Грязевые вулканы

       4. СТРОЕНИЕ И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ГРЯЗЕВУЛКАНИЧЕСКИХ ОЧАГОВ

      Как это было показано выше, скопления  грязевых вулканов тяготеют к нефтегазоносным  впадинам альпийской зоны складчатости, в которых накапливаются терригенно-глинистые  осадочные отложения и формируются мощные толщи глин со сверхвысокими пластовыми давлениями флюидов (СВПД). Грязевулканйческие провинции Крымо-Кавказского и Кавказско-Каспийского регионов не являются в этом отношении исключением.

      Действительно, в районе Керченского полуострова мощность майкопских глин достигает 1500 м, в Прикаспийско-Кубанской области майкопские и подстилающие их коунские глины имеют 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, что избыточные давления флюидов в мощных толщах глин формируются  главным образом за счет фазового преобразования глинистых минералов  в области высоких температур (и давлений) и, в первую очередь, за счет иллитизации смектита.

      В микромасштабе процесс, что реализуется  в глинах при фазовых превращениях глинистых минералов, изображен  в левой части графика. Здесь  показано, как блоки смектитовой  глины при погружении превращаются в иллитовые, уменьшаясь в объеме и выделяя кристаллизационную воду в зоне критических температур и давлений. В результате этого процесса, вблизи от границы иллитизации закладывается зона разуплотнения глин - пласт, в котором иллитовые блоки взвешены в выделившейся, кристаллизационной воде.

            Глубже новообразованные блоки иллита сближаются между собой под действием возросшего геостатического давления и вся поровая вода отжимается вверх, в зону разуплотнения. В результате иллитовая глина уплотняется, а над ней возрастает поровое давление жидкости - в зоне разуплотнения глин образуется область СВПД.

      Мощность  зоны разуплотнения глин и величина пластовых давлений в ней в  значительной степени зависят от мощности преобразуемой глинистой  толщи и от ее положения по отношению  к границе критических температур и давлений. Изначально зона разуплотнения и СВПД сравнительно невелика. Но по мере того, как опускающаяся в глубь стратисферы глинистая толща все больше охватывается иллитизацией, область разуплотнения становится все мощнее, а СВПД - возрастают.

      Процесс по сути своей в какой-то степени напоминает "зонную плавку", предложенную А.П.Виноградовым и А.А.Ярошевским для объяснения. происхождения значительных масс гранитной магмы, выплавляющейся из мантии.

      Изучение  структурно-геохимических глин позволяет  предположить, что мощность зоны разуплотнения может достигать 400-500 м и более.

      В реальных условиях элизионных систем предложенная нами идеализированная схема  фазовых превращений глинистых  минералов существенно усложняется:

      I. Количество смектита в трансформирующихся глинах не обязательно должно резко преобладать над всеми остальными глинистыми минералами; расчеты показывают, что при исходном содержании 25-30 % смектита иллитизация 1 м3 глины сопровождается выделением 17-20 кг Н20+. Нетрудно понять, что глинистые толщи мощностью в 1.5-2.0 км могут создать весьма значительную зону обводнения в осадочном чехле.

      3. Формирование подземных глинистых  плывунов резко увеличивает проницаемость  отдельных участков глинистой  толщи и стимулирует усиление  реакций термолиза и термокатализа рассеянного органического вещества, гидролиза карбонатов и растворения силикатного - всех тех процессов, что происходят в главную фазу нефте- и газообразования.

      4. Пластовое давление в грязевулканическом  очаге растет за счет поступающего  в него газа и нефтяных углеводородов; осуществляется интенсивная интеграция парциальных давлений и относительная гомогенизация всех составляющих, включенных в систему. В зонах разуплотнения образуются не воды, а сложные по составу газоводные флюиды.

      5. В зоне разуплотнения глин протекает интенсивное упорядочение ориентировки частиц глинистых (и терригенных) минералов и перераспределение химических элементов, меняющих свои формы нахождения.

      Здесь рождаются новые ассоциации аутигенных минералов, отражающие особенности  новой физико-химической среды.

      В ходе погружения глинистых толщ в  глубь осадочного бассейна и иллитизации  смектита рост поровых давлений прекращается тогда, когда в область СВПД попадает разлом, вертикальная зона трещиноватости или песчаный пласт-коллектор. Тогда поровые флюиды, накопленные в зоне разуплотнения, устремляются в поровые пространства песков или уходят по плоскости разломов, а поровые давления в глинах падают до обычных для данных глубин.

      При существенной разнице поровых давлении в глинах и коллекторах могут, по-видимому, возникать коллизии, существенно меняющие текстуру и характер залегания не только глин, но и других осадочных пород в разрезе.

      Очевидно, что когда пласт песка I входит в область разуплотнения и  СВПД, он превращается в плывун, пластичность песчаника и глины выравнивается, и они оба деформируются как весьма пластичные и сходные образования.

      Иногда  перепад поровых давлений в глинах и песчаниках настолько велик, что  их соприкосновение приводит к более  ярким гидроразрывам; под огромным давлением разжиженный песок инъецируется в трещины, заполняет их и после декомпрессии цементируется компонентами, растворенными в пульпе.

      Именно  так формируются песчаные дайки, горизонты с включениями, диапировые апофизы и др. консеквентные тела, описанные нами в ряде предшествующих работ. Они нередко ассоциируются именно с грязевыми вулканами и это приводит к мысли, что в очаг подобных образований помимо разжиженных флюидами глин могут входить также разжиженные пески-плывуны. Их проявления особенно типичны для грязевых вулканов Туркмении, где грязебрекчии часто содержат тела песчаников самой причудливой формы.

      Такям образом, очаг грязевого вулкана  представляет собой тело, сложенное  глинами, реже - песками, часто содержащими  большое количество твердых обломков вмещающих пород и разжиженных гомогенизированными газоводными флюидами (вода, нефть, газы разного состава); оно формируется на больших глубинах за счет саморазвития элизионных систем и может при благоприятных обстоятельствах "питать" корни грязевулканических построек.

      Потенциальные возможности таких грязевулканических очагов хорошо раскрываются при исследовании аварий нефтяных скважин.

      Первый  очень распространенный случай описан А.Г.Дурмишьяном и Н.Ю. Халиловым  в связи со сверхвысокими пластовыми давлениямн в структурах Бакинского архипелага. Здесь при бурении ряда скважин наблюдался прихват инструмента, сужение ствола скважины, выбросы труб и выпирание глинистой массы на поверхность. Так, например, бурение скв. 42 на грязевом вулкане Дашгиль завершилось тем. что из забоя была выброшена вся колонна бурильных труб длиной в 2500 м, которая силой выброса оказалась кольцеообразно уложенной вокруг буровой вышки. Значительно чаще из забоя скважины бурильный инструмент вытеснялся пластичной глинистой массой, напоминавшей грязебрекчии, а затем эти скопления грязи выдавливались из ствола наподобие диапира.

      Другой  случай ассоциируется с появлением так называемых "буйных скважин", широко распространенных в США (штаты  Техас и Луизиана), а также в  Бакинском районе. Аварии в этом случае сопровождаются внезапным выделением большого количества воды и газа, провалом буровой и образованием округлых воронок диаметром 200-250 м. В течение длительного времени после аварии (8-10 лет) вода вы-носит на. поверхность огромное количество глинистого материала.

      Различия  между этими двумя крайними случаями заключаются в составе и строении самого грязевулканического очага, а также в условиях его вскрытия скважинами. В первом случае грязевулканический очаг реагирует на введение забоя  скважины как единое тело, стремящееся занять больший объем, а во втором - из него удаляется вода и газ, падает давление, образуется свободное пространство в недрах, которое отражается у устья скважины формированием кальдеры обрушения и проседанием пластов.

      Можно думать, что эти два разных случая вскрытия очага грязевого вулкана скважинами до некоторой степени аналогичны формированию крайних морфогенетических типов грязевых вулканов в предложенной нами типизации. Первый случай сходен с образованием группы диапировых вулканов и вулканов с мощными грязевулканическими постройками, а второй - с "вдавленными синклиналями" и порсугелями, всегда близкими по форме к кальдерам обрушения.

      Очевидно, что аналогия в поведении буровых  скважин и грязевых вулканов косвенно подтверждает наши представления об условиях и механизме формирования грязевулканических очагов.

      С геологической точки зрения очаги  грязевулканической деятельности можно  рассматривать как разжиженные  и линзовидные слои-волноводы, залегающие примерно в соответствии с напластованием слоев, но местами пересекающие стратиграфические границы. В тех местах, где они пересекаются системой трещин и разломов в них образуются консеквентные ответвления - собственно корни грязевых вулканов. Выше эти образования (ответвления) сменяются жерловыми грязебрекчиями, а уже на поверхности - полями кратерных и сопочных грязебрекчий, нередко формирующими вулканические постройки, 

      5. ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ГРЯЗЕВОГО ВУЛКАНА

      В развитии подавляющего большинства  грязевых вулканов можно отчетливо различить три стадии: 1) стадию формирования грязевулканического очага, обусловленную особенностями развития элизионной системы; 2) стадию извержения грязевого вулкана, в значительной степени отражающую состав и условия залегания грязевулканического очага; 3) стадию пассивной грифонно-сальзовой деятельности, видоизменяющую последствия извержения грязевого вулкана и подготавливающую следующее его извержение.

      Первая  стадия протекает на фоне аккумуляции  терригенно-глинистых отложений, углубления впадин и поступления флюидогенерирующих глин в области повышенных температур и давлении. При этом первичные свойства захороняемых глин предопределяют те соотношения компонентов во флюидах грязевулканического очага, которые играют большую роль в определении типа извержения и даже морфогенетического типа грязевого вулкана; в этом отношении грязевой вулканизм очень похож на лавовый. в котором, как известно, кислотность - щелочность магмы и коэффициент эксплозивности предопределяют особенности извержения и характер вулканической постройки.

      Очень большое значение в деятельности грязевых вулканов играет величина суммарного СВПД, возникающего в очаге. Оно, так  же как и компонентный состав фдюидов  в значительной степени зависит  от первичных, палеогеографических, седиментационно-диагенетических, фациальных и тектонических условий залегания глинистых пород, слагающих элизионные системы.

      В целом, формирование грязевулканического  очага направлено в сторону интеграции и гомогенизации твердых, жидких и газообразных компонентов и  в условиях закрытой физико-химической системы создает отличную от вмещающих отложений потенциально активную и подвижную среду слоя-волновода.

      Вторая  стадия развития грязевого вулкана  начинается с вскрытия грязевулканическою очага системой разломов и трещин, что связывает переход закрытой физико-химической системы в открытую. Этот процесс сопровождается фазовой дифференциацией вещества и одновременным движением масс от очага к дневной поверхности.

      Главным фактором, регулирующим извержение, является падение давления, связанное с перемещением грязевулканической массы по каналу от очага к дневной поверхности. Снижение давления очень интенсивно воздействует на пластичность разжиженных глин; как известно. уменьшение его превращает полужидкую массу в плотное глинистое тело.

      Очень большую роль во время извержения вулкана играет потеря га-зовой составляющей; она меняет свойства остаточного  раствора и неред-ко приводит к образованию  аутигенных минералов, кольматирующих канал вулкана. Так, например, потеря газообразного СОо вблизи от дневной поверхности смещает карбонатные равновесия в сторону выпадения твердой фазы карбонатов. Последние цементируют до этого подвижные пески-плывуны и образуется пробка-кольматация, перекрывающая грязевулканический канал. Многократное повторение осаждения карбонатов и про-давливание сквозь сформировавшуюся песчано-карбонатную пробку газо-водных песчаных плывунов может создать целую систему карбонатных песчаных труб, известных под наименованием "шайтанские сады" (Западная Туркмения).