CC BY
0Список литературы
1. Дзюбло А.Д., Грушевская О.В., Обухов А.Н., Макарова А.Ю. Структурно-формационное районирование шельфа моря Лаптевых (Восточная Арктика) // Геотектоника. 2022. № 4. С. 56-75. DOI: 10.31857/S0016853X2204004X
2. Кириллова-Покровская Т.А. Разработка актуализированной геологической модели моря Лаптевых и сопредельных глубоководных зон для уточнения оценки его углеводородного потенциала // Разведка и охрана недр. 2017. № 10. С. 30-38.
3. Драчев С.С. Тектоника рифтовой системы дна моря Лаптевых // Геотектоника. 2000. № 6. С. 43-58.
4. Заварзина Г.А., Шлыкова В.В., Шкарубо С.И., Поштацкая А.Г. Новые данные о тектонике Притаймырского шельфа моря Лаптевых // Разведка и охрана недр. 2014. С. 30-34.
5. Захаров В.А., Ким Б.М., Рогов М.А. О возможном распространении верхнеюрских и нижнемеловых отложений на шельфе моря Лаптевых и перспективах их нефтегазонос-ности // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2013. № 5. С. 36-55. DOI: 10.7868/S0869592X13050062
6. Конторович В.А., Калинин А.Ю., Калинина Л.М., Соловьев М.В. Геологическое строение и сейсмогеологическая характеристика континентальной окраины Сибирской платформы и шельфа моря Лаптевых // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2020. Т.15. № 4. С. 1-8. DOI: 10.17353/2070-5379/39_2020
7. Иванова Н.М. Секретов С.Б., Шкарубо С.И. Данные о геологическом строении шельфа моря Лаптевых по материалам сейсмических исследований // Океанология. 1989. Т. XXIX. Вып.5. С. 789-795.
8. Геология и полезные ископаемые России / Под ред. И.С. Грамберга, В.Л. Иванова, Ю.Е. Погребицкого. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. 468 с.
УДК 553.983 (571.5)
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-70-74
ХИМИЯ И ГЕОХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ГОРЮЧЕСЛАНЦЕВОГО КУОНАМСКОГО КОМПЛЕКСА (КЕМБРИЙ, АРКТИЧЕСКИЕ ТЕРРИТОРИИ
СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ)
Парфенова Т.М.
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, г. Новосибирск
E-mail: parfenovatm@ipgg.sbras.ru
Аннотация. Исследованы химия и геохимия органического вещества пород куонамской свиты нижнего и среднего кембрия из разрезов бассейна реки Кюленке (северо-восток Сибирской платформы). С применением классических методов изучения компонентов органического вещества и методики последовательной экстракции битумоидов открытых и закрытых пор установлены особенности состава и химической структуры битумоидов и керогенов горючесланцевого бассейна арктической территории Якутии (Республика Саха). В работе представлены результаты анализа распределения органического углерода пород в разрезах куонамской свиты, состава керогенов, обсуждаются особенности состава и распределения насыщенных углеводородов битумоидов. Показано, что остаточное органическое вещество сформировано под действием высоких температур, связанных с внедрением интрузий в черные сланцы, и окисления в зоне гипергенеза.
Ключевые слова: черные сланцы, битумоид, кероген, куонамская свита, кембрий.
Куонамский черносланцевый комплекс нижнего и среднего кембрия широко распространен на востоке Сибирской платформы [1, 4, 5, 11 и др.]. Исследование коллекций проб из обнажений и малоглубинных скважин показало, что, в основном, высокоуглеродистые и углеродистые породы обогащены органическим веществом (ОВ) аквагенного морского (сапропеле-
вого) типа, зрелость ОВ соответствует стадии начального мезокатагенеза [2, 5, 11 и др.]. Породы попадали в главную зону нефтеобразования, но сохранили высокий остаточный нефте-генерационный потенциал в приповерхностной зоне на склонах Анабарской и Алданской ан-теклиз [2-5, 7-9 и др.]. На северо-востоке Сибирской платформы выделен горючесланцевый бассейн, оконтурена область залегания куонамского комплекса под чехлом более молодых отложений. Результаты технических анализов показали, что сланцы являются низкосортными. Они характеризуются высокой зольностью, содержанием серы в основном до 2%, реже до 4% и выше. Их теплотворная способность обычно ниже 7500 кДж/кг, редко превышает 9500 кДж/кг [4, 5].
Настоящее исследование направлено на уточнение состава пород и ОВ куонамской свиты, выявление факторов, контролирующих особенности химической структуры ОВ черно-сланцевых отложений (потенциального углеводородного сырья), обобщение результатов геолого-геохимического исследования осадочных комплексов кембрия в локальной зоне на территории бассейна реки Кюленке (северо-восток Сибирской платформы).
Район исследования расположен вблизи реки Кюленке левого притока реки Лена. Здесь породы кембрия выходят на дневную поверхность или с размывом перекрываются мезозойскими, иногда четвертичными отложениями. Материалом послужили коллекции, собранные автором для исследования химии и геохимии ОВ куонамской свиты, из пяти разрезов (2 обнажения, 3 скважины). Анализ пород и ОВ проводился типовыми физико-химическими методами, используемыми в лаборатории геохимии нефти и газа ИНН' СО РАН, а также с применением комплексной методики оценки распределения, состава, генезиса битумоидов, находящихся в открытых, закрытых порах и сорбированных на органоминеральной матрице пород [6].
Основные результаты
1. На территории бассейна реки Кюленке куонамская свита сложена породами бороулах-ского, амыдайского, малокуонамского и маспакыйского литологических горизонтов [1, 7, 9]. Полный разрез свиты вскрыт двумя скважинами Ск-10/У1 и Ск-10/УП. Ее кровля зафиксирована на глубинах 94,0-156,0 метров. По материалам скважин (керн, ГИС) выявлено, что мощность куонамских отложений составляет около 32 м. По составу и строению разрезы, изученные в естественных выходах по берегам рек и вскрытые скважинами, на склонах Анабарской антеклизы близки. Куонамская свита согласно залегает на эмяксинской свите и также перекрывается оленекской свитой [8]. Последние отличаются от куонамской свиты по составу пород и характеристикам геофизического исследования (пример на рис. 1).
2. Анализ распределения органического углерода (Сорг) в породах из коллекций керна скважин и по опубликованным материалам показал, что аномально высокие содержания Сорг в породах (до 15-17%) характеризуют бороулахский и амыдайский горизонты, минимальные отмечены в малокуонамском горизонте. Для пород куонамской свиты из керна скважин получены прямые связи содержаний урана (и) и Сорг. Отмечено, что с увеличением концентраций и и Сорг в породах растут значения радиоактивности по гамма-каротажу.
3. Изучены керогены новых коллекций пород из пяти разрезов, в которых содержание Сорг изменяется от 2 до 17%. Аналитическая влажность в пробах лежит в интервале 1-5%, зольность - 0.5 до 8%, содержание общей серы - 2-10%. В элементном составе керогена концентрации углерода варьируют от 74 до 83 %. Суммарные содержания серы, азота и кислорода лежат в интервале от 13 до 22 %. Среди гетероэлементов преобладает кислород. В редких образцах содержание водорода в керогене превышает 6%, что подтверждает аквагенную природу ОВ куонамской свиты, источником которого в основном были археи, водоросли и бактерии. Зрелость ОВ по элементному составу керогенов можно оценивать, в основном, на уровне начального мезокатагенеза.
Анализ большинства проб из обнажений реки Кюленке, в том числе из зоны контакта обогащенных ОВ пород с интрузией, коллекций керогенов из образцов керна скважин показывает, что керогены куонамской свиты на модели эволюции элементного состава керогена
основных генетических типов в катагенезе, разработанной А.Э. Конторовичем и Л.И. Богородской [2] попадают в поле террагенного (гумусового) типа ОВ, источником которого, обычно, является высшая наземная растительность, и даже выходит за его пределы. Известно, что на территории бассейна реки Кюленке широко распространены среднепалеозойские доле-риты, габбро-долериты, базальтовые трубки взрыва [5 и др.]. Массовое внедрение интрузий в черносланцевые кембрийские отложения в изученном районе обеспечили не только дополнительный прогрев ОВ, способствовавший генерации УВ и повышению зрелости ОВ [9], но и образовали трещиноватые зоны. В дальнейшем породы куонамской свиты, вышедшие на поверхность, были подвержены окислению на этапе гипергенеза. Химическая структура керо-гена обогатилась кислородом. Однако, глубокая трансформация ОВ под действием высоких температур интрузий и окисления в зоне гипергенеза не привела к фракционированию изотопного состава некарбонатного углерода. Анализ изотопов углерода керогена позволил получать объективную информацию о генотипе ОВ. Изменение значений 513С от -33 до 32%о характеризует аквагенное ОВ куонамской свиты.
Отдел Ярус Зона Свита Маркирующий горизонт Пачка Глубина (м) Литологи-ческая колонка 5 5 ГК (мкр/ч 5 10 95 17 > 1! 25С и(Ра) (%) 10.001 0.003 0 005 ) с_(%) 8 10 12 14 5
Средний кембрий Майский ТотадпоэШз ЙБвиБ -Асайорагайо^еБ БасЬеп оленёкская зо- N
куонамская маспа-кыйский V - —• У —
к г IV 40- С ■
Амгинский с _о 7=^ ® •Г в амыдайский III к
т^Ч —
<Л - 5 г 3 II 50- г* > * ( г
... 1 1 —14 С _ 1
■ „_||( —
¿8 & * V/ г * I 1 1 \
II ||
Нижний кембрий >зк □ X о Я-9 Ж Е г.-. А А А А )
бороулахский 1 60- > > >
Ботомский т< Вегдег. Рг ехрапэиБ ре
Слои с Сакх^аю эмяксин-ская 70- 5 Г
га^ га* газ & га« ш* ш» га«
Рисунок 1 - Литолого-стратиграфическая колонка и распределение содержаний и, Сорг в породах кембрия (скв. Ск-10/У1) [8]. 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 - силициты; 9 - аргиллиты
4. Для пород куонамской свиты из керна скважин, катагенез ОВ которых отвечает главной зоне нефтеобразования [3], фиксируются низкие выходы битумоидов, полученные как при применении типовой методики экстракции, так и последовательной экстракции из образцов регулярной формы (ОРФ), образцов грубого дробления (ОГД) и мелкого дробления (ОМД). В этих битумоидах при близких содержаниях Сорг в породах наблюдаются широкие разбросы фракций, насыщенных УВ, ароматических соединений, смол и асфальтенов. Обращают на
себя внимание повышенные содержания смолисто-асфальтеновых компонентов (выше 50 %) до 70-78 %. Исследование насыщенных УВ серии битумоидов ОРФ, ОГД и даже ОМД показало, что они биодеградированы. В них разрушены алканы нормального строения, наблюдаются повышенные содержания изопреноидов, высокое содержание неделимых УВ, которые формируют так называемые «нафтеновые горбы» [10, 12]. Часто в битумоидах из ОГД отношение н-C27/н-Cl7 выше единицы и достигает 10. В образцах ОМД этот показатель как правило меньше 0,5. Анализ газо-жидкостных хроматограмм показал, что интенсивность биологического окисления алканов падает при переходе от битумоидов ОРФ к ОГД и далее ОМД. В битумоидах ОГД куонамской свиты встречаются типовые для аквагенного морского ОВ распределения нормальных алканов. В ряде образцов биодеградация алканов отмечена даже в битумоидах ОМД. Бактериальное окисление изменило соотношение и состав стеранов, гопа-нов, гомогопанов, тетрацикланов и трицикланов. Максимальная деградация УВ проявилась в битумоидах ОРФ, ОГД и ОМД скв. 10 Серкинского участка профиля VI. На масс-хромато-граммах по т^ 177 серии образцов насыщенных фракций битумоидов куонамской свиты были идентифицированы деметилированные гопаны, гомогопаны, тетрацикланы и трицик-ланы. Их наличие свидетельствует о высокой степени биодеградации УВ [5, 10, 12]. В меньшей степени биологическое окисление затронуло битумоиды из скв. 10 Серкинского участка, профиль VII. В битумоидах ОГД и ОМД скв. 5 Серкинского участка, профиль VII биодеградация гопанов обнаружена на границе куонамской и оленекской свит.
Анализ битумоидов и керогенов коллекций пород куонамской свиты позволил выявить особенности состава и химической структуры ОВ черносланцевых кембрийских отложений, распространенных в южной части горючесланцевого бассейна, на восточном склоне Анабар-ской антеклизы. Установлено, что вероятные нефтепроизводившие породы куонамской свиты в ходе геологической истории испытали интенсивные постседиментационные изменения. Остаточное ОВ отложений в меньшей степени сохранило особенности состава и распределения насыщенных УВ, унаследованных от исходных биоценозов. Первичный химический состав аквагенного морского ОВ начальной стадии катагенеза органического вещества искажен на территории бассейна реки Кюленке за счет проявления магматизма и гипергенного выветривания. Трансформация химической структуры керогенов проявилась в нетипичном для кембрийского ОВ элементном составе с аномально пониженным содержанием водорода и повышенным содержанием кислорода. Признаки биодеградации УВ выявлены в битумоидах, как экстрагированных по типовой методике, так и новой [6] из ОРФ, ОГД и даже ОМД.
Актуальность выполненного исследования связана с политикой государства, направленной на развитие арктических районов России, в том числе на поиск и разведку в Якутии (Республика Саха) месторождений углеводородного сырья, рациональное использование природных ресурсов региона. Создание экологически безопасной технологии максимального извлечения нафтидов и производства синтетической нефти из черных сланцев, разработка залежей горючих ископаемых куонамского комплекса может быть экономически оправдана.
Работа выполнена по проекту № FWZZ-2022-0011 государственной программы ФНИ. Список литературы
1. Бахтуров С.Ф., Евтушенко В.М., Переладов В.С. Куонамская битуминозная карбонатно-сланцевая формация. Новосибирск: Наука, 1988. 160 с.
2. Богородская Л.И., Конторович А.Э., Ларичев А.И. Кероген. Методы изучения, геохимическая интерпретация. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2005. 254 с.
3. Бурштейн Л.М., Дешин А.А., Парфенова Т.М., Ярославцева Е.С., Козырев А.Н., Сафро-нов П.И. Кинетические характеристики керогенов куонамского комплекса нижнего и среднего кембрия Сибирской платформы // Геология и геофизика. 2024. Т. 65, № 1. С. 133-150. DOI: 10.15372/^2023187
4. Зуева И.Н., Уткина Н.А., Каширцев В.А., Григорьева Т.А. Геохимия порфиринов и микроэлементов органического вещества и нафтидов Западной Якутии. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. 100 с.
5. Каширцев В.А. Органическая геохимия нафтидов востока Сибирской платформы. Якутск: ЯФ изд-ва СО РАН, 2003. 159 с.
6. Конторович А.Э., Костырева Е.А., Родякин С.В., Сотнич И.С., Ян П.А. Геохимия битумоидов баженовской свиты // Геология нефти и газа. 2018. № 2. С.79-88. DOI: 10.31087/0016-7894-2018-2-79-88
7. 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. DOI: 10.15372/GiG2020163
8. Коровников И.В., Вараксина И.В., Конторович А.Э., Парфенова Т.М. Биостратиграфия, литология и геохимия пород нижнего и среднего кембрия в бассейне реки Кюленке (первые результаты исследования керна скважин) // Геология и геофизика. 2024. Т. 65, № 1. С. 151-163. DOI: 10.15372/GiG2023153
9. Парфенова Т.М., Коровников И.В., Иванова Е.Н., Меленевский В.Н. Геохимия органического вещества нефтепроизводящих пород среднего кембрия (северо-восток Сибирской платформы) // Геология нефти и газа. 2011. № 5. С. 64-72.
10. Петров А.А. Углеводороды нефти. М.: Наука, 1984. 264 с.
11. Савицкий В.Е., Евтушенко В.М., Егорова Л.И., Конторович А.Э., Шабанов Ю.Я. Кембрий Сибирской платформы (Юдомо-Оленекский тип разреза. Куонамский комплекс отложений). М.: Недра, 1972. 200 с.
12. Peters K.E., Walters С.С, Moldowan J.M. The biomarker guide. 2nd ed. New York, Cambridge University Press, 2005. V. 1-2. 1155 p.
