в непосредственной близости от Галф-Коста.
Нефтегазоносны области Мидконтинента, остававшиеся до конца девона приподнятыми, погрузившиеся только с миссисипия и втянутые в устойчивое прогибание в перми и мезозое, а также зоны восточного предаппалачского раннепалеозойского прогибания, оказавшиеся впоследствии приподнятыми, т.е. не испытавшие устойчивых погружений.
При этом во всех основных нефтегазоносных провинциях Северо-Американской древней платформы нефтегазоносен практически весь разрез палеозоя, начиная с его низов (С—О).
На ВЕП внутренние впадины с относительно неглубоким залеганием фундамента бесперспективны или мало перспективны, в них выявлены только мелкие месторождения. Впадины с глубиной погружения фундамента до 3—4 км, примыкающие к перикратонным областям, относительно перспективны, с ними связаны нефтегазоносные земли Волгоградского, Саратовского и Куйбышевского Поволжья, Удмуртии.
С окраинными зонами дифференцированного рельефа фундамента, повышенной основности и уменьшения мощности земной коры и сопряженными с ними участками относительно кислых массивов земной коры связаны наиболее значительные провинции и месторождения востока ВЕП.
Высокие плотности запасов приурочены к отчетливо деструктивным структурам земной коры — авлакогенам.
Закономерности нефтегазоносности Сибирской платформы еще не познаны, однако едва ли случайна приуроченность большинства открытых здесь месторождений к осевым зонам Енисей-Хатангского прогиба и Вилюйской синеклизы с сокращенной мощностью МГМТ земной коры.
Оценивая нефтегазоносность гондванских платформ, необходимо прежде всего указать на Северо-Африканскую и Аравийскую нефтеносные провинции, которые представляют собой обширные окраинные моноклинальные регионы, осложненные продольными и поперечными дислокациями блоковой природы, В наиболее прогнутых зонах этих провинций, размещаемых под водами Ионического моря и Персидского залива, фундамент погружен до 10-18 км и имеет безгранитный состав.
Многочисленные осадочные бассейны внутренних районов Гондванид характеризуются слабо погруженным фундаментом (до 3-4 км) и являются непродуктивными или мало продуктивными, за исключением лишь, возможно, южноамериканских бассейнов.
В меловых и кайнозойских отложениях периокеанических континентальных окраин всех гондванских платформ в последние годы открыты богатые нефтегазоносные провинции. Крупнейшие из них относятся к атлантическим окраинам Африки и Южной Америки.
Палеореконструкции с позиций мобилизма показывают, что положение подавляющего большинства фанерозойских нефтегазоносных бассейнов, начиная с раннего палеозоя, приурочено к континентальным окраинам, деструктивным зонам кратонов, тяготеющим к границам с зонами океанической коры. При реконструируемом соединении севера Африки с югом Северной Америки территории с богатейшими запасами палеозойских углеводородов — Сахаро-Ливийская и юга Северной Америки — оказываются приуроченными соответственно к южной и северной границам Палеотетиса. Пограничное положение с областями океанической коры характерно для палеозойских бассейнов остальной части Северной и Южной Америки и Евразии. Подобные соотношения сохраняются на протяжении всего фанерозоя.
Можно наметить следующие типы земной коры кратонов в связи с оценкой нефтегазоносности (см. рисунок).
I. Стандартная кратонная земная кора полного профиля мощностью 35-40 км, массивы которой в течение рифея-фанерозоя не обособлялись от кратонов и не подвергались переработке. Развита на щитах и кристаллических массивах кратонов и их периферий, занимает 70-90% площади кратонов. Поверхность фундамента характеризуется vг = 6,0-6,4 км/с и расположена на малых глубинах. Глубина фундамента обычно до 1-2 км, редко до 3-5 км в осевых частях впадины, где скорее всего имела место начальная фаза рифтогенеза. Волноводы в земной коре редки и невыразительны. Неблагоприятны для нефтегазонакопления, обладают ограниченной способностью к эпейрогеническим погружениям, малоперспективны в нефтегазоносном отношении. ВЕП — впадина Мезенская, Балтийская, Московская; Северо-Американский кратон — впадины Гудзонова залива, Фокс, Мичиганская; Африканский кратон — впадины Таудени, Мали—Нигер, Конго, Калахари, Верхненильская.
II). Нормальная земная кора повышенной основности мощностью до 35-45 км. Как правило, пояса или полосы кулис шириной в десятки километров, протяженностью в многие сотни или тысячи километров. Фундамент характеризуется vг = 6,4-7,0 км/с, толщи с такой пластовой скоростью залегают на глубинах 3-4 км. Примеры — Ветряный пояс, протерозойские "эвгеосинклинали" Кольского полуострова, оз. Верхнее — кряж Немаха. Обычно им отвечают выразительные полосовые гравитационные и магнитные аномалии. Глубина фундамента до 1 км. Эти относительно поднятые линейные структуры фундамента, по-видимому, представляют собой шовные зоны протерозойских столкновений континентальных масс. Занимают единицы и доли процента площади кратонов, не перспективны для поисков углеводородов.
III. Деструктивная земная кора поперечных к континентальным окраинам рифейско-фанерозойских авлакогенов, для которых характерны следующие особенности.
1. Резко сокращены мощности МГМТ земной коры. Большие погружения поверхности фундамента и воздымание поверхности М, Обычно эти поверхности характеризуются антирельефом и сильной латеральной изменчивостью вкрест и по простиранию авлакогена.
2. Наличие в осевых частях высокоскоростных, вплоть до безгранитных, зон.
3. Глубины фундамента 8—22 км. Впадины заполнены мощными разнообразными отложениями, для великих аридных эпох свойственно соленакопление. Глубина поверхности 25—40 км. Примерами являются впадины: Днепровско-Донецкая; системы Вичита; Енисей-Хатангская; Кемпиндяй-Вилюйская; видимо, Адамеус в Австралии; возможно, Амазонская в Южной Америке.
Разновидностью этих структур следует считать мезозойско-кайнозойские авлакогенорифты, приведшие к расколу континентальных глыб и образованию современных морских бассейнов (Красное море, Баффинов пролив, Персидский залив).
IV. Земная кора окраинно-кратонных рифейско-палеозойских областей дезинтеграции и консолидации. Указанные области расположены обычно на дальних окраинах кратонов, максимально удаленных от щитов (углы кратонов, антиподальные щитам). В рифее или палеозое системой авлакогенов они отделены от единого массива кратона, но авлакогены не развились в рифты и быстро замкнулись. Мощности МГМТ коры несколько уменьшены — не более 30-35 км, vT фундамента 6,2-7,0 км/с, глубины залегания фундамента 2-8 км, глубины М 35-45 км. Соотношения рельефа фундамента и М либо некоррелируемые, либо обращенные. В земной коре по всей ее мощности есть отражающие площадки, свидетельствующие о развитии волноводных ячей, возможно, глубинных надвигов при скучивании. Кора характеризуется повышенной основностью как за счет макробрекчиевидности и участия в ее строении безгранитных участков, так и за счет возможно неоднократных актов утонения и наращиваний дополнительными основными массивами при скучивании и стаскивании {при актах миниконсолидации).
Впадины выполнены терригенными и карбонатными толщами при подчиненной роли хемогенных, без региональных проявлений длительного некомпенсированного осадконакопления. Примерами таких областей являются юго-восток Волго-Урала, Пермский бассейн США. Обычно сравнительно близко размещаются области с субокеанической безгранитной земной корой.
V. Земная кора равновесного переходного типа на длительно существовавших пассивных континентальных окраинах, характеризуемая асимметричным профилем, сформировавшимся на границе континента и океана между стандартной кратонной (тип I) и океанической корой.
Отличается общим постепенным малоградиентным погружением поверхности фундамента от 0 до 10-14 км и более, постепенным соответствующим воздыманием поверхности М, сокращением мощности МГМТ коры до 5-15 км. Ширина зоны погружения 200-500 км. При мерами являются Западно-Канадский, Северо-Африканский, Аравийско-Персидский склоны. Здесь перспективен весь разрез, имеются устойчивые пути миграции. С корой этого типа связаны крупнейшие нефтегазоносные бассейны.
VI. Земная кора былых пассивных окраин, испытавших коллизию, сформирована в результате коллизионной (столкновенческой) переработки коры типов I-V. На внешней периферии кратона формируется складчатый ороген с "корнями гор", где глубины М достигают 50 км. Поверхность фундамента в прилегающих предорогенных впадинах ведет себя по-разному, в зависимости от характера коллизионных событий.
Глубина залегания фундамента преимущественно до 6-8 км, а глубина М резко дифференцирована: 45—38—50 км. От авлакогенового типа отличаются асимметрией строения земной коры и наличием различных коллизионных структур. На склонах передовых прогибов (Предандийский, Предаппалачский, Предуральский и др.) поверх продуктивного пассивно-окраинного комплекса залегает молассовый комплекс.
VII. Земная кора современных рифтовых окраинных кратонов характеризуется несформировавшимся профилем (начальная фаза типа V).
Мощность земной коры вкрест простирания окраин кратона быстро сокращается от 35-40 км до 5-7 км, отчетливо выделяется зона перехода от кратона к океану шириной до 100 км, в которой накапливаются в основном асимметричные терригенно-хемогенные седиментационные линзы. Глубина залегания фундамента до 6-8 км.
Таким образом, изучение взаимосвязей строения земной коры и нефтегазоносных кратонов позволяет наметить следующие закономерности в распределении нефтегазоносных бассейнов:
- 1. Наиболее общим правилом можно считать приуроченность на древних платформах высокоперспективных областей к зонам деструктивных фанерозойских преобразований земной коры.
- 2. На древних платформах основные запасы связаны с областями устойчивых перикратонных погружений, отделенных от обрамляющих складчатых областей зонами безгранитной земной коры, базальтовыми окнами. Зоны непосредственных контактов древней платформы с прилегающим складчатым сооружением менее благоприятны для нефтегазонакопления.
- 3. Высокоперспективны окраинно-кратонные глыбы (острые углы кратонной коры), переработанные рифтогенозом и сочленяющиеся по узким внутриплатформенным складчатым или шовным зонам с областями безгранитной коры.
- 4. Высокоперспективны фанерозойские авлакогены (как не испытавшие, так и испытавшие инверсию) с деструктивной корой, но без интенсивной складчатости.
Выявленные закономерности позволяют наметить некоторые направления поисков нефти и газа на древних платформах СССР. Значительный интерес представляют обширные склоновые, гомоклинальные части древних платформ, обращенные к существующим ныне складчатым сооружениям. На Сибирской платформе в этом отношении заслуживает первоочередного внимания восточный склон плиты (Мунский свод и Верхнемунская впадина), обращенный к Приверхоянскому краевому прогибу.