CC BY
17
УДК 553.98: 551.762(470.13)
DOI 10.19110/1994-5655-2020-6-96-107
О.С. КОТИК, В.А. САЛДИН, О.В. ВАЛЯЕВА
ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ВЕРХНЕЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ИЖЕМСКОГО СЛАНЦЕНОСНОГО РАЙОНА ТИМАНО-ПЕЧОРСКОГО БАССЕЙНА
Институт геологии им. академика Н.П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
procko@geo.komisc.ru
O.S. KOTIK, V.A. SALDIN, O.V. VALYAEVA
ORGANIC MATTER OF THE UPPER JURASSIC DEPOSITS OF THE IZHMA SHALE-BEARING REGION OF THE TIMAN-PECHORA BASIN
N.P. Yushkin Institute of Geology, Federal Research Centre Komi Science Centre, Ural Branch, RAS, Syktyvkar
Аннотация
В статье приводятся результаты комплексных геохимических и углепетрографических исследований органического вещества верхнеюрских отложений Ижемского сланценосного района Ти-мано-Печорского бассейна. В горючих сланцах и глинах волжского яруса выявлено преобладание незрелого смешанного сапропелево-гумусового состава (II, II—III типов) с высоким начальным углеводородным потенциалом.
Ключевые слова:
юрские отложения, горючие сланцы, органическое вещество, тип керогена, углеводородный потенциал, битумоиды
Abstract
The results of complex geochemical and coal-petrographic studies of the organic matter of clays and oil shales of the middle substage of the Volgian (Tithonian) stage in the Izhma shale-bearing region of the Timan-Pechora basin are presented. The studied section of the Volgian deposits on the Aiyuva river is represented by alternating layers of oil shales, clays and single interlayers of clayey limestones. The deposits under consideration are characterized by an uneven distribution of organic matter across the section. The minimum content of organic carbon (Corg) is found in clayey limestone (less than 1%) and clays (2.2%), while the maximum content is found in oil shale (34%). Oil shales and clays contain immature mixed marine and terrigenous organic matter (types II and II-III kerogens), which has a high hydrocarbon potential (Tmax - 407-410°C, HI - 519600 mg of HC/g TOC). Organic matter is mainly represented by bituminite, there are inclusions of sporinite, alginite, vitrinite and inertinite. The distribution of n-alkanes and isoprenoids in the saturated fraction of bitumen also indicates the predominance of marine organic matter with a small contribution of the terrigenous component. The Volgian deposits with a high initial oil generation potential were formed in relatively shallow marine conditions with low hydrodynamics.
Keywords:
Jurassic deposits, oil shales, organic matter, kerogen type, hydrocarbon potential, bitumen
В пределах Тимано-Печорского бассейна волжские отложения позднеюрского возраста включают большое количество пластов горючих сланцев. На данной территории выделяются три сланце-носных района - Сысольский, Яренгский и Ижем-ский, характеризующиеся различной степенью изученности по строению и вещественному составу отложений, включая и геохимические особенности горючих сланцев [1, 2]. Наименее исследованными
остаются строение разрезов и условия осадконако-пления горючих сланцев Ижемского района. Нами представлены материалы по органической геохимии верхнеюрских отложений Айювинского месторождения данного района.
Сланценосные отложения Айювинского месторождения (рис. 1.) изучались Н. Н. Гавриловым , И. Г. Добрыниным , П. М. Клевенским , Б. К. Лихаревым и многими другими. Материалы по Ижемскому сланценосному району представлены А. М. Павловым в обобщающей коллективной монографии по горючим сланцам Северо-Востока европейской части России [1]. На этой территории был установлен,
также как и в других районах, средневолжский (среднетитонский) возраст горючих сланцев, среди них выделены четыре промышленных пласта (в отличие от трех пластов в разрезах Притиманья), определены их качественная и количественная характеристики и подсчитаны запасы. Основываясь на составе пород и органических остатков, характере строения разрезов верхнеюрских отложений Притиманья, С. В. Лыюровым предложена версия об образовании горючих сланцев в относительно неглубоководных водоемах [2]. В последние десятилетия верхнеюрские отложения Айювинского месторождения на р. Айюва дополнительно охарактеризованы органическими остатками [4]. Вопросы геохимии органического вещества (ОВ) горючих сланцев, химического состава керогена и особенностей его преобразования в искусственных условиях рассматривались в работах Д. А. Бушнева с соавторами [5, 6].
Органическое вещество волжских отложений на данной территории является малопреобразо-ванным, что позволяет провести оценку начального генерационного потенциала нефтематеринских толщ. Особенности состава, содержание и тип ОВ позволяют охарактеризовать нефтегазоматеринские свойства верхнеюрских отложений, которые в пределах более северных районов Баренцевоморского шельфа являлись генераторами углеводородов [79]. Достаточно большой объем геохимических исследований, проводимый на территории Баренце-воморского региона, свидетельствует о среднем и высоком начальном углеводородном потенциале и возможности верхнеюрских отложений генерировать жидкие углеводороды в наиболее погруженных частях Южно-Баренцевской впадины [7].
Комплексные исследования малопреобразованного ОВ верхнеюрских пород способствуют выявлению особенностей захоронения и изменения свойств исходного ОВ, что важно для установления эволюционных изменений ОВ при последующей катагенетической трансформации. Кроме того, эти изучения позволят оценить генерационные свойства ОВ потенциально нефтега-зоматеринских толщ Тимано-Печор-ского бассейна.
В рамках данного исследования были проведены детальные ли-тологические исследования, угле-петрографическое и пиролитическое изучение типа ОВ и его генерационного потенциала. Также были проанализированы и обобщены все имеющиеся материалы по данному разрезу волжских отложений.
Объект исследований
Каменный материал для исследований ОВ отобран из трех разрезов, включая самый представительный на р. Айюва (правый приток р. Ижма). Строение верхнеюрских отложений Айювинского месторождения дается по наиболее последовательному разрезу в обн. № 31 (нумерация по П. М. Клевенскому), который находится на левом берегу р. Айюва приблизительно в 3.5 км от д. Керки ниже по течению. Высота берега здесь достигает 15 м. Коренные выходы прослеживаются на расстоянии первых сотен метров. Выходы выступают небольшими фрагментами на крутом склоне от уреза воды до бровки. Слои залегают почти горизонтально. Юрские отложения расчленены нами на 11 пачек (рис. 2). Далее приводится описание снизу вверх по разрезу:
Пачка 1. Смешанная известково-глауконито-во-глинисто-песчаная порода зеленовато-серого цвета с линзами пирита и включениями редкого гравия и мелких галек. Встречены остатки двустворок, аммонитов и белемнитов. Наблюдаются псевдоморфозы пи-
Рис. 1. Геологическая карта района исследований (по [3]) Fig. 1. Geological map of the study area (according to [3]).
Рис. 2. Литолого-стратиграфическая колонка верхнеюрских отложений в обн. 31 на р. Айюва. (1 - кварц-глауконитовые пески; 2 - голубовато-серые известковые глины; 3 - известняки глинистые (мергели); 4 - горючие сланцы; 5 - углеродистые глины и глинистые горючие сланцы; 6 - темно-серые глины).
Fig. 2. Lithological-stratigraphic column of the Upper Jurassic deposits in outcrop № 31 on the Aiyuva River. (1 -quartz-glauconite sands; 2 - bluish-gray calcareous clays; 3 - clayey limestones (marls); 4 - oil shale; 5 -carbonaceous clays and argillaceous oil shales; 6 - dark gray clays).
рита по головоногим моллюскам. В подошве пачки определены раннекимериджские (?) форами-ниферы: Astacolus aff. suprajurassicus (Mjatl.), A. sp., Lenticulina aff. nodulosa Jak., L. sp., Citharina aff. lepida (Schwag.), Marginulina cf. robusta Reuss, Guttulina (?) sp., а в кровле встречены форамини-феры средневолжского подъяруса: Lenticulina infravolgaensis (Furss. et Pol.), L. aff. kaschpurica (Mjatl.), L. media (Furss. et Pol.), L. sp., Saracenaria pravoslavlevi Furss. et Pol., S. ex.gr. alta K.Kuzn., Planularia poljenovae K.Kuzn., Astacolus obliteratus (Furss.), Marginulina robusta Reuss, Vaginulinopsis embaensis (Furss. et Pol.), Citharina raricostata (Furss. et Pol.), Dentalina sp. [4]. Можно предположить на этом интервале или присутствие стратиграфического перерыва, или переотложение фораминифер кимериджского возраста. В настоящее время вопрос остается не нерешенным -1.0 м.
Пачка 2. Переслаивание серых известковых глин (0.07-0.50 м) с маломощными (0.05 м) горючими сланцами. Наблюдается резкая граница между глиной серого цвета и залегающим сверху черным глинистым горючим сланцем, а переходы снизу вверх по разрезу от горючего сланца к серой глине происходят постепенно. Во всех слоях встречены остатки двустворок, обломки ростров белемнитов и единичные включения аммонитов -0.5 м.
Пачка 3. Глинистый известняк зеленовато-светло-серого цвета (0.6 м) с остатками белемнитов, со следами илоедов и многочисленными конкрециями дисульфидов железа подстилается и перекрывается маломощными (0.1-0.3 м) прослоями известковых глин с остатками двустворок и белемнитов -1.0 м.
Пачка 4. Переслаивание горючих сланцев (0.27-0.45 м) и серых глин (0.03 м). Горючий сланец коричневого цвета с тонкой горизонтальной слоистостью с остатками двустворок и их отпечатков. В середине пачки имеется слой горючего сланца (0.27 м) с текстурами оседания глины (или текстуры биотурбации?) - 0.9 м.
Пачка 5. Глина серого до темно-серого цвета с многочисленными остатками белемнитов и дву-створок -1.0 м.
Пачка 6. Переслаивание горючих сланцев (0.08-0.35 м) и темно-серых глин (0.05 м). Горючий сланец с отпечатками мелких (первые сантиметры) аммонитов и двустворок. Последние встречаются в виде отдельных створок, некоторые из них достигают 10 см - 0.8 м.
Пачка 7. Глина светло-серого цвета с многочисленными остатками двустворок, а в верхней части интервала встречаются ростры белемнитов -1.7 м.
Пачка 8. Переслаивание горючих сланцев (0.2-0.85 м) с остатками двустворок и глин (0.15 м) темно-серых с голубоватым оттенком -1.2 м.
Пачка 9. Глина серого цвета -1.5 м.
Пачка 10. Переслаивание горючих сланцев, углеродистых и темно-серых глин. Горючий сланец глинистый с обилием остатков аммонитов и дву-створок, образующих светло-серые слойки до 1.5 мм толщиной (0.2-1.15 м). Глина темно-серая иногда почти черная (керогеновая) с повышенным со-
держанием органического вещества, нередко с остатками двустворок (0.05-0.2 м) -2.8 м.
Пачка 11. Переслаивание черных высокоуглеродистых (керогеновых) и темно-серых глин с глинистыми горючими сланцами. Глины темно-серые (0.15-0.45 м) с разрозненными обломками двустворок. В нижней части пачки встречаются единичные раковины гастропод (1 см). В черных глинах (керогеновых) с высоким содержанием ОВ наблюдаются остатки двустворок, ориентированных по напластованию. Отмечаются неотчетливые постепенные переходы темных глин в вышезалегающие серые глины. В глинистых горючих сланцах (до 3 м) видны отпечатки аммонитов и двустворок. Выходы этой пачки наблюдаются у самой бровки склона -2.9 м.
По комплексам фораминифер, миоспор и ди-ноцист отложения верхних 10 пачек отнесены к среднему подъярусу волжского (титонского) яруса [4]. Наши пачка 4 соответствует промышленному пласту IV, пачка 6 - пласту III, пачка 8 - пласту II, а пачки 10 и 11 - пласту I.
Методы исследования
Углепетрографические компоненты сланцев и глин исследовались в аншлифах-брикетах и тонких шлифах. Изучение шлифов проводилось в проходящем свете при увеличении * 10-50 раз на микроскопе MeF-2, а аншлифов-брикетов в отраженном свете при увеличении * 20-50 раз на микроскопе Nikon Eclipse E400Pol. Дополнительно проводилось исследование в ультрафиолетовом свете шлифов и аншлифов при увеличении * 20-50 раз на микроскопе ЛОМО Люмам. Препараты керогена и мацерации исследовались при увеличении * 20-100 раз на биологическом микроскопе OptiTech. Также проводилось исследование на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) JSM 6400.
Для определения содержания органического углерода (Сорг) использовался экспресс-анализатор на углерод АН-7529. Выделение хлороформенного битумоида (ХБА) проводилось методом горячей экстракции хлороформом в аппарате Сокслета. Анализ нормальных и изопреноидных алканов насыщенной фракции битумоидов выполнен методом газовой хроматографии на хроматографе Кристалл-2000 М (капиллярная колонка DВ-5, 30 м х 0.32 мм х 0.25 мкм). Охарактеризованный комплекс методов выполнялся на базе ЦКП «Геонаука» в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар).
Пиролитические исследования методом Rock-Eval проводились во ВНИГНИ (г. Москва). Элементный анализ керогена был проведен в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН с использованием элементного анализатора EA 1110 (CHNSO) CE Instruments.
Состав и содержание органического вещества
Проведенные ранее А.И. Гинзбургом петрографические исследования ОВ горючих сланцев Европейского Севера СССР (в т.ч. Айювинского месторождения) [10] показали, что их кероген состоит в основном из бесструктурного сапропелевого вещества - коллоальгинита. Также присутствуют
микрокомпоненты таломоальгинита, липтодетри-нита, витринита, фюзинита и псевдовитринита [10]. Наши комплексные исследования помогут оценить изменение химических свойств исходного вещества в зависимости от его микрокомпонентного состава.
Геохимические исследования пород показали изменение содержаний органического углерода в зависимости от литологических типов пород. Наименьшее содержание Сорг отмечено в глинистом известняке (менее 1 %) и глинах (2.2-10.4 %), наибольшее - в глинистых и горючих сланцах (5-34 %). В рассматриваемом разрезе волжских отложений р. Айюва по содержанию Сорг, карбонатной и глинистой составляющей можно выделить несколько ли-тотипов пород: горючие сланцы (Сорг - 13.533.94 %, НОП - 56.8-64 %), глинистые горючие сланцы (Сорг - 5.4-8 %, НОП - 47.5-55.6 %), черно-серые глины (керогеновые) (Сорг - 3-10.4 %, нОп -53.5-57.3 %), серые глины (Сорг - 0.4-2.2 %, НОП -48.39-55.94 %), известняк глинистый (Сорг - 0.360.9 %, НОП - 28-35.03 %).
Наиболее обогащенные ОВ породы, составляющие более 40 % изученного разреза, вызывают повышенный интерес (таблица, рис. 3). По данным пиролиза Rock-Еval содержание уже сгенерированных ОВ углеводородов невысокое и изменяется от 1 до 4.5 мг УВ /г породы, что указывает на крайне низкую катагенетическую преобразованность ОВ пород. Низкая преобразованность ОВ подтверждается данными пиролиза. Параметр S2, оценивающий остаточный генерационный потенциал, в зависимости от содержания Сорг варьирует от 20 до 140 мг УВ /г породы (единично до 235), Т^ - 407-410°С, что, в целом, свидетельствует о наличии незрелого ОВ (градация катагенеза ПК). Значения водородного индекса (Н1) находятся в пределах 500-600 мг УВ /г Сорг как для горючих сланцев, так и
"HI, мг/i 900
800 700 600 500 400 300 200 100
Площади: Щ- Айювинская /\-Удорская ПО [7, 9]: ■ -Арктическая £7-Ферсмановская *-Ледовая по [8]: ♦ -Штокмановская А-арх. Шпицберген (Й-арх. Земля Франца-Иосифа
NSRO -0.5%
/ \ / 1
zV1 / /
1
1 1 =1.0%
■ ! ■ 1
* 1 1
111 t ' Л_' ,=1.2% Ro=1.5 %
0 * 1
1 1 / ^ 1 /
400
420
0
460
480
Рис. 3. Типы органического вещества и его катагенетическая преобразованность в верхнеюрских отложениях (с дополнением по [7-9]). Fig. 3. Types of organic matter and its catagenetic transformation of the Upper Jurassic deposits (with the addition according to [7-9]).
для высокоуглеродистых глин. Светло-серые глинистые разности характеризуются более низкими значениями HI, не превышающими 100-120 мг УВ /г Сорг. В большинстве исследованных образцов ОВ обладает высоким начальным углеводородным потенциалом (рис. 3).
Аналогичные высокие значения HI - 519690 мг УВ /г Сорг характерны и для горючих сланцев и высокоуглеродистых глин Удорской площади Яренгского сланценосного района (рис. 3). В керо-гене горючих сланцев зачастую наблюдается небольшое повышение содержания водорода и серы. В целом горючие сланцы данного района часто ха-растеризуются высокой сернистостью и представлены керогеном II и II-S типов [6, 11].
Органическое вещество юрских горючих сланцев формировалось за счет фитопланктона и высших водорослей (max HI-596 мг УВ/г Сорг) с различной (но нередко значимой) примесью аллохтон-ного гумусового материала (min HI - 40 мг УВ/г Сорг). Сапропелевая составляющая преимущественно представлена бесструктурным веществом - биту-минитом (Ltbit). В породах он распространен в виде линз, включений и небольших скоплений темно-серого цвета в отраженном свете (рис. 4, e-m), иногда комковатого строения. Вокруг включений битуминита видно большое количество битуминозного вещества (Bit), зачастую пропитывающего всю породу. Основная часть сапропелевого вещества, исследованная в препаратах керогена и мацератах, бесструктурная и имеет губчатое и комковатое сложение.
Ранее в препаратах мацератов Л.А. Селько-вой диагностированы одноклеточные водоросли (в том числе цисты динофлагелят), споры папоротников, пыльца хвойных, углистый детрит [4]. Угле-петрографическим методом нами были определены различные форменные элементы - включения тал-ломоальгинита, споринита, липтодет-ринита, небольшие линзы и включения витринита и инертинита (рис.4). При исследовании на СЭМ были найдены реликты кокколитофоридовых водорослей, имеющих кольцевую форму, диаметром 3-8 мкм (рис. 4, d). В целом, органическое вещество исследованных пород имеет сапропелевый состав с примесью гумусового ОВ (II, II-III типы).
Верхнеюрские (в том числе и волжские) отложения, широко распространенные на шельфе Баренцева моря, согласно опубликованным данным [7-9], имеют, аналогичное рассматриваемым, незрелое ОВ и смешанный сапропелево-гумусовый состав (II, II - III типы). Наиболее высокими содержаниями Сорг - 8.3 - 10 %, превосходным генерационным потенциалом (31.67 - 42.13 мг УВ/г породы) и высоким HI (362 - 404 мг УВ/г Сорг) характеризуются породы Штокмановской и Ферсмановской площадей (рис. 3). Более низкие значения HI (83-207
500 Тщах. °С
мг УВ/г Сорг) выявлены в породах с ост-
Геолого-геохимическая характеристика волжских отложений, обнажение Л? 31, р. Айюеа Geological ami geochemical characteristics of the Volgian deposits, outcrop Л? 31, Aiyuva River
Показатели А-31-3-3/6 А-31-4-4/4 А-31-4-4/11 А-31-2-2/2 А-31-1-1/5 А-31-5-5/9 А-31-4-4/3 А-31-5-5/2 А-31-2-2/4 А-31-2-2/5
Литология Горючий сланец Горючий сланец Горючий сланец Горючий сланец Глина Глинистый горючий сланец Глинистый горючий сланец Глинистый горючий сланец Глинистый горючий сланец Глинистый известняк
Спрг, % 16,89 15,34 13,6 13.35 10,44 8,3 8,01 6,95 5,44 0,36
ХБ, % 0,141 0,153 0.061 0,130 0,245 0,109 0.083 0,077 0,058 0.007
% 0,83 0,94 0,45 0,97 2.35 1,31 1,04 1,11 1,07 1,94
Выход УВ, % 16,67 8.05 13,16 7,34 11,11 117,19 3.61 10,94 9.52 7,14
=1 о u £ f О H-Ci3-Cia 42,40 38.35 36,57 81,82 27,12 70,08 33,03 51,89 73,01 95,44
Н-С1Э-С24 34,74 35.05 38,41 10,91 46.00 116,62 30,40 33,26 15.02 3,42
н-Сгв-Сзз 22.8S 25.00 25.02 7,27 26.88 113,30 36.57 14.85 11,97 1,13
изо/н-алканы 0,42 0,47 0.36 0,18 0,41 0,13 0.33 0.51 0,17 0,07
*КнчС 17 1,55 1,67 1,71 0,44 1,74 1,15 1,49 1,58 1,18 1,01
"КнчСаа 2,77 2.85 1.88 1,73 0,90 0,95 3.03 3,19 1,48 3.26
*"СР1 2,11 2,49 2,19 0,77 1,10 0,89 3,11 2,15 2.03 3.86
Pr/Ph 0,59 0,57 0.65 1,12 0.35 0,75 0.84 0,57 1,07 1,34
РГ/С17 0,90 1.02 0.83 1.28 0,79 0.25 1,06 0,89 0,31 0,12
Ph/CiE 2.S3 2,91 1,97 1,93 2.53 1,08 2,09 2,76 1,11 0,84
Pr+Ph/Cl7+C1E 1,53 1,74 1,28 1,45 1,04 0,47 1,45 1,56 0,47 0,19
■KiJUi" — 2^-Ci-/ (H-CU—H-C13) ~К=чСзз = 2^-Сзп/(н-Сж + н-Сэо)
^CPI = S/1 -2 ^(h-Css+h-Cs t+h -C2S+S-C3 i+н-Сээ)/ (н -Сзд-и-Сза+н: ^зо+н-Сзз+н-С^Кн-Сзй+н-Сз гЬж-Саа+яСз 1+н-Сзз)/(н -С2j+s-C2a+H: ^зз+н-Сзо+н-Сзз))
4 %
Bit
HI
' ч Jft I » LU
- ^ ^.-Vt ч V
• / :
: ■ ft'.: : * '^iu
«
LkJ
•
• c-
Рис. 4. Органическое вещество волжских горючих сланцев; а - проходящий свет, ув. 50-150; Ь,с - проходящий ультрафиолетовый свет, ув. 10-50; d - электронный микроскоп, ув. 500; е-т — отраженный свет, масляная иммерсия, ув. 50. Условные обозначения: Vt ~ витринпт. It — инертинит (id — инертодетринит), Lt - (al — таломоальгинит, bit - битумннпт), Bit — битуминозное вещество.
Fig. 4. Organic matter of the Volgian oil shales; a - transmitted light, magnification x 50-150; b, с - transmitted ultraviolet light, magnification x 10-50; d - electron microscope, magnification x 500; e-m - reflected light, oil immersion, magnification x 50. Legend: Vt - vitrinite, It - inertinite (id - inertodetrinite), Lt - (al -thalomoalginite, bit - bituminite), Bit - bituminous matter.
ровов архипелага Земля Франца-Иосифа, содержащих ОВ III и II-III типов [7, 8].
В более западных районах Арктического региона на архипелаге Шпицберген и на месторождении Сновит (Норвегия) верхнеюрские отложения содержат смешанное сапропелево-гумусовое (II-III типа) и более катагенетически зрелое ОВ, характеризующееся низкими значениями HI (63-171 мг УВ/г Сорг) [8]. Максимальные содержания ОВ преимущественно сапропелевого типа в верхнеюрских породах приурочены к наиболее глубоким участкам Южно-Баренцевской впадины и прогибам Норвежского шельфа [8]. Верхнеюрские отложения вошли в главную зону нефтеобразования лишь в центральной части Южно-Баренцевской впадины и прогибах Норвежского шельфа, где они могли генерировать жидкие углеводороды.
Геохимические особенности органического вещества
Результаты геохимических исследований образцов из волжских отложений р. Айюва обн. № 31 приведены в таблице. Содержание ХБА варьирует от 0.028 до 0.63% и достигает максимальных значений в глинистых (0.05-0.6) и горючих (0.06-0.5) сланцах, причем содержание спиртобензольного битумоида (СББ) - 0.3-0.5 % превышает ХБА (ХБ/СББ - 0.6-1.9). Значения битумоидного коэффициента (ßXE) низкие и изменяются от 0.22 до 2.35%, что свидетельствует о том, что битумоид является автохтонным. Выход углеводородной фракции достигает 17.19%.
В ХБА горючих сланцев, содержащих компоненты как сапропелевого, так и гумусового ОВ, установлены два типа распределения углеводородов ряда н-алканов (рис. 5).
Первый тип характеризуется высоким содержанием н-С13-С18 относительно н-алканов (до 95 %), одномодальным распределением с максимумом на С17. В высокомолекулярной области наблюдается небольшое преобладание нечетных соединений, что подтверждает результаты пиролиза и свидетельствует о незрелости ОВ. В составе исходной биомассы отмечается преобладание водорослевой составляющей [13, 14].
Для второго типа - распределение бимодальное с появлением второго небольшого максимума в высокомолекулярной области С25-С27 (относительная концентрация н-С25-С33 возрастает до 36.57 %) и доминированием нечетных н-алканов. Такое распределение характерно для незрелого ОВ горючих сланцев и глин и высоком содержании континентальной органики в исходном ОВ смешанного (II-III) типа.
Сходное бимодальное распределение н-ал-канов с преобладанием нечетных гомологов над четными в высокомолекулярной области характерно для глинистых пород титонского яруса Ледовой площади и архипелага Земля Франца-Иосифа Баренцевоморского региона [7]. Проведенные ранее исследования полициклических биомаркеров и ациклических УВ битумоидов горючих сланцев Айювин-
ского разреза также свидетельствуют о присутствии смешанного (сапропелево-гумусового) органического вещества и его крайне низкой зрелости [6].
Отношение Pr/Ph для большинства образцов варьирует от 0.35 до 0.84, что указывает на восстановительные условия в диагенезе. Имеющиеся единичные повышенные значения этого отношения (более 1) характерны для контакта слоев горючих сланцев и глин, что может свидетельствовать либо о смене условий осадконакопления, либо говорить о большем вкладе гумусовой составляющей при одновременном доминировании нечетных высокомолекулярных УВ [8, 9].
Волжские горючие сланцы и глины Ижемского сланценосного района содержат незрелое, преимущественно сапропелевое ОВ с небольшой долей гумусовой составляющей. Полученные данные органической геохимии подтверждают результаты пиролитических и углепетрографических исследований.
Условия захоронения органического вещества
Накопление большого количества ОВ в осадках, формирующих циклическую толщу волжских отложений, напрямую зависит от биопродуктивности бассейна седиментации. Участки накопления большого количества ОВ распространены в различных зонах моря: от лагун и морских заливов до их центральных частей, в связи с чем глубина их образования оценивается неодинаково: в диапазоне от мелководья до относительного глубоководья.
Обилие организмов в волжских отложениях со значительным преобладанием бентоса говорит об относительном мелководье. Накопление собственно глинистых осадков указывает на низкоэнергетическую обстановку морского бассейна. В целом, палеоэкологические данные указывают на бореаль-ные области и низкоэнергетическую обстановку морского бассейна.
Различия в составе слоев циклитов обусловлены неодинаковым поступлением трех основных составляющих - глинистой, карбонатной и органической (содержанием ОВ). Вероятно, прерывистое поступление ОВ является главным процессом, приводящим к ритмичному строению цикла. По мнению ряда исследователей [15,16], образование сланце-носной толщи происходило на фоне частых корот-копериодных колебаний уровня моря. На этапах трансгрессии осуществлялся вынос биогенного материала в бассейн, что служило причиной вспышки биопродуктивности и накопления углеродистых осадков.
При рассмотрении полученных данных по составу ОВ установлено, что в пределах Ижемского сланценосного района волжские отложения включают глинистые породы и горючие сланцы, содержащие ОВ II и II-III типов. Формирование пород, богатых ОВ, происходило в относительно мелководных морских обстановках с преимущественно спокойными динамическими условиями. Геохимические показатели свидетельствуют о морской восстановительной обстановке осадконакопления. Привнос
Образцы
Хроматограммы распределения м-алканов и изопреноидов
А-3] -4-4.J 11
A-4-t-l'Hi
А-31-4-4/9
А-11-1-1/С,
А-31-4-4/5 А-3 ] -4-4.'4
А-31-4-4,3 А-3]- Н/2 А-31-1-4/1
Рис. 5. Литолого-геохимическая характеристика волжских отложений, р. Айюва (с дополнением по: [4, 14]).
Fig. 5. Lithological and geochemical characteristics of the Volgian deposits, Aiyuva River (with the addition according to: [4, 14]).
гумусового ОВ в целом незначительный, что подтверждается данными петрографических и пироли-тических исследований. Более высокая доля гумусового ОВ [8] отмечается в мелководно-морских волжских отложениях островов архипелага Земля Франца-Иосифа Баренцева моря, что, вероятно, связано с обилием поступления терригенного материала [17].
Заключение
В результате проведенных комплексных исследований можно сделать следующие выводы.
1. Разрез волжских отложений Ижемского сланценосного района (р. Айюва) сложен из чередования пяти основных литотипов пород: горючие сланцы, глинистые горючие сланцы, черно-серые глины (керогеновые), серые глины, глинистые известняки. Максимальные содержания до 30 % характерны для горючих сланцев и черно-серых глин. В составе верхнеюрской сланценосной толщи на р. Айюва отмечаются циклиты, обусловленные постепенным переходом от горючих сланцев к серым глинам, через глинистые горючие сланцы и темно-серые глины.
2. Результаты геохимических и углепетро-графических исследований свидетельствуют, что в волжских отложениях содержится незрелое (градация катагенеза ПК) ОВ смешанного сапропелево-гумусового состава (II, II-III типов). Высокие значения HI (590-600 мг УВ/г Сорг) свидетельствуют, что ОВ обладает высоким начальным углеводородным потенциалом.
3. Формирование богатых ОВ пород происходило в относительно мелководных морских обста-новках с преимущественно спокойными гидродинамическими условиями.
Дальнейшее комплексное (литолого-фаци-альное, палеонтологическое, углепетрографическое и геохимическое) изучение позволит выявить особенности осадконакопления верхнеюрских отложений и наметить участки распространения пород с высоким содержанием органического вещества и повышенным генерационным потенциалом.
Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории геологии нефтегазоносных бассейнов Института геологии Коми НЦ УрО РАН И. Л. Мочаловой, В. А. Рябовой за помощь в оформлении результатов исследований, а также И. С. Котик, Н. Н. Рябинкиной, С. В. Лыю-рову за помощь в обсуждении полученных результатов, ценные консультации и замечания.
В работе использованы данные, полученные на аналитическом оборудовании ЦКП «Геонаука».
Литература
1. Горючие сланцы европейского Севера СССР / Л.Ф. Васильева, ВА. Дедеев, Л. А. Дурягина, В. М.Капитанов, Н. А.Колода, Н.В.Конанова, Н.С.Лавренко, С.ВЛыюров, Л. АМельникова, В. А.Молин, А.М.Павлов, А.И. Птушко. Сыктывкар, 1989. 152 с.
2. Лыюров С.В. Юрские отложения севера Русской плиты. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 138 с.
3. Атлас Республики Коми / Науч. ред. Э. А. Савельева. М., 2011. 448 с.
4. Лыюров С.В., Селькова ЛА. Геолого-стратиграфическая характеристика Айювинского месторождения горючих сланцев / / Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2008. № 12. С. 3-5.
5. Генерация углеводородных и гетероатомных соединений высокосернистым горючим сланцем в процессе водного пиролиза / ДА.Буш-нев, Н.С.Бурдельная, С.Н.Шанина, Е.С.Макарова // Нефтехимия. 2004. Т. 44. № 6. С. 113.
6. Органическое вещество горючих сланцев Ай-ювинского месторождения / Д.А. Бушнев, Н.С. Бурдельная, С.В. Лыюров, И.Н. Бурцев // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 2(26). С. 53-58.
7. Кирюхина Н. М. Нефтегазогенерационный потенциал юрских отложений шельфа Баренцева моря: Дис. канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2013. 24 с.
8. Мезозойские нефтегазоматеринские отложения Баренцевоморского нефтегазоносного бассейна / ТА. Кирюхина, А.В. Ступакова, МА. Большакова, Н.М. Кирюхина, ДА. Норина // Геология нефти и газа. 2012. №3. С. 24-35.
9. Большакова М. А. Геолого-геохимические условия формирования нефтегазоносности Шток-мановско-Лунинской мегаседловины: Дис. канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2008. 24 с.
10. Гинзбург А И. Атлас петрографических типов горючих сланцев. Л.: Недра, 1991. 116 с.
11. Бурдельная Н. С. Моделирование химической структуры керогена и ее трансформации при катагенезе средневолжских и доманиковых углеродистых пород Восточно-Европейской платформы: Дис. докт. геол.-мин. наук. Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2017. 37 с.
12. Литолого-геохимическая характеристика волжских отложений Ижемского района (р. Айюва, обн. 31) / О. С. Котик, В. А. Салдин, Д. Н. Шеболкин, Д. А. Груздев, С. В. Лыюров, Л. А. Селькова, А. Ю. Михеева, О. В. Валяева // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента. Сыктывкар: Геопринт, 2019. С. 72-74.
13. Хант Д. Геология и геохимия нефти и газа. М.: Мир, 1982. 706 с.
14. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М.: Мир, 1981. 501 с.
15. Ю. О. Гаврилов, Е. В. Щепетова, М. А. Рогов, Е. А. Щербинина. Седиментология, геохимия и биота волжских углеродистых отложений северной части Среднерусского моря (Костромская область) // Литология и полезные ископаемые. 2008. №43. С. 354-379.
16. Щепетова Е.В. Палеоклиматические реконструкции по данным о распределении глинистых минералов в верхнеюрских отло-
жениях Русской плиты: возможности и ограничения// Юрская система России; проблемы стратиграфии и палеогеографии. Саратов: Издательский центр «Наука», 2009. С. 257-259.
17. Эволюция обстановок осадконакопления Ба-ренцево-Северо-Карского палеобассейна в фа-нерозое / В. А. Басов, Л. В. Василенко, К. Г. Вискунова, Е. А Кораго, М. В. Корчинская, Н. В. Куприянова, Л. Г. Повышва, Э. Н. Преображенская, Т. М. Пчелина, Н. М. Столбов, Е. Б. Суворова, О. И. Супруненко, В. В. Суслова, Н. В. Устинов, В. И. Устрицкий, Л. А. Фефилова // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2009. №4. 44 с.
References
1. Goryuchie slancy evropejskogo severa SSSR [Oil shales of the European North of the USSR] / L.F. Vasilyeva, VA. Dedeev, LA. Duryagina, V.M. Kapitanov, NA. Koloda, N.V. Konanova, N.S. Lavrenko, S.V.Lyyurov, LA. Melnikova, VA. Molin, A.M. Pavlov, A.I. Ptushko. Syktyvkar, 1989. 152 p.
2. Lyyurov S. V. Yurskie otlozheniya severa Ru-sskoj plity. [Jurassic deposits of the north of the Russian plate]. Ekaterinburg: Ural Branch, RAS, 1996. 138 p.
3. Atlas Respubliki Komi [Atlas of the Komi Republic] / Sci. ed. E.A.Savelyeva. Moscow, 2011. 448 p.
4. Lyyurov S.V., Sel'kova LA. Geologo-stratigra-ficheskaya harakteristika Ajyuvinskogo mes-torozhdeniya goryuchih slancev [Geological and stratigraphic characteristics of the Aiyu-va oil shale deposit] // Bull. of Inst. of Geology, Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS. 2008. №12. P. 3-5.
5. Generacija uglevodorodnyh i geteroatomnyh soedinenij vysokosernistym gorjuchim slancem v processe vodnogo piroliza [Generation of hydrocarbon and heteroatomic compounds by sulfur-rich oil shale during hydrous pyrolysis] / DA.Bushnev, N.S.Burdel'naya, S.N.Shanina, E.S.Makarova // Neftehimija [Petroleum Chemistry]. 2004. Vol. 44. № 6. P. 1-13.
6. Organicheskoe veshestvo goryuchih slancev Ajyuvinskogo mestorozhdeniya [Organic matter of Aiyuva oil shale deposit] / D.A. Bushnev, N.S. Burdel'naya, S.V. Lyyurov, I.N. Burtsev // Proc. of the Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS. 2016. № 2(26). P. 53-58.
7. Kiryukhina N.M. Neftegazogeneracionnyj potencial yurskih otlozhenij shelfa Barenceva morya [Oil and gas generation potential of Jurassic deposits of the Barents sea shelf]: Diss... Cand. Sci. (Geol.&Miner.). Moscow: Moscow State Univ., 2013. 24 p.
8. Mezozojskie neftegazomaterinskie otlozheniya Barencevomorskogo neftegazonosnogo bassejna [Mesozoic oil and gas source deposits of the Barents sea oil and gas basin] / TA. Kiryukhina, A.V.Stupakova, M.A.Bolshakova,
N.M.Kiryukhina, DA.Norina // Oil and gas geology. 2012. №3. P. 24-35.
9. Bolshakova MA. Geologo-geohimicheskie uslo-viya formirovaniya neftegazonosnosti Shtok-manovsko-Luninskoj megasedloviny [Geological and geochemical conditions for the formation of oil and gas content of the Shtokman-Lunin megasaddle]: Diss... Cand. Sci. (Geol.&Miner.). Moscow: Moscow State Univ., 2008. 24 p.
10. Ginzburg A.I. Atlas petrograficheskih tipov goryuchih slancev [ Atlas of petrographic types of oil shales]. Leningrad: Nedra, 1991. 116 p.
11. Burdel'naya N.S. Modelirovanie himicheskoj struktury kerogena i ee transformacii pri katageneze srednevolzhskih i domanikovyh uglerodistyh porod Vostochno-Evropejskoj platformy. [Modeling the chemical structure of kerogen and its transformation during catagenesis of the Middle-Volgian and Domanic carbonaceous rocks of the East European platform]: Diss. Dr. Sci. (Geol.&Miner.). Novosibirsk: Inst. of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch, RAS. 2017. 37 p.
12. Litologo-geohimicheskaya harakteristika vol-zhskih otlozhenij Izhemskogo rajona (r. Ajyu-va, obn. 31) [Lithological and geochemical characteristics of the Volgian deposits of the Izhma region (Aiyuva river, outcrop 31)] / O.S. Kotik, VA. Saldin, D.N. Shebolkin, DA Gruz-dev, S.V. Lyyurov, LA Selkova, AYu. Mikheeva, O.V. Valyaeva // Struktura, veschestvo, isto-riya litosfery Timano-Severo-ural'skogo segmenta [Structure, matter, and history of the lithosphere of the Timan-North Urals segment]. Syktyvkar: Geoprint, 2019. P. 72-74.
13. Hunt J.M. Petroleum geochemistry and geology. San Francisco: W.H. Freeman and Company, 1979. 617 p.
14. B.P.Tissot, D.H.Welte. Petroleum formation and occurrence (a new approach to oil and gas exploration). Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1978. 699 p.
15. Yu.O.Gavrilov, E.P.Shchepetova, MA.Rogov, EA.Shcherbinina. Sedimentologiya, geohimiya i biota volzhskih uglerodistyh otlozhenij severnoj chasti Srednerusskogo morya (Kostromskaya oblast) [Sedimentology, geochemistry and biota of the Volgian carbonaceous deposits in the northern part of the Central Russian Sea (Kostroma region)] // Lithology and Mineral Resources. 2008. №43. P. 354-379.
16. Shchepetova E. V. Paleoklimaticheskie rekon-strukcii po dannym o raspredelenii glinistyh mineralov v verhneyurskih otlozheniyah Rus-skoj plity: vozmozhnosti i ogranicheniya [Pa-leoclimatic reconstructions based on data on the distribution of clay minerals in the Upper Jurassic deposits of the Russian plate: possibilities and limitations] / / Jurassic system of Russia; problems of stratigraphy and
paleogeography. Saratov: "Nauka" Publ. Center, 2009. P. 257-259. 17. Evolyuciya obstanovok osadkonakopleniya Barencevo-Severo-Karskogo paleobassejna v fanerozoe [Evolution of sedimentary environments of the Barents-North Kara palaeo-basins in the Phanerozoic] / VA. Basov, L.V. Vasilenko, K.G. Viskunova, EA. Korago, M.V.
Korchinskaya, N.V. Kupriyanova, L.G. Povy-sheva, E.N. Preobrazhenskaya, T.M. Pchelina, N.M. Stolbov, E.B. Suvorova, O.I. Suprunenko, V.V. Suslova, N.V. Ustinov, V.I. Ustritsky, L.A. Fefilova // Oil and gas geology. Theory and practice. 2009. №4. 44 p
Статья поступила в редакцию 01.10.2020
