CC BY
15
УДК 550.42
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-1-128-135
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ЕСТЕСТВЕННОЙ ГАММА-АКТИВНОСТИ В ПОРОДАХ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ В ЦЕНТРАЛЬНЫХ И ЮЖНЫХ РАЙОНАХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА
Елена Владимировна Пономарева
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)363-91-93, e-mail: PonomarevaEV@ipgg.sbras.ru
В работе изучено распределение значений естественной радиоактивности в породах баженовской свиты по данным гамма-каротажа. Построена детальная карта распределения радиоактивности в центральных и южных районах Западно-Сибирского осадочного бассейна. Значения гамма-активности пород более 20 мкР/ч находятся в зоне развития баженовской и тутлеймской (нижняя подсвита) свит. Повышенные значения радиоактивности в породах более 35 мкР/ч приурочены к центру бассейна, а также к западным районам.
Ключевые слова: баженовская свита, уран, естественная гамма-активность.
NATURAL GAMMA ACTIVITY DISTRIBUTION IN ROCKS BAZHENOV FORMATION WITHIN THE CENTRAL AND SOUTH REGIONS OF THE WEST SIBERIAN SEDIMENTARY BASIN
Elena V. Ponomareva
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik
Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Junior Researcher, phone: (383)363-91-93, e-mail: PonomarevaEV@ipgg.sbras.ru
This paper reports the distribution of natural radioactivity values in rocks of the Bazhenov Formation afrom gamma-ray logging data. These data were used to compile a detailed natural radioactivity map for the central and southern parts of the West Siberian sedimentary basin. It was shown that the rocks of the Bazhenov and Tutleima (lower unit) Formations have gamma-ray activity values greater than 20 |iR/hr, whereas higher values (greater than 35 |iR/hr) are reported for the central and western parts of the basin.
Key words: Bazhenov Formation, uranium, natural gamma activity.
В разрезе Западно-Сибирского осадочного чехла породы баженовской свиты резко отличаются по своим литолого-геохимическим и геофизическим характеристикам от вмещающих отложений. Уже на начальном этапе исследования было выявлено, что карбонатно-глинисто-кремнистые породы баженовской свиты содержат аномально высокие значения органического углерода до 20 % и хорошо определяются на каротажных диаграммах по увеличению значений удельного электрического сопротивления до 200 Омм и более, низким скоростям акустических волн и высоким значениям радиоактивности, превышающим фоновые значения на порядок и больше [1, 2].
Естественная радиоактивность (ЕР) пород обусловлена присутствием в ней радиоактивных элементов - урана (и) и продукта его распада - радия ^а), тория (Т^ и радиоактивного изотопа калия (К). По данным гамма-спектрометрического каротажа основной вклад в ЕР пород баженовской свиты вносит уран (80-90 %) при подчиненной роли К и ^ [1, 2]. При кларковых значениях и порядка 2,5 г/т, содержания и в породах баженовской свиты, по данным разных авторов изменяются от 2 до 171 г/т, при среднем его содержании -40,9 г/т [3].
При изучении радиоактивности в породах волжско-раннебериасского возраста по керну скважин, а также по данным гамма-каротажа (ГК) всеми исследователями была отмечена корреляционная связь ЕР пород и содержаний органического вещества (ОВ). Было выявлено, что высокие концентрации и в породах приурочены к центральным районам Западно-Сибирского осадочного бассейна и совпадают с зонами повышенных содержаний органического вещества в породах баженовской и тутлеймской (нижняя подсвита) свит. По мере приближения к периферии бассейна и замещении пород баженовской свиты на менее углеродистые аналоги, происходит уменьшение радиоактивности пород
[1, 2, 4].
Содержание и закономерности распределения радиоактивных элементов (РЭ) в породах баженовской свиты рассмотрены в работах В. М. Гавшина, Ф. Г. Гурари, Ю. Н. Занина, М. Ю. Зубкова, Г. А. Калмыкова И. И. Плумана, Л. П. Рихванова и др. Несмотря на многолетнюю историю изучения баженов-ской свиты, до сих пор остаются нерешенными многие вопросы, среди которых природа повышенной радиоактивности пород баженовской свиты. В объяснении этого явления существуют разные точки зрения, что ведет к различиям в реконструкции палеогеографии баженовского времени в Западной Сибири.
Цель работы - на основе детального изучения значений гамма-активности пород баженовской свиты по данным каротажа проследить распределение урана на территории южной части Западно-Сибирского осадочного бассейна и выявить в разрезе периоды повышенной и пониженной интенсивности накопления урана в осадках на разных стадиях формирования волжско-раннебериасских отложений.
В ходе исследования были изучены диаграммы распределения ГК в интервале баженовской свиты по 581 скважине (544 площади). Это позволило относительно равномерно охарактеризовать центральные и южные районы ЗападноСибирского бассейна значениями гамма-активности в породах баженовской свиты в каждой изученной скважине.
Результаты выполненных исследований показывают, что значения ЕР пород в интервале баженовской свиты в центральных и южных районах ЗападноСибирского осадочного бассейна изменяются от 5 до 120 мкР/ч. По данным ГК, наиболее частые (81 %) средние значения гамма-активности в интервале свиты соответствуют 30-50 мкР/ч. Максимальные значения ГК в интервале отложений изменяются в диапазоне от 10 до 120 мкР/ч, при этом наиболее частые значения (74 %) отмечаются в интервале 40-80 мкР/ч.
На приведенной карте (рисунок) видно, что средние значения радиоактивности изменяются от 8 до 65 мкР/ч. Значения ГК более 20 мкР/ч в породах находятся в зоне развития баженовской и тутлеймской (нижняя подсвита) свит. Территории с повышенными значениями гамма-активности пород более 35 мкР/ч пространственно можно разделить на две области -центральную (значительная по размерам) и западную (вытянутая полосой северо-западного простирания). Ближе к периферии бассейна, а также в северном направлении, происходит снижение значений гамма-активности до 20 мкР/ч и ниже.
Карта значений гамма-активности в породах баженовской свиты в центральных и южных районах Западно-Сибирского осадочного бассейна: 1-4 - границы: 1 - административная; структурных элементов: 2 - положительные; 3 - отрицательные; 4 - мегамоноклизы; 5 - тектонические элементы: гемиан-теклиза: 1 - Хантейская, 2 - Верхневасюганская; 3 - Александровский свод; 6 - скважина; 7 - разрывные нарушения; 8 - гидросеть; 9 - населенные пункты
Значения ЕР более 45 мкР/ч выявлены в центре бассейна. Они приурочены к восточным и центральным районам Хантейской гемиантеклизы, к восточному борту Мансийской синеклизы, к западным склонам Нижневартовского свода,
прилегающим районам Колтогорско-Нюрольского желоба - к восточным и южным склонам Каймысовского свода, к западным склонам Верхневасюган-ской антеклизы, к западным склонам Александровского сводов, к Средневасю-ганскому мегавалу. На западе увеличение гамма-активности пород отмечается в пределах центральных и восточных частей Красноленинского свода, юго-западного борта Мансийской синеклизы и северо-западных районов Среднето-больского наклонного мегапрогиба.
Значения ЕР более 50 мкР/ч выделяются локальными участками в пределах восточного склона Хантейской гемиантеклизы, северо-восточного борта Мансийской синеклизы, западного склона Александровского свода и вдоль западной границы Колтогорско-Нюрольского желоба.
Ранее схематические карты распределения средних значений ЕР для пород баженовской свиты и ее битуминозных аналогов на территории Западной Сибири строились И. И. Плуманом [1], В. В. Хабаровым [2], В. И. Москвиным [4] и др. В настоящее время количество пробуренных скважин значительно выросло, что позволило построить более детальную карту. Построенная в ходе исследования карта в целом соответствует схеме распределения ЕР в породах баже-новской свиты и ее аналогов, полученной другими авторами.
Чтобы получить интегральную картину распределения ЕР в породах баже-новского горизонта разрезы скважин были условно по толщине разделены на три части. В ходе исследования было выявлено, что для большей части территории характерны разрезы, в которых максимальные значения гамма-активности находятся в центральной части интервала.
Для разрезов скважин восточной и юго-восточной части исследуемой территории увеличение значений ЕР в породах отмечается лишь к центральному интервалу, в то время как фоновые значения составляют 10-20 мкР/ч.
В значительной части скважин восточнее Колтогорско-Нюрольского желоба, а также в скважинах северо-востока Мансийской синеклизы и центральных районов Хантейской гемиантеклизы, максимальные значения гамма-активности наблюдаются в верхней части интервала баженовских отложений. Неритмичное чередование в разрезе баженовской свиты пород с повышенными и пониженными значениями ЕР для разных территорий Западно-Сибирского бассейна ранее отмечалось В. В. Хабаровым с соавторами [2].
В природе уран известен в четырех- и шести валентных формах. В условиях гипергенеза и4+ малоподвижен. Важной геохимической особенностью является способность и4+ легко окисляться из четырех- в шестивалентное состояние [5].
Согласно существующим представлениям, и попадает в бассейны седиментации из нескольких источников: с глинистыми частицами, поступающими с речным и подземным стоком, с эоловым материалом, с атмосферными осадками и из подводных вулканических источников. Основная роль в балансе поступления урана в бассейны принадлежит водорастворенному урану и урану, содержащемуся в обломочном материале кор выветривания, где отмечаются две формы нахождения урана: сорбционная - на глинистых минералах и гидро-
окислах железа, и минеральная - в составе трудно разрушаемых минералов (циркон, монацит и др.) [6, 5].
На основе анализа существующих представлений об условиях накопления И в осадках С. Г. Неручев [7] сформулировал основные точки зрения на механизм накопления «гидрогенного» урана в осадках, связанного с органическим веществом:
- модель химического накопления и путем восстановления его из истинных растворов, где уран находится в шестивалентном состоянии, до четырехвалентной нерастворимой формы в сероводородной среде;
- модель сорбционного механизма накопления И на органических компонентах осадка;
- при переходе от восстановительных к окислительным условиям и снижении концентрации органического углерода (Сорг) закономерное относительное обогащение окисляющегося ОВ наиболее стойкими органическими компонентами (битумоидными, углеводородными), фосфором, ураном и другими металлами пропорционально диагенетическому окислительному расходу ОВ;
- биохимический механизм прижизненного накопления И планктоном, донными водорослями и другими организмами для случаев несколько повышенных концентраций И в воде (в 6-10 раз и более), обусловливающий их по-
-5
вышенную концентрацию в осадках (до п*10- %).
В результате многолетних (1974-2013 гг.) исследований содержаний И в осадках современных и древних осадочных бассейнов С. Г. Неручев пришел к выводу о том, что на протяжении основной части геологической истории концентрация И в водах бассейнов почти не отличалась от концентрации И в со-
п
временном океане (3*10- %) и накопление его в осадках происходило в кларко-вых концентрациях (2,5*10-4 %). Накопление повышенных концентраций урана
3 2
от п*10- до п*10- % могло происходить только в сравнительно кратковременные глобальные эпохи интенсивного накопления планктонногенного ОВ, а также И и сопровождающих их элементов, в бассейнах с повышенной концентрацией И в воде. С. Г. Неручевым было обосновано проявление периодических эпох интенсивного заражения среды радиоактивными элементами в истории Земли и прижизненный биогенный механизм накопления в осадках И. Источником И и сопровождавших его элементов С. Г. Неручев и некоторые другие исследователи считают глубинное мантийное вещество, поступавшее по периодически оживлявшимся рифтовым системам. Ответная реакция биосферы проявлялась в подавлении жизнедеятельности и вымирании большинства групп наиболее высокоорганизованных животных на фоне вспышек биопродуктивности фитопланктона (примитивных одноклеточных водорослей и цианобакте-рий) и последующем возникновении новых видов организмов [7].
Согласно палеотектоническим реконструкциям Сибирского палеоконти-нента, в мезозое происходит закрытие докембрийско-раннепалеозойских океанов под действием сдвиговой тектоники, в результате чего была сформирована общая структура Центрально-Азиатского пояса «сшивающего континентальные массы Сибирского и Восточно-Европейского кратонов в составе Евразийской
плиты, которая в свою очередь, оформила основную структуру лавразийской части Пангеи» [12]. Трапповые формации в пределах Западно-Сибирской плиты приурочены к грабен-рифтам Колтогорско-Уренгойской системы. Сдвиговые перемещения внутри Евразиатского континента продолжались до конца мезозоя [8].
Структурный план мезозойско-кайнозойского чехла Западно-Сибирской плиты был сформирован под воздействием завершающих движений структурных зон и блоков фундамента, образованных покровно-складчатыми системами рифейского, палеозойского возрастов и раннетриасовой рифтовой системой, поскольку импульс направленных тектонических движений в структурных зонах сохраняется после их образования в течении 200-250 млн лет [9].
Достоверных указаний на активизацию Колтогорского-Уренгойского рифта в поздней юре пока нет. По мнению М. Я. Рудкевича с соавторами [10], в результате постумных движений территорий позднегерцинской складчатости, способствующих активизации разломов, ограничивающих триасовые грабены и разделяющих блоки палеозойского фундамента, в базальные слои платформенного чехла происходило поступление глубинных фумарольных вод и газов, содержащих большое количество разнообразных элементов. Важную роль в миграционной стадии переноса растворами подвижных форм И по разломам и породам с повышенной проницаемостью играют уранилкарбонатные комплексы -[и02(С0з)2]-2 [5].
Таким образом, в результате проведенных исследований было выявлено, что средние значения гамма-активности пород баженовского горизонта центральной части Западно-Сибирского бассейна изменяются от фоновых 10-20 мкР/ч - в периферийных районах бассейна и в направлении севера, до 65 мкР/ч - в центральных районах. Согласно построенной карте распределения значений ЕР, значения ГК более 20 мкР/ч находятся в зоне развития баженов-ской и тутлеймской (нижняя подсвита) свит. Повышенные значения ГК более 35 мкР/ч в породах развиты в центральной и западной части бассейна. Наиболее высокие значения гамма-активности, более 50 мкР/ч, выявлены на локальных территориях и приурочены к восточному склону Хантейской гемиантекли-зы, северо-восточному борту Мансийской синеклизы, западному склону Александровского свода, северо- и юго-восточному склону Каймысовского свода.
Приуроченность высоких значений к зоне Уренгойско-Колтогорского грабен-рифта позволяет согласиться с предположениями С.Г. Неручева и других авторов, считающих, что поступление в баженовское море высоких концентраций урана связано с периодически оживлявшимися глубинными разломами, по которым поднимались фумарольные воды, содержащие в своем составе, помимо различных элементов, уран.
Построенная карта распределения значений ЕР пород важна для палеогеографических реконструкций волжско-раннеберриасского времени, а также может быть использована при построении карт Сорг в баженовской свите с применением корреляционного уравнения зависимости концентрации Сорг от концентрации урана.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Плуман И. И. Ураноносность черных аргиллитов волжского яруса ЗападноСибирской плиты как критерий геохимических условий осадконакопления // Геохимия. Издательство «Наука», - 1971 г. - Т. 9. - С. 1138-1143.
2. Хабаров В. В., Нелепченко О. М., Волков Е. Н., Барташевич О. В. Уран, калий и торий в битуминозных породах баженовской свиты Западной Сибири // Советская геология, -1980. - № 10. - С. 94-105.
3. Рихванов Л. П., Усольцев Д. Г., Ильенок С. С., Ежова А. В. Минералого-геохимические особенности баженовской свиты Западной Сибири по данным ядерно-физических и электронно-микроскопических методов исследований // Известия Томского политехнического университета. 2015. - Т. 326. - № 1. - С. 50-63.
4. Брадучан Ю. В., Гольберт А. А., Гурари Ф. Г., Захаров В. А., Булынникова С. П., Климова И. Г., Месежников М. С., Вячкилева Н. П., Козлова Г. Э., Лебедев А. И., Нальняе-ва Т. И., Турбина А. С. Баженовский горизонт Западной Сибири / отв. ред. В. С. Вышемир-ский // Тр. ИГиГ СО АН СССР. - Новосибирск : Наука, 1986. - Вып. 649 - 216 с.
5. Росляков Н. А., Жмодик С. М., Страховенко В. Д., Восель Ю. С. Геохимия урана в процессах выветривания и гидрогенного образования // Материалы Всероссийской научной конференции «Благородные, редкие и радиоактивные элементы в рудообразующих системах». Новосибирск, 2014. - С. 591-598.
6. Калмыков Г. А., Балушкина Н. С., Алешин А. П., Глебочева Н. К. Об особенностях распределения радиоактивности в породах баженовской свиты на западном склоне Сургутского свода Западной Сибири // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геолгия. 2009. - № 1. - С. 38-46.
7. Неручев С. Г. Уран и жизнь в истории Земли. - Л. : Недра, 1982. - 208 с.
8. Метелкин Д. В., Верниковский В. А., Казанский А. Ю. Тектоническая эволюция Сибирского палеоконтинента от неопротерозоя до позднего мезозоя: палеомагнитная запись и реконструкции // Геология и геофизика, 2012. - Т. 53. - № 7. - С. 883-899.
9. Западная Сибирь. Геология и полезные ископаемые России / В шести томах. Т. 2 / под ред. Конторовича А. Э., Суркова В. С. - СПб. : Изд-во ВСЕГЕИ, 2000. - 477 с.
10. Рудкевич М. Я., Озеранская Л. С., Чистякова Н. Ф., Корнев В. А., Максимов Е. М. Нефтегазоносные комплексы Западно-Сибирского бассейна - М. : Недра, 1988. - 303 с.
REFERENCES
1. Pluman I. I. Uranonosnost' chernyh argillitov volzhskogo yarusa Zapadno-Sibirskoj plity kak kriterij geohimicheskih uslovij osadkonakopleniya // Geohimiya. Izdatel'stvo «Nauka», -1971 g. - T. 9. - S. 1138-1143.
2. Habarov V. V., Nelepchenko O. M., Volkov E. N., Bartashevich O. V. Uran, kalij i torij v bituminoznyh porodah bazhenovskoj svity Zapadnoj Sibiri // Zhurn. Sovetskaya geologiya, - 1980. - № 10. - S. 94-105.
3. Rihvanov L. P., Usol'cev D. G., Il'enok S. S., Ezhova A. V. Mineralogo-geohimicheskie osobennosti bazhenovskoj svity Zapadnoj Sibiri po dannym yaderno-fizicheskih i elektronno-mikroskopicheskih metodov issledovanij // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2015. - T. 326. - № 1. - S. 50-63.
4. Braduchan Yu. V., Gol'bert A. A., Gurari F. G., Zaharov V. A., Bulynnikova S. P., Klimova I. G., Mesezhnikov M. S., Vyachkileva N. P., Kozlova G. E., Lebedev A. I., Nal'nyaeva T. I., Turbina A. S. Bazhenovskij gorizont Zapadnoj Sibiri / Otv. red. V. S. Vyshemirskij // Tr. IGiG SO AN SSSR. Novosibirsk: Nauka, 1986. - Vyp. 649 - 216 s.
5. Roslyakov N. A., Zhmodik S. M., Strahovenko V. D., Vosel' Yu. S. Geohimiya urana v processah vyvetrivaniya i gidrogennogo obrazovaniya // Materialy Vserossijskoj nauchnoj
konferencii «Blagorodnye, redkie i radioaktivnye elementy v rudoobrazuyushchih sistemah». Novosibirsk, 2014. - S. 591-598.
6. Kalmykov G. A., Balushkina N. S., Aleshin A. P., Glebocheva N. K. Ob osobennostyah raspredeleniya radioaktivnosti v porodah bazhenovskoj svity na zapadnom sklone Surgutskogo svoda Zapadnoj Sibiri // Vestn. Mosk. Un-ta. Ser. 4. Geolgiya. 2009. - № 1. - S. 38-46.
7. Neruchev S. G. Uran i zhizn' v istorii Zemli / L. : Nedra. - 1982. - 208 s.
8. Metelkin D. V., Vernikovskij V. A., Kazanskij A. Yu. Tektonicheskaya evolyuciya Sibirskogo paleokontinenta ot neoproterozoya do pozdnego mezozoya: paleomagnitnaya zapis' i rekonstrukcii // Geologiya i geofizika, 2012. - T. 53. - № 7. - S. 883-899.
9. Zapadnaya Sibir'. Geologiya i poleznye iskopaemye Rossii / V shesti tomah. T. 2 / pod red. Kontorovicha A. E., Surkova V. S. VSEGEI, 2000. - 477 s.
10. Rudkevich M. Ya., Ozeranskaya L. S., Chistyakova N. F., Kornev V. A., Maksimov E. M. Neftegazonosnye kompleksy Zapadno-Sibirskogo bassejna - M. : Nedra, 1988. - 303 s.
© Е. В. Пономарева, 2018
