CC BY
319
ГЕОХИМИЯ И ГЕНЕЗИС ЧЕРНЫХ СЛАНЦЕВ
Академик РАН А. А. Маракушев
Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка
belova@iem.ac.ги, парапеуак@уапсСех. ги
Исследования геохимии черных сланцев Я. Э. Юдовичем и М. П. Кетрис [1, 2] относятся к классическим, охватывающим вариации содержания в них элементов-примесей во многих аспектах, в том числе возрастном. Рассчитанные ими их кларки используются в настоящей статье в плане сопоставления черных сланцев с нефтью и продуктами ее дегазации (асфальтитами).
На рис. 1 по данным [2] кларки элементов-примесей черных сланцев рассматриваются с разделением их на четные и нечетные. Это разделение харак-
теризует специфику черных сланцев в связи с известным правилом Оддо— Гаркинса. Показательны в этой связи содержания в них лантанидов, которые, являясь практически одинаковыми по химическим свойствам, отчетливо разделяются по распространенности, согласно этому правилу, на элементы, занимающие на диаграмме максимальные (четные металлы) и минимальные (нечетные металлы) позиции. Этому правилу подчиняются и другие смежные по порядковым номерам химические элементы, сведенные на диаграм-
му. Однако в целом химизм черных сланцев характеризуется последовательностью преобладающих химических элементов (четных совместно с нечетными), занимающих более общие максимумы (образующих парагенезисы), разделяющихся элементами, находящимися в более общей минимальной позиции. Ниже они перечисляются в последовательности увеличения порядковых номеров: Т1+У+Сг+Мп+№+Си+2п — ЯЪ+8г+2г — Ва+Ьа+Се+№ —Аи+РЬ+ +ТИ+и. Индикаторное значение имеет ванадий (205 г/т) в парагенезисе с цин-
ком (130 г/т) и никелем (70 г/т). Его содержание в черных сланцах варьирует в широких пределах, достигая в положительных аномалиях металлогеничес-кого значения. Как подчеркивалось в работе [1], «концентрационная функция живого вещества в отношении ванадия не могла создать его аномалии в черных сланцах» (стр. 76). Вероятен при-внос ванадия из глубины восходящими потоками нефти, ванадиевый тип которой преобладает на Земле. Потоки достигали поверхностных водоемов и вплетались в осадконакопление рифтоген-
ных депрессий. В настоящее время восходящие углеводородные струи обнаруживаются в связи с самыми различными структурами глубинного заложения: вдоль центральных депрессий океанических хребтов [3] и в рифтогенных водоемах на континентах, например, в оз. Байкал [4]. Вдоль его восточной окраины всплывают капли нефти, а на дне возникают нефтяные фонтанчики.
В монографии [1] показано, что среднее содержание ванадия в черных сланцах мела (590 г/т) почти в три раза превышает их кларковое значение (205 г/т), что коррелирует с меловым максимумом интенсивности нефтеооб-разования на Земле [5].
Эта корреляция подчеркивает связь черных сланцев с нефтеобразованием. Она прослеживается и при сопоставлении кларков элементов-примесей в черных сланцах с их содержанием в продуктах дегазации нефти — битумах. Из разнообразных проявлений битумов ниже привлекаются данные по асфальтитам кимберлитовой алмазоносной трубки Удачная на Сибирской платформе [6], в которой они совмещаются с проявлениями нефти. Вариации содержания в них элементов-примесей наглядно выражены на диаграмме (рис. 2), которая отражает доминирующую роль в них ванадия, никеля и цинка. Их содержания превышают соответствующие кларки в черных сланцах [2], тогда как содержания всех других элементов-примесей существенно уступают черносланцевым. Геохимический спектр асфальтитов по парагенезисам элементов, занимающих в общем максимальные позиции, представляется в следующем виде: У+№+2п в Т1+Сг+Мп+Си — 8г+2г+Мо — Ва+Ьа+Се+№ — РЬ+Т1+ +ТИ+и. Он сходен с рассмотренной выше последовательностью парагенезисов элементов в черных сланцах.
Содержания V, N1 и 2п, максимальные значения которых в наибольшей мере геохимически сближают черные сланцы с асфальтитами, занимают максимальные позиции и на диаграмме
Рис. 1. Диаграмма вариации кларков элементов-примесей черных сланцев по данным [2] с разделением элементов, как и в дальнейшем (рис. 2, 3), на четные (залитые знаки) и
нечетные (открытые знаки)
Порядковые номера
Рис. 2. Вариации содержания элементов-примесей асфальтита алмазоносной кимберли-товой трубки Удачная по данным [6]
кларков элементов-примесей нефти (рис. 3). Вообще же нефть отличается от черных сланцев асфальтитов более низким содержанием элементов-примесей, как это следует из таблицы, в которой производится их сопоставление.
С давних времен нефть подразделяется на ванадиевый и никелевый типы по У/№-отношению в их составе (больше и меньше единицы). Ванадиевые нефти богаты металлическими примесями (V, N1 и др.), а никелевые бедны ими. Традиционно это различие считается показателем исходного органического вещества — сапропелевого или гумусового [7]. Однако к факторам возрастания в нефти содержания металлов, в том числе ванадия и никеля, относится водородная или метановая дегазация нефти, с которой связано ее утяжеление при формировании нефтяных залежей: ^Д^СзН+Н^ 2С2Нб=СзН+СН, Как отмечалось, преобладает ванадиевая нефть, определяющая кларки нефти, сведенные в таблицу. По данным [7], кларки ванадия и никеля распределяются по типам нефтей следующим образом : V=39.4 (73.3 и 1.93), N1=14.1 (28 и 3.7). Также контрастно, как два типа нефти, углеродистые сланцы разделяются по [5] на черные сланцы ^=205, N1=70) и горючие сланцы ^=1.58, N1=1.0). Кларки элементов-примесей в горючих сланцах по бедности металлами примерно соответствуют нефти никелевого типа, хотя ванадий в них несколько преобладает над никелем. Черные сланцы в этом отношении контрастно отличаются высоким содержанием рудных металлов, существенно возрастающим с геохимическим переходом от нее к
серным сланцам. Геохимическая специализация черных сланцев в отношении рудных металлов (рис. 1) непосредственно смыкается с металлогениче-ской, представленной также разнообразно. Достаточно упомянуть Онежскую черносланцевую формацию в Карелии, к которой приурочено множество уран-ванадиевых месторождений, обогащенных разнообразными рудными металлами (Аи, Ag, Р1, Р4 РЬ, Си).
Нефть, дегазацией которой генетически связаны черные сланцы, должна порождаться глубинными очагами, способными обеспечить ее рудную специализацию. Согласно представлениям [9] нефть генерируется на глубине в связи с развитием щелочного магматизма в очагах, аналогичных расслоенным интрузивам. В их верхнем рудном горизонте формируются богатые ванадием титано-магнетитовые руды, а в ниж-нележащей критической зоне — хроми-титовые и медно-никелевые руды. Флюидная сульфуризация железистых диф-ференциатов этих горизонтов сопровождается концентрацией меди и халь-кофильных металлов. С щелочным уклоном в магматизме связана генерация щелочных миграционных комплексов металлов (например, ванадия КУ02, К^04, и др.), определяющих их вхождение в углеводородные флюиды, исходящие из ощелачивающихся магматических очагов. Они вполне обеспечивают разнообразие рудных металлов, свойственных нефти ванадиевого профиля (рис. 3). Однако главный вклад в ее ру-доносность создает дегазация, сближающая нефть с битумами и черными сланцами вплоть до создания ее само-
стоятельной металлогенической специализации, например, на ванадий. Восходящая миграция нефти, подчеркивающаяся в работах многих исследователей [10, 11, 12], сопровождается опережающей миграцией водорода и метана, возникающих в результате ее дегазации. Они образуют газовые месторождения в толщах, перекрытающих нефтяные залежи, или поступают в атмосферу. Метан при этом дает существенный
Содержания металлов-примесей в г/т в нефти (1), продуктах ее дегазации — асфальтитах (2) и черных сланцах (3) по данным [7, 6, 2]
N Эле- мент 1 2 3
3 Ьі - 0.027 31
4 Ве 0 0.007 2
21 8е 0.003 0.422 12
22 Ті 0.18 4.62 -
23 V 39.4 615 205
24 Сг 0.487 3 96
25 Мп 0.3 30.4 400
27 Со 0.32 0.27 19
28 № 14.1 120 70
29 Си 0.37 8.52 70
30 Zn 2.36 161 130
31 Са - 0.362 16
37 ЯЪ - 0.085 74
38 8г 0.45 12.3 190
39 У - 0.552 26
40 Zг - 0.842 120
41 №Ъ - 0.016 11
42 Мо 12.16 4.7 20
48 са - 0.545 5
55 Сз 0.003 0.002 4.7
56 Ва 0.3 1.07 500
57 Ьа 0.04 2.53 28
58 Се 0.05 4.795 58
59 Рг - 0.635 4.2
60 Ш 0.04 2.36 33
62 8ш 0.06 3.156 5.4
63 Еи 0.0075 0.132 1.2
64 са - 0.346 4.7
65 ТЪ - 0.034 0.75
66 Оу 0.01 0.126 3
67 Но - 0.019 0.52
68 Ег - 0.041 1.9
69 Тш - 0.003 0.4
70 УЪ - 0.018 2.8
71 Ьи - 0.003 0.4
72 Ш - 0.017 4.2
73 Та - 0.005 0.7
74 W - 0.034 2.9
81 Т1 - 0.106 2
82 РЪ 0.56 0.312 21
83 Ві - 0.005 1.1
90 ТЬ - 0.074 7
92 и - 0.053 8.5
Порядковые номера
Рис. 3. Диаграмма вариации кларков элементов-примесей нефти по данным [7]
вклад в парниковый эффект Земли, способствуя потеплению ее климата. Влиянием метана можно объяснить сильное аномальное потепление в меловой период эволюции Земли [13], отличающейся как отмечалось, максимальной нефтеносностью и необычайно высоким содержанием ванадия в черных сланцах.
Литература
1. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Элементы-примеси в черных сланцах. Екатерин-
бург: УИФ «Наука», 1994. 304 с. 2. Ketris M. P., Yudovich Y. E. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals International Journal of Coal Geology 78 (2009) 135—148. 3. Cruse A. M, Seewald J. S. Chemistry of low-molecular weight hydrothermal fluids from Middle Valley, Northen Juan de Fuca Ridge // Geokhim. Et Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 2079— 2092. 4. Каширцев В. А. Молодая нефть Байкала / Институт геологии нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН // Новости
науки. Новосибирск, 2009. 5. Конторович А. Э., Вышемирский В. С. Неравномерность нефтегазообразования в истории Земли как результат цикличного развития земной коры // ДАН, 1997. Т. 356. № 6. С. 704— 707. 6. ГоттихР. П., Писоцкий Б. И., Журавлев Д. Э. Распределение микроэлементов в системах кимберлит—битум и базальт—битум в диатремах Сибирской платформы // ДАН, 2004. Т. 399. № 3. С. 373— 377. 7. Шпирт М. Я., Пунанова С. А. Сопоставительная оценка содержаний и форм соединений микроэлементов в твердых горючих ископаемых и нефтях // Химия твердого топлива, 2006. № 5. С. 70. 8. Шпирт М. Я., Пунанова С. А., Стрижакова Ю.А. Макроэлементы горючих и чернык сланцев // Химия твердого топлива, 2007. № 2. С. 64—73. 9. МаракушевА. А., Маракушев С. А. Образование нефтяных и газовык месторождений // Литология и полезные ископаемые. 2008. № 5. С. 505—521. 10. Кудрявцев Н. А. Генезис нефти и газа. Л.: Недра, 1973. С. 140. 11. Кропоткин П. Н. Дегазация Земли и генезис углеводородов // Журн. Всес. хим. об-ва. 1986. Т. XXXI. № 5. С. 540—547. 12. Шахновский Н. М. Происхождение нефтяных углеводородов. М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2004. 60 с. 13. Герман А.Б. Палеоботаника и климат Земли: взгляд в будущее из геологического прошлого // Вестник РАН, 2009. Т. 79. № 5. С. З87—396.
12-я студенческая научная конференция 29 октября 2009 года г. Сыктывкар
rEOHO-APXEOMIlE ИСИРАШ В MMAHBEPOMCKOM PEHE
Информационное письмо
Организаторы конференции:
• Институт геологии Коми научного центра УрО РАН
• Сыктывкарский государственный университет
• Институт языка, литературы и истории Коми научного центра УрО РАН
• Коми государственный педагогический институт
Научная программа конференции:
> География, геоморфология, геология, стратиграфия, литология, мине-
СЫКТЫВКАРСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ралогия, петрография, тектоника Тима-но-Североуральского региона;
> Археологические и геологоархеологические исследования в Республике Коми и сопредельных регионах;
> История геолого-географических исследований.
К участию в конференции приглашаются студенты, аспиранты и молодые преподаватели вузов и академических организаций Республики Коми и сопредельных территорий.
Научная программа конференции предусматривает заслушивание пленарных и рассмотрение стендовых докладов. Развернутые тезисы докладов будут напечатаны в сборнике материалов конференции.
Контрольные сроки
Представление тезисов докладов
до 10 октября 2009 г.
Рассылка приглашений и программы конференции
25 октября 2009 г.
Адрес для контактов:
167982, г. Сыктывкар,
ул. Первомайская, 54,
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, каб. 507.
Секретарь — Т. П. Майорова
Телефон: (8212) 24-51-67 Эл. почта: mayorova@geo.komisc.ru
