CC BY
28
УДК 553.983
А.Ю. Юрченко1, Н. Такахата2, К. Танака3, Ю. Сано4, Н.С. Балушкина5, Г.А. Калмыков6
ПРИРОДА РАССЕЯННОГО И КОНКРЕЦИОННОГО ПИРИТА В ВЕРХАХ АБАЛАКСКОЙ СВИТЫ САЛЫМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)7
Исследованы рассеянные и конкреционные образования пирита в кремнисто-глинисто-карбонатных и карбонатных породах абалакской свиты Салымского нефтяного месторождения. Методы исследования включали: сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), электронно-зондовый микроанализ (ЭЗМА), масс-спектрометрию вторичных ионов высокого разрешения (Nano-SIMS). Выделены три морфологические группы пирита: кубические кристаллы, фрамбоиды и мелкокристаллический пирит, замещающий органические остатки. По распределению стабильных изотопов серы выделены две генетические группы пирита. Источником серы для первой генетической группы служил сероводород, образовавшийся в результате бактериальной сульфат-редукции; для второй — в результате термохимической сульфат-редукции.
Ключевые слова: Западная Сибирь, абалакская свита, рассеянный пирит, конкреционный пирит, изотопный состав серы.
Scattered and concretionary pyrite in silicious-clay-carbonate and carbonate rocks of Abalak formation within Salym oil field has been studied. Methods of investigations included: Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Probe Microanalysis (EPMA), high spatial resolution Secondary Ion Mass Spectrometry (Nano-SIMS). As a result three morphological groups of pyrite precipitates have been distinguished: large cubic crystals, framboids and fine-crystalline pyrite infilling organic remains. According to stable sulphur isotopes distribution two genetic types of pyrite have been subdivided. Sulphur source for the first genetic group was biogenic H2S; for the second — thermochemical H2S.
Key words: West Siberia, Abalak formation, scattered pyrite, concretionary pyrite, sulphur isotopes composition.
Введение. Рассеянные и конкреционные обособления пирита широко распространены в разрезе верхов абалакской и баженовской свит в центральной части Западно-Сибирского бассейна [Коробова и др., 2015]. Часто в разрезе абалакско-баженовского комплекса присутствуют линзы и прослои, обогащенные пиритом. В верхах абалак-ской свиты пирит часто развивается в трещинах и кавернах, встречается в ассоциации с жильным кальцитом [Юрченко и др., 2015]. В работе [Балушкина и др., 2014] показано, что развитие пирита в поровом пространстве может значительно влиять на фильтрационно-емкостные свойства пород.
Детально исследованы три образца из верхов абалакской свиты на Салымском нефтяном месторождении с целью определения генезиса рассеянных и конкреционных образований пирита
и восстановления условий осадконакопления и литогенеза.
Материалы и методы исследований. Исследованы 3 образца из верхов абалакской свиты Салымского месторождения. Образец 1 отобран с глубины 2916,47 м, представлен серой кремнисто-глинисто-карбонатной породой с текстурой массивной, пятнистой за счет обособлений пирита. Наблюдается участок распространения конкреционного пирита размером 2x2,5 см (рис. 1, а). Образцы 2 и 3 отобраны с глубины 2912,49 и 2912,19 м соответственно из слоя КС1, представлены серыми известняками с массивной текстурой, нарушенной брекчированием и трещинами, минерализованными кальцитом и пиритом (рис. 1, б, в). Присутствует конкреционный прослой пирита размером 2x6 см. В обоих образцах, помимо
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, техник; e-mail: annette1988@inbox.ru
2 Университет Токио, Институт исследования атмосферы и океана, доцент; e-mail: ntaka@aori.u-tokyo.ac.jp
3 Университет Токио, Институт исследования атмосферы и океана, науч. с.; e-mail: kentaro.tanaka@aori.u-tokyo.ac.jp
4 Университет Токио, Институт исследования атмосферы и океана, профессор; e-mail: ysano@aori.u-tokyo.ac.jp
5 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, инженер; e-mail: nataliabalushkina@mail.ru
6 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, ст. науч. с.; e-mail: gera64@mail.ru
7 Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда (проект № 15-17-00010).
а
б
пирит л ч
14 '
Рис. 1. Фотографии исследованных образцов: а — образец 1; б — образец 2; в — образец 3. Масштаб 1 см
конкреционного пирита, присутствует пирит, рассеянный в основной массе породы.
Морфологию агрегатов пирита исследовали с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ; VHX-D510, «KEYENCE»), электронно-зондового микроанализатора (ЭЗМА; JXA8900, «JEOL»). Для проведения детальных химических анализов образцы разрезаны на пластины и кубики размером около 7 мм и залиты эпоксидной смолой. После тщательной полировки поверхность образцов была покрыта тонким слоем золотого напыления. Состав основных и редких элементов анализировался с использованием ЭЗМА при ускоряющем напряжении около 15 кВ и токе ионного пучка 150 и 50 нА соответственно. Замеры изотопного состава серы (534S) и распределение основных элементов (C, O, Si) проводили на масс-спектрометре вторичных ионов высокого разрешения (Nano-SIMS 50, «Cameca»). Методика исследования изотопного состава серы описана в работе [Nashizawa et al., 2010]. Значения 534S указаны в % относительно стандарта VCDT (Vienna Canyon Diablo Troilite).
Результаты исследований и их обсуждение. С помощью СЭМ и ЭЗМА выделены три морфологические группы пирита: 1) кубические кристаллы со средними размерами 10—20 мкм, до 65 мкм (рис. 2, а); 2) фрамбоиды с размерами от 5 до 50 мкм (наиболее часто встречаемый размер 10 мкм) (рис. 2, б); 3) мелкокристаллический пирит (размер кристаллов в среднем 5 мкм), замещающий органические остатки (рис. 2, в). Кубические кристаллы формируют конкреционные стяжения пирита во всех трех образцах. Фрамбоиды пирита рассеяны в основной массе породы образцов 1 и 3, встречаются как единичные фрамбоиды, так и их ассоциации (образец 1). Размеры фрамбоидов могут различаться до 10 раз даже в пределах одной группы. В пределах одного фрамбоида кристаллы
пирита имеют одинаковый размер. При этом в некоторых фрамбоидах индивидуальные кристаллы пирита четко различимы на изображениях СЭМ (рис. 2, б), тогда как среди других обособлений пирита, имеющих сферическую форму, не удается четко выделять индивидуальные кристаллы пирита. Такие сферические обособления пирита, возможно, относятся к третьей морфологической группе — мелкокристаллическому пириту, заполняющему органические остатки.
С использование ЭЗМА измерено распределение содержания элементов (Fe, S, Si, As, Cr). В образце 1 наблюдается обогащение фрамбоидного пирита мышьяком и хромом (рис. 3). Обогащение фрамбоидного пирита мышьяком указывает на то, что он кристаллизовался в бескислородных условиях. Обогащение пирита рассеянными элементами также может свидетельствовать о воздействии на породы гидротермальных растворов [Ingham et al., 2014].
С помощью Nano-SIMS закартировано содержание элементов (C, O, Si) в мелкокристаллическом пирите, замещающем органический остаток размером 65—100 мкм в образце 3. По распределению элементов можно сделать вывод, что пирит заполняет остаток радиолярии. По распространению кислорода и кремния фиксируются остатки первичного кремнистого вещества в периферийной части обособления. Углерод, вероятно, наследуется из органического вещества радиолярии (рис. 4). Внутренняя часть радиолярии практически полностью заполнена пиритом.
С использованием Nano-SIMS точечно измерено распределение стабильных изотопов серы в каждой выделенной морфологической группе пирита в образцах 1 и 3, в общей сложности выполнено 39 замеров. Результаты изотопного исследования приведены на рис. 5.
Фрамбоидный пирит значительно обогащен легким изотопом серы, 534S изменяется от —52,4 до —42,4%о (рис. 5, вверху справа). В пределах одного фрамбоида значение 534S может отличаться на 1—2%. Подобное обогащение пирита легким изотопом серы указывает на его кристаллизацию в результате бактериальной сульфат-редукции. Согласно данным работы [Machel et al., 1995], в процессе бактериальной сульфат-редукции фракционирование изотопов серы может достигать —65%. Сера пирита может быть обогащена легким изотопом серы относительно исходного сульфата на величину от 15 до 65%.
Кубические кристаллы, формирующие конкреционные стяжения пирита, характеризуются обогащением тяжелым изотопом серы, значение 534S изменяется от +12,3 до +21% в образце 1; в образце 3 составляет +4,8%. Изотопный состав серы в соседних кристаллах пирита может различаться на 5—7% (рис. 5, вверху слева). Источником серы для конкреционного пирита служил
Рис. 2. Морфология образований пирита (фото СЭМ, во вторичных ионах): а — кубические кристаллы; б — фрамбоиды; в — мелкокристаллический пирит, замещающий органические остатки
Рис. 5. Распределение стабильных изотопов серы в разных морфологических группах пирита, нанесенное на изображения образцов во вторичных ионах: слева вверху — крупные зерна конкреционного пирита в образце 1; справа вверху — Группа фрам-боидов и крупные кристаллы пирита в образце 1 (фрамбоиды пирита обведены белыми кружками); внизу — пирит, заполняющий органические остатки в образце 3. Значения 8348 указаны в % относительно VCDT
сероводород, образовавшийся в результате термохимической сульфат-редукции.
Пирит, замещающий остаток радиолярии в образце 3, характеризуется значениями 5348 от —27 до —31%о (рис. 5, внизу слева). Обогащение легким изотопом серы может указывать на кристаллизацию пирита с использованием бактериального сероводорода.
В образце 3 присутствуют другие сферические и удлиненные обособления пирита, возможно, также развивавшиеся по органическим остаткам. Значения 5348 в них изменяются в широких пределах — от —41 до —7,2% (в среднем —30%) (рис. 5, внизу справа). Кристаллизация пирита могла также происходить с участием бактериального Н28.
Заключение. В результате исследований выделены три морфологические группы образований пирита: кубические кристаллы, формирующие конкреционные обособления пирита; фрамбоиды; мелкокристаллический пирит, заполняющий органические остатки.
По данным распределения элементов установлено обогащение фрамбоидного пирита такими рассеянными элементами, как мышьяк и хром, что
указывает на его кристаллизацию в бескислородных условиях, возможно, в условиях воздействия гидротермальных растворов. Установлено, что в случае округлого обособления мелкокристаллического пирита минерал замещает остаток радиолярии.
По распределению стабильных изотопов выделены 2 генетические группы пирита, источником серы для которых служил, во-первых, сероводород, образовавшийся в результате бактериальной сульфат-редукции (пирит представлен фрамбоидами и мелкокристаллическими обособлениями) и, во-вторых, сероводород, образовавшийся в результате термохимической сульфат-редукции (крупные стяжения и конкреции пирита).
Из-за выборочного использования в процессе бактериальной сульфат-редукции легкого изотопа серы в осадках происходило накопление тяжелого изотопа, который на более поздних стадиях литогенеза участвовал в кристаллизации конкреционного пирита. В результате конкреционный пирит характеризуется относительным обогащением тяжелым изотопом серы — до +20%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Балушкина Н.С., Калмыков Г.А., Белохин В.С. и др. Кремнистые коллекторы баженовского горизонта Средне-Назымского месторождения и структура их пустотного пространства // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2014. № 2. С. 35-43.
Коробова Н.И., Макарова О.М., Калмыков Г.А. и др. Основные типы разрезов нефтеносной баженовской свиты на северо-востоке Сургутского свода // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2015. № 5. С. 54-61.
Юрченко А.Ю., Балушкина Н.С., Калмыков Г.А. и др. Строение и генезис известняков на границе абалакской и баженовской свит в центральной части Западно-Сибирского бассейна // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2015. № 5. С. 62-68.
Ingham E.S., Cook N.J., Cliff J. et al. A combined chemical, isotopic and microstructural study of pyrite from roll-front uranium deposits, Lake Eyre Basin, South Australia // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2014. Vol. 125. P. 440-465.
Machel H.G., Krouse H.R., Sassen R. Products and distinguishing criteria of bacterial and thermochemical sulfate reduction // Applied Geochem. 1995. Vol. 10. P. 373-389.
Nishizawa M., Maruyama Sh., Urabe T. et al. Micro-scale (1.5^m) sulphur isotope analysis of contemporary and early Archean pyrite // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2010. Vol. 24. P. 1397-1404.
Поступила в редакцию 06.04.2016
