Содержание к диссертации
Введение
1. Общая геологическая характеристика района 9
1.1. Стратиграфия верхнеюрских и нижнемеловых отложений 9
1.2. Тектоническая характеристика 15
2. История литологической изученности баженовской и георгиевской свит 19
3. Типизация разрезов баженовской и георгиевской свит в районе исследования 37
3.1. Типы разрезов баженовской свиты 38
3.2. Типы разрезов георгиевской свиты 41
4. Вещественный состав .баженовской и георгиевской свит 46
4.1. Петрография пород 46
4.1.1. Баженовская свита 46
4.1.1.1. Принимаемая процедура классификации на основе кластерного анализа 46
4.1.1.2. Низкокарбонатные глинистые, кремнистые породы и их смешанные разновидности 48
4.1.1.3. Карбонатные и карбонатсодержащие глинисто-і кремнистые породы 73
4.1.2. Георгиевская свита 84
4.1.2.1. Низкокарбонатные песчаные, алевритовые и глинистые породы и их смешанные разновидности 84
4.1.2.2. Карбонатные породы 91
4.1.2.3. Карбонатсодержащие смешанные песчаные, алевритовые и глинистые породы 97
4.2. Анализ связи содержания органического углерода с породообразующими оксидами 103
4.2.1. Корреляционный анализ 103
4.2.2. Множественный регрессионный анализ 104
4.2.3. Алгоритм распознавания образов 115
4.3. Содержание и распределение органического углерода в баженовской и георгиевской свитах 116
4.4. Глауконит георгиевского горизонта 121
4.5. Глинистые минералы баженовской и георгиевской свит 149
4.6. Оценка ихнофоссилий баженовского и георгиевского горизонтов 153
4.6.1. Следы жизнедеятельности в баженовском горизонте 154
4.6.2. Следы жизнедеятельности в георгиевском горизонте 158
5. Условия формирования отложений баженовской и георгиевской свит 163
5.1. Окислительно-восстановительные условия седиментации и диагенеза 163
5.2. Соленость бассейнов 172
5.3. Общие выводы об условиях формирования 173
5.4. Седиментологические особенности формирования 181
5.4.1. Баженовская свита 181
5.4.2. Георгиевская свита 191
Заключен ие 193
- Типы разрезов баженовской свиты
- Анализ связи содержания органического углерода с породообразующими оксидами
- Глауконит георгиевского горизонта
- Седиментологические особенности формирования
Введение к работе
Объектом исследовании являются верхнеюрские баженовская и георгиевская свиты в пределах Пур-Иртышского и частично - Сильгинекого фациальных районов (Шурыгин и др., 2000) на территории Обь-Иртышского междуречья.
Актуальность работы определяется тем, что баженовская черносланцевая свита верхней юры-нижнего мела, соответствующая одноименному горизонту (большая часть волжского и низы берриасского ярусов), Западно-Сибирской геосинеклизы является, по существующим представлениям, основным источником углеводородов региона и в то же время - региональным флтоидоупором, в ряде районов - и коллектором. В баженовской свите заключены значительные запасы углеводородов. В последнее время разрабатываются методы, позволяющие интенсифицировать добычу нефти из этой свиты. Черносланцевые толщи активно изучаются и зарубежными исследователями. Изучение литологии баженовской свиты может внести существенный вклад в решение проблемы формирования черносланцевых толщ в целом. Таким образом, баженовская свита продолжает оставаться важным объектом исследований, имеющим серьезное научное и практическое значение.
Георгиевская свита, отвечающая георгиевскому горизонту (верхняя часть оксфордского, кимериджский и нижняя часть волжского яруса), имеет региональное распространение и характеризуется специфическим литологическим составом, вследствие чего она является одним из наиболее четких литологических маркирующих горизонтов среди юрских отложений Западно-Сибирской геосинеклизы (ЗСГ). Состав и условия формирования георгиевской свиты изучены в существенно меньшей степени, чем баженовской. В научном плане свита представляет определенный интерес, так как характеризует важный этап позднеюрской седиментации анализируемого бассейна. В прикладном аспекте георгиевская свита интересна тем, что она подстилает нефтематеринскую баженовскую, поэтому важно установить, как особенности состава слагающих ее пород влияли на миграцию углеводородов в нижележащие горизонты.
Задача исследования: используя комплекс современных аналитических методов, изучить вещественный состав и реконструировать обстановки формирования баженовской и георгиевской свит в Обь-Иртышском междуречье.
Изучение баженовской свиты как крупнейшего регионального флюидоупора и основного генератора нефти в Западной Сибири имеет существенное значение для геологии нефти и газа этого региона.
Фактический материал и методы исследования:
Для изучения баженовской свиты привлекался керн по 11 скважинам,
георгиевской свиты - по 8 скважинам района исследования, Керповый материал по
северо-западной части района исследования был отобран в ходе полевых работ в 2000
году совместно с Ю.Н. Заниным, а по юго-восточной части — любезно предоставлен
А.Г. Замирайловой, В.В. Казарбиным, Л.Г. Вакуленко и В.И. Москвиным. Кроме того,
для решения ряда вопросов дополнительно привлекался материал по десяти скважинам
различных районов ЗСГ, предоставленный вышеупомянутыми коллегами. В работе
использованы результаты расчленения верхнеюрских разрезов, выполненные С.А.
Моисеевым, СВ. Рыжковой, М.А. Степановой и В.А. Казаненковым. Породы
изучались макроскопически в керне и микроскопически в шлифах (250). Для
большинства проб определялось содержание органического углерода (177 проб),
основных породообразующих оксидов: SiC>2, AI2O3, f^O^ CaO, MgO, MnO, K2O,. Na20,
P2O5, S сульфатная, S сульфидная, СОг (250 проб). С целью уточнения состава
глинистых минералов проводился рентгеновский анализ фракции менее 0,002 мм (200
проб). Химический состав пород пересчитывался на минералогический по методике
О.М. Розена и А.Ю. Нистратова (1984) в компьютерном варианте. Для построения
формализованной классификации пород баженовской свиты использовался кластерный
анализ. Установление связи Сорг с породообразующими оксидами баженовской свиты
осуществлялось методом множественной регрессии, также использовался алгоритм
распознавания образов, разработанный С.А. Афанасьевым и В.О. Красавчиковым
(1986). Для определения солености среды формирования отложений в ряде проб (70)
глинистой фракции определялось содержание В и Ga и проводился анализ отношения
этих элементов (Акульшина, 1976). Окислительно-восстановительные условия
формирования пород анализировались по составу аутигенных минералов, некоторым
геохимическим показателям, ихнофоссилиям. Изучение глауконита проводилось
комплексом методов (ИК-спектрометрия, рентгеноструктурный и
рентгенофлюоресцентный анализы, поляризационный и электронные (сканирующий и просвечивающий) микроскопы высокого разрешения, микрозондовый анализ, «мокрая химия», масс-спектрометрия на основе индуктивно-связанной плазмы (ICP-MS)).
Основные защищаемые положения:
В северо-западной части района исследования, включающей нефтеносные разрезы баженовской свиты и наиболее крупные месторождения углеводородов в юрско-меловых отложениях Западной Сибири, свита представлена, главным образом, глинисто-кремнистыми породами и силицитами с содержанием органического углерода более 5 % и повышенной карбонатностью в верхней части разреза. В юго-восточной части района, где нефтяные месторождения в юрско-меловых отложениях менее крупные, свита характеризуется присутствием мощных слоев аргиллитов с содержанием органического углерода менее 5 % при существенном сокращении мощностей кремнистых пород.
Наиболее «зрелый» глауконит георгиевского горизонта, характеризуемый высоким содержанием калия, приурочен к центральной части бассейна георгиевского моря, а менее «зрелый», с более низким содержанием калия - к северной его части. Присутствие в ряде зерен глауконита минерализованных бактериальных кокковидных и трубчатых (предположительно капсул цианобактериальных нитей) форм, подтверждает представления о роли микробиальной деятельности в формировании этого минерала. Показано, что в процессе перемыва глауконитоносных осадков происходит вынос из кристаллической структуры глауконита железа и калия.
В аргиллитах баженовской свиты установлены текстуры, характерные для турбидитных потоков низкой плотности и скорости, что подтверждает существующие представления о соответствующем генезисе пород этого типа. Поступление этих потоков происходило преимущественно в юго-восточной части района исследования на начальном и конечном этапах формирования баженовской свиты.
Научная новизна и личный вклад: подтверждена связь нефтеносности юрско-меловых отложений с составом баженовской свиты в районе исследований; выявлено, что в баженовской свите северо-западной части изученной площади, включающей нефтеносные разрезы, доля высокоуглеродистых глинисто-кремнистых пород, связываемых с фоновым преимущественно биогенным осадконакоплением, почти в два раза выше, чем в разрезах юго-восточной части, где широкое развитие имеют низкоуглеродистые аргиллиты;
впервые по литологическому составу выделено три типа разрезов георгиевской
свиты в районе исследования; установленная ранее для Томской области (В.А.
Конторович, 2003) связь мощности георгиевской свиты с нефтеносностью горизонта
Юі васюганской свиты объяснена литологическим составом пород свиты. В разрезах
георгиевской свиты на сводах, где ее мощность понижена, свита характеризуется
более проницаемыми породами (алевритовыми, алевритово-карбонатными), чем во
впадинах (аргиллиты с карбонатными прослоями);
комплексом статистических методов выявлена наиболее высокая отрицательная
связь органического углерода с марганцем, алюминием и титаном, первый из
которых в высоковосстановительных условиях находился в растворенной форме,
вторые — связаны с глинистым материалом, приносимым с суши и разубоживающим
органическое вещество.
предложен и апробирован новый подход классифицирования пород баженовской
свиты по их химическому составу с использованием кластерного анализа, что
позволяет проводить эту процедуру на строго формализованной основе;
впервые проведенный анализ ихнофоссилий георгиевской свиты и расширенный по
баженовской свите способствовал установлению гидродинамических условий их
формирования;
выполненное впервые изучение глауконитов георгиевского горизонта комплексом
высокоточных методов дало возможность установить особенности его состава,
морфологии зерен и условий формирования в различных районах ЗСГ;
выявлены микротекстурные особенности строения аргиллитов баженовской свиты в
юго-восточной части района исследования, подтверждающие выдвинутый ранее
(Занин, Замирайлова и др., 1999) на основе геохимических данных тезис о
потоковой, возможно турбидитной, природе пород этого типа.
установлено, что интенсивность выветривания в областях питания при формировании баженовской и георгиевской свит была идентичной, как и характер материала, приносимого в растворах в седиментационные бассейны. Смена слабовосстановительного режима георгиевского моря (индикаторные минералы — глауконит, карбонаты марганца) на высоковосстановительный - баженовского (индикаторный минерал — пирит) определяется существенным возрастанием объема водных масс баженовского моря и установлением застойного режима бассейна.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты уточняют и детализируют представления о составе и условиях формирования баженовской и георгиевской свит в северной части Обь-Иртышского междуречья, первая из которых является одним из крупнейших мировых продуцентов углеводородов. Материалы диссертации вошли в отчеты по хоздоговорным работам, выполнявшимся по заказу ряда производственных организаций (Тюменьгеолком, Юганскнефтегаз, Томскнефть).
Апробация работы- Основные положения работы опубликованы в виде k 6r . статьей в рецензируемых журналах (Геохимия, Литология и полезные ископаемые, Геология и геофизика), а также в виде более 20 материалов и тезисов конференций разного ранга, в том числе четырех международных. Результаты проведенных исследований докладывались на многих научных совещаниях, в том числе на 31-ом Международном геологическом конгрессе в Бразилии (Рио-де-Жанейро, 2000), на Международном нефтяном симпозиуме в Китае (Ханьчжоу, 2002), на конференции «Полезные ископаемые, формирование, прогноз, ресурсы» (Санкт-Петербург, 1999), на Третьем Международном студенческом конгрессе стран Азиатско-Тихоокеанского региона (Владивосток, 1999), на конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М.А. Усова (Томск, 1998, 2000, 2001, 2002), на Первом Всероссийском литологическом совещании (Москва, 2000), на научной сессии «Проблемы стратиграфии и палеогеографии бореального мезозоя» (Новосибирск, 2001) и др.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на Z15 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав и заключения. Сопровождается 14- таблицами, 122 рисунками и фотографиями и списком литературы, включающем 227 названий. Работа выполнена в лаборатории седиментологии ИГНГ СО РАН. Автор искренне признателен за советы, консультации, а также содействие в выполнении диссертации Ф.Г. Гурари, В.О. Красавчикову, Л.Г. Вакуленко, СВ. Сараєву, Б.Н. Шурыгину, О-В. Бурлевой, М.А. Степановой, А.Г. Замирайловой, Л.Н. Макаровой, Г.М. Писаревой, Т.С. Юсупову, А.Н. Фомину, В.Н. Королюк, СВ. Летову, А.Д, Кирееву, И.М. Фоминых, Л.А. Горчуковой, а также Августину Мартин-Алгарра и Антонио Санчес-Навас. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г,-м.н. Ю.Н. Занину и инициатору постановки работы академику А.Э. Конторовичу.
Типы разрезов баженовской свиты
Автором на площади работ описаны следующие разрезы баженовской свиты. Разрезы баженовской свиты по скважинам № 2287 Первомайской, № 1 Северо-Фестивальной площадей, в своей нижней половине представлены высокоуглеродистыми глинисто-кремнистыми породами и силицитами со средним содержанием органического углерода около 10 %, а в верхней части, они слагаются относительно низкоуглеродистыми аргиллитами с содержанием С„рГ порядка 5 %. Мощность разрезов изменяется от 25 до 30 метров. Разрез баженовской свиты по скважине № 2 Толпаровской площади в нижней части представлен аргиллитами с содержанием органического углерода порядка 5-6 %. Средняя его часть состоит из глинисто-кремнистых пород, содержание органического углерода, в которых изменяется от 7 до 10 %, и силицитов с прослоями карбонатных пород. Верхняя часть разреза представлена аргиллитами со средним содержанием органического углерода, около 5 %. Мощность его составляет порядка 40 метров. Разрез, описанный по скважине № 1 Новонадеждинской площади, характеризуется отсутствием аргиллитов и представлен высокоуглеродистыми и высококремнистыми породами (глинисто-кремнистыми породами и силицитами) со средним содержанием органического углерода в 11 %. Мощность свиты в данном разрезе составляет 25 метров. Разрезы скважин № 1 Западно-Салымской, № 1017 Горшковской и № 1305 Восточно-Правдинской площадей характеризуются, главным образом, высокоуглеродистыми (10-12 %) силицитами и глинисто-крем н истыми породами.
Отличительной их особенностью является повышенная карбонатность в верхней части, обусловленная присутствием прослоев, представленных доломитизированными реликтами радиолярий. Мощность этих разрезов изменяется от 30 до 35 метров. При анализе каротажных диаграмм установлено, что по скважинам № 2287 Первомайской, № 1 Северо-Фестивальной и № 2 Толпаровской площадей, т.е. в тех скважинах, где нижняя часть разреза баженовской свиты представлена более углеродистыми породами, а верхняя часть - аргиллитами, по каротажу кажущегося сопротивления (КС) выделяются два типа пород баженовской свиты - при переходе от аргиллитов углеродисто-кремнистых или кремнистых к пиритисто-углеродистоглинисто-кремнистым породам наблюдается резкое повышение амплитуды КС до трехмасштабного пика (рис. 4). По диаграммам ПС, ГК и НГК такая зависимость не наблюдается. На изучаемой территории выделены четыре типа баженовской свиты (см. рис. 4): 1. Первый тип разреза средней мощности 25-30 м, установленный в НюрольскоЙ впадине и Каймысовском своде юго-восточной части района, представлен в нижней части высокоуглеродистыми глинисто-кремнистыми породами и силицитами и в верхней - относительно низкоуглеродистыми аргиллитами. 2. Второй тип разреза относительно повышенной (40 м) мощности выделен в Усть-Тымской впадине юго-восточной части района. Нижняя и верхняя его части представлены аргиллитами, средняя - глинисто-кремнистыми породами и силицитами. 3. Третий тип разреза средней мощности (25 м), установленный на Александровском своде юго-восточной части района исследования, характеризуется высокоуглеродистымн глинисто-кремнистыми породами и силицитами. 4. Четвертый тип разреза, средней мощности (30-35 м), наблюдаемый в Мансийской синеклизе и Красноленинской мегамоноклизе северо-западной части, является высококремнистым и высокоуглеродистым. Он представлен главным образом глинисто-кремнистыми породами и силицитами и отличается повышенной карбонатностью верхней части разреза. В первых двух типах разрезов баженовской свиты доля аргиллитов превышает 40 %. Как можно видеть из изложенного выше, в Усть-Тымской впадине наблюдается относительно повышенная мощность баженовских отложений - порядка 40 м за счет присутствия пачек аргиллитов. На Александровском своде за счет полного отсутствия аргиллитовых слоев мощность свиты уменьшается до 25 м.
Разрезы баженовской свиты по скважинам Каймысовского свода и НюрольскоЙ мегавпадины, однако, не обнаруживают существенных различий в мощностях. Так, четкой взаимосвязи между структурами первого порядка и мощностью свиты установлено не было. Выделенные типы разрезов баженовской свиты в целом отвечают, областям распространения типов разрезов описанных Ю.В. Брадучаном и др. (1986), так первый тип находится в области распространения вахского типа, второй тип - колпашевского, третий — нижневартовского, четвертый — салымского. Показано, что в северо-западной части района исследования, включающей нефтеносные разрезы (Западно-Салымская и близкие к ней площади) и ряд крупнейших месторождений юрско-меловых отложений ЗСГ (Приобское и др.), баженовская свита представлена, главным образом, высокоуглеродистыми глин исто-кремнистыми породами и силицитами с повышенной карбонатностью в верхней части разреза. В юго-восточной части района, где свита не является нефтеносной и месторождения углеводородов в юрско-меловых отложениях менее крупные, она характеризуется присутствием мощных слоев низкоуглеродистых аргиллитов при существенном сокращении мощностей высокоуглеродистых кремнистых пород. Подтверждены, сделанные предыдущими исследователями выводы, что известные наиболее значительные нефтепроявления юрско-меловых отложений приурочены к областям пониженного содержания аргиллитов и повышенного глинисто-кремнистых пород и силицитов в составе баженовской свиты. 3.2. Типы разрезов георгиевской свиты Георгиевская свита по скважинам, расположенным в пределах положительных структур юго-восточной части района, представлена в нижней части алевролитами и песчаниками с глауконитом и фосфоритом. В верхней — она характеризуется увеличением роли карбонатного материала. Что касается отрицательных структур юго-восточной части района, то разрезы свиты здесь представлены в нижней части глауконитовыми песчаниками, средняя и верхняя части слагаются. аргиллитами. В северо-западной части района нижняя часть георгиевской свиты в изученных скважинах также слагается терригенными породами. По скважине № 2 Энтельской площади она представлена песчаником глауконитовым, по скважине № 4045 Версыгйской площади — аргиллитом (03 м). Средняя и верхняя части разрезов георгиевской свиты этих скважин являются карбонатными и представлены доломитами или известняками. Редкие прослои аргиллитов мощностью 0,1 м наблюдаются по скважине № 2 Энтельской площади.
В целом на территории юго-восточной и северо-западной частей района по исследуемым скважинам может быть выделено три типа разреза (рис. 5): 1. Первый тип разреза преимущественно терригенный, относительно маломощный (3-4 м), представлен в нижней части алевритовыми породами с глауконитом и фосфоритом, в верхней части - известково-алевритовыми породами, и выявляется на Каймысовском и Александровском сводах юго-восточной части района. На рассматриваемой площади юго-восточной части района по изученному материалу наблюдается следующая закономерность, отмеченная ранее Е.А. Гайдебуровой (1982). Разрезы исследованных скважин, расположенных в пределах положительных структур юго-восточной части района, имеют небольшую мощность, составляющую 3-4 метра. Мощности разрезов скважин, находящихся в мегавпадинах, -№ 1 Северо-Фестивальной и № 2 Толпаровской площадей, составляют порядка 6-7 метров. Ранее Б.Н. Шурыгиным и др. (2000) отмечалось, что на юго-востоке Западной Сибири георгиевская свита имеет чаще всего небольшие мощности, составляющие 3-5 м; наибольших значений мощности свиты достигают в погруженных частях Усть-Тымской и в юго-восточной части Нюрольской впадин. Ранее В.А. Конторовичем и соавторами (2002, 2003) для района Томской области было установлено, что в разрезах, где мощность георгиевской свиты заметно повышена, горизонт Юі васюганской свиты не нефтеносен. Как было показано выше, в разрезах, где мощность георгиевской свиты увеличена (во впадинах), она сложена, главным образом, аргиллитами с прослоями карбонатных пород, т.е. более плотными породами, затрудняющими миграцию углеводородов, в то время как маломощные разрезы (характерные для сводов) георгиевской свиты имеют преимущественно песчано-алевритовый состав в нижней части и карбонатно-алевритово-песчаный - в верхней части.
Анализ связи содержания органического углерода с породообразующими оксидами
Важным аспектом анализа природы органического вещества, условий его концентрации и особенностей формирования самих углеродсодержащих толщ является установление связей содержания органического углерода в породах с их минералогическим и химическим составом. Предыдущими исследователями (Ушатинский, 1981, Сараев, 1987; Занин и др., 1997) проводился анализ связи органического углерода баженовской свиты с основными породообразующими минералами, входящими в ее состав. В частности, вышеупомянутыми авторами установлена высокая положительная корреляция содержаний органического углерода с такими минералами, как кварц, пирит, и высокая отрицательная - с глинистыми минералами. В то же время пересчет химического состава пород на минеральный является в какой-то степени приблизительным. Избежать этот недостаток возможно выявлением связей органического углерода непосредственно с компонентами химического состава пород. Рядом авторов определены коэффициенты парной корреляции органического углерода с породообразующими и микроэлементами (Гавшин и др., 1982, Gavshin et al., 1996), Для U, Mo, V и Ni проводился регрессионный анализ (Гавшин и др., 1982). В ряде публикаций приводятся только средние химические составы пород свиты, что с точки зрения их интерпретации может оказаться некорректным вследствие несимметричности распределения отдельных элементов. Кроме того распределения некоторых элементов могут не быть унимодальными. Настоящий раздел главы диссертационной работы посвящен рассмотрению этого вопроса в двух аспектах - анализируется связь СорГ как с отдельными породообразующими элементами, так и с их совокупностью.
Для решения этой проблемы использовались корреляционный анализ, метод множественной регрессии и алгоритм распознавания образов. 4.2.1, Корреляционный анализ По данным В.М. Гавшина и В.А. Захарова (Gavshin, Zakharov, 1996) использующих в своих исследованиях коэффициенты парной корреляции, разброс содержаний органического углерода относительно содержаний индивидуальных химических компонентов пород баженовской свиты значителен. Оставался, однако, вопрос, насколько применение метода парной корреляции для компонентов баженовской свиты корректно в принципе. Так, на рисунке 57 показано распределение содержаний АЬОз для 48 анализов низкокарбонатных глинистых, кремнистых и глинисто-кремнистых пород баженовской свиты юго-восточной части изучаемого района, использованных в настоящей работе (приложение 5). Как можно видеть, вероятнее всего здесь имеет место бимодальное распределение; то же в той или иной степени касается и некоторых других элементов. Бимодальный характер распределения ряда окислов делает некорректным применение в целях корреляционного анализа метода парной корреляции, в связи с чем применялся метод ранговой корреляции Спирмена. Корреляционный анализ был проведен по всем полученным в анализе оксидам и значениям отношения SiC rAhCb-Положительная значимая корреляция на уровне доверительной вероятности выше 0,99 с содержанием Сорг выявлена для отношения БЮггАЬОз и серы сульфидной, отрицательная - для ТІО2, АЬОз, CaO, MgO, MnO, Na20, К2О. На рисунке 58 показаны корреляционные поля связи отдельных элементов с Сорг. Как видно, ни один из породообразующих элементов сам по себе не проявляет тесной связи с СорГ. Низкие значения коэффициентов как ранговой (табл. 10) , так и парной корреляции, и соответственно широкий разброс точек на диаграммах ранговой корреляции (см. рис. 58) заставил искать другие пути анализа связи содержаний органического углерода с химическим составом пород, В качестве такого метода был выбран метод множественной регрессии (Боровиков и др., 1997), позволяющий проводить анализ связи органического углерода не с отдельными элементами состава породы, а с их совокупностью. 4.2.2. Множественный регрессионный, анализ Общая схема обработки информации при использовании метода множественной регрессии заключалась в следующем: 1. Составление баз данных содержаний породообразующих элементов и органического углерода пород баженовской свиты, выбранных в качестве материала обучения и контроля; 2. Выявления характера связи органического углерода с отдельными породообразующими элементами; 3. Нахождение регрессионной модели для описания связей между Сорг и совокупностью породообразующих элементов на основе материала обучения; 4. Проверка модели на материале обучения; 5. Проверка модели на материале контроля (оценка предсказательной способности модели); 6.
Выводы. Для составления базы данных материала обучения по составу породообразующих элементов была выбрана группа скважин в юго-восточной части района исследования. В состав этой группы входят скважины № 2287 Первомайской площади (2287 П), № 2 Толпаровской площади (2 Т), № 1 Новонадеждинской площади (1 НН), № 1 Северо-Фестивальной площади (1 СФ), по которым было проанализировано 48 проб (приложение 5). В качестве контрольных для модели, описывающей связь СорГ с породообразующими элементами, выступали две группы скважин. Одна из них, отвечающая той же юго-восточной части района, включает скважины № 11 Междуреченской (11 М) и № 201 Крапивинской площади (201 К), по которым анализировалось 16 проб. Вторая контрольная группа скважин расположена в северной части ЗСГ. Это скважины № 1001 Медвежьей площади (1001 М), № 673 Уренгойской площади (673 У), № 356 Ево-Яхинской площади (356 ЕЯ) и № 501 Ень-Яхинской площади (501 ЕЯ), по которым проанализировано 32 пробы. Среднее расстояние между скважинами северной и южной групп достигает 1000 км, а расстояние между скважинами в пределах групп изменяется от десятков до первых сотен километров. В каждой из проб, наряду с определением содержания органического углерода, методом рентгено-флуоресцентного анализа были определены содержания породообразующих элементов: Si02, ТЮ2, А1203, Fe203, CaO, MgO, MnO, Na20, К20. При этом высококарбонатные породы, не являющиеся существенным компонентом баженовской свиты,. при анализе связи органического углерода с породообразующими компонентами свиты, в расчет не принимались. Анализ связи органического углерода с карбонатными породами представляет собой самостоятельную задачу, здесь не рассматриваемую. Нахождение регрессионной модели проводилось методом множественной линейной регрессии.
Проверка модели на материале обучения осуществлялась путем сравнительного анализа рассчитанных по моделям и фактических значений содержаний Сорг- Предсказательная способность модели проверялась путем сравнительного анализа расчетных и фактических (аналитических) значений содержания СорГ в пробах контрольных скважин, не использованных при создании модели, с помощью тех же показателей, что и для материала обучения. Степень сходства между расчетными и фактическими значениями содержаний Сорт на материале обучения и контроля является показателем уровня связи между химическим составом породы и содержанием Сорг. Минимальное и максимальное содержания Сорг на материале обучения (48 образцов) составляют 1,20 % и 16,24 %, соответственно, при среднем содержании 8,55 % и стандартном отклонении 3,75 %. Перейдем к множественному регрессионному анализу. В таблице 11 приведены коэффициенты линейной регрессионной модели для предсказания Сорг по совокупности породообразующих элементов, рассчитанные по материалу обучения. Получено следующее уравнение (Copr= 73,76-0,73 SiO2+2,93 TiO2-0,97 Al2O3-l,01 Fe2O3-7,28 MnO-0,85 MgO-I,25 CaO-0,89 Na2O-0,92 КгО). Минимальное и максимальное содержания СорГ по результатам прогноза составляют 0,77 % и 14,67 % при среднем содержании 8,55 % и среднеквадратичном отклонении 3,60. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена между фактическими и предсказанными по содержанию породообразующих элементов значениями содержаний Сорг составил 0,96, что указывает на то, что связь статистически значима. Среднеквадратичное отклонение СорГ предсказанного от Сорг по анализу составляет 1,05 %.
Глауконит георгиевского горизонта
Присутствие глауконита в георгиевском горизонте неоднократно упоминалось многими исследователями, но детальное его изучение до настоящего времени не проводилось. Этот минерал особенно обилен в нижней части георгиевского горизонта, где он нередко образует глауконитит и песчано-глауконитовые породы, которые принято выделять в качестве барабинской пачки. Породы горизонта содержат многочисленные остатки макрофауны (аммониты, белемниты, двустворки), богатые комплексы микрофауны (Атлас..., 1990), ихнофоссилии Skolithos, Chondrites, Thalasinoides (?). В течение долгого периода времени изучение глауконита вызывает интерес у многих исследователей как индикатора фаций древних морских отложений (Николаева, 1971, 1977; Giresse et al., 1980; Odin 1981; 1985; Bormhold, Giresse, 1985; Дриц и др., 1990, 1993; Ивановская и др., 1993, 2003; Amorosi, 1995; Lee, Paik, 1997; и др.). Присутствие глауконита в составе георгиевского горизонта ЗСГ неоднократно отмечалось ранее (Гурова, Казаринов, 1962, Решения..., 1991, Шурыгин и др., 2000 и др.), но изучение его не проводилось.
В рамках исследования изучены зерна глауконита из терригенных и в меньшей степени карбонатных пород георгиевского горизонта различных районов Западно-Сибирской геосинеклизы (включая юго-восток района исследования): центрально-западного (скв. № 10554 Даниловской и № 10373 Андреевской площадей), центрального (скв. № 2287 Первомайской, № 1 Северо-Фестивальной, № 11 Междуреченской и № 201 Крапивинской площадей), центрально-восточного (скв. № 2 Толпаровской, №№ 59 и 64 Пермяковской площадей, № 1 Новонадеждинской площадей), северного (скв. № 710 Западно-Пурпейской, № 673 Уренгойской, № 180 Есетинской), северо-западного (скв. № 10 Яр-Салинской площади) (см. рис. 1). Глубины взятия образцов и типы пород, содержащих глауконит, указаны в таблице 18. Глауконит наблюдается в различных породах - это могут быть глауконититы, сложенные глинисто-глауконитовым материалом с преобладанием зерен глауконита (центрально-западная и северо-западная части ЗСГ); породы пиритово-глауконитово-песчаная (северная часть ЗСГ); алевро-песчано-фосфатно-глауконитовая, алевро-песчано-глауконитовая, глинисто-фосфатно-глауконитово-алевритовая, песчаник глауконитово-карбонатный (центральная и центрально-восточная части ЗСГ). Размер зерен глауконита изменяется в пределах 0,02-1 мм. Выделение из породы глауконитовых зерен проводилось на первой стадии в тяжелых жидкостях с последующей сепарацией на стандартных роликовом и изодинамическом электромагнитном СИМ-1 сепараторах под руководством Т.С. Юсупова. Далее материал подвергался дополнительной сепарации на универсальном электромагнитном сепараторе УМС-1, не имеющем мировых аналогов (Ю.Н. Лебедев). Именно это позволило не только очистить пробы от сросткового материала и примесей, доведя их частоту до предельно возможной, но и качественно разделить зерна каждой пробы по типам глауконита (цвет, сохранность и т.д.) с получением 8-12 фракций минерала, отличающихся магнитной восприимчивостью. Для анализа бралась наибольшая в весовом отношении фракция, являющаяся таким образом для данной пробы наиболее типичной. Программа аналитических работ включала изучение морфологии зерен глауконита в поляризационном, бинокулярном, сканирующем (LEO GEMINI 1530 и GEOL-35, аналитики Alicia Gonzalez Segura и СВ. Летов) и просвечивающем (C.ZEISS ЕМ) электронных микроскопах; использование ИК-спектроскопического (аналитик В.Н. Столповская) и рентгеноструктурного (A. Nieto и частично Н.А Пальчик) анализов, определение содержания основных минералообразующих оксидов на микрозонде САМЕСА SX50 (аналитик Miguel Angel Hidalgo Laguna). Проанализированы выявленные различия состава и физико-химических особенностей глауконита отдельных зерен в пределах одного образца и для различных районов ЗСГ.
В шлифах наблюдаются зерна глауконита нескольких типов: зеленые, хорошо округленные, практически без трещин (рис. 67,68), (скв. № 2287-Первомайская, № 11 Междуреченская, № 201 Крапивинская); бледно зеленые, неправильной формы, с трещинами или без трещин (рис. 69,70) (№ 673 Уренгойская, № 710 Западно-Пурпейская, № 180 Есетинская); с зеленым ядром и бурым окаймлением, средне округленные, с трещинами (рис. 71-74) (скв. № 10554 Даниловская, № 10 Яр-Салинская). В некоторых случаях в одном шлифе встречаются чисто бурые и чисто зеленые (рис. 75,76, скв. № 59 Пермяковская). В географическом отношении зеленые зерна хорошо округленные относятся к центральной части ЗСГ, зеленые, частично бурые, неправильной формы - к северной, с зеленым ядром и бурым окаймлением — к центрально- и северо-западной.
При относительно небольшом увеличении в сканирующем микроскопе (х150-200) зерна глауконита центральной части ЗСГ обнаруживают ровную поверхность зерен (рис. 77), западных и северных районов — шероховатую (рис. 78,79). При съемке в сканирующем микроскопе при увеличении в несколько тысяч раз зерна глауконита проявляют в центральной части района пластинчато-лепестковую ультрамикроструктуру (рис. 80). Для глауконита западной (скв. І 0554 Даниловская, рис. 81) и северо-западной (скв. 10 Яр-Салинская) частей района при указанных увеличениях наблюдается пластинчато-хлопьевидная. В северной части региона выявляются отчетливо биоморфные образования — капсулы цианобактериальных (?) нитей {скв 673 Уренгойская, рис. 82) и кокковидные формы (скв 180 Есетинская, рис. 83). Пластинчатые формы более четко выражены в глауконите первой из указанных скважин, где они сфотографированы при большем увеличении. При сверхвысоких увеличениях (десятки тысяч раз) пластинчатые ультрамикроструктуры, выраженные более отчетливо, наблюдаются в тех же глауконитах, в которых они выявлялись и при меньших увеличениях. В одних случаях они образуют пакеты субпараллельных пластинчатых форм (рис. 84-85), в других, характеризуемых ранее как пластинчато-хлопьевидные, пластинчатые формы не образуют субпараллельных пакетов, на части площади переходят в "хлопьевидные" формы (рис. 86-87). Можно думать, что здесь наблюдается промежуточная стадия формирования пластинчатых форм по "хлопьевидным". Наконец, в глауконитах, в которых выявлялись биоморфные образования, пластинчатые формы почти не выражены, а там, где их можно предполагать, расположены они хаотично (рис. 88-89). Морфологические особенности и химический состав глауконита георгиевского горизонта разных районов ЗСГ приведены в таблице 19.
По химическому составу зеленые зерна хорошо округленные характеризуются содержанием (%): Si02 - 52,7-53,25; Ті02 - 0,13-0,18; А1203 - 10,37-10,68; Fe203(o6in,) -12,18-18,21; MnO - 0,02; MgO - 3,87-4,03; CaO - 0,28-0,34; Na20 - 0,07-0,09; K20 -7,59-8,10. Состав зеленовато-бурых зерен: Si02 - 54,27-56,02; ТЮ2 - 0,09-0,14; A1203 -15,88-22,09; Fe203(o6in.) - 7,07-10,52; MgO - 3,29-3,73; CaO - 0,56-0,58; Na20 - 0,18-0,24; K20 - 5,60-6,23. Как видно, зеленые зерна отличаются от зеленовато-бурых существенно пониженным содержанием кремнезема, алюминия, кальция и натрия и повышенным - железа и калия (рис. 90,91). В зернах с зеленым ядром и бурым окаймлением наблюдается аналогичная картина: ядра характеризуются более низким содержанием кремнезема, алюминия, кальция и натрия и высоким железа и калия по отношению к обрамлению (рис. 92-94). В то же время, если зеленые зерна характеризовались несколько более высоким содержанием магния и титана по отношению к бурым, между зеленым ядром и бурым обрамлением наблюдается обратная зависимость (табл. 20).
Глаукониты георгиевской горизонта в целом характеризуются высоким содержанием калия. Содержание калия в глауконите, согласно представлениям Г. Одина и А. Меггера (Odin & Matter, 1981), дает информацию о зрелости минерала, которая указывает, главным образом, на время пребывания зерен на дне моря до захоронения. Для того, чтобы объяснить причину этого вывода, необходимо привести точку зрения вышеупомянутых авторов на процесс образования глауконита. Глауконит образуется І по карбонатным частицам, каолинитовым феккальным пеллетам, заполнению фораминиферовых раковин, различным минеральным зернам и обломкам пород, которые постепенно трансформируются в зеленые зерна. Вышеупомянутые авторы показали, что процесс глауконитизации происходит путем аутигенного роста кристаллов богатого железом и обедненного калием глауконитового смектита в порах субстрата, с последующим растворением субстрата.
Седиментологические особенности формирования
Турбидитные потоки низкой плотности и малой скорости рассматривались рядом исследователей (Piper, 1972, 1978; Stow & Bowen, 1978; Pickering et al., 1986) в качестве основного механизма седиментации для глинистых пород, особенно для пород с тонким переслаиванием мелкоалевритового и глинистого материала. Такие турбидиты характеризуются прослоями, в которых наблюдается постепенный переход от обогащенных алевритовым материалом базальных его частей с пониженным содержанием глинистого материала до высокоглинистых и малоалевритовых верхних его частей. Процесс, отвечающий за это раздельное осаждение глинистого и алевритового материала, в течение долгого периода времени являлся предметом обсуждения многих исследователей. Так, Д. Пайпер (Piper, 1972) предположил, что осаждение алевритового материала происходит благодаря механизму волочения (трения), а глинистого материала.— сцепления. По мнению этих авторов причиной чередования прослоев служит разная концентрация глинистого материала в базальной и верхней частях потока. Д. Стоу и А. Боуэн (Stow, Bowen, 1978, 1980) отмечали, что критические скорости осаждения алевритового и глинистого материала идентичны, и поэтому осаждение этих двух компонентов должно быть одновременным.
Для того, чтобы объяснить пульсационное осаждение, они предположили, что глинистые частицы, осаждаясь на базальную поверхность турбидитного слоя, разбиваются из-за повышенного напряжения на этом уровне, и возвращаются опять в суспензию, позволяя осаждаться алевритовому материалу. Постепенно глинистые флоккулы увеличиваются в размерах до тех пор, пока не достигнут критических размеров, необходимых для осаждения, после чего глина осаждается достаточно быстро. Прослои, насыщенные мелкоалевритовым материалом в черных сланцах могли быть, по предположению П. Вигнала (Wignall, 1994), осаждены из низкоплотностных турбидитных потоков. В отсутствии алевритового материала, чисто глинистые У Г/ турбидиты могут быть идентифицированы по присутствию резкой границы контакта с нижележащим слоем, показывающие мелкомасштабное действие силы тяжести и внутренней градационной слоистости (O Brien & Slatt, 1990). Турбидитный поток этого типа движется в придонной части бассейна (рис 111). Согласно ряду авторов (O Brien & Slatt, 1990; Wignall, 1994) на отложение турбидитных потоков влияет присутствие границы раздела водных масс разной плотности (пикноклин). Если стратификация по плотности достаточно высокая, а турбидитный поток — слабый, то возникает "обособленный" (оторванный) слой, в котором турбидитный поток, оторвавшийся от придонного турбидитного потока на уровне пикноклина течет (движется) вдоль его верхней границы, осаждая свой груз в виде «суспензионного каскада» (McCave, 1972; O Brien, 1989).
Продуктом такого осаждения являются прослои, очень похожие на те, которые возникают в результате суспензионных штормов (о них будет сказано ниже) за исключением того, что для «обособленных» турбидитных слоев характерна более развитая градационная слоистость. «Обособленные» турбидитные слои распространяются на гораздо более обширной территории, чем турбидиты первого из рассмотренных выше типов (Wignall, 1994). Согласно автору большие турбидитные потоки способны временно окислять донные воды. Ранее Ю.Н. Заниным и др. (1999) были выделены два вещественно-генетических типа пород баженовской свиты - глинисто-кремнистые породы и силициты с одной стороны и аргиллиты — с другой. Сравнительный анализ геохимических показателей (степени пиритизации, отношения бора к галлию и др.) этих двух типов пород привел авторов к выводу, об их различной природе происхождения. Для первых из них было предположено, что они являются продуктом медленного фонового осаждения, а вторые - отнесены предположительно к турбидитам. Нашей задачей являлась проверка на седиментологической основе предположения о турбидитной природе материала аргиллитов. В результате исследования пород баженовской свиты под поляризационным микроскопом было установлено, что аргиллиты свиты характеризуются чередованием прослоев, в основании которых преобладает мелкоалевритовый материал, содержание которого по направлению к верхней их части уменьшается вплоть до исчезновения (рис. 112). Мощность этих прослоев различная — от 0,1 до 1 мм. Содержание органического вещества в более глинистых частях прослоев по визуальной оценке заметно выше (рис. 113). Встречаются прослои, представленные мелкоалевритовьшиг материалом без градационной слоистости (рис. 114). В ряде образцов по скважинам № 2287 Первомайской и № 1 Северо-ФестивальноЙ площадей установлены границы контакта между пиритисто-углеродисто-глинисто-кремнистыми породами (фоновыми осадками) и аргиллитами (турбидитными отложениями). Эти границы являются неровными - со следами внедрения, характерные для турбидитов придонных потоков (рис. 115-119). В то же время есть основания предполагать существование в составе баженовской свиты аргиллитов, связанных с «обособленными» турбидитами. Разделение указанных двух типов турбидитных образований возможно лишь в случае, если мы имеем возможность наблюдать их контакт с подстилающими образованиями. Следует отметить, что в некоторых случаях встречаются аргиллиты без алевритового материала в их базальных частях (рис. 120-121), как это и отмечалось выше рядом авторов (O Brien & Slatt, 1990; Wignal, 1994 и др.) для турбидитов, возникших из низкоплотностных потоков. Как видно из изложенного выше, проведенный автором седиментологический анализ позволил подтвердить предположение о потоковой, возможно турбидитной, природе аргиллитов баженовской свиты.
Необходимо отметить, что одновременно вместе с турбидитовыми отложениями продолжали накапливаться над пикноклином и отлагаться фоновые осадки, что подтверждается присутствием в этих породах органического вещества морского происхождения и в некоторых из них — реликтов радиолярий. Содержание пелагической составляющей в породах, возникших в результате описанных выше процессов, является подчиненным. Рассмотрим характерные черты гемипелагического осадконакопления в целом (по литературным данным) и основные седиментологические особенности пород баженовской свиты этого типа. Большая часть терригенного материала транспортируется в бассейны седиментации в виде эоловой пыли и взвешенных нефелоидных потоков — очень низкоплотностных суспензий осадка, распространяющихся практически по всей площади бассейна (Ewing & Thordinke, 1965; McCave, 1972). Большая часть глинистого материала извлекается из суспензии путем вхождения в фекальные пеллеты или увлечением в гелеобразные органические мембраны, так называемый «морской снег» (Arthur et al., 1984). Последний представлен аморфными гелеобразными частицами органического вещества размером от 0,5 мм до 10 см (Shanks & Trent, 1979). «Морской снег» может иметь различное происхождение - водорослевые мукополисахариды, фекальные и бактериальные продукты и др. (Degens & Ittekkot, 1987). Присутствие границы раздела вод с разными плотностями является характерной чертой многих обстановок формирования черных сланцев. Пикноклин может осуществлять важный контроль над гемипелагическим осаждением. Так, частицы над этим уровнем могут накапливаться в больших количествах и образовывать слои мощностью до 7 метров. В конечном счете, концентрация частиц достигает достаточной их плотности для осаждения в виде «суспензионного шторма» (Stanley, 1986; Niedermeyer & Lange, 1990). Это служит причиной тонкослоистое, хотя осаждение на морское дно может быть слишком быстрым для образования гидродинамической сортировки осадка.
