GeotectonicsGeotectonicsГеотектоника0016-853X3034-4972The Russian Academy of Sciences66036310.31857/S0016853X23020029FZHXAPArticlesСтатьиOrenburg Radial-Concentric Structure at Great Depth: Experimental Modeling under Fluid Dynamic Loads and Comparative Analysis of Sandstone Samples from Oil Fields in Western SiberiaГлубинное строение Оренбургской радиально-концентрической структуры: экспериментальное моделирование при флюидодинамических нагрузках и сравнительный анализ образцов песчаников из пород нефтяных месторождений Западной СибириDanilovaE. A.ДаниловаЕ. А.yevgeniya.antoninovna@bk.ruBulashevich Institute of Geophysics, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук010320232253822022025Copyright ©; 2023, Е.А. ДаниловаCopyright ©; 2023, Е.А. Данилова2023Е.А. ДаниловаЕ.А. Даниловаhttps://journals.eco-vector.com/0016-853X/article/view/660363

The study of the deep structure of the Orenburg radial-concentric structure in the basement of the Russian Platform based on seismotectonic and geomorphological data has been carried out. Interpretation of temporal regional seismic profiles crossing the structure was performed, identifying the main deep faults and measuring their dip angles. It was revealed that the radial-concentric structure is a large flower structure. Its structure involves the main multidirectional deep faults dipping at angles of \(\perp \)60°–85° and limiting horst or reverse fault zones in the basement. The hierarchy of faults structure has been established. Oil and gas fields are confined to the main deep dislocations of the Orenburg structure and represent flower structures of minor sizes. An experimental modeling of the formation of “flower” structures was performed based on the analysis of the results of studies using data from the acoustic emission activity of rocks and under the action of fluid dynamic loads performed at the “UIK-AE” unit (Institute of Geophysics, Ural Branch of RAS, Russia) on sandstone core samples from reservoir rocks of oil fields in Western Siberia. The developed model showed that the formation of flower structures can occur without horizontal shear due to lateral compression and deep pressure. With the help of the seismo-acoustic emission method, characteristic noise was recorded during the formation of cracks in core samples, sound attenuation before splitting, and then its sharp explosive increase from a break in the continuity of the rock. Analysis of the core of wells drilled within the Orenburg radial-concentric structure revealed signs of hydrothermal fluid discharge in the sedimentary cover rocks, such as wavy (or flat) layering, bizarre textures and intervals of breccias, shell-shaped inclusions, stillotite seams, fluid textures. It is concluded that the genesis of the Orenburg radial-concentric structure is associated with the impact of deep heat flows, fluids, high pressure and has a commonality with the explosive ring structures of shields and platforms.

Проведено исследование глубинного строения Оренбургской радиально-концентрической структуры в фундаменте Русской платформы по сейсмотектоническим и геоморфологическим данным. Для этого выполнена интерпретация временны́х региональных сейсмических профилей, пересекающих структуру, с выделением главных глубинных разломов и замером углов падения. Выявлено, что радиально-концентрическая структура представляет собой крупную цветковую структуру. В ее строении участвуют основные разнонаправленные глубинные нарушения, падающие под углами \(\perp \)60°–85° и ограничивающие в фундаменте зоны горстов или взбросов. Установлено иерархическое строение разломов структуры. Месторождения нефти и газа приурочены к основным глубинным дислокациям Оренбургской структуры и представляют собой морфологические цветковые структуры малых размеров. Выполнено экспериментальное моделирование формирования цветковых структур с использованием данных акустической эмиссионной активности пород и под действием флюидодинамических нагрузок, произведенных на установке УИК-АЭ (ИГ УрО РАН, Россия) на образцах керна песчаников из пород-коллекторов нефтяных месторождений Западной Сибири. Разработанная модель показала, что образование цветковых структур может происходить без горизонтального сдвига за счет бокового сжатия и глубинного давления. С помощью метода сейсмоакустической эмиссии были зафиксированы характерный шум при образовании трещин в образцах керна, затихание звука перед раскалыванием и затем его резкое взрывное увеличение от разрыва сплошности породы. Анализ керна скважин, пробуренных в пределах Оренбургской радиально-концентрической структуры, выявил, что в породах осадочного чехла имеется достаточно много признаков гидротермальных флюидных разгрузок, таких как волнистая (или плойчатая) слоистость, своеобразные текстуры и интервалы брекчий, cкорлуповидная форма включений, стиллотитовые швы, флюидальные текстуры. Сделан вывод о том, что генезис Оренбургской радиально-концентрической структуры связан с воздействием глубинных потоков тепла, флюидов, высокого давления и имеет общность со взрывными кольцевыми структурами щитов и платформ.

Orenburg radial-concentric structuretime seismic sectionsdeep faultsflower structureexperimental modelingexplosive structuresoil and gas fieldshydrothermal fluid loadsОренбургская радиально-концентрическая структуравременны́е сейсмические разрезыглубинные разломыцветковая структураэкспериментальное моделированиевзрывные структурыместорождения нефти и газапризнаки гидротермальных флюидных нагрузокАгибалов А.О., Зайцев В.А., Мануилова Е.А., Мошкин И.В., Сенцов А.А. О влиянии неотектонических движений на особенности локализации месторождений нефти и газа Волго-Уральской антеклизы // Динамическая геология. 2020. № 2. С. 125–137. http://www.geodisaster.ru/index.php?page=soderzhanie-nomera-2-za-2020godБагдасарова М.В. Роль гидротермальных процессов при формировании коллекторов нефти и газа // Геология нефти и газа. 1997. № 9. С. 42‒46.Ваганов В.И., Иванкин П.Ф., Кропоткин П.Н. и др. Взрывные кольцевые структуры щитов и платформ. ‒ Под ред. Е.К. Семилетковой ‒ М.: Недра, 1985. 200 с.Волчкова Г.И., Лукина Н.В., Макаров В.И. и др. Космическая информация в геологии. – Под ред. В.Г. Трифонова ‒ М.: Наука, 1983. 534 с.Гогоненков Г.Н., Кашик А.С., Тимурзиев А.И. Горизонтальные сдвиги фундамента Западной Сибири // Геология нефти и газа. 2007. № 3. С. 3–11.Горожанин В.М. Особенности нефтегазонакопления в солянокупольных областях юго-востока Восточно-Европейской платформы. ‒ В сб.: Современное состояние наук о Земле ‒ Мат-лы междунар. конф. памяти В. Е. Хаина, (МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 01–04 февр. 2011 г., [Электронный ресурс]) ‒ Режим доступа: http://khain2011.web.ru (дата обращения 19.01.2020).Горожанина Е.Н., Горожанин В.М. Строение и перспективы нефтегазоносности зоны передовых складок Южного Урала. ‒ В кн.: Генезис, миграция и формирование месторождений углеводородного сырья в контексте их поиска, разведки и разработки. ‒ Под ред. А.В. Коломйца ‒ Мат-лы всероссийской научно-практ. конф. 26–28 сентября 2018, г. Оренбург ‒ (Оренбург: Агентство Пресса, 2018), С. 21–25.Данилова Е.А. Присдвиговые цветковые структуры юго-запада Оренбургской области // Региональная геология и металлогения. 2020. Т. 82. С. 60–68.Данилова Е.А. Соляные структуры осадочного чехла Русской платформы как отражение возможных геодинамически активных очагов генерации углеводородов в фундаменте (на примере Оренбургской области) // Геология и геофизика юга России. 2021. Т. 11. № 3. С. 33‒44.Данилова Е.А. Радиально-концентрические структуры в фундаменте древней платформы и условия возникновения очагов генерации углеводородов: реконструкция по сейсмотектоническим данным // Геотектоника. 2022. № 3. С. 36‒49.Дрягин В.В. Сейсмоакустическая эмиссия нефтепродуктивного пласта // Акустический журнал. 2013. Т. 59. № 6. С. 744–751.Иголкина Г.В., Дрягин В.В., Мезенина З.С., Иванов Д.Б. К вопросу об анализе акустических эмиссионных процессов пластов-коллекторов. ‒ В сб. Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей. ‒ Под ред. П.С. Мартышко ‒ Мат-лы всерос. конф. с междунар. участием, 18–22 сент. 2017 г., г. Екатеринбург (Екатеринбург: Институт геофизики УрО РАН, 2017), С. 187–191.Короновский Н.В., Гогоненков Г.Н., Гончаров М.А., Тимурзиев А.И., Фролова Н.С. Роль сдвига вдоль горизонтальной плоскости при формировании структур “пропеллерного” типа // Геотектоника. 2009. № 5. С. 50–64.Кузнецов О.Л., Чиркин И.А., Арутюнов С.И., Ризанов Е.Г., Дыбленко В.П., Дрягин В.В. Сейсмические исследования неравномерности открытой трещиноватости и неоднородности флюидонасыщения геологической среды для оптимального освоения месторождений нефти и газа // Георесурсы. 2018. Т. 20. № 3. Ч. 2. С. 206–215.Лукьянов В.Ф. Радиально-концентрические структуры в восточной части Воронежского кристаллического массива (ВКМ) // Вестн. ВГУ. Сер.: Геол. 2000. Вып. 9. С. 31–37.Муравьев В.В. Геодинамика и нефтегазоносность систем концентрических дислокаций литосферы. ‒ В кн.: Условия образования и закономерности размещения залежей нефти и газа. – Киев: Наукова Думка, 1983. С. 121–127.Нестеренко М.Ю., Нестеренко Ю.М., Соколов А.Г. Геодинамические процессы в разрабатываемых месторождениях углеводородов (на примере Южного Предуралья). – Под ред. П.В. Панкратьева ‒ Екатеринбург: УрО РАН, 2015. 186 с.Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Структуры разрушения в глубине зон сдвигания. Результаты тектонофизического моделирования. ‒ В кн.: Проблемы тектонофизики. ‒ М.: ИФЗ, 2008. С. 103– 140.Самарцев С.К., Данилова, Е.А., Драгунов А.А., Драгунов В.А. Геодинамически активные очаги генерации углеводородов как возможные источники восполнения залежей Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения // Бурение и нефть. 2021. № 4. С. 10–13.Смирнова М.Н. Нефтегазоносные кольцевые структуры и научно-методические аспекты их изучения // Геология нефти и газа. 1997. № 9. С. 1–6.Тимурзиев А.И. Развитие представлений о строении “цветковых моделей” Силвестра на основе новой кинематики модели сдвигов // Геофизика. 2010. № 2. С. 24–25.Флоровская В.Н. Углеродистые вещества в природных процессах. ‒ Под ред. Ю.И. Пиковского ‒ М: ГЕОС, 2003. 228 с.Фролова Н.С. Модели цветковых структур в зонах сдвига. ‒ Мат-лы научной конф. “Ломоносовские чтения”, МГУ, апрель 2013 (М.: МАКС-Пресс, 2013. [Электронный ресурс]) – Режим доступа: http://geo.web.ru/pubd/2013/09/18/0001187172/pdf/frolova_2013.pdf (дата обращения 24.02.2020).Харченко В.М. Природа структур центрального типа и закономерности распространения залежей углеводородов, локальных и региональных очагов землетрясений // Вестн. СКФУ. 2006. Т. 6. № 2. С. 48–53.Хачай О.А., Дрягин В.В., Хачай А.Ю. Исследования и моделирование нелинейных акустических процессов в слоистой среде с пористым флюидонасыщенным включением иерархического типа // Мониторинг. Наука и технологии. 2019. Т. 41. № 3. С. 77–83.Чеботарева И.Я., Володин И.А., Дрягин В.В. Акустические эффекты при деформировании структурно неоднородных сред // Акустический журнал. 2017. Т. 63. № 1. С. 84–93.Якобсон К.Э., Казак А.П., Копылова Н.Н., Проскурнин В.Ф., Толмачева Е.В. Атлас структур и текстур флюидно-эксплозивных пород. ‒ Под ред. К.Э. Якобсона ‒ СП-б: Минерал, 2011. 79 с.Bommer J.J., Oates S., Cepeda J.M., Lindholm C., Bird J.F., Torres R., Marroquín G., Rivas J. Control of hazard due to seismicity induced by a hot fractured rock geothermal project // Engineer. Geol. 2006. Vol. 200683(4). P. 287–306.Broccardo M., Mignan A.,Wiemer S., Stojadinovic B., Giardini D., Hierarchical Bayesian modeling of fluid-induced seismicity // Geophys. Res. Lett. 2017. Vol. 44. P. 11357–11367.Buijze L., Van den Bogert P.A.J., Wassing B.B.T., Orlic B., TenVeen J.H. Fault reactivation mechanisms and dynamic rupture modelling of depletion-induced seismic events in Rotliegend gas reservoir // Netherlands J. Geosci. 2017. Vol. 46. No. 5. P. 131–148.Davison I., Barreto P. Exhumed portuguese oil field suggests conjugate potential // GEOExPro. 2019. P. 38–40.Dost B., Van Stiphout, A., Kühn D., Kortekaas M., Ruigrok E., Heimann S. Probabilistic moment tensor inversion for hydrocarbon-induced seismicity in the groningen gas field, the Netherlands. Part 2: Application,” Seismol. Soc. Am. Bull. 2020. Vol. 110. No. 5. P. 2112–2123. https://doi.org/10.1785/0120200076Grillot J.C. Tectonics of Late and Post-Hercynian ages in the western of the Iberian Plate (Portugal) // Comptesrendus de l’Académie des Sciences. 1984. Vol. 299. P. 665–670Hao H.J., Lin H.M., Yang M.X. The Mesozoic in Chaoshan depression: A new domain of petroleum exploration // China Offshore Oil and Gas. 2001. Vol. 15. No. 3. P. 157–163. (in Chinese with English abstr.)Laudon C., Qi J., Rondon A., Rouis L., Kabazi H. An anhanced fault defection workflow combining machine learning and seismic attributes yields an improved fault model for Caspian Sea asset // First Break. 2021. Vol. 39. P. 53–60.Mann P., Gahagan L., Gordon M.B. Tectonic setting the world’s giant oil and gas fields. ‒ In: Giant oil and gas fields of the Decade 1990‒1999, Ed. by M.T. Halbouty, (Mem. AAPG. 2003. Vol. 78), P. 15–105.McKirdy D.M. Hydrocarbon generation and migration. ‒ In: The Petroleum Geology of South Australia. ‒ Vol. 2: Eromanga Basin. ‒ Ed. by T.B. Cotton, M.F. Scardigno, J.E. Hibburt. ‒ (Dprtm. Primary Industr. Res., Adelaide, South Australia, 2006. 2nd edn. Vol. 2. Ch. 10), P. 2‒9.Muntendam-Bos A.G., Hoedeman G., Polychronopoulou K., Draganov D., Weemstra C., van der Zee W., Bakker R.R., Roest H. An overview of induced seismicity in the Netherlands // Netherlands J. Geosci. 2021. Vol. 101. P. 1–20.Naumann S., Sakariassen R. Diving deeper to reveal hydrocarbon potential in the Barents Sea // GEOExPro. 2019 (June). P. 20–24.aylor M.A., Mandl G., Sijpesteijn C.H.K. Fault geometries in basement-induced wrench faulting under different initial stress states // J. Struct. Geol. 1986. Vol. 8. P. 737–752Saadallah A. A proposed new tectonic model for the Northen Algerian Alpine Region based on studies of the Internal Zone rejects the previous model and suggests ideas for new hydrocarbon traps and prospects // GEOExPro. 2019 (June). P. 14–18.Van den Bogert P.A.J. Impact of various modelling options on the onset of fault slip and fault slip response using 2-dimensional Finite-Element Modelling // Shell Global Solutions Int. B.V. (Rijswijk). 2015. Available at http://www.nam.nl/feiten-en-cijfers/onderzoeksrapporten, (accessed August 7, 2020).Van den Bogert P.A.J. Depletion-induced fault slip and seismic rupture – 2D Geomechanical models for the Groningen field, The Netherlands // Shell Global Solutions Int. B.V. (Rijswijk). 2018. Available at http://www.nam.nl/feiten-en-cijfers/onderzoeksrapporten, (accessed August 7, 2020).Zöller G., Holschneider M. Themaximumpossible and themaximum expected earthquake magnitude for production-induced earthquakes at the gas field in Groningen Te Netherlands // Seismol. Soc. Am. Bull. 2016. Vol. 106. No. 6. P. 2917–2921.http://yandex.ru/maps/geo/orenburg/53105182/?l=sat& ll=56.261353%2C51.629121 &z=7 (Accessed March 30, 2022).