CC BY
231
УДК 553.98+553.3/.8(571.5)
В.Б.АРЧЕГОВ, канд. геол.-минерал. наук, доцент, grmpi@spmi.ru Санкт-Петербургский государственный горный университет
V.B.ARCHEGOV, PhD in geol. & min. sc., associateprofessor, grmpi@spmi.ru Saint Petersburg State Mining University
ДОМАНИКОИДНЫЕ ФОРМАЦИИ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ -КУОНАМСКАЯ БИТУМИНОЗНАЯ КАРБОНАТНО-СЛАНЦЕВАЯ
ФОРМАЦИЯ
Доманикоидные и субдоманикоидные горизонты позднего протерозоя, раннего и среднего палеозоя Сибирской платформы классифицируются как нефтегазоматеринские свиты. Рассмотрено строение, особенности образования и металлоносность куонамской битуминозной карбонатно-сланцевой формации. Определены объекты для проведения геолого-разведочных работ. Дана оценка ресурсов сырья на перспективных участках.
Ключевые слова: Сибирская платформа, доманикоидные формации, нефтегазомате-ринский потенциал, куонамская свита, металлогеническая специализация.
DOMANIKOID FORMATIONS OF SIBERIAN PLATFORM -
KUONAMSKAYA BITUMINOUS CARBONATE-SHALE
FORMATION
Domanikoid and sudomanikoid horizons of the Late Proterozoic, Early and Middle Paleozoic of Siberian platform are classified as the oil-and-gas-generating series. Kuonamskaya bituminous carbonate-shale formation is described from the points of its structure, peculiarities of its origin and the metal-bearing potential. This analysis allow to indicate areas for geological prospecting with appraisal of expected resources.
Key words: Siberian platform, Domanikoid formations, oil-and-gas generating potential, metallogenic specialization.
Доманикоидные формации Сибирской платформы. По средневзвешенной концентрации Снк горизонты осадочного разреза подразделяются на три группы: доманикоидные (Снк > 0,5 %), субдоманикоидные (Снк = 0,1^0,5 %) и горизонты со сверхрассеянной формой органического вещества (Снк < 0,1 %). В отложениях верхнего протерозоя, нижнего и среднего палеозоя Сибирской платформы известно 18 стратиграфических уровней, где располагаются домани-коидные горизонты. По фациальному облику это нормально-морские, реже лагунно-морские отложения. Большая часть этих толщ имеет региональное распространение на Сибирской платформе, но в латеральном
направлении они нередко меняют свой ли-тологический состав, мощность и соответственно концентрацию органического вещества (ОВ). Доманикоидные и субдоманикоид-ные горизонты позднего протерозоя, раннего и среднего палеозоя Сибирской платформы рассматриваются как нефтегазоматерин-ские свиты [5].
Опыт исследований ВНИГРИ показывает, что для нефтематеринских свит в случае сапропелевого слабо измененного в диагенезе ОВ преимущественно водорослевой планктонной природы за нижний предел концентраций по значению Снк принимается 0,1 % на породу. Такое ОВ характерно для слабоглинистых карбонатов иловых впадин
_ 53
Санкт-Петербург. 2011
Рис. 1. Схема фациального районирования ботомско-амгинских отложений Сибирской платформы (по Савицкому и др. [3] с дополнениями В.Н.Зинченко, 1991)
1 - мелководный и умеренно глубоководный эвапаритовый бассейн (доломиты, ангидрит-доломиты, ангидриты, соли);
2 - морская отмель (доломиты, известняки, карбонатные обломочные породы, органогенные постройки); 3 - открытое относительно глубокое море - область развития куонамской формации, в краевых частях - отложения склона и мелководного моря; 4 - граница Сибирской платформы; 5 - границы фациальных районов; 1-^ - фациальные регионы: I - Туру-ханско-Иркутско-Алекминский, II - Анабаро-Синский,
III - Юдомо-Оленекский, IV - Игарско-Хатангский
палеозоя и позднего докембрия Сибирской платформы. В этих породах уже на первых стадиях мезокатагенеза фиксируются признаки генерации и эмиграции жидких углеводородов (УВ).
В рифее и венде наибольшие концентрации Снк характерны для пород южной половины платформы; в раннем-среднем палеозое максимумы содержаний рассеянного органического вещества (РОВ) перемещаются на север и северо-запад платформы. Для ленско-амгинского уровня раннего-среднего кембрия (куонамская свита - куо-намский горизонт) концентрация Снк максимальная на востоке Сибирской платформы (Юдомо-Оленекская зона). В куонамской свите и ее аналогах (инниканская свита и др.) наблюдается региональный максимум накопления РОВ. Наиболее представительны и однородны плотности масс некарбонат-
54 _
ного углерода ленско-амгинского уровня -почти на всей территории платформы картируются плотности от 1 до 5 млн т/км2 [5].
Собственно куонамский горизонт (свита) развит на северо-востоке Сибирской платформы и охватывает большую часть Анабарской антеклизы и сопредельные ей территории (рис.1). Инниканская свита развита на площади Алданской антеклизы вплоть до рифогенной «пустой» зоны -Анабаро-Синского фациального района.
Куонамский горизонт рассматривается в качестве основной нефтегазоматеринской свиты доманикового типа [1, 3, 6]. Содержание органики в горючих (черных) сланцах горизонта колеблется в пределах 13,2-28,4 %. В этих сланцах наблюдались битумопрояв-ления в виде темно-бурых пленок и примазок на поверхностях листоватых отдельностей. Консистенция битумов, отнесенных к классу асфальтов, от густой вязкой до твердой [4]. Исследовались процессы преобразования ОВ, первичной миграции УВ, оценивался нефтегазоматеринский потенциал куонам-ской свиты, а также рассматривалась ее ме-таллогеническая специализация [1, 3, 4, 6].
Куонамская битуминозная карбонат-но-сланцевая формация. В настоящее время достаточно хорошо известно, что многие сапропелевые углеродистые или так называемые черносланцевые формации обогащены редкими и рассеянными элементами Мо, и, Se, С4 В^ V, Ag, Аи, Сг и многими другими. Ряд этих элементов имеют концентрации на порядок-два выше кларковых и поэтому могут быть вовлечены в разработку в промышленных масштабах. Основные ме-таллосодержащие породы - сапропелитовые аргиллиты (или горючие сланцы) - сами по себе являются ценным топливом и используются для непосредственного сжигания и для получения газообразных и жидких продуктов при термической переработке; кроме того, они широко применяются как химическое сырье. Таким образом, отдельные типы пород черносланцевых формаций, в частности, куонамская битуминозная карбонатно-сланцевая формация, могут рассматриваться как комплексное металлоорганическое полезное ископаемое.
Куонамская формация охватывает по продолжительности три яруса кембрийской системы: ботомский и тойонский нижнего отдела и амгинский среднего отдела. Она сложена глинисто-карбонатными и карбонатно-глинистыми породами, в разной степени обогащенными ОВ и аути-генным кремнеземом: глинистые известняки, мергели, глинистые мергели и сапропелитовые аргиллиты (горючие сланцы). Породы отличаются темной окраской, тонкой слоистостью, плитчатостью (до сланцеватости). В подчиненном количестве встречаются разнообразные достаточно чистые светлоокрашенные известняки, практически не содержащие ОВ. Содержание его в темноцветных разновидностях колеблется от десятых долей процента до нескольких десятков процентов, в среднем же не превышает 1-5 %.
Формация занимает вполне определенное место в латеральном ряду формаций этого возрастного диапазона на Сибирской платформе [2]. Большую часть платформы занимал в то время изолированный (или полуизолированный) бассейн, где накапливались эвапоритовые толщи мощностью до 1000 м, иногда более (фациальный регион I). На востоке и северо-западе (регионы III и IV) в условиях умеренно глубоководного некомпенсированного нормально-морского бассейна формировались маломощные отложения (в среднем 25-50 м) куонамской формации. Эти две обширные области (эва-поритовая и нормально-морская) были разделены протяженным узким барьером - отмелью (фациальный регион II) с широким развитием таких мелководных отложений как водорослевые, археоциатово-водоросле-вые, шлейфово-обломочные, оолитово-онко-литовые и др. Мощность их соизмерима с эвапоритовыми толщами (рис.1) и многократно превышает мощность куонамской формации (по В.Н.Зинченко, 1999). Подстилают куонамскую формацию шельфовые глинистые известняки и мергели, нередко крас-ноцветные, в подчиненном количестве зелено- и сероцветные известняки, содержащие остатки фауны открытого моря. Мощность рассматриваемой части разреза 150-200 м.
Перекрывает формацию так называемая «толща заполнения» (Асташкин и др., 1984) в объеме майского яруса верхнего кембрия. В ее низах мощностью до 250-300 м выделяются красноцветные и пестроцветные, а также зеленоцветные мергели, аргиллиты, глинистые и алевритистые известняки, прослои и пласты чистых известняков. Нижний контакт куонамской формации как согласный, так и с достаточно отчетливыми следами перерыва, верхний - согласный.
Строение и особенности образования куонамской формации. С большой детальностью куонамская формация изучена лишь в районах выхода на дневную поверхность. На северо-западе бассейна это склоны Ана-барского свода, Оленекский, Куойкско-Далдынский и Мунский своды, на юго-востоке Юдомо-Майский регион (рис.2). Погруженные горизонты формации вскрыты немногочисленными глубокими скважинами с очень ограниченным отбором керна и единичными колонковыми скважинами, как правило, с более полным отбором керна.
Самое обширное поле развития кембрийских доманикоидных отложений на дневной поверхности находится в междуречье Оленек - Молодо на северо-востоке платформы. Однако по условиям залегания пород этот регион имеет наиболее сложное строение: здесь масса тектонических нарушений, имеются крупные флексурные перегибы, зоны дробления, широко развиты трапповые тела.
Доманикоидные отложения представлены аргиллитами, мергелями, в разной степени глинистыми и кремнистыми известняками и кремнями. Особенность отложений -повсеместная обогащенность ОВ, коричневые и черные тона окраски, резко отличающие породы куонамской формации от подстилающих и перекрывающих толщ. Некоторые пласты удивительно выдержаны по всей территории и являются надежными маркирующими литостратиграфическими горизонтами. В основании разреза повсеместно прослеживается боролуолахский горизонт сапропелитовых аргиллитов (горючих сланцев). Несмотря на значительную выдержанность облика и основных «парамет-
_ 55
Санкт-Петербург. 2011
Рис.2. Схематические геологические карты площадей выхода продуктивной куонамской формации на дневную
поверхность (по В.Н.Зинченко, 1992)
1 - куонамская формация; 2 - отложения, подстилающие куонамскую формацию; 3 - отложения, перекрывающие куонамскую формацию; 4 - верхнепалеозойско-мезозойские терригенные отложения; 5 - породы трапповой формации (триас); 6 - четвертичные отложения; 7 - разрывные нарушения
ров» разрезов куонамской формации на больших по площади участках, в ее составе и строении в разных фациальных зонах па-леобассейна фиксируются и существенные отличия [7].
На территории развития куонамской формации выделяются в целом три типовых группы разрезов доманикоидных отложений:
• существенно карбонатная (склоновая и прибортовая), располагающаяся на стыке мелководной зоны органогенной аккумуляции и более глубоководной обстановки открытого моря;
• кремнисто-карбонатно-глинистая группа (до карбонатно-глинистой) в более удаленной части бассейна;
• глинисто-кремнистая - в центральной области бассейна с минимальными мощностями отложений.
Куонамский бассейн представлял собой относительно глубоководную впадину (до 400-450 м, не более). Режим седиментации в бассейне был крайне медленным, особенно на начальных стадиях формации, скорость
56 _
накопления осадков тогда не превышала 1,5-2 мм за тысячу лет. В целом для толщи она соответствует 3-5 мм в тысячу лет. Малые скорости седиментации в сочетании с высокой биологической продуктивностью морского бассейна привели к уникальному насыщению куонамской формации органическим веществом.
По расчетам С.Ф.Бахтурова [1], в куо-намский бассейн поступила 1/8 часть общего количества фосфора, содержавшегося в Мировом океане, и 1/9 часть азота. В то же время для накопления мощных толщ эвапо-ритов в соседнем солеродном бассейне через него должно было пройти испарение около 1/7 общего объема океанической воды.
Очевидно, что локальный расход таких огромных объемов вещества за сравнительно короткий период (около 20 млн лет) должен был отразиться на состоянии всего Мирового океана: в концентрации и составе солей, количестве и составе биоты. Аномалии состояния Мирового океана в первой половине кембрия не установлены, но
именно в это время произошел «биологический взрыв» - эволюционный скачок в видовом разнообразии всех типов живых организмов. Следует полагать, что куонамский бассейн и окружающие его области обладали значительным внутренним резервом, обеспечивавшим высокую автономную биопродуктивность.
Металлоносность куонамской формации. По вещественной классификации черносланцевые формации подразделяются на пять типов (Гольдберг и др., 1991). Первые три типа: кремнистый, глинисто-кремнистый и кремнисто-карбонатный, -объединены в группу доманикоидных формаций. Другие два (терригенный и глинисто-карбонатный) относятся к группе собственно горючесланцевых формаций.
Оценки содержания микроэлементов в основных типах пород показывают, что максимальные их значения по целому ряду элементов характерны для сапропелитовых аргиллитов (горючих сланцев), заметно обо-
гащенных ОВ. Уменьшение содержания ОВ и одновременно возрастание карбонатности и кремнистости приводит к «разубожива-нию» пород. В то же время карбонаты обогащены марганцем и стронцием, а с повышением кремнеземистости растет содержание хрома.
Среди аргиллитов наибольшими концентрациями металлов характеризуется бо-ролуолахский горизонт. Химический состав образцов из различных типов разреза горизонта очень близок, несмотря на отбор, что свидетельствует о значительном сходстве условий его формирования на огромной территории. По выходу золы (67-80 %) и по ее составу сланцы боролуолахского горизонта относятся к высокозольному силикатному типу [1]. Содержание в них Мо, Cd, В1, V обычно превышает кларковые концентрации на порядок и больше, в ряде случаев на два порядка (табл.1). Для Ag, Аи, РЬ, Zn, М, Си, Sb, As характерны концентрации выше кларковых в несколько раз (иногда на
Таблица 1
Содержания микроэлементов в горючих сланцах боролуолахского горизонта, г/т [1]
Микроэлементы р.Кюленке р.Оленек, близ пос.Оленек р.Мал. Куонамка (р.Усумун) р.Мал. Куонамка (п.Джелинде) р.Боролуолах
V 1698 1709 2222 (5242) 2100 (3902) 718
N1 220 157 169 170 280
Мо 182 168 192 (307) 188 (345) 68
Си 138 156 126 100 104
Zn 293 318 257 260 367
Со 16 8,8 6,6 6,2 37
Мп 122 295 115 151 255
Ва 797 109 196 190 766
Бг 214 494 127 100 121
Ga 30 19 22 24 39
Бп 17 16 10 11 15
Li - 10 4,7 6,9 44
В 62 42 35 23 60
Ве 3 3,1 3,3 3,8 1,6
Nb 7 13 12 20 13
са 33 13 6,9 - 7,5
Ag 0,9 0,7 0,8 (1,73) - (1,15) 0,6
Y 25 18 21 18 19
Бс 22 9 2,3 1,8 14
Zг 160 198 112 100 123
Ge 3,6 3,1 2,5 - 2,8
ТЪ 2,8 - - 8,9 -
Примечание. В скобках указаны средневзвешенные содержания по данным В.Б.Арчегова, В.Н.Зинченко, 1990-1991.
порядок). Содержание Т1, Ш, В, Ы, Rb и др. близко к кларковому, иногда меньше.
В «надборолуолахских» аргиллитах содержания микроэлементов ниже, но в ряде случаев сопоставимы с потенциально промышленными, их целесообразно учитывать при оценке отдельных участков, рекомендуемых для проведения поисковых и разведочных работ.
По вещественному составу куонамская формация отнесена к кремнисто-карбонатному типу доманикоидных отложений. В них по набору тех или иных элементов выделено несколько металлогенетических ассоциаций. Куонамская формация, в частности, относится к пятой ассоциации, где основными элементами являются Мо, Са, В1, V, Бе, а второстепенными Zn, Аи, Ag, Аб, БЬ, N1.
Приведенные данные позволяют рассматривать битуминозные сланцы боролуо-лахского горизонта как потенциальное комплексное минеральное сырье.
Объекты для проведения геологоразведочных работ. Боролуолахский горизонт развит повсеместно, но необходимо выбрать такие районы развития куонам-ской формации на дневной поверхности, где содержания основных и, по возможности, второстепенных элементов будут наиболее высокими. К таким районам можно отнести бассейны нижнего и среднего течения
р.Мал. Куонамка, окрестности пос. Оленек, левобережье нижнего течения р.Арга-Сала, а также отчасти низовья р.Кюленке. На склонах Анабарского свода можно наметить несколько значительных по площади районов, которые требуют первоочередной оценки с точки зрения перспективности. Это сланцево-рудные поля Джелинде, Усумун, Сенкю, Куота и Муна (бассейн низовьев рек Кюленке - Муна).
Оценка ресурсов сырья на перспективных участках. Подсчет ресурсов выполнен только для боролуолахского продуктивного пласта как наиболее богатого по содержанию металлов по сравнению с остальной частью разреза куонамской формации. Подсчет выполнен по следующей методике. Площадь сланцево-рудного поля (района) умножалась на мощность боролуо-лахского пласта и, таким образом, вычислялся его продуктивный объем. В расчетах принималось обычно среднее значение мощности, если она была непостоянной для данного района. Определение геологических запасов сланцев проводилось умножением объема горизонта на плотность сланцев (2,2 т/м3, обычно в пределах 2,1-2,3 т/м3). Вычисленные ресурсы сырья по каждому району позволили оценить и геологические запасы металлов по среднему содержанию каждого из них в тонне породы (табл.2).
Таблица 2
Некоторые параметры перспективных сланцево-рудных полей (районов)
Параметр Джелинде-2 Джелинде-1 Усумун Сенкю Куота Муна
Площадь, млн м2 115 135 80 210 390 235
Мощность боролуолахского пласта, м 0,60 1,1 2,25 1,6 2,5 2,3
Геологические запасы сланца, млн т 150 325 395 740 2145 1190
Максимальная мощность вскрыши, м 55-65 50-55 45-50 30-35 65-70 250-300
Средние содержания некоторых микроэлементов, г/т:
V 906 3902 5242 1709 2455 1698
N1 210 163 169 157 254 220
Мо 30 307 345 168 150 182
Си 120 104 126 156 233 138
Zn 630 291 257 318 670 298
Сг 191 208 212 228 255 112
Со 19 7 6,6 8,8 11 16
РЬ 91 43 34 86 74 35
Са Не обн. Не обн. 6,9 13 24 33
Ag 0,7 1,15 1,73 0,7 Не обн. 0,9
Приведенная геологическая характеристика куонамской формации с оценкой содержания металлов в некоторых горизонтах позволяет сделать следующие выводы и предварительные рекомендации:
1. Для проведения целевых геологоразведочных работ наиболее перспективен регион Прианабарья; в его пределах первоочередными можно считать районы, прилегающие к пос.Оленек (сланцево-рудные поля Куота и Сенкю);
2. Значительные перспективы имеют площади в бассейне р.Мал. Куонамка -«сланцево-рудное» поле Усумун (максимальные концентрации V, Мо, Ag при повышенной мощности продуктивного боролуолах-ского пласта).
3. Актуальной является геолого-экономическая оценка целесообразности освоения первоочередных участков.
4. Программа оценочных работ должна включать детальное опробование первоочередных участков, включая отбор лабораторных технологических проб для исследования главного продуктивного горизонта.
5. Необходимо массовое опробование относительно мощных и выдержанных чер-носланцевых пластов, залегающих выше бо-ролуолахского горизонта, с получением их конкретной (а не усредненной) характеристики в каждом из перспективных районов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бахтуров С.Ф. Куонамская битуминозная карбо-натно-сланцевая формация / С.Ф.Бахтуров, В.М.Евтушенко, В.С.Переладов. Новосибирск, 1988. 161 с.
2. Драгунов В.И. Геологические формации. Л., 1973. 24 с.
3. Евтушенко В.М. Куонамский комплекс отложений кембрия Сибирской платформы - древнейшие го-рючесланцевые накопления фанерозоя / В.М.Евтушенко, А.Э.Конторович, В.Е.Савицкий // Органические вещества в современных и ископаемых осадках: Тезисы докл. на 4-м семинаре. М., 1974. С.89-90.
4. Клубов Б.А. Нафтидогенез и вторичные изменения в породах куонамского горизонта Сибирской платформы в свете новых литолого-битуминологических данных / Б.А.Клубов, А.В.Гревцев, О.В.Щербань // Пути эволюции органического вещества в земной коре: Сб. науч. трудов. Л., 1984. С.110-119.
5. Органическая геохимия палеозоя и допалеозоя Сибирской платформы и прогноз нефтегазоносности / Т.К.Баженова, С.Н.Белецкая, Л.С.Беляева и др.; Под ред. К.К.Макарова, Т.К.Баженовой. Л., 1981. 211 с.
6. Органическое вещество в палеозойских осадочных толщах Сибирской платформы / С.А.Кащенко, Т.Н.Зуева, Н.Ф.Ивлев и др. // Органические вещества в современных и ископаемых осадках: Тезисы докл. на 5-м семинаре. М., 1976. С.148-149.
7. О нефтегазоматеринском потенциале палеозойских и допалеозойских отложений Сибирской платформы / Т.К.Баженова, Л.С.Беляева, Д.А.Биккенина и др. // Нефтематеринские свиты и принципы их диагностики. М., 1979. С.134-142.
REFERENCES
1. Bakhturov S.F., Evtushenko V.M., Pereladov V.S. Kuonamskaya bituminous carbonate-shale formation. Novosibirsk, 1988. 161 p.
2. Dragunov V.I. Geological formations. Leningrad, 1973. 24 p.
3. Evtushenko V.M., Kontorovich A.E., Savitsky V.E. Kuonamsky complex in Cambrian sediments of Siberian platform - the most ancient oil shale accumulation in Phan-erozoic // Organic substance in contemporary and ancient sediments: Thes. report at the IV seminar. Moscow, 1974. P.89-90.
4. KlubovB.A., GrevtsevA.V., Shcherban'O.V. Naphthi-dogenesis and secondary alterations in rocks of Kuonamsky horizon at Siberian platform in the light of new lithological-bituminological data // Ways in evolution of organic substance in the Earth's crust.: Sb. of sci. works. Leningrad, 1984. P. 110-119.
5. Organic chemistry of Paleozoic and Pre-Paleozoic of Siberian platform and forecasting of the oil-and-gas potential / T.K.Bazhenova, S.N.Beletskaya, L.S.Belyaeva et al.; Ed.: K.K.Makarova, T.K.Bazhenova. Leningrad, 1981. 211 p.
6. Organic substance in Paleozoic sedimentary formations of Siberian platform / S.A.Kashchenko, T.N.Zueva, N.F.Ivlev et al. // Organic substance in contemporary and ancient sediments: Thes. report at the V seminar. Moscow, 1976. P.148-149.
7. On the oil-and-gas-generating potential of Paleozoic and Pre-Paleozoic sediments of Siberian platform / T.K.Bazhenova, L.S.Belyaeva, D.A.Bikkenina et al. // Oil-and-gas-generating series and principles of their diagnostic. Moscow, 1979. P.134-142.
