Гипотеза Хейтеса или закон Хейтеса?

3. Гипотеза Хейтеса или закон Хейтеса?

Утверждение Хейтеса о том, что мощности пластов внутри каждого стратиграфического горизонта подчиняются закону перспективного соответствия, является очень сильным утверждением и должно было встретить глубокое недоверие со стороны геологического сообщества. Ведь в геологии господствует идея об особой сложности геологических объектов, об уникальности каждого из них, и мысль, что вся эта сложность и уникальность пронизаны простым законом, противоречит противоречит центральной геологической идее. Судя по статье Хейтеса, видно, что он и сам относится к полученному результату очень осторожно, накладывая различные ограничения на области применимости перспективной корреляции (как потом оказалось, не всегда необходимые).

Я уже указывал, что при всех проверках были получены подтверждения гипотезы Хейтеса. В литературе имеются даже указания на ее применимость далеко за пределами предполагавшихся границ, например в разрезах, пересекающих рифы (321). Инициативу в этом деле проявляли математики и программисты, которые были заинтересованы в получении такого мощного формального орудия корреляции. Среди геологов, которые с вниманием отнеслись к этой гипотезе, в первую очередь, необходимо назвать В. А. Долицкого и Ю.С.Салина, но таких геологов было немного.  И ни разу никто не сообщил о том, что имеются разрезы, принадлежащие осадочной толще и не слишком смятые в складки, которые уверенно коррелируются по каротажным кривым и не удовлетворяют гипотезе Хейтеса. Все это заставляет отнестись к этой гипотезе с величайшим вниманием.

Основные идеи перспективной корреляции открывают возможности для геологической интерпретации:

1. В интервале, на котором корреляционный график представлен отрезком прямой, пласты принадлежат одному стратиграфическому подразделению, т. е. внутри этого интервала не содержится стратиграфических несогласий.

Попытаемся обосновать это положение. Пусть некоторое количество пластов в процессе осадконакопления образовалось в согласии с определенным законом перспективного соответствия. Можно также сказать, что в двух рассматриваемых точках поверхности отношение скоростей осадконакопления оставалось постоянным. Если выше этих пластов мы предполагаем стратиграфическое несогласие (размыв), то это означает, что в этом районе режим осадконакопления должен был резко измениться. Должно было произойти поднятие пластов, затем определенное геологическое время занял размыв, впоследствие должно было произойти опускание, после которого начался новый цикл осадконакопления. Можно ли ожидать, что после всех пертурбаций осадочный режим останется в точности тем же? Практически вероятность такого события равна нулю. Следовательно, с вероятностью 1 нужно ожидать, что после перерыва в осадконакоплениях образование пластов пойдет по другому закону, тоже удовлетворяющему перспективному соответствию, но с другими параметрами.

Таким образом, перерыв в осадконакоплении с вероятностью 1 должен привести к изменению наклона прямой на корреляционном графике. Следовательно, прямолинейный отрезок корреляционного графика соответствует единому стратиграфическому комплексу.

2. Из предыдущего следует, что если на корреляционном графике соседствуют два интервала с прямолинейными линиями корреляции, имеющими различный наклон, то место стыка отрезков корреляционного графика определяет стратиграфическое несогласие. Поскольку во многих случаях корреляционные точки отклоняются от корреляционной прямой не более чем на 1 м, то наклон прямых определяется с большой точностью. В результате возникает возможность обнаружения очень небольших изменений наклона прямых (несколько процентов), а тем самым обнаружения очень «тонких» несогласий. Заметим, что для этого необходимы лишь две скважины. Обычно для обнаружения таких малозаметных несогласий требуется материал по многим разрезам.

3. Если два соседних отрезка прямых на корреляционном графике имеют одинаковый угол наклона, но сдвинуты друг относительно друга (см. рис. 4), то они соответствуют единому стратиграфическому подразделению. Разрыв между этими отрезками прямых свидетельствует, что одна нз скважин пересекает тектоническое нарушение (разлом).

4. Случаи фациального замещения могут быть идентифицированы с помощью корреляционного графика. Рассмотрим три случая фациального замещения. В первом случае пласт представлен в другой скважине породой другой литологии (рис. 10,а). В этом случае корреляционные точки по-прежнему лежат на корреляционной прямой, характерной для данного комплекса, однако геофизические характеристики пласта в этой скважине

Рис.10 Фациальное замещение

соответствуют пласту другой литологии. Во втором случае пласт частично замешен породой иной литологии (рнс. 10, б). В этом случае возникает дополнительная граница, которая не имеет аналога в другой скважине. Остальные границы комплекса лежат на прямой. Аналогичная картина имеет место и в том случае, когда пласт в одной скважине целиком водоносен, а в другом кровельная часть пласта насыщена нефтью или газом. В этом случае также обнаруживается дополнительная граница внутри пласта.

В третьем случае (рис. 10, в) замешенная часть пласта по литологии совпадает с соседним пластом и по геофизическим характеристикам неотличима от него (это распространенный случай фацнального замещения в песчано - глинистом разрезе). В этом случае корреляционная точка на графике не попадает на корреляционную прямую, в то время как окружающие ее корреляционные точки лежат на одной прямой.

В частном случае пласт Б в свв. 2 совсем исчезает и тогда граница между пластами А и Б в скв. 1 не находит себе аналога в скв. 2, Этот случай формально сводится к ситуации, представленной на рис. 10, б.

5. Если разрезы любой пары скважин в пределах отдельного стратиграфического комплекса удовлетворяют условию перспективного соответствия, то это означает следующее: если сдвинуть разрез в каждой скважине так, что кровля  комплекса в каждой скважине окажется на одной и той же глубине (т.е. кровля станет горизонтальной плоскостью), то и все остальные границы пластов внутри этого горизонта 1) станут плоскостями, и 2) все эти лоскости пересекаются по одной прямой (рис. 11), образуя веер плоскостей. Это утверждение было проверено в одном из районов ВолгоУральской нефтеносной провинции, включающей Башкирию и Татарию.

В описанной ситуации достаточно знать мощность пласта или стратиграфического комплекса в трех скважинах, чтобы можно было рассчитать их мощность в любой другой скважине.

Рис. 11. Простравственная. Рис. 12. Схема расположения модель перспективной корреляии скважин

В качестве исходных были взяты три скважины: 8, 9 и 10 (КрымСарайская скв. 1, Азнакаевская скв. 23, Акташская скв. 21). Для них были построены корреляционные графики для отложений среднего карбона. Оказалось, что для них удовлетворяются необходимые условия перспективного соответствия. По мощности выделенного комплекса отложений в этих трёх скважинах можно рассчитать мощность того же комплекса в любой другой точке плоскости. Уравнение соответствующей плоскости имеет вид

z = 1 — (Зх + 4у)/16,

где х, у — координаты скважины на площади, z — мощность в данной скважине (мощность отложений в начале координат, т. е. в скв. 9, принята за единицу). Схема расположения скважин по отношению к координатным осям дана на рис. 12.

Затем были построены корреляционные графики ещё для девяти скважин различных месторождений Татарии и Башкирии. Это похволили выделить в них тот же стратиграфический горизонт, что и в исходных трёх скважинах. Полученные таким путем мощности сравнивались с величинами, полученными из расчетов по приведенной выше формуле (табл. 1). Среднее квадратическое отклонение составило менее 3 %, что сравнимо с погрешностью построений. Таким образом, оказалось возможным с высокой точностью предсказывать мощность определенных отложений на большой площади, что подтверждает правильность исходных геометрических соображений.

Конечно, трудно определить заранее область, в которой сохраняется единый закон перспективного соответствия (в пределах каждого стратиграфического комплекса). В рассмотренном примере эта область имеет примерно 150 км в диаметре. Установление областей сохранения перспективного соответствия для различных  стратиграфических комплексов является само по себе важной геологической задачей. Такие области являются, очевидно, областями единого тектонического режима и могут быть связаны, например, с различными блоками земной коры, существовавшими в эпоху осадконакопления.

Таблица 9 Относительная мощность отложений (H1 –измеренная, H2 –рассчитанная)

Площадь H1 H2 Площадь H1 H2
Крым Сарайская 1,0 1,0 Каргалинская 0,84 0,86
Стахановская 0,93 0,91 Чекмагушская 0,92 0,92
Шкацовская 0.84 0,84 Аксубаевская 1,22 1,24
Поповская 1,14 1,17 Югомашевская 1,03 0,99
Сулеевская 1,16 1,13 Минибаевская 1,05 1,10

Необходимо еще раз подчеркнуть, что рассмотрение стратиграфических и тектонических нарушений не есть усложнение модели Хейтеса. Существование нарушений может быть обнаружено только на основе принятия законов перспективного соответствия. Примечательно, что размывы и разломы объединяются общим понятием «нарушения». Они и есть нарушения законов перспективного соответствия (включающих в себя предположение о непрерывности слоев). Следует добавить утверждение, что гипотеза Хейтеса относится к закономерностям образования пластов, т. е. относится к прошлому. Таким образом, гипотеза эта является, по существу, генетической.

На основании полученных результатов я считаю, что гипотеза Хейтеса получила право на присвоение статуса «закон Хейтса»: история осадконакопления в каждом бассейне делится на эпохи стабильных режимов; в каждую эпоху все границы между пластами после пересчёта лежат в плоскостях, которые пересекаются по одной прямой.

Выше мы исследовали следствия закона Хейтеса, полезные для осуществления литологической корреляции и геологической интерпретации результатов корреляции (выделение разломов, размывов, фациального замещения). Однако этим не исчерпывается его познавательная ценность. Из содержащихся в нем утверждений можно сделать некоторые выводы, касающиеся образования пластов. Излагаемые далее утверждения являются логическими следствиями закона Хейтеса в сочетании с некоторыми «естественными» предположениями. Вряд ли можно настаивать на их безусловной справедливости. Какие либо из этих утверждений могут показаться неприемлемыми для некоторых геологов, но для конструктивной критики этих выводов недостаточно ограничиться их отрицанием. Необходимо указать на источник ошибки в исходных предположениях: или в законе Хейтеса, или в принятых «естественных» предпосылках, или в способе рассуждений. Итак, рассмотрим некоторые следствия закона Хейтеса.

1. Утверждается, что все границы между пластами, образовавшимися в эпоху с единым режимом осадконакопления, удовлетворяют простому линейному соотношению. Трудно предположить, что столь строгое и простое линейное соотношене возникло в результате тектоническиз пертурбаций, поэтому единственно реальная гипотеза состоит в том, , что верхняя граница пласта была плоской в момент своего возникновения.

2. Принятие предыдущего положения ведет к принятию следующего утверждения: верхняя граница пласта является плоскостью в любой момент осадконакопления. Если бы это было не так, то нужно было бы предположить механизм, который связывает момент изменения режима осадконакопления, т. е. момент образования литологической границы, с геометрией поверхности осадконакопления. Принцип простоты требует принятия исходного предположения.

3. Пока длится эпоха стабильного осадконакопления, границы между пластами остаются плоскими. Это означает, что пласты в эту эпоху не подвергаются никакой деформации внешними силами. В частности, это означает, что весь осадочный комплекс целиком покоится на блоке земной коры, который в данную эпоху можно считать неделимым.

4. Уплотнение пород, нагружаемых сверху новыми пластами, или мало (относительно мощностей пластов), или происходит пропорционально мощности осадков. Лишь в этих случаях уплотнение пород не нарушает отношений перспективного соответствия между границами.

5. Единственной силой, способной обеспечить плоскую поверхность осадконакопления, является гравитационная сила, проявляющаяся плоской водной поверхностью. Однако гравитационная сила может обеспечить только горизонтальное положение плоскости (а не какое либо иное). Следовательно, поверхность осадконакопления в любой момент времени горизонтальна.

6. Эпоха стабильного осадконакоплення размечена особыми событиями — периодами образования границ между пластами различной литологии. Смену литологии осадков могут вызвать геологические события в блоке, на котором идет процесс осадконакопления. В таком случае должна наблюдаться следующая картина. Процесс стабильного опускания, который характеризуется постоянными скоростями осадконакопления в различных точках, прерывается масштабным геологическим событием, резко меняющим осадочный материал на большой территории. Затем, по прошествии этого события, режим осадконакопления восстанавливается с теми же скоростями осадконакопления. И так происходит много раз. Трудно представить себе масштабное геологическое событие, которое не сопровождалось бы изменением режима опускания. Поэтому более разумным (и простым) выглядит предположение, что возникновение границ связано или с геологическими катаклизмами вне данного блока, или с резкими изменениями уровня моря (что тоже связано с геологическими событиями планетарного масштаба).

Рис. 13. Схема отложений вблизи береговой линии

7. Поскольку горизонтальная поверхность осадконакопления может образовываться лишь в море и лишь на не слишком больших глубинах, то опускание осадочной толщи должно происходить примерно с такой же скоростью, как и накопление осадков, с тем чтобы поверхность осадконакопления оставалась в том же интервале глубины. Таким образом, нормой является компенсированное опускание. Механизм компенсированного опускания трудно представить иным, чем саморегулируемый процесс (масса осадков определяет степень опускания). В противном случае необходимо было бы согласовать два независимых процесса: привноса осадков и опускание блока.

8. В течение всей эпохи стабильного осадконакопления плоскости, в которых лежат границы пластов, пересекаются по одной прямой. Конечно, что не означает, что пласты фактически уменьшаются в мощности до нуля. Они обычно обрываются раньше (рис. 13). Поэтому указанная прямая не является реальным местом пересечения всех границ пластов; она в этом смысле мнимая прямая. Однако поскольку реальное движение осадочных пород происходит как вращение вокруг этой прямой, то она (эта прямая) есть ось реального вращения блока (поскольку осадочная толща неподвижна относительно блока). Ось реального вращения блока фиксирована в блоке в течение всей эпохи стабильного осадконакопления. Положение этой оси в каждую эпоху может быть восстановлено в результате корреляции разрезов соответствующей толщи.

Таковы выводы, следующие из закона перспективного соответствия Хейтса. Эти выводы получены достаточно формально, однако с привлечением «очевидных» утверждений. Это делает их уязвимыми для критики, для сопоставления с геологическими реалиями и нахождения неверных посылок. Любое научное обсуждение этих выводов пойдет на пользу геологическому знанию. Опасно лишь отрицание: «Этого не может быть, потому что не может быть никогда».

Я хочу заметить, что предлагаемые определения имодели хотя и носят в значительной степени формализованный характер, но по сути дела не расходятся с предшествующим опытом геологии.

Первую в России карту мощностей построил в 1913 г. И. М. Губкин для рукавообразно залегающей нефтеносной толщи в основании .майкопской свиты Нефтяно Ширванского района Кавказа. В 30 — 40 гг. метод анализа мощностей, разработанный в СССР главным образом В. В. Белоусовым и его последователями, получил большое распространение. Важное значение этому методу придавали Н. С. Шатский и А. Л. Яншин. Метод анализа мощностей использовался для количественной оценки вертикальных тектонических движений. Этот метод и занимал столь ведущее место в геологии, поскольку в то время господствовало представление о ведущем значении вертикальных движений Земли в тектонических режимах различных районов. В настоящее время этот метод как бы забыт. Понятно, что это лишь временное явление, ибо в основе метода анализа мощностей лежит анализ фактического материала и реальной геометрии слоистых сред. Ю. А. Косыгин считал, что метод анализа мощностей, часто отбрасываемый как орудие «вертикализма», должен быть переоценен в связи с новыми концепциями и снова взят на вооружение теорией и практикой геологоразведочных работ. Модель Хейтеса и сформулированный им закон являются важным вкладом в развитие метода анализа мощностей и способствуют возрождению интереса к этой области.

Закон Хейтеса и основанная на нем модель не только принадлежат традиционной области геологических исследований, но и содержат в себе ряд наблюдений и обобщений, уже признанных в геологии. Вот что пишет, например, Ю. А. Косыгин: «Если по ряду свойств образующего слой вещества можно предположить, . что оно отлагалось на выровненной поверхности, которая в первом приближении может быть принята за горизонтальную, и если слой формировался в постоянном положении относительно уровня моря или другой условной уровневой поверхности, то диаграммы мощности и карты нзопахит могут быть использованы для определения суммарной амплитуды вертикального перемещения поверхности Земли во время отложения слоя». (Тектоника, Недра, 1983, стр. 107). В этом высказывании содержатся утверждения, во многом совпадающие с моделью Хейтеса: поверхность осадконакопления горизонтальна (следовательно, она плоская), определяющим является уровень моря, постоянной — глубина этой поверхности, режим осадконакопления — компенсаторный.

Ряд утверждений модели Хейтеса совпадает с точкой зрения В. В. Белоусова, сформулированной в 1939 г.: между быстротой накопления осадков и интенсивностью погружения земной коры устанавливается весьма полное соответствие и в течение продолжительных отрезков времени один процесс почти в точности компенсируется другим; допускается, что все морские отложения мелководны.

Возражения, которые выдвигались против таких утверждений, очень симптоматичны. Противоречащие примеры, как правило, касались мощности осадков, отлагавшихся на эрозионных поверхностях или заполнявших существовавшие впадины, т. е. во всех случаях это были мощности слоев, примыкавших к границе стратиграфического несогласия. Вот к каким выводам пришел Б. М. Келлер, анализируя различные взгляды на метод анализа мощностей. Полное соответствие между величинами прогибания и заполнения прогиба осадками наблюдается чаще всего в случае мелководных отложений. В прогибах геосинклинальных областей и эрозионных впадинах мощности определялись не прогибами, а заполнением этих впадин осадками. Такое ограничение действия закона полной компенсации согласуется с моделью Хейтеса, которая утверждает полную компенсацию только внутри эпохи стабильного осадконакопления. Можно полагать, что и другое ограничение, указанное Б. М. Келлером,— мелководность отложений — также соответствует модели Хейтеса, ибо вне мелководных отложений вряд ли имеет место плоская горизонтальная граница осадконакопления. Это ограничение не ущемляет закона Хейтеса. Модель Хейтеса по-прежнему можно использовать в качестве основного закона, а невыполнение некоторых условий модели необходимо трактовать, например, как указание на глубоководный характер осадков.

В рамках модели Хейтси трудно объяснить наличие строго параллельных границ пластов. Для этого необходимо предположить строго поступательное опускание блока земной коры. Возможной причиной такого рода границ (строго параллельных) могут служить эвстатические колебания уровня океанов. Эвстатические колебания представляют собой общее изменение уровня, наступающее вследствие изменения формы океана, а также в результате изменения в нем количества воды. Обнаруживаются эти глобальные колебания по одновременному распространению трансгрессий на всей Земле. Б. Гутенберг определил по данным 1860 — 1940 гг. эвстатическое поднятие уровня океана в 12 см за 100 лет. Принятие этой гипотезы несколько увеличивает неопределенность интерпретации модели Хейтса. Если перерыв в осадконакоплении произошел между двумя периодами, когда геометрия границ задавалась эвстатическими колебаниями уровня океана, то на корреляционном графике оба периода будут отражены корреляционными прямыми с одним и тем же углом наклона (45°). Поэтому такой перерыв в осадконакоплении нельзя отличить от разрывного нарушения.

Не следует считать, что закон Хейтеса должен выполняться всегда и везде. Этот закон есть лишь норма, точка отсчета. Он выполняется достаточно часто для того, чтобы отклонения от него можно было содержательно интерпретировать и вводить соответствующие причины.

Завершая теоретическую часть проблемы корреляции, подчеркнем еще раз, что корреляция разрезов по данным каротажа (или по другим литологическим характеристикам) не может быть реализована на базе использования лишь исходных данных. Только использование априорных знаний или в слабой форме (в форме вернеровской модели бесконечных непрерывающихся пластов), или в сильной форме (в виде закона Хейтса) позволяет провести корреляцию. Только после выяснения этих предпосылок можно было построить алгоритм автоматической корреляции разрезов.

<<<вернуться /// продолжить>>>

5 комментариев к “Гипотеза Хейтеса или закон Хейтеса?

  1. twelland

    Здрасте!! Очень восхитительная новость!! Обязательно буду читать и другие новости.

  2. SKILLA

    Читаю сообщения у вас уже небольшое время!!! И говорю сразу что буду продолжать это делать :P

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>