CC BY
42
УДК: 550.428
Р.И. Кадыров, P.P. Хусаинов, Д.М. Гильманова
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань [email protected], [email protected], [email protected]
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАЗАНСКИХ ЭВАПОРИТОВЫХ ПОРОД НА ВОСТОКЕ РУССКОЙ ПЛИТЫ
Приведены результаты геохимических исследований пород Сюкеевского месторождения гипса, расположенного на востоке Русской плиты. Выполненные впервые рентгенофлуоресцентные и атомно-эмиссионные спектральные анализы позволили дополнить данные по условиям образования и вторичным изменениям эвапоритов.
Ключевые слова: геохимия, осадочный бассейн, эвапориты, Сюкеевское месторождение, казанский ярус, гипс, доломит.
Введение
Эвапориты известны во всех геологических подразделениях, а многие из них ассоциируют с нефтегазоносными толщами. Наиболее продуктивным периодом галоге-неза является пермский, для которого характерна огромная площадь развития солеродных бассейнов и большая мощность эвапоритовых отложений (Жарков, 1978). Одним из примеров соленакопления в среднепермскую эпоху является Сюкеевское месторождение гипса на востоке Русской плиты. Геологическое строение, литология, палеогеография, минералогия отложений пермской эвапо-ритовой формации данного региона описаны неоднократно (Миропольский, 1976; Игнатьев, 1976 и др.), а геохимическая информация встречается редко (Нургалиева, 2005; Сунгатуллин, 2005 и др.) и посвящена преимущественно карбонатам породам.
Не вызывает сомнения, что изучение геохимии и ли-тохимии (составная часть геохимии, изучающая осадочные породы) эвапоритов способствует более полному пониманию процессов осадконакопления в солеродных бассейнах. При этом необходимо учитывать и практическую ценность эвапоритов как источника полезных ископаемых, в частности, гипсового сырья.
V — — — V —
— II V и -
Il-II „ II
Щ
Il Ну
X
X
СаО, % S03, % MgO, % Sr, % Ва, 10!% Mn, 10!% РЬ, 103%
0 1020 3040 50 0 1020304050 0 5 10 15 2025 0 0,5 1 1,5 2 о 0,5 1 1,5 2 2,5 3» о 1 2 3 4 5 6> О 1 2 3 4 s 6>
Краткие сведения об объекте исследования
Сюкеевское месторождение гипса расположено на правом берегу р. Волга, в 70 км южнее г. Казань. В 30-50-е годы прошлого века месторождение разрабатывалось с помощью штолен (Сунгатуллин и др., 2011). В 2008-2009 гг. ОАО «Татнефть» проведена доразведка и изучение гидрогеологических условий месторождения. В настоящее время здесь проходятся новые штольни для завода по производству гипсовых строительных материалов.
Сюкеевское месторождение приурочено к отложениям верхнего подъяруса казанского яруса биармийского (среднего) отдела пермской системы (Рис. 1). Верхнеказанские отложения состоят из гипсов и доломитов с редкими прослоями мергелей (Рис. 2). Два продуктивных пласта гипса на Сюкеевском месторождении приурочены к печищенской и верхнеуслонской толщам (Рис. 1).
Методика и основные результаты исследования
Для геохимических исследований из керна скважин отобраны карбонаты и сульфаты. Определение содержаний макрокомпонентов производилось авторами с помощью рентгенофлуоресцентного анализа на установке Bruker Ranger S2 по методике бесстандартного анализа, основанной на универсальной калибровке с коррекцией матричных эф-
Ш1 Н2 ЕЗ3 И4 H5
Рис. 1. Распределение элементов в разрезе Сюкеевского месторождения. 1 -2 - доломит; 3 - глина; 4 - битум; 5 - сера.
Рис. 2. Химический состав пород Сюкеевского месторождения.
научно-технический журнал
Георесурсы 2 (52) 2013
0,01 -
Содержание элементов:
- в мергелях
- в доломитах
- в гипсах
Рис. 3. Коэффициенты концентрации средних содержаний микроэлементов в породах Сюкеевского месторождения. За 1 принято содержание элементов в карбонатах (Turekian and Wedepohl, 1961).
фектов при помощи переменных альфа коэффициентов. Микроэлементы определялись атомно-эмиссионным спектральным анализом на спектрографе ДФС-458С с приставкой ФЭП-454. Для оценки содержания примесных элементов была создана полуколичественная методика на основе государственного стандартного образца «доломит». Для получения дополнительной информации при интерпретации геохимических результатов в Междисциплинарном центре «Аналитическая микроскопия» Казанского федерального университета проводились исследования на сканирующем электронном микроскопе EVO GM с микрозондовым рентгеноспектральным анализом на спектрометре Bruker AXS (аналитик Ю.Н. Осин).
Распределение макрокомпонентов по разрезу четко отражает литологические особенности (Рис. 1). Так, минимальные содержания магния приурочены к пластам гипса, а максимальные его содержания зафиксированы в доломитовых прослоях. Содержание SO3 максимально в продуктивных пластах гипса и резко снижается в доломитах. Синхронно ведут себя по разрезу кремний и алюминий, что, очевидно, связано с их вхождением в глины. Необходимо отметить сильную корреляционную связь натрия с хлором. Это может быть связано с присутствием здесь галита, который отмечался ранее при оптико-мик-
роскопических исследованиях (Миропольский, 1936).
Результаты статистической обработки геохимических данных с помощью кластерного и факторного анализов позволили выделить в породах эвапоритового бассейна ассоциации элементов. Так, для гипсов и доломитов выделяются разные группы макрокомпонентов, по-видимому, отражающие разные генетические процессы. Характерная «гипсовая ассоциация» включает CaO и SO3, которой противопоставляется группа из кремнеза, глинозема и железа. Обособлено ведут себя магний и фосфор.
По результатам геохимических исследований выявлены особенности концентрации и рассеивания микроэлементов в породах (Табл.). Так, в гипсах отчетливо обосо-
Е1 AN Series unn. С norm. С Atom. (1 Sigma) [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%]
Sr 38 K-series 60.57 60.59 26.44 1.90 О 8 K-series 22.19 22.20 53.04 3.40 S 16 K-series 17.21 17.21 20.52 0.66
Total: 99.96 100.00 100.00
Рис. 4. Выделения целестина и серы в доломитах. Образец lili. Крестики — места выполнения микрозондовых анализов (см. рис. 5).
Spectrum: Area 2
El AN Series unn. С norm. С Atom. (1 Sigma) [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%]
S 16 K-series 30.05 87.72 78.84 1.12 О 8 K-series 3.87 11.28 20.32 0.71 Ca 20 K-series 0.22 0.65 0.47 0.04 Si 14 K-series 0.04 0.13 0.13 0.03 Mg 12 K-series 0.04 0.11 0.13 0.03 A1 13 K-series 0.03 0.10 0.11 0.03
Total: 34.26 100.00 100.00
Puc. 5. Спектры целестина (вверху) и серы (внизу). Образец 2227 (см. рис. 4).
г— научно-техническим журнал
2 (52) 2013 Георесурсы
Элемент Породы Элемент Породы
Гипсы (N=14) Доломиты (N=29) Мергели (N=3) Гипсы (N=14) Доломиты (N=29) Мергели (N=3)
Ag 0,02-0,35 0,01-0,18 0,05-0,15 Mo 0-125 0,0.-70,3 1,2-4,18
В 0,09-240 0,2-109 39-81 Ni 1,4-69,8 0,6-79,7 25-73,2
Ва 62-317 71-613 277-1363 Р 146-645 5,0-322 0,04-230,4
Be 0,62-2,85 0,19-2,68 0,68-2,76 РЬ 5,9-93,3 1,1-108 3,8-44,6
Се 38-245 8,5-241 13,8-150 Se 0,57-8,2 0,58-4,9 2,25-3,9
Со 1,2-26,5 1,4-9,9 1,6-6,7 Sr 49-5560 1,2-19280 1-13675
Сг 4,1-101,6 6,0-234 16,3-63,9 Ti 31-630 15-971 521-624
Си 19-198 15-568 20,3-63 V 6,5-117 2,4-39,5 7,4—45,3
Ga 6,8-70,6 4,4-37,6 10,1-28,2 W 2,0-46,7 0,4-49,4 14,5-33,8
Ge 1,38-4,03 0,07-2,39 1,45-3,15 Y 1,7-13,5 0,2-12,5 2,04-7,5
In 0,02—4,5 0,01-0,95 0,23-0,6 Yb 0,03-4,2 0,02-3,3 0,26-0,65
La 0,23-57,1 0,0..-146 4,12-35 Zn 3,8-6320 3,0—474 239-365
Mn 38-1017 47-657 266-414 Zr 10,9-159 4,7-603 55,6-90,8
Табл. Пределы содержаний микроэлементов в породах Сюке-евского месторождения. N - количество анализов; содержания элементов в г/т.
билась группа ТьМп-Р-Сг-Со, которая фиксирует, по-видимому, терригенную минерализацию.
Отмечаются высокие значения концентраций Си, 2п, Оа, Ag, 1п, РЬ и других халькофильныгх элементов, максимальные значения которых приходятся на продуктивные пласты гипса (Рис. 1,3). К гипсу также приурочены аномальные содержания В и Ва, имеющих свойство накапливаться в остаточных рассолах морей. Повышенные значения УЬ и Ве, по-видимому, также связаны с сульфатным геохимическим барьером. Для всего разреза отмечаются низкие Р и Мп, что характерно для прибрежных морских аридных фаций (Ронов, Ермишкина, 1959; Ронов, Корзина, 1960).
В разрезе Сюкеевского месторождения отчетливо проявлены эпигенетические процессы. Так, среди эвапори-тов встречается самородная сера (Рис. 4) как продукт термохимической редукции сульфатов. Этот процесс протекает при температуре 100-180°С и часто сопровождается образованием вторичных кальцитов (Юдович, Кетрис, 2011). Учитывая кальцитизацию битуминозных доломитов, можно утверждать, что данные отложения подверглись постседиментационному преобразованию.
В изученном разрезе имеются признаки рассольного катагенеза. В кровле гипсовых пластов встречаются геохимические аномалии стронция (Рис. 1), которые связаны с постседиментационной целестиновой минерализацией, что подтверждается данными электронной микроскопии и мик-розондового анализа (Рис. 4, 5). По результатам гидрогеологических исследований на Сюкеевском месторождении гипса (Сунгатуллин и др., 2011), вторичная целестиновая минерализация связана с верхеказанскими водоносными горизонтами. Подобные явления отмечались в нижнекаменноугольных отложениях Московской синеклизы, где стронциевая минерализация формировалась за счет перераспределения первично осадочного минерала под воздействием подземных вод (Троицкая, 1978).
Заключение
Несмотря на влияние вторичной доломитизации и эпи-
генетических процессов, породы изученного объекта сохранили информацию о первичных седиментационных условиях, что подтвердили полученные геохимические данные. Отложения позднеказанского времени в районе Сюкеевского месторождения формировались в бассейне с повышенной соленостью, которая периодически изменялась под воздействием трансгрессий и колебаний климатического режима (Кадыров и др., 2012). Скорее всего (Warren, 2000 и др.), карбонатная часть первоначально откладывалась в виде биохемогенного и хе-могенного кальцита, который под воздействием вод бассейна претерпевал доломитизацию, поэтому подавляющую их часть можно считать практически сингенетическими. Это подтверждается находками доломитизированной фауны и оолитов, а также преимущественно микрозернистым характером доломитов. К концу казанского века соленость бассейна достигла максимальной величины, что привело к отложению сульфатов и возможно хлоридов. На постсе-диментационном этапе породы Сюкеевского месторождения претерпели значительные эпигенетические изменения: сульфатредукция, вторичная кальцитизация, битуминизация и др.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Соглашение № 14.132.21.1376).
Литература
Turekian, K.K. and Wedepohl, K.H. Distribution of the Elements in some major units of the Earth's crust. Geological Society of America. Bul. 72. 1961. pp.175-192.
Warren, J. Dolomite: occurence, evolution and economically important associations. Earth Science Reviews. Vol. 52. № 1-3. 2000. pp.1-81.
Жарков M.A. История палеозойского соленакопления. Новосибирск: Наука. 1978. 272 с.
Игнатьев В.И. Формирование Волго-Уральской антеклизы в пермский период. Казань: Изд-во Казанского университета. 1976. 256 c.
Кадыров Р.И., Сунгатуллин Р.Х., Низамутдинов Н.М., Хасано-ва Н.М. Цикличность эвапоритового бассейна по данным ЭПР-спектроскопии доломитов. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: геология. № 2. 2012. C.248-250.
Миропольский Л.М. Характеристика минерального комплекса и основных геохимических процессов в пермских отложениях у с. Сюкеево в Татреспублике. Ученые записки КГУ. Казань: Изд-во КГУ. Кн. 3-4. Вып. 5-6. 1936. 95 с.
Нургалиева Н.Г. Соотношения стабильных изотопов углерода и кислорода в карбонатных породах востока Русской плиты. Ученые записки КГУ. Естественныге науки. Т. 147. кн. 3. 2005. С.38-48.
Ронов А.Б., Корзина Г.А. Фосфор в осадочных породах. Геохимия. № 8. 1960. С. 667-687.
Ронов А.Б., Ермишкина А.И. Распределение марганца в осадочных породах. Геохимия. № 3. 1959. С. 206-225.
Сунгатуллин Р. Х. Литохимические параметры при исследовании геологического пространства. Ученые записки КГУ. Есте-ственныге науки. Т. 147, кн. 1. 2005. С.62-75.
Сунгатуллин Р.Х., Кадыров Р.И., Тюрин А.Н., Игнатьев С.В. Строение и условия разработки Сюкеевского месторождения гип-
^ммдт |— научно-технический журнал
Георесурсы 2 (52) 2013
УДК: 538.9
М.А. Васильева, Ю.А. Гусев, В.Г. Штырлин
Казанский федеральный университет, Казань [email protected], [email protected], [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПЕРКОЛЯЦИИ В ПРИРОДНЫХ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛАХ МЕТОДОМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Изучено взаимодействие природных глинистых минералов с молекулами адсорбированной воды методом диэлектрической спектроскопии. В исследуемых образцах обнаружено явление перколяции в диапазонах частот от 1 Гц до 1 МГц и температур от -70°С до +70°С, обусловленное передачей электрического возбуждения в развитой сети открытых связанных пор за счет миграции протонов и ионов по внешней поверхности гранул. Полученные значения структурных фрактальных размерностей как численных характеристик геометрической неоднородности глин, рассчитанные с помощью двух независимых методов - диэлектрической спектроскопии при температуре перколяции и фрактального анализа микрофотографий - хорошо согласуются друг с другом.
Ключевые слова: глинистые минералы, адсорбированная вода, диэлектрическая спектроскопия, перколя-ция, фрактальная размерность.
Введение
Физические явления, относящиеся к взаимодействию адсорбированной воды и ионов с глинистыми минералами, играют важную роль во многих технологических приложениях, в геологии, в нефтедобывающей промышленности и др. Многие из этих явлений, такие как проводимость и перколяция, зависят от морфологии глин и взаимодействия поверхностей минералов с адсорбированными молекулами воды.
Цели данной работы: проанализировать сложное релаксационное поведение гидратированных природных глинистых минералов (монтмориллонита и каолинита) в диапазонах частот от 1 Гц до 1 МГц и температур от -70°С до +70°С при естественной влажности, а также определить фрактальные размерности исследуемых образцов двумя методами - диэлектрической спектроскопии и фрактального анализа электронных микрофотографий - и сопоставить их между собой.
Материалы
В качестве объектов исследования взяты два типа слоистых глинистых минералов: огланлынский монтмориллонит (Туркменистан) с обменными катионами №2+ и Си2+ и глуховецкий каолинит (Украина) с обменными катионами Ва2+ и Си2+. Образцы были приготовлены в лаборатории дисперсных систем Института коллоидной химии и химии воды (Украина, Киев) в соответствии с процедурой, описанной в работе (ТагаБеукЪ, ОусЪагепко, 1980).
В основе кристаллической структуры глинистых минералов лежит контакт тетраэдрических и октаэдричес-ких элементов. Первый структурный элемент образован кремнекислородными тетраэдрами, состоящими из атома кремния и четырех окружающих его атомов кислорода. Отдельные тетраэдры, соединяясь друг с другом, создают непрерывную двумерную тетраэдрическую сетку. Другим структурным элементом глинистых минералов является октаэдр, образованный шестью атомами кисло-
Окоичаиие статьи Р.И. Кадырова, P.P. Хусаинова, Д.М. Гилъмановой «Геохимическая характеристика казанских эвапоритовых пород...
са. Учены1е записки КГУ. Естественныге науки. Т. 153, кн. 3. 2011. С.247-261.
Троицкая И.Н. Геохимические особенности каменноугольных отложений Московской синеклизы. Стратиграфия, палеонтология и палеогеография карбона Московской синеклизыг. Москва. 1978. С.70-75.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт. 2011. 742 с.
R.I. Kadyrov, R.R. Khusainov, D.M. Gilmanova. Geochemical characteristics of Kazan evaporite rocks in the eastern part of the Russian Plate
The paper presents the results of geochemical investigations of rocks of Syukeevo gypsum deposits, located in the eastern part of the Russian plate. Performed for the first time X-ray fluorescence and atomic emission spectral analyzes allowed to add data on the conditions of formation and secondary changes of evaporites.
Keywords: geochemistry, sedimentary basin, evaporites, Syukeevo field, Kazan tier, gypsum, dolomite.
Раилъ Илгизарович Кадыров
Аспирант Института геологии и нефтегазовых технологий. Научные интересы: литология, информационные технологии в геологии, физические методы изучения вещества.
Рафаэлъ Риязович Хусаинов
Ассистент (Аспирант) Института геологии и нефтегазовых технологий. Научные интересы: геохимия, метаморфизм, геология докембрия.
Гилъманова Диляра Мтыгулловна
Аспирант Института геологии и нефтегазовых технологий. Научные интересы: археомагнетизм, озерные и морские осадки, космическое железо, экология.
Казанский (Приволжский) федеральный университет. 420008, Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5. Тел: (843) 233-71-61.
|— научно-техническим журнал
2 (52) 2013 I еоресурсь
