CC BY
37
ВестШс ИГ Коми НЦ УрО РАН, апрель, 2014 г., № 4
УДК 551.734.5+552.57+561.31
СТАДИЯ ЛИТОГЕНЕЗА ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ НА СРЕДНЕМ ТИМАНЕ (БАССЕЙН Р. ЦНЛЬМЫ]
И. Х. Шумилов, О. П. Тельнова
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар shumilov@geo.komisc.ru, telnova@geo.komisc.ru
Приведены результаты определения стадии литогенеза (катагенеза) девонских терригенных отложений по степени изменения окраски спор. Данный метод является единственно возможным, поскольку весь углефицированный растительный материал в отложениях представлен исключительно фюзенитом. В Тимано-Печорской провинции метод оптического определения уровня катагенеза органического вещества применен впервые.
Ключевые слова: Средний Тиман, девонские отложения, стадия литогенеза, стадия катагенеза, коэффициент прозрачности и цвет спор.
LiTHOGENESiS STAGE OF DEUOHIAH SEDiMENTS OF MIDDLE TiMAN
(ZiL'MA DiVED BASiN]
I. Kh. Shumilov, O. P. Telnova
Institute of Geology of Komi SC UB RAS, Syktyvkar
The article contains results of determining the stage of lithogenesis (catagenesis) of Devonian terrigenous sediments by degree of spores discoloration. This method is only possible because the whole coaled plant material in the sediments is exclusively represented by fusenite. In the Timan-Pechora province optical method of determining the level of organic material catagenesis first applied.
Keywords: Middle Timan, Devonian sediments, lithogenesis stage, katagenesis stage, coefficient of transparency and color of spores.
При извлечении спор из проб континентальных девонских отложений, отобранных в бассейне р. Цильмы на Среднем Тимане, возникла проблема получения качественных, пригодных для палинологических исследований препаратов. Опыт показал, что применение классических методов выделения спор в большинстве случаев не дает положительных результатов: либо препараты переполнены угольными обломками, либо споры разрушаются при добавочной химической мацерации. Была выявлена особенность угольного детрита, выражающаяся в его большей химической устойчивости по сравнению со спорополле-нином сопутствующих спор, что довольно неординарно [11].
Крупные фрагменты ископаемых растений также весьма необычны. Во-первых, части древесных стволов и крупных ветвей, захороненные в пластах песчаников, характеризуются весьма оригинальной структурой: углефицированное органическое вещество (ОВ) сложено шарами диаметром до 25 мм с заполнением свободного пространства между ними карбонатами каль-цит-родохрозитового ряда (рис. 1). Во-вторых, исследования показали, что весь (!) углефицированный материал сложен исключительно фю-зенитом. При этом данный мацерал обладает аномальными свойствами, по которым совершенно невозможно определить стадию катагенетическо-го преобразования ОВ. Однако суще-
ствует метод определения стадии литогенеза (катагенеза) по степени изменения спор в породах или мацера-ла споринита в угле [4, 5].
Геологический очерк
Среднетиманская девонская толща представлена континентальными зеленоцветными осадками аллювиальной равнины, изредка заболачиваемой, периодически затапливаемой мелководным опресненным водоемом (лагуной), и красноцвет-ными отложениями пролювиальных конусов выноса (рис. 2).
Красноцветные породы проксимальных зон конусов выноса представлены преимущественно глиняными гравелитами, а дистальных зон — глинами, алевритами, мало-
Рис. 1. Полированные срезы углефицированных фрагментов древесных стволов, сложенных угольными шарами
Ч/еОоЖ Ю ^^ SC UB RAS, ДргП, 2014, N0 4
Рис. 2. Схема геологического строения района исследований: 1, 2 — отложения саргаевского горизонта крайпольской (1) и устьярегской (2) свит; 3—5 — пестроцветные терригенные отложения цилемской и устьчиркинской (3) свит тиманского горизонта, валсовской (4) и лиственничной (5) свит джьерского горизонта; 6 — канино-тиманский долеритовый гипабиссальный комплекс; 7 — валсовские базальтовые покровы и туфы; 8 — обнажения с палеопочвенными профилями в зеленоцвет-ных (а) и красноцветных (б) породах; 9 — крупные тектонические нарушения
мощными линзами кососослоистых песчаников. Разрезы сложены ци-клитами мощностью 0.2—1.7 м, образовавшимися в результате импульсных (катастрофических) сбросов рыхлого материала кор выветривания с возвышенностей в виде единовременных гряземутьевых потоков [12]. Характерной чертой рассматриваемых отложений является наличие в них многочисленных палеопочвен-ных профилей, зачастую располагающихся друг над другом через интервал 0.5—2 м и фиксирующих кровли циклитов [8, 9].
Зеленоцветный разрез сложен многочисленными элементарными циклитами с песчаной нижней, алевритовой средней и глинистой верхней частями. Мощность циклитов варьируется от 0.5 до 5 м. Породы сложены смесью мелкого песка, алеврита и глины в разных пропорциях. Песчаная и алевритовая фракции представлены кварцем, чешуйками хлорита и гидратирован-ного мусковита. Глинистые минералы отличаются структурной разупо-рядоченностью, представлены деградированными каолинитом, илли-том, гидратированным хлоритом и разбухающей смешанослойной фазой смектит-иллит-хлоритового типа [10]. Рентгеноструктурный анализ глин из осадков и сингенетичных
с ними микроконкреционных слоев показал их тождественность. Осадки в целом литифицированы слабо, при этом степень литификации снижается с уменьшением зернистости осадочного материала. Окраска пород преимущественно серо-зеленая, зеленая, реже серо-голубая.
Для зеленоцветной толщи характерна довольно высокая насыщенность углефицированными остатками девонской растительности: от детрита различной крупности по плоскостям напластования и отдельных древесных стволов (диаметром до 30 см и длиной до 4 м) до линз однородного угля мощностью до 10 см и протяженностью до первых метров. Следует особо отметить, что некоторые крупные растительные фрагменты захоронены по диагонали к напластованию пород, что косвенным образом указывает на лавинное (катастрофическое) поступление обломочного материала в область осадконакопления.
По мнению исследователей Среднего Тимана, изложенному, к сожалению, в основном в отчетах производственных геологических организаций и лишь в ограниченном количестве публикаций [3], интересующие нас девонские отложения не погружались на существенные глубины и не подвергались воздействию
ни регионального, ни динамического метаморфизма.
Исследование спор
Оптическое определение уровня катагенеза ОВ по цвету микрофи-тофоссилий впервые начали применять за рубежом, а позже и в нашей стране [2, 7, 13—17]. Оболочки спор, пыльцы и микрофитопланктона состоят из спорополленина, обеспечивающего им высокую устойчивость и хорошую сохранность не только в нативном состоянии, но и в условиях высоких стадий катагенеза. Каждый уровень литогенеза характеризуется определенными изменениями сохранности оболочек микрофитофос-силий. Под воздействием температуры, давления и других физических и химических факторов происходит изменение их цвета и морфологии: уплотняются слои экзины, сглаживается скульптура поверхности спо-родермы, появляются складки смятия и др. Это закономерное изменение сохранности микрофитофосси-лий используется при определении степени зрелости (стадии катагенеза) угля в комплексе с другими методами в угольной и нефтяной геологии [1, 4, 5].
Л. В. Ровниной [1983, 1984] разработана классификация керогена с акцентом на детальный анализ ботанической принадлежности и фаци-альных условий образования исходного ОВ. Цвет микрофитофоссилий определяется по семибалльной шкале. Индексы изменения цвета увязываются со стадиями литогенеза осадочных пород: оболочки спор, почти прозрачные в нативном состоянии, в процессе литогенеза становятся сначала желтыми, затем коричневыми, далее черными и непрозрачными. Шкала составлена на основании сопоставления цвета микрофитофос-силий с показателями отражательной способности витринита из тех же отложений. Коэффициент корреляции результатов определения степени зрелости ОВ этим методом с данными, полученными другими методами, очень высок (0.82) [6].
Для определения уровня катагенеза ОВ важен выбор объекта из числа микрофитофоссилий. Изменение цвета спор в процессе фоссилизации зависит от толщины спородермы, количества ее слоев и таксономической принадлежности. Поэтому при определении
ВестШс ИГ Коми НЦ УрО РАН, апрель, 2014 г., № 4
Рис. 3. Миоспоры палиноспектра из обр. 90/2 (Средний Тиман, устьчиркинская свита). Миоспоры (фиг. 1—7) сфотографированы с увеличением х400: 1 — Geminospora micromanifesta (Naumova) Arkh. var. collatatus Tchib., 2 — G. notata (Naumova) Obukh., 3 — G. micromanifesta (Naumova) Arkh., 4 — Ancyrospora ampulla Owens, 5 — Cymbosporites sp. nov., 6 — Leiotriletes simplex Naumova, 7 — Jeminospora macromanifesta (Naumova) Arkh., 8 — общий вид органомацерата в бинокуляре, увел. х150
Vestoik IG Komi SC UB RAS, April, 2014, No 4
степени катагенеза и типа органического вещества (ОВ) необходимо ориентироваться на один и тот же таксон с наиболее тонкой и простой экзиной, с простым морфологическим строением и значительным вертикальным распространением в разрезе. В палеозойских комплексах такими могут быть споры родов Leiotriletes, Lohpotriletes, Acanthotriletes. Следует подчеркнуть, что метод оптического определения уровня катагенеза ОВ в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции применен впервые.
Нами были исследованы 124 образца из 66 обнажений девонских отложений Среднего Тимана в бассейне р. Цильмы. Изучение па-линоспектров — определение таксономического состава и процентного содержания спор — проводилось под бинокулярным микроскопом «Биолам-И» при увеличении в 400 раз, фотографирование объектов выполнялось цифровой фотокамерой Canon через фотонасадку МФН-11. Одновременно учитывался весь органомацерат: количество, форма, размеры углистых частиц; фрагменты растительных тканей (кутикула, обрывки проводящей системы и др.) и прочие органические остатки, которые фиксировались во всем поле зрения в микроскопе (рис. 3, фиг. 8).
В исследованных нами отложениях была установлена палиностра-тиграфическая последовательность пяти палинокомплексов: лиственничного, валсовского, цилемско-го, устьчиркинского и саргаевского. Наиболее древними, по-видимому, являются отложения лиственничной свиты, в ее палинокомплексе (ПК) встречены редкие фрагменты растительных тканей и споры. Споры от светло-желтого до насыщенно-желтого цвета отличаются хорошей сохранностью (рис. 3, фиг. 1—6). В ПК валсовской свиты содержит споры от насыщенно-желтого до коричневого цвета (рис. 3, фиг. 7). В ПК цилемской свиты встречаются мегаспоры, миоспоры от светло-желтого до насыщенно-желтого цвета. ПК устьчиркинской свиты представлен миоспорами от светло-желтого до насыщенно-желтого цвета, единичные зерна имеют темно-коричневую окраску, причем одни и те же таксоны в одном и том же препа-
рате могут быть разными по цвету. Споры ПК саргаевского возраста от светло-желтой до насыщенно-желтой окраски, встречаются единичные зерна темно-коричневого цвета. Во всех этих палинокомплексах доминируют споры археоптерисовых растений, поэтому цветовая гамма их окраски использовалась в характеристике не только палиноспектра, но и целого ПК.
Заключение
Таким образом, мы установили, что цвет подавляющего большинства спор, обнаруженных в среднедевон-ских отложениях Тимана, колеблется от светло- до насыщенно-желтого. Присутствие в препарате микро-фитофоссилий, принадлежащих к одному таксону, но различающихся по окраске, свидетельствует, как правило, о перерывах в осадконако-плении или о переотложении фосси-лий, имеющих широкое вертикальное распространение. Согласно семибалльной шкале Л. В. Ровниной, изменения цвета спор соответствуют индексам 2 и 3, что отвечает стадии литогенеза 02, 03 (или протока-тагенеза ПК2—3).
Исследования выполнены по Программе УрО РАН (проект 12-У-5-1043).
Литература
1. Петрология органических веществ в геологии горючих ископаемых / И. И. Аммосов, В. И. Горшков, Н. П. Гречишников и др. М.: Наука, 1987. 333 с. 2. Польстер Л. А., Садыкова П. И., Шустова Д. Г. К вопросу о классификации органического вещества осадочных пород // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1981. № 2. С. 131—142.
3. Разницын В. А. Тектоника Среднего Тимана. Л.: Наука, 1968. 220 с.
4. Ровнина Л. В. Классификация органического вещества осадочных пород на основе палинологического метода // Проблемы современной палинологии: Статьи советских палинологов к VI Международной палинологической конференции (Калгари, Канада, 1984). Новосибирск: Наука, 1984. С. 31—34.
5. Ровнина Л. В. Методика определения исходного типа и уровня катагенеза органического вещества палинологическим методом // Современные аспекты применения палинологии в
СССР. Тюмень: Зап-СибНИГНИ, 1983. С. 34-38 (Тр. Зап-СибНИГНИ; вып. 178). 6. Ровнина Л. В., Твердова Р. А. Корреляция различных методов оценки степени катагенетической прео-бразованности органического вещества // Нефтена и въглищна геология, 21. София, 1985. С. 3-11. 7. Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа. М.: Мир, 1982. 704 с. 8. Шумилов И. X, МингалевА. Н. Первая находка палеопочв в красноцветных отложениях Среднего Тимана // ДАН, 2009. Т. 428. № 2. С. 225—227. 9. Шумилов И. Х. Первая находка палеопочв в зеленоцветных отложениях Среднего Тимана // ДАН, 2010. Т. 434. № 4. С. 515—517. 10. Шумилов И. X, Симакова Ю. С. Локальные диаге-нетические зоны оглеения // Минералы и минералообразование в природных и техногенных процессах: Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летию Башкирского отделения РМО. Уфа: ИГ УНЦ РАН; ДизайнПолиграфСервис, 2009. С. 135— 138. 11. Шумилов И. X, Тельнова О. П. Методика обработки углисто-глинистых девонских пород для палинологического анализа // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2013. № 5. Ч. 1. С. 12—15, № 6. Ч. 2. С. 11—14. 12. Шумилов И. X. Условия сохранности инситных корневых систем в девонских отложениях Среднего Тимана // Литология и полезные ископаемые. 2013. № 1. С. 60—69. 13. Baltes N. Metamorphism of different types of organic matter from sedimentary rocks of Romania and their importance for oil generation // Proc. 10th World Petrol. Congr., Bucharest, 1979. London e. a., 1980. V. 22. P. 43—47. 14. Bujak I., Barss M., Williams G. Offshore East Canadas organic type and color and hydro-carbon potential // Oil and Gas J., 1977. V. 75. № 14. P. 198—200, 202. 15. Caratini C, Bellet I., Tissont C. Etude microscopique de la matiere organique: palynology et palynofacies. In: Geochimie organiqes des sediments marines profonds. Orgon., Atlantique, N—E. Brescl, 1975. P. 157—203. 16. Combaz A. L'Etude des constituans organiques des roches sedimentaires par les methods optiques // Communication presentee au Colloque de Geochimie organique de Rueil-Malmaisonle, 1968. 17. Robert P. Classification of organic matter by means of fluorescence, application to hydrocarbon source rocks // International J. of Coal Geology, 1981. V. 1. P. 105—111.
Рецензент к. г.-м.н. Э. С. Щербаков
