Литолого-геохимическая характеристика и обстановки седиментации высокоуглеродистых отложений кембрия восточной окраины Сибирской платформы (бассейн р. Кюленке)
- Авторы: Вараксина И.В.1
-
Учреждения:
- Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
- Выпуск: Том 335, № 3 (2024)
- Страницы: 163-175
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2500-1019/article/view/267404
- DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2024/3/4254
- ID: 267404
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения высокоуглеродистых отложений как потенциальных источников углеводородов и рудных полезных ископаемых, способных существенно увеличить минерально-сырьевой ресурс России. Кроме того, анализ литолого-геохимических особенностей и реконструкция условий седиментации куонамской свиты позволяют более точно судить о характере нижне-среднекембрийского палеобассейна на востоке Сибирской платформы.
Цель: выявить литолого-геохимические особенности состава и определить обстановки седиментации куонамской свиты.
Объект: высокоуглеродистые отложения куонамской свиты, вскрытые поисковыми скважинами на восточной окраине Мунского сводового поднятия Сибирской платформы в бассейне р. Кюленке.
Методы: литологическое послойное описание кернового материала; минералого-петрографический анализ; рентгеноструктурный, рентгенофлуоресцентный и микроэлементный анализы; определение содержания форм серы и железа методом мокрой химии; сканирующая электронная микроскопия с применением ренгеноспектрального микрозонда; анализ петрохимических модулей.
Результаты. Установлено, что куонамская свита в изученных разрезах обладает выдержанным строением, в котором четко прослеживаются четыре литолого-стратиграфических горизонта. Состав отложений преимущественно смешанный и определяется вариациями трёх основных минеральных групп: глинистой, карбонатной и кремнистой, а также органического вещества. Показаны разные формы нахождения органического вещества, подтверждающие смешанный водорослево-бактериальный генезис биоценоза куонамского бассейна. Выявленные литологические особенности и литохимические данные свидетельствуют о накоплении высокоуглеродистых отложений на значительном удалении от источников сноса в депрессионной зоне открыто-морского бассейна со слабой циркуляцией придонных вод в бескислородных условиях. Геохимическая среда в карбонатно-кремнистых илах была преимущественно эвксинной. Седиментация происходила на протяжении одного крупного трансгрессивно-регрессивного седиментационного цикла, представляющего типичную последовательность заполнения глубоководной депрессии с некомпенсированным осадконакоплением.
Ключевые слова
Полный текст
Введение
Высокоуглеродистые отложения на сегодняшний день являются объектом повышенного внимания в первую очередь как потенциальные источники углеводородов, хотя нередко с ними связаны и другие полезные ископаемые, такие как редкие и благородные металлы, уран, фософориты и др. [1–5 и др.]. В литературе используются разные понятия для их обозначения: «доманиковые свиты», «доманикиты», «доманикоиды», «черные сланцы» и т. д. Все эти термины относятся к осадочным образованиям глинистого, карбонатно-глинистого, кремнисто-глинистого или карбонатно-кремнисто-глинистого состава, обогащенным органическим веществом (ОВ) [6, 7 и др.]. Отложения подобного типа широко развиты в кембрийском осадочном комплексе на востоке Сибирской платформы. Они выделены в куонамскую битуминозную карбонатно-сланцевую формацию, объединяющую одноименную свиту и её возрастные аналоги [7–9].
Куонамская свита распространена на большей части Анабарской антеклизы, где довольно детально исследована в районах выхода на дневную поверхность. Однако литолого-геохимические особенности её погруженных горизонтов, вскрытые немногочисленными скважинами, освещены пока ещё недостаточно. Кроме того, среди исследователей до сих пор нет единого мнения относительно морфоструктуры и глубины куонамского бассейна. Согласно модели, предложенной в 1970 г. А.Э. Конторовичем и В.Е. Савицким, накопление куонамского комплекса проходило в мелководном хорошо аэрируемом бассейне в условиях гумидного климата [10]. В дальнейшем эта идея получила широкую поддержку [7, 8 и др.]. При этом одновременно с ней было высказано предположение о глубоководном генезисе куонамских отложений [11]. Последующее поступление новых данных, комплексный анализ результатов различных геолого-геофизических исследований и применение фациально-седиментационного моделирования позволили сторонникам данной гипотезы достаточно убедительно обосновать наличие на востоке Сибирского кратона глубоководного некомпенсированного окраинно-депрессионного бассейна с аноксичной средой [9, 12]. Тем не менее окончательного признания этот вариант не получил, и ряд авторов по-прежнему продолжают придерживаться модели мелководной седиментации куонамской свиты [13, 14]. Очевидно, что для преодоления этих разногласий необходимы дополнительные исследования.
Материалы и методы
Объектом данного исследования стали высокоуглеродистые отложения куонамской свиты, вскрытые поисковыми скважинами на восточной окраине Мунского сводового поднятия [15] в бассейне р. Кюленке (рис. 1).
Рис. 1. Обзорная карта района исследований [15]. Границы структур: 1 – надпорядковых, 2 – I порядка; 3 – район исследований; 4 – изученные разрезы. Структуры: 1 – Анабарский мегасвод, 2 – Оленёкский свод, 3 – Мунский свод, 4 – Суханская впадина
Fig. 1. Overview map of the study area [15]. Borders of structures: 1 – supra-order, 2 – I order; 3 – study area; 4 – studied sections. Structures: 1 – Anabar mega arch, 2 – Olenyok arch, 3 – Mun arch, 4 – Sukhan depression
Литологическое изучение куонамских отложений базировалось на детальном описании керна четырёх скважин, петрографического анализа шлифов (80 образцов) и данных сканирующей электронной микроскопии с применением ренгеноспектрального микрозонда. Дополнительно для уточнения вещественного состава и обстановок седиментации учитывались результаты геохимических исследований (75 образцов): рентгенофлуоресцентного анализа с определением основных породообразующих окислов, рентгеноструктурного анализа глинистой фракции, микроэлементного анализа методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP–MS), анализа методом мокрой химии содержания серы сульфатной и сульфидной, а также форм железа, выполненных в аналитическом центре Института геологии и минералогии Сибирского отделения (СО) Российской Академии наук (РАН). Содержание в породах органического углерода определялось в лаборатории геохимии нефти и газа Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.
Результаты литологических исследований
В рассматриваемом районе осадочный чехол состоит из верхнепротерозойско-кембрийских терригенно-карбонатных отложений и несогласно перекрывающих их четвертичных алевро-песчаных образований. Возрастной диапазон куонамской свиты охватывает верхнюю часть ботомского яруса, тойонский ярус нижнего кембрия и нижнюю часть амгинского яруса среднего кембрия [9]. В изученных разрезах куонамская свита согласно залегает на глинистых известняках эмяксинской свиты и характеризуется выдержанными строением и мощностью около 30 м (рис. 2). В её составе выделяются четыре литолого-стратиграфических горизонта [7].
Рис. 2. Строение и состав куонамской свиты (на примере одной из скважин). 1, 2 – известняки: 1 – глинистые, 2 – с фаунистическим детритом; 3–5 – смешанные породы: 3 – кремнисто-карбонатные, 4 – глинисто-кремнисто-карбонатные, 5 – карбонатно-глинисто-кремнистые; 6–8 – силициты: 6 – глинисто-карбонатные, 7 – карбонатные, 8 – с примесью карбонатного материала <5 %; 9 – аргиллиты; 10–13 – преобладающий состав пород в разных пачках: 10 – карбонатный, 11 – кремнисто-карбонатный, 12 – кремнисто-глинистый, 13 – кремнистый
Fig. 2. Structure and composition of the Kuonamka formation (on the example of one of the wells). 1, 2 – limestones: 1 – argillaceous, 2 – with faunal detritus; 3–5 – mixed rocks: 3 – siliceous-carbonate, 4 – argillaceous-siliceous-carbonate, 5 – carbonate-clay-siliceous; 6–8 – silicites: 6 – clay-carbonate, 7 – carbonate, 8 – with carbonate material <5%; 9 – mudstones; 10–13 – prevailing composition of rocks in different members: 10 – calcareous, 11 – siliceous- calcareous, 12 – siliceous-argillaceous, 13 – siliceous
Нижний бороулахский горизонт, соответствующий пачке I, имеет мощность около 8 м и представлен переслаиванием чёрных глинисто-кремнистых и глинистых, неравномерно карбонатизированных пород. Наблюдается постепенное снижение глинистости пачки в результате уменьшения мощности прослоев аргиллитов от 0,3–1,1 м в основании разреза до 0,01–0,05 м в верхней части. Для глинисто-кремнистых пород характерна тонкая (≤10 мм) линзовидно-горизонтальная слоистость, обусловленная неравномерным распределением карбонатного, кремнистого, глинистого и органического вещества (рис. 3, а). Содержание кремнезёма изменяется от 35 до 50 %. Глинистый материал в количестве 20–35 % представлен иллитом. В составе карбонатной примеси, количество которой не превышает 15 %, присутствуют кальцит и доломит. Концентрация органического углерода (Сорг.) по всему разрезу высокая (8–10 %).
Рис. 3. Основные типы пород куонамской свиты: а) кремнисто-глинистая слабо карбонатизированная порода с высоким содержанием Сорг. (7 %) и нечеткой микрослоистостью (бороулахский горизонт); б, в) силициты с детритом кремниевых организмов (С) и бактериально-водорослевыми остатками (В). Примесь карбонатного материала 1–5 %, содержание Сорг. 6–8 % (нижняя пачка амыдайского горизонта); г) глинисто-карбонатно-кремнистая порода с содержанием Сорг. 5 %, послойной концентрацией карбонатного материала, бактериально-водорослевым и фаунистическим детритом (верхняя пачка амыдайского горизонта); д) известняк микрокристаллический с редко рассеянным скелетным детритом (малокуонамский горизонт); е) глинисто-кремнисто-карбонатная порода с микролинзовидной слоистостью за счет обособлений карбонатного материала в глинисто-кремнистой матрице, обогащенной ОВ (Сорг. 3 %, маспакыйский горизонт)
Fig. 3. The main types of rocks of the Kuonamka Formation: a) siliceous-argillaceous low carbonatized rock with a high content Corg. (7%) and illegible microlayering (Boroulakh horizon); b, c) silicites with detritus of silicic organisms (C) and bacterial-algal remnants (C). Admixture of carbonate material 1–5%, Corg. content 6–8% (lower member of the Amydai horizon); d) argillaceous-carbonate-siliceous rock with Corg. content 5%, layered concentration of carbonate material, bacterial-algal and faunal detritus (upper member of the Amydai horizon), e) microcrystalline limestone with sparsely scattered skeletal detritus (Malokuonam horizon); f) argillaceous-siliceous-carbonate rock with microlenticular lamination caused segregation of carbonate material in a argillaceous-siliceous matrix enriched in organic matter (Corg. 3%, Maspakiy horizon)
В основании горизонта наблюдается довольно существенная примесь обломков кварца, полевых шпатов и реже мусковита пелитово-алевритовой размерности, доля которой вверх по разрезу постепенно снижается от 5 до 1 %. Достаточно широко развита пиритизация (4–5 %). Пирит присутствует в виде неравномерно рассеянных мелких зерен и стяжений (от долей мм до 2–3 мм), нередко минерализует органическое вещество. Следует отметить, что в обнажениях (в том числе в долине р. Кюленке) в основании горизонта залегает пласт аргиллитов с конкрециями фосфоритов [7]. В изученных разрезах фосфатные конкреции не зафиксированы, что связано, по-видимому, с неполным выносом при бурении тонкослоистых листоватых аргиллитов. Ввиду того, что бороулахский горизонт отличается повышенными содержаниями глинистого, углеродистого и фосфатного вещества, он принят в качестве маркирующего [7, 16].
Вышележащий амыдайский горизонт характеризуется наибольшей мощностью (18–21 м), преобладанием кремнистой составляющей и двучленным строением. Нижняя пачка II сложена силицитами с примесью карбонатного материала и прослоями кремнистых известняков. Породы чёрные углеродистые, микроскопически линзовидно-горизонтальнослоистые за счет неравномерного распределения кремнистого, карбонатного и органического вещества (рис. 3, б, в). Карбонатная составляющая силицитов изменяется от 3–5 до 35 % и представлена в основном кальцитом, в меньшей степени доломитом. Содержание Сорг. меняется от 2 до 14 %, преобладающее 3–5 %. Примесь глинистого материала незначительная, в основном 2–4 %. В верхней пачке III глинистой примеси становится больше (7–15 %), возрастает роль карбонатной компоненты с доминированием доломита (10–40 %) и начинают преобладать смешанные глинисто-карбонатно-кремнистые и глинисто-кремнисто-карбонатные породы (рис. 3, г). Концентрация ОВ становится ниже, в целом 2–3 %, за исключением единичного прослоя глинисто-кремнистого известняка в приподошвенной части, где содержание Сорг. достигает 17 %. Повсеместно присутствует пирит (1–3 %) в виде тонкой сыпи, глобулей и линзовидных стяжений (до 0,7 мм), часто приуроченных к детритовому ОВ.
Следующий малокуонамский горизонт (пачка IV), несмотря на малую мощность (0,3–1,7 м), тоже рассматривается в качестве маркирующего, поскольку отличается исключительно известковым составом и прослеживается на всей площади развития свиты [1, 4, 9]. В изученных разрезах горизонт мощностью 1,0–1,5 м представлен серыми глинистыми, участками слабо окремненными известняками с примесью фаунистического детрита (рис. 3, д), значения Cорг. в которых меньше 1 %.
Завершает разрез пачка V мощностью 3–4 м, относящаяся к маспакыйскому горизонту, сложенная темно-серыми до чёрных глинисто-кремнисто-карбонатными горизонтально-тонкослоистыми породами с прослоями черных известковистых аргиллитов. В смешанных породах слоистость обусловлена чередованием слойков (0,5–10,0 мм) с преобладанием глинистого, кремнистого или карбонатного материала (рис. 3, е).
Содержание кремнезёма изменяется в пределах 20–35 %, кальцита 20–45 %, доломита 15–20 %, а глинистого материала от 7 до 25 %. ОВ присутствует в количестве 2–3 %, редко 4 %. Пирит (≤4 %) встречается в виде хаотично рассеянных зерен и мелких скоплений (0,1–0,5 мм), преимущественно в ассоциации с ОВ.
Перекрываются углеродистые отложения куонамской свиты светло-серыми и пестроцветными глинистыми известняками с остатками разнообразной фауны оленёкской свиты. Содержание ОВ в них резко падает до 0,5 % и ниже.
Анализ строения и состава куонамской свиты показал, что в ней присутствует три основных породообразующих компоненты: глинистая, кремнистая и карбонатная, соотношения между которыми в каждом горизонте различны. В нижнем бороулахском горизонте преобладает глинистый материал, в амыдайском горизонте доминирует кремнистая составляющая, верхние малокуонамский и маспакыйский горизонты отличаются высоким содержанием карбонатного вещества.
Среди глинистых минералов аргиллитов и смешанных пород по данным рентгеновского анализа наиболее распространены иллит, смектит и смешанослойные образования ряда иллит–смектит. В меньшем количестве присутствует хлорит, причем в основном он концентрируется в бороулахском горизонте. Преобладание смектита и иллита при отсутствии каолинита указывает на существенную удаленность источника сноса. Об этом же свидетельствует незначительное содержание терригенных обломков исключительно алевритовой размерности.
В карбонатной части зафиксировано два минерала: кальцит и доломит, преимущественно тонко-микрокристаллические, в большинстве случаев присутствующие совместно. Иногда встречается яснокристаллический кальцит, выполняющий остатки скелетной фауны, состав которой из-за очень мелких размеров (≤0,2 мм) определить затруднительно (рис. 4, а). Судя по незначительной примеси фаунистического детрита, накопление карбонатного вещества в большей степени было связано с привносом тонкозернистого материала из достаточно удаленных мелководных областей, чем с отмиранием планктонных организмов. Только в малокуонамское время наблюдается некоторое увеличение содержания скелетных остатков.
Кремнезём представлен тонкозернистым агрегатом в виде смеси тонкокристаллического кварца и халцедона с хаотично рассеянными остатками спикул кремнёвых губок, центральные части которых нередко выполнены чёрным ОВ, реже радиоляриями (рис. 4, б). Нередко наблюдается перекристаллизация сферолитово-волокнистых агрегатов, слагающих фаунистические остатки, в тонкокристаллические, что свидетельствует о преимущественно биогенном характере кремнистой седиментации.
Рис. 4. Породообразующие компоненты (а, б – фото шлифов в параллельных николях; в, г – фото образцов в обратно-рассеянных электронах – ОРЭ): а) яснокристаллический кальцит слагает фаунистические остатки округлых форм, образующих послойно-линзовидные скопления в углеродисто-кремнисто-глинистой матрице; б) многочисленные остатки кремниевых спикул и раковин (белое) в силиците, обогащенным ОВ; в) тонкоперетертый водорослево-бактериальный детрит (чёрное) хаотично распределен в глинисто-кремнисто-карбонатной матрице; г) послойно-линзовидное распределение аморфного ОВ (чёрное) в карбонатном силиците
Fig. 4. Rock-forming components (a, b – photo of thin sections in plain light; c, d – photo of samples in back-scattered electrons – BSE): a) clear-crystalline calcite composes faunal remnants of rounded forms, forming layered lenticular accumulations in a carbonaceous-siliceous-argillaceous matrix; b) numerous remnants of siliceous spicules and shells (white) in silicite enriched in organic matter; c) finely ground algal-bacterial detritus (black) randomly distributed in a argillaceous-siliceous-carbonate matrix; d) layered lenticular distribution of amorphous organic matter (black) in carbonate silicite
Кроме основных компонентов, иногда в качестве породообразующего выступает ОВ, морфология и форма нахождения которого различны. Исследование ОВ в прозрачных шлифах под поляризационным микроскопом и методом сканирующей электронной микроскопии показало, что оно присутствует в двух формах: 1) в виде тонкоперетертого детрита (размер частиц меньше 0,05 мм), неравномерно рассеянного и/или образующего послойные скопления (рис. 4, в); 2) в виде аморфного вещества, окрашенного в проходящем свете в разные оттенки красного, желтого и бурого цвета, выполняющего послойно ориентированные сильно уплощенные линзочки (шириной 0,01–0,15 мм, длиной от 0,05 до 1–2 мм) (рис. 4, г).
Детритовое ОВ представлено в основном фрагментами цианобактериального планктона. Степень преобразования органических остатков различна: от хорошо сохранившихся нитевидных и палочковидных форм, присущих цианобактериям, в составе которых, согласно данным рентгеноспектрального микрозондового анализа, помимо углерода присутствуют такие элементы, как О, Р, Cl, S, Si, Al, K, Na, Ca, Mg, Fe, V (рис. 5, а), до углефицицированных остатков неясного генезиса без элементов-примесей (рис. 5, б). Линзовидные выделения бесструктурного ОВ, похожего на коллоальгенит с незначительной примесью микроэлементов (рис. 5, в), встречаются реже и представляют собой разложившиеся до аморфного состояния остатки водорослей неясной систематики. Каких-либо закономерностей в распределении различных форм ОВ не выявлено, нередко они присутствуют вместе, что подтверждает данные геохимических исследований о смешанном водорослево-бактериальном биоценозе куонамского бассейна [17].
Рис. 5. Органическое вещество (снимки в ОРЭ с результатами рентгеноспектрального микроанализа): а) хорошо сохранившийся фрагмент цианобактериального планктона нитевидной формы; б) углефицированный остаток, в составе которого отсутствуют элементы-примеси; в) линзовидное выделение коллоальгенита; г) тонкоперетертый цианобактериальный детрит в ассоциации с фрамбоидальным пиритом
Fig. 5. Оrganic matter (images in the BSE with the results of X-ray spectral microanalysis): a) well-preserved filiform fragment of cyanobacterial plankton; b) carbonized remnant without admixtury elements; c) lenticular segregation of colloalgenite; d) finely ground cyanobacterial detritus in association with framboidal pyrite
Результаты геохимических исследований
Для уточнения минералогического состава и условий седиментации куонамской свиты использовались петрохимические модули [18]. На рис. 6 приведены сводные диаграммы петрохимических модулей, на которых видны вариации в химическом составе пород различных пачек. Карбонатные породы Я.Э. Юдович выделяет в отдельный тип карбонатолитов, однако с помощью гидролизатного модуля можно оценить состав силикатной примеси в этих породах.
Рис. 6. Положение фигуративных точек составов пород куонамской свиты на сводной модульной диаграмме [18]
Fig. 6. Position of the figurative points of the rock compositions of the Kuonamka Formation on the summary modular diagram [18]
Согласно значениям гидролизатного модуля – ГМ (TiO2+Al2O3+Fe2O3+MnO)/SiO2) куонамская свита на территории исследования сложена главным образом силитами (ГМ менее 0,30), но распределение их типов по разрезу неравномерное. В нижнем бороулахском и верхнем маспакыйском горизонтах доминируют нормо- и миосилиты, что связано с несколько повышенной глинистостью этих отложений. Наибольшее содержание глинистого материала наблюдается в образцах из подошвы боханского и кровли маспакыйского горизонта, которые относятся к сиаллитам (ГМ=0,3–0,55). В нижней части амыдайского горизонта (пачка II) преобладают гипер- и суперсилиты (ГМ не более 0,2), что отражает повышенную кремнистость этой части разреза. В верхней части амыдайского горизонта (пачка III) наблюдается переслаивание всех типов силитов при преобладании супер- и нормосилитов.
Вместе с ГМ для разделения глиноземистых и железистых компонентов применяется железный модуль – ЖМ (Fe2O3+FeO+MnO/TiO2+Al2O3). Согласно показателям ЖМ в бороулахском и маспакыйском горизонтах с более высоким содержанием глинистого и карбонатного материала доминируют нормально железистые силиты. В амыдайском горизонте наблюдается переслаивание нормо-, гипер- и супержелезистых пород, причем первые два типа присутствуют примерно в равных количествах, а объем силитов с повышенным ЖМ заметно меньше.
По значениям модуля нормированной щелочности НКМ (Na2O+K2O)/Al2O3) породы куонамской свиты нормально щелочные (НКМ=0,2–0,4), примесь полевых шпатов в них незначительна, что подтверждается результатами петрографического анализа. На модульных диаграммах отмечается тренд на позитивную корреляцию ГМ–НКМ, что отражает возрастание роли ПШ с увеличением глинистости пород. Тренд на негативную корреляцию ЖМ–НКМ указывает на более высокую железистость кремнистых и карбонатно-кремнистых пород.
Титановый модуль – ТМ (TiO2/Al2O3) обычно используют для определения происхождения осадка. В изученных разрезах абсолютно все породы характеризуются стабильно низкими значениями ТМ (в среднем 0,05–0,06), что характерно для силицитов, а также свидетельствует об отсутствии примеси основной вулканокластики [19] и может служить индикатором глубоководных обстановок [20].
Алюмокремниевый модуль – АМ (Al2O3/SiO2) по химическому смыслу дублирует гидролизатный модуль, но в более грубом виде отражает глинистость обломочных пород. Значения АМ практически во всех образцах амыдайского горизонта низкие (от 0,01 до 0,1), что указывает на их повышенную кремнистость, а в маспакыйском и бороудахском горизонтах нередко отмечаются образцы с более высокими значениями от 0,11 до 0,24, соответствующие нормоглиноземистым породам.
Фемический модуль ФМ (Fe2O3общ+MgO/SiO2) полезен для распознавания вулканокластической примеси. В образцах, содержащих доломит в породообразующих количествах, его применение ограничено, поэтому они не рассматривались. В остальных породах куонамской свиты ФМ изменяется от 0,01 до 0,15, что позволяет классифицировать их как гипо- и нормофемические силиты.
Диаграмма ФМ–НКМ (рис. 7) используется для установления состава глинистого вещества. На ней видно, что фигуративные точки составов пород в большинстве сосредоточены в полях IV и V, отвечая преобладанию глинистого вещества хлорит-иллитового состава (IV) и смешанослойных минералов (V), за исключением нескольких образцов боханского горизонта, в глинистом веществе которых помимо гидрослюды есть тонкодисперсная примесь полевых шпатов (VI). Этот вывод полностью совпадает с петрографическими наблюдениями и данными рентгеноструктурных исследований.
Рис. 7. Модульная диаграмма ФМ–НКМ [18]. Поля глинистых пород: I – с преобладанием каолинита, II – с преобладанием смектита с примесью каолинита и гидрослюды, III – с преобладанием хлорита с примесью железистых гидрослюд, IV – хлорит-гидрослюдистого состава, V – хлорит-смектит-гидрослюдистого состава, VI – гидрослюдистого состава с тонкой примесью полевых шпатов
Fig. 7. FM–SPM module diagramm [18]. The fields of clay rocks: I – with a predominance of kaolinite, II – with a predominance of smectite with an admixture of kaolinite and hydromica, III – with a predominance of chlorite with an admixture of ferruginous hydromicas, IV – chlorite-hydromica composition, V – chlorite-smectite-hydromica composition, VI – hydromica composition with a fine admixture of feldspars
Анализ микроэлементного состава (таблица) показал, что куонамской свите свойственны повышенные содержания ванадия, никеля и молибдена, что характерно для черносланцевых толщ по всему миру [21]. При этом наблюдается неравномерное распределение их по разрезу на фоне общего тренда на уменьшение вверх. В целом повышенные концентрации этих элементов наблюдаются в породах, обогащенных ОВ, при этом наиболее углеродистый бороулахский горизонт (пачка I) отличается аномально высокими количествами. Содержания Cu в основной части разреза пониженные, за исключением бороулахского горизонта, где они немного выше кларковых. Концентрация марганца в разрезе значительно ниже кларка, за исключением редких образцов, где карбонатная составляющая занимает более 40 %. Тенденция на увеличение концентраций по мере возрастания карбонатности характерна и для стронция, значения которого часто выше кларковых. Распределение бария неравномерное. В бороулахском горизонте его содержание заметно превышает кларковые значения, в остальных горизонтах Ba в основном ниже кларка, лишь в нескольких образцах наблюдаются кларковые и более высокие количества. Концентрации урана в большинстве случаев выше кларковых (13 ±2 г/т или 0,0013 ±0,0002 %), при этом наблюдается хорошая корреляция между U и Сорг. (рис. 8, а). Содержания редкоземельных элементов в изученных отложениях ниже кларковых, что обусловлено незначительным количеством терригенной примеси.
Таблица. Микроэлементный состав пород куонамской свиты
Table. Microelement composition of the rocks of the Kuonamka Formation
Элементы Elements | Содержание, г/т/Content, g/t | |||||
Пачка/Member | Кларк Сlark | |||||
I | II | III | IV | V | ||
V | 482 – 2971 1581 | 45 – 685 197 | 65 – 653 232 | 12 | 60 – 255 145 | 250 |
Ni | 66 – 213 157 | 18 – 160 41 | 17 – 196 56 | 10 | 21 – 79 43 | 68 |
Mo | 61 – 276 122 | 8 – 169 35 | 22 – 68 32 | 1 | 19 – 70 33 | 20 |
Cu | 40 – 111 94 | 8 – 47 23 | 16 – 53 28 | 19 | 16 – 51 24 | 70 |
Mn | 124 – 279 193 | 27 – 292 68 | 40 – 471 179 | 458 | 118 – 558 224 | 400 |
Ba | 668 – 954 762 | 228 – 725 473 | 301 – 1079 565 | 335 | 407 – 666 556 | 500 |
Sr | 207 – 446 310 | 83 – 736 291 | 91 – 787 291 | 396 | 477 – 797 519 | 190 |
U | 23 – 46 35 | 6 – 67 16 | 6 – 127 13 | 1 | 8 – 23 13 | 13 |
Примечание: числитель – минимальное и максимальное значения, знаменатель – среднее значение.
Note: the numerator is the minimum and maximum values, the denominator is the mean value.
Для реконструкции окислительно-восстанови-тельных обстановок использовался ряд классических показателей. В первую очередь, степень пиритизации железа – СП [22], согласно значениям которой во время формирования куонамской свиты господствовали восстановительные обстановки. Средние величины СП в амыдайском горизонте – 0,7, а в бороулахском и маспакыйском горизонтах – 0,8, что говорит об условиях близких к эвксинскому типу и подтверждается низким содержанием оксида марганца ≤0,03 %.
Хорошо согласуется с данными, полученными при анализе СП, такой показатель редокс-обстановок, как отношение Сорг. и сульфидной серы [23], который изменяется от 0,7 до 12,6 (в среднем 5) при среднем медианном значении 4,4. Существование обстановок близких к эвксинным подтверждается тем фактом, что линия регресии Сорг. и S начинается не с нуля, при этом прослеживается довольно тесная связь органического углерода и серы сульфидной (рис. 8, б). К тому же анализ пород под электронным сканирующим микроскопом показал широкое развитие по органическому веществу фрамбоидального пирита (рис. 5, г), образование которого, по мнению многих исследователей, обусловлено деятельностью сульфатредуцирующих бактерий в восстановительных условиях, существовавших в наддонных водах и в верхнем слое осадков [24, 25 и др.].
Рис. 8. Взаимосвязь содержания органического углерода и урана (а) и серы (б)
Fig. 8. Relationship between the content of organic carbon and uranium (a) and sulfur (b)
Еще одним доказательством бескислородных условий седиментации являются высокие значения отношения Мо/Мn, поскольку молибден активно осаждается в обстановках сероводородного заражения, а марганец в данной ситуации находится в растворенной форме [26]. В большинстве образцов куонамской свиты величина Мо/Мn более 0,09 при среднем значении 0,5. В бороулахском горизонте она наиболее высокая и изменяется в диапазоне от 0,7 до 2. Самый низкий показатель Мо/Мn=0,02 зафиксирован в малокуонамском горизонте. Тем не менее он тоже характеризует аноксидные условия, хоть и близок к границе перехода к субоксидным. Кроме того, существование восстановительных обстановок подтверждает такой показатель, как содержание аутигенного урана (Uaут.), осаждение которого из морской воды происходит в бескислородных условиях [27–29]. Доля Uaут. в общем содержании урана (Uобщ.), находящегося в породах, согласно [28], определяется по формуле Uaут.=Uобщ.–Th/3. По данным [28, 29] значения 10<Uaут.<15 указывают на бескислородную среду, а Uaут.>15 характеризуют эвксинные условия. В куонамской свите доля аутигенного урана изменяется от 10 до 66, причем наиболее высокие значения (>15) наблюдаются в бороулахском горизонте и нижней пачке амыдайского горизонта.
Присутствие в осадках эксгаляционных компонентов устанавливается по модулю Fe+Mn/Ti [30], значения которого должно быть ≥25. Во всех изученных пачках этот модуль изменяется от 7 до 24, причем значения более 20 фиксируются в единичных случаях, а средние значения составляют 10–12. Подтверждением практически полного отсутствия подводной эксгалятивной деятельности является и модуль Бострёма – Al/Al+Fe+Mn [31], величина которого повсеместно ≥0,4 (в среднем 0,6), при том что влияние эксгалятивного компонента определяется значениями <0,4.
Индикатором палеосолености является соотношение в породе Sr/Ва, значение которого в большинстве образцов куонамской свиты равно или чуть более 1, что соответствует обстановкам нормальной морской солености [32, 33].
Заключение
Анализ литолого-геохимических характеристик высокоуглеродистых отложений кембрия в бассейне р. Кюленке показал:
- Куонамская свита в изученных разрезах обладает выдержанным строением, в котором четко прослеживаются четыре литолого-стратиграфических горизонта. Состав отложений преимущественно смешанный и определяется вариациями трёх основных минеральных групп: глинистой, карбонатной и кремнистой. Кроме того, в качестве породообразующего участвует органическое вещество, содержание которого изменяется от 2 до 17 %, при средних значениях около 5 %, за исключением малокуонамского горизонта, где Сорг.<1 %. Наибольшие концентрации ОВ приурочены к породам смешанного карбонатно-глинисто-кремнистого состава, высокие содержания также характерны для силицитов, а самые низкие показатели Сорг. отмечаются в известняках. Вверх по разрезу фиксируется тренд на сокращение роли кремнистого материала (от 90 до 10 %) и органического вещества (от 7 до 1 %) на фоне повышения содержания карбонатной составляющей.
- Литохимические данные и такие литологические особенности свиты, как наличие тонкоперетертого карбонатного материала, отсутствие крупных фаунистических остатков, широкое развитие радиоляриево-спикуловых кремней, минимальное содержание терригенной примеси, высокая концентрация ОВ и доминирование тонкослоистых текстур, указывают на то, что осадконакопление происходило далеко от источников сноса в депрессионной зоне открыто-морского бассейна со слабой циркуляцией придонных вод в бескислородных условиях. Геохимическая среда в карбонатно-кремнистых илах была преимущественно эвксинной.
- Изменения в составе горизонтов отражают эволюцию осадочного бассейна. Начало формирования куонамской свиты связано с трансгрессией [9, 10, 13], достигшей максимума во время накопления нижней пачки амыдайского горизонта, что отразилось в преобладании кремнистой биогенной составляющей. Увеличение доли карбонатных осадков в малокуонамское и маспакыйское время связано с постепенным заполнением окраинных частей бассейна продуктами разрушения расположенной на западе барьерно-рифовой системы [9, 10, 12] и последующим обмелением. Таким образом, куонамская свита сформировалась в течение одного крупного трансгрессивно-регрессивного седиментационного цикла и представляет собой последовательность заполнения глубоководной депрессии с некомпенсированным осадконакоплением.
Об авторах
Ирина Валерьевна Вараксина
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: VaraksinaIV@ipgg.sbras.ru
кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории седиментологии
Россия, 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3Список литературы
- Гриненко В.С., Баранов В.В., Девятов В.П. Северо-Азиатская черносланцевая рудоносная мегапровинция на северо-востоке Евразии и её перспективная мирагения // Руды и металлы. – 2022. – № 2. – С. 36–55.
- Мустафин С.К., Трифонов А.Н., Стручков К.К. Горючие сланцы – как комплексное минеральное сырьё: региональные аспекты прогнозирования и оценки, перспективы освоения // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. – 2021. – № 24. – С. 146–154.
- Organic-matter-rich Shales of China / C. Zou, R. Zhu, S. Wu, D. Dong, Z. Qiu, Y. Wang, L. Wang, S. Lin, J. Cui, L. Su, Z. Yang, Z.Q. Chen, J.G. Ogg // Earth-Science Reviews. – 2019. – Vol. 189. – P. 51–78.
- Enrichment of platinum group elements in Lower Cambrian polymetallic black shale, SE Yangtze Block, China / Y. Fu, Z. Yang, P. Xia, C. Li // Frontiers in Earth Science. – 2021. – Vol. 9. – P. 651948.
- Kerogen composition and origin, oil and gas generation potential of the Berriasian Wealden Shales of the Lower Saxony Basin / F. Froidl, R. Littke, S. Grohmann, A. Baniasad, J. Böcker, C. Hartkopf-Fröder, P. Weniger // International Journal of Coal Geology. – 2021. – Vol. 246. – P. 103831.
- Гурари Ф.Г. Доманикиты и их нефтегазоносность // Советская геология. – 1981. – № 11. – С. 3–12.
- Бахтуров С.Ф., Евтушенко В.М., Переладов В.С. Куонамская битуминозная карбонатно-сланцевая формация. – Новосибирск: Наука, 1988. – 160 с.
- Кембрий Сибирской платформы (Юдомо-Оленекский тип разреза. Куонамский комплекс отложений) / В.Е. Савицкий, В.М. Евтушенко, Л.И. Егорова, А.Э. Конторович, Ю.Я. Шабанов. – М.: Недра, 1972. – 199 с.
- Стратиграфия нефтегазоносных бассейнов Сибири. Кембрий Сибирской платформы / С.С. Сухов, Ю.Я. Шабанов, Т.В. Пегель, С.В. Сараев, Ю.Ф. Филиппов, И.В. Коровников, В.М. Сундуков, А.Б. Федоров, А.И. Варламов, А.С. Ефимов, В.А. Конторович, А.Э. Конторович. – Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2016. – 497 с.
- Конторович А.Э., Савицкий В.Е. К палеогеографии Сибирской платформы в раннюю и среднюю кембрийскую эпохи // Вопросы литологии и палеогеографии Сибири. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 1970. – С. 95–106.
- Эллерн С.С. О причинах образования Восточно–Сибирской системы некомпенсированных прогибов // Некомпенсированные прогибы платформ и их нефтегазоносность. – Казань: Изд-во Казан. Ун-та, 1976. – С. 30–41.
- Перспективы нефтегазоносности кембрийских барьерных рифовых систем Сибирской платформы в свете новых геолого–геофизических данных / М.А. Масленников, С.С. Сухов, П.Н. Соболев, Е.Г. Наумова, А.Н. Процко, И.В. Ракитина, О.Л. Константинова // Геология нефти и газа. – 2021. – № 4. – С. 29–50.
- Старосельцев В.С., Шишкин Б.Б. Обстановки накопления углеродистых пород кембрия Сибирской платформы // Геология и геофизика. – 2014. – Т. 55. – № 5–6. – С. 787–796.
- Коровников И.В., Парфенова Т.М. Трилобиты, биостратиграфия и геохимия куонамской свиты среднего кембрия (северо-восток Сибирской платформы, р. Кюленке) // Геология и геофизика. – 2021. – Т. 62. – № 11. – С. 1531–1545.
- Тектоническая карта нефтегазоносных провинций Сибирской платформы / под ред. В.С. Старосельцева. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2001.
- Савицкий В.Е. Стратиграфия и фации нижнего и среднего кембрил Сибирской платформы: автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. – Новосибирск, 1971. – 44 с.
- Геохимия органического вещества нефтепроизводящих пород среднего кембрия (северо–восток Сибирской платформы) / Т.М. Парфенова, И.В. Коровников, Е.Н. Иванова, В.Н. Меленевский // Геология нефти и газа. – 2011. – № 5. – С. 64–72.
- Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. – СПб.: Наука, 2000. – 479 с.
- Grasso V.G. The TiO2 frequency in volcanic rocks // Geologische Rundschau. – 1968. – Vol. 57. – P. 930–935.
- Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия черных сланцев. – Л.: Наука, 1988. – 272 с.
- Vind J., Tamm K. Review of the extraction of key metallic values from black shales in relation to their geological and mineralogical properties // Minerals Engineering. – 2021. – Vol. 174. – P. 107271.
- Degree of pyritisation of iron as a paleoenvironmental indicator of bottom-water oxygenation / R. Raiswell, F. Buckley, R.A. Berner, T.F. Anderson // Journal of Sedimentary Petrology. – 1988. – № 58. – P. 812–819.
- Berner R.A., Raiswell R. Burial of organic carbon and pyrite sulphur in sediments over Phanerozoic time: a new theory // Geochim et Cosmochim. Acta. – 1983. – Vol. 47. – P. 855–862.
- A high-resolution chemical and structural study of framboidal pyrite formed within a low⁃temperature bacterial biofilm / L.C. Maclean,T. Tyliszczak,P.U. Gilbert, D. Zhou, T.J. Pray, T.C. Onstott, G. Southam // Geobiology. – 2008. – № 6 (5). – P. 471–480.
- Mechanisms of pyrite formation promoted by sulfate-reducing bacteria in pure culture / A. Duverger, J.S. Berg, F. Guyot, S. Bernard, J. Miot, V. Busigny // Frontiers in Earth Science. – 2020. – Vol. 8. – P. 588310.
- Холодов В.Н., Недумов Р.И. О геохимических критериях появления сероводородного заражения в водах древних водоемов // Известия АН СССР, Серия геологическая. – 1991. – № 12. – С. 74–82.
- Algeo T.J., Li C. Redox classification and calibration of redox thresholds in sedimentary systems // Geochimica et Cosmochimica. Acta. – 2020. – Vol. 287. – P. 8–26.
- Wignall P.B., Myers K.J. Interpreting benthic oxygen levels in mudrocks: a new approach // Geology. – 1988. – № 16. – Р. 452–455.
- Wignall P.B. Black shales. – Oxford: Oxford University Press, 1994. – 130 p.
- Страхов Н.М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза. – М.: Наука, 1976. – 300 с.
- Aluminum-poor ferromanganoan sediments on active oceanic ridges / K. Boström, M.N.A. Peterson, O. Joensuu, D.E. Fisher // Journal of Geophysical Research. – 1969. – Vol. 74. – № 12. – P. 3261–3270.
- Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). – Сыктывкар: Геопринт, 2011. – 742 с.
- Wei W., Algeo T.J. Elemental proxies for paleosalinity analysis of ancient shales and mudrocks // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2020. – Vol. 287. – Р. 341–366.
Дополнительные файлы
