П. Н. Тихонов. Температурная характеристика верхних слоев земной коры Волго-Донского региона [1972 Чернявский Г.В., Шамрай И.А. - Геологическое строение Ростовской и сопредельных областей]

За последние годы накопился большой фактический материал по термометрическим исследованиям территории Волго-Донского региона. Обрабатывая этот материал, мы учитывали опыт советских [3, 4, 5, 6] и зарубежных [1] исследователей. Вместе с тем, некоторые методические вопросы, связанные с отбором достоверных геотермограмм, нами были решены по-новому. Такой отбор при анализе геотермических материалов является весьма сложной методической задачей. Достоверными считаются замеры температур, проведенные в скважинах с установившимся тепловым равновесием. Расчет времени, необходимого для установления теплового равновесия в глубоких буровых скважинах, можно производить по формуле Булларда [2]. Подсчет показывает, что это время зависит от продолжительности процесса бурения, диаметра скважины, тепловых свойств пород и др. При точности замеров температур в 1 % в условиях бурения в Европейской части СССР период восстановления естественных температур должен в 5-10 раз превышать время, затрачиваемое на бурение [2]. Это означает, что достоверные замеры температур могут быть получены только в скважинах, простаивающих в покое годами.

В Волго-Донском регионе замеры температур в скважинах проводились с выдержкой их в состоянии покоя в течение нескольких дней. Как правило, при замерах температур (с целью определения геотермического градиента) скважины находились в покое не более нескольких десятков дней. Естественно, что при такой выдержке в скважинах тепловое равновесие полностью не успевает установиться. Однако в некоторых интервалах, где породы имеют повышенную теплопроводность или тепловое поле их незначительно искажено (вблизи точек инверсий), температуры практически успевают восстановиться до естественных и при небольшой выдержке. Учитывая последнее, путем сопоставления отдельных геотермограмм с усредненной районной геотермограммой мы выбирали интервалы с наиболее достоверными температурами. Усредненные районные геотермограммы вычислялись по методике, описанной нами ранее [3], с помощью методов математической статистики при использовании температур в скважинах с неустановившимся тепловым равновесием вблизи точек инверсии и температур, замеренных ртутными термометрами при испытании пластов. На, основе отобранных таким образом геотермических материалов дается температурная характеристика верхних слоев земной коры в рассматриваемом регионе.

Геотермическая карта Волго-Донского региона: 1 - геоизотермы на срезе-1000 м; 2 - изолинии равных величии геометрической ступени; 3 - границы тектонических районов. Тектонические районы: I - Павловский выступ; II - Хоперская моноклиналь; III - Первомайско-Чирская моноклиналь; IV - Терсинская впадина; V - Доно-Медведицкий вал; VI - Приволжская моноклиналь; VII - Прикаспийская синеклиза; VIII - Тормосинский прогиб; IX - Донецкий выступ; X - Вал Карпинского; XI - Ростовский выступ; XII - Сальский вал; XIII - Тузлов-Манычский прогиб; XIV - Маныч-Гудиловский прогиб; XV - Кумо-Манычский прогиб; XVI - Целинская седловина

На геотермической карте (рисунок) изображены геоизотермы на срезе - 1000 м и линии равных геотермических ступеней. Такое совмещение позволяет приближенно вычислить температуру на любой глубине по формуле

Температуры на срезе - 1000 м изменяются от 29,7⁰ (в северной части Волгоградской области) до 69⁰ (в южной части Калмыцкой АССР). Северная половина Волго-Донского региона, относящаяся в тектоническом отношении к юго-восточной части Русской платформы, характеризуется сравнительно низкими температурами. Преобладающие температуры здесь имеют значения 30-35⁰. На фоне этих температур фиксируются в некоторых районах пониженные и повышенные температуры. Температуры ниже 30⁰ отмечены на Воронежской актеклизе в пределах Павловского выступа, в западной части Хоперской моноклинали, а также на некоторых площадях Приволжской моноклинали и северной части Доно-Медведицкого вала. Повышенные температуры - более 35⁰ - наблюдаются в центральной и южной частях Доно-Медведицкого вала и северо-восточной части Терсинской впадины. Наиболее высокая температура отмечена на Коробковской площади (центральная часть Доно-Медведицкого вала), где она на срезе - 1000 м имеет значение 42⁰. Южнее Доно-Медведицкого вала температура несколько понижается и приобретает фоновые значения 30-35⁰. Затем южнее, уже на территории Калмыцкой АССР и Астраханской области, в зоне Астраханских поднятий температура повышается, достигая значений - 43-45⁰.

Южная половина изучаемой территории, принадлежащая в тектоническом отношении к северной части Предкавказ-ской эпигерцинской платформы, характеризуется сравнительно высокими термальными условиями. Здесь температура на срезе - 1000 м почти везде выше 35⁰. На территории Донецкого выступа фоновая температура имеет значения 35-40⁰. В Каменском и Белокалитвенском районах температура несколько ниже 35⁰, а в Зверевском и Шахтинско-Несветаевском районах выше 40⁰. В юго-восточном направлении от Донецкого выступа в пределах вала Карпинского и Манычских прогибов термальные условия постепенно становятся более напряженными. Здесь температура на описываемом срезе изменяется от 40 до 69⁰.

Величина геотермической ступени имеет наименьшие значения в районах с наиболее высокими температурами и наибольшие значения в районах с пониженными температурами. В разрезе величина геотермической ступени зависит от изменений литологического состава пород. Наименьшие значения геотермической ступени соответствуют глинистым разностям пород, наибольшие - песчанистым и карбонатным разностям пород.

Основная закономерность в распространении температур на всех срезах в пределах рассматриваемой территории состоит в том, что повышенный термальный режим характерен для южной половины региона (северная часть молодой Предкавказской платформы). Для северной половины территории (юго-восточная часть Русской платформы) характерен пониженный термальный режим.

В формировании геотемпературного поля Земли по современным представлениям принимают участие множество факторов, которые можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся факторы, связанные с выделением тепла в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в недрах Земли. Считается общепризнанным, что основным таким процессом является радиоактивный распад. Ко второй группе относятся факторы, связанные с перераспределением тепла, а следовательно, и температур в зависимости от свойств тепло-и массообмена веществ, через которые проходит тепловой поток.

Из факторов, способствующих перераспределению тепла, наибольшее значение имеют гидрогеологический и структурно-литологический [7].

Миграция радиоактивных элементов в процессе эволюции Земли проходила в направлении из областей денудации в области седиментации, что приводило к обеднению приподнятых участков земной коры (щитов, антеклиз) радиоактивными элементами и обогащению ими зон прогибания. Этим можно объяснить, почему молодые платформы имеют повышенный термальный режим по сравнению с более древними платформами, в частности Предкавказская эпигерцинская платформа по сравнению с Русской эпикарельской платформой. Все дело в том, что молодая Предкавказская платформа консолидировалась значительно позже, т. е. ее геосинклинальный этап развития продолжался дольше, чем на более древней Русской платформе. В связи с этим на эпигерцинской платформе накопились значительные мощности преимущественно терригенных осадочных палеозойских и затем мезо-кайнозойских толщ, вместе с которыми скапливались радиоактивные элементы, обусловившие их дополнительный разогрев. Русская платформа в это время переживала уже платформенный этап развития, в связи с чем развитые на ней палеозойские и мезо-кайнозойские отложения менее мощные и более карбонатные.

Очень большое значение для формирования геотермического режима имеет циркуляция и движение подземных вод. Подземные воды артезианских бассейнов при перетоке из областей питания преодолевают глубокие прогибы, где прогреваются и поступают в области разгрузки. В результате области питания и склоны артезианских бассейнов, примыкающих к ним, охлаждаются инфильтрационными водами, а области разгрузки и прилегающие к ним склоны прогреваются за счет поступления из глубоких прогибов прогретых вод. Основной областью питания палеозойских подземных вод в юго-восточной части Русской платформы является Воронежская антеклиза, которая имеет пониженный термальный режим. Подземный поток палеозойских вод продвигается в восточном и юго-восточном направлении через Хоперскую моноклиналь, Терсинскую впадину и Доно-Медведицкий вал в Северо-Каспийскую синеклизу. Коробковское и Арчедино-Донское поднятия Доно-Медведицкого вала и некоторая часть западного борта Терсинской впадины имеют относительно повышенный термальный режим. Одной из причин этого является подъем подземных вод по напластованию из Терсинской впадины на более высокие гипсометрические отметки Доно-Медведицкого вала. На севере Доно-Медведицкого вала (Жирновско-Бахметьевский блок) располагается местная область питания палеозойских подземных вод, что обусловливает здесь пониженные температуры. Восточнее Доно-Медведицкого вала (Приволжская моноклиналь) находится область питания мезокайнозойских вод, поток которых направляется в восточном направлении в Северо-Каспийскую синеклизу. Этим можно объяснить пониженный термальный режим Приволжской моноклинали и западного борта Северо-Каспийской синеклизы. Охлаждающее влияние на тепловой режим Северо-Каспийской синеклизы имеет эндотермический процесс выщелачивания солей, встречающихся в виде соляных куполов на пути перемещения водных масс.

Открытый Донбасс является областью питания, что также обусловливает здесь сравнительно низкий термальный режим. Вал Карпинского является преимущественно областью разгрузки южного и северного подземных потоков мезо-кайнозойских вод. Южный поток, который движется из глубоких депрессий Восточно-Предкавказского бассейна, является более горячим, чем северный поток, поступающий с более холодной территории Русской платформы. Смешивание этих двух потоков в пределах вала Карпинского обусловливает конфигурацию изотерм на срезах. Некоторый изгиб изотерм к югу в районах Булгинского блока и северо-восточной части Промысловского блока обусловлен более глубоким вторжением северною потока в этих местах.

В пределах изучаемой территории выделены в разрезе различные по геотермической характеристике следующие толщи:

1) теплопроводящая толща плиоцен-миоценовых отложений; 2) теплоизолирующая толща майкопских отложений: 3) теплопроводящая толща эоцен-палеоценовых и мезозойских отложений; 4) теплоизолирующая толща пермотриасовых отложений; 5) теплопроводящая толща сульфатно-галитовых нижнепермских и карбонатных каменноугольных отложений; 6) теплоизолирующая, преимущественно терригенная, толща девона и 7) теплопроводящая докембрийская толща сильно дислоцированных и метаморфизованных кристаллических пород.

Если в разрезе того или иного района преобладают теплоизолирующие толщи, то геотермические условия будут характеризоваться повышенными температурами. В случае преобладания в разрезе теплопроводящих толщ термальный режим верхних слоев земной коры оказывается пониженным.

Распространение майкопской теплоизолирующей толщи в юго-восточной части изучаемой территории наряду с другими причинами обусловило повышенный термальный режим этой части территории. В раскрытых районах, там, где отсутствуют теплоизолирующие толщи (Павловский выступ Воронежской антеклизы, Восточный Донбасс, Бузгинский блок) наблюдается пониженный термальный режим.

1. К. Ван-Орстранд. Температурные наблюдения в земной коре. В сб.: «Внутреннее строение Земли». М., Изд-во иностр. лит., 1949.

2. «Геотермические исследования». М., «Наука», 1964.

3. «Геотермические исследования и использование тепла Земли». Тр. Второго совещания по геотермическим исследованиям в СССР. М., «Наука», 1966.

4. А. С. Джамалова. Глубинный тепловой поток на территории Дагестана. М., «Наука», 1969.

5. Д. И. Дьяконов. Геотермия в нефтяной геологии. М., Гостоп-техиздат, 1958.

6. Е. А. Любимова. Глубинные тепловые процессы. Тезисы докладов на Втором совещании по геотермическим исследованиям в СССР. М., «Наука», 1964.

7. «Проблемы геометрии и практического использования тепла Земли». Тр. Первого Всесоюзного совещания по геотермическим исследованиям, т. 1-2. М., Изд-во АН СССР, 1959-1961.