Помощь студентам в учебе
ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ АНОМАЛЬНО ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИИ, СТРАТИГРАФИИ, ЛИТОЛОГИИ И
ГЕОХИМИИ ОТЛОЖЕНИЙ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО
ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА 9
1.1 Стратиграфия баженовской свиты 9
1.2 Основные черты литологии баженовской свиты 11
1.3 Геохимия органического вещества и нефтегазоносность пород баженовской свиты 14
1.4 Геохимия микроэлементов баженовской свиты 17
1.5 Вулканогенный материал в породах баженовской свиты 21
1.6 Характеристика баженовской свиты и объекта исследования на изучаемой территории.. 23
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 30
2.1 Опробование 30
2.2 Аналитические методы исследования 33
ГЛАВА 3. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 44
3.1 Минеральный состав пород 44
3.2 Минералого-перографические сособенности люминесцирующих прослоев 49
3.2.1 Особенности люминесцирующих прослоев I группы 49
3.2.2 Особенности люминесцирующих прослоев II группы 52
3.3 Детальная характеристика минеральных компонентов люминесцирующих прослоев 55
3.4 Характеристика неминеральных компонентов 65
ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 71
ГЛАВА 5. ПРИРОДА ОБРАЗОВАНИЯ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 87
5.1 Природа образования люминесцирующих прослоев глинистого типа 88
5.2 Природа образования люминесцирующих прослоев кремнистого типа 94
5.3 Схема формирования вулканогенных горизонтов 99
5.4 Источник вулканогенного материала 104
ГЛАВА 6. ПРИРОДА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ИЗУЧАЕМЫХ ГОРИЗОНТОВ 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 134
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИИ, СТРАТИГРАФИИ, ЛИТОЛОГИИ И
ГЕОХИМИИ ОТЛОЖЕНИЙ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО
ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА 9
1.1 Стратиграфия баженовской свиты 9
1.2 Основные черты литологии баженовской свиты 11
1.3 Геохимия органического вещества и нефтегазоносность пород баженовской свиты 14
1.4 Геохимия микроэлементов баженовской свиты 17
1.5 Вулканогенный материал в породах баженовской свиты 21
1.6 Характеристика баженовской свиты и объекта исследования на изучаемой территории.. 23
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 30
2.1 Опробование 30
2.2 Аналитические методы исследования 33
ГЛАВА 3. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 44
3.1 Минеральный состав пород 44
3.2 Минералого-перографические сособенности люминесцирующих прослоев 49
3.2.1 Особенности люминесцирующих прослоев I группы 49
3.2.2 Особенности люминесцирующих прослоев II группы 52
3.3 Детальная характеристика минеральных компонентов люминесцирующих прослоев 55
3.4 Характеристика неминеральных компонентов 65
ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 71
ГЛАВА 5. ПРИРОДА ОБРАЗОВАНИЯ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕВ 87
5.1 Природа образования люминесцирующих прослоев глинистого типа 88
5.2 Природа образования люминесцирующих прослоев кремнистого типа 94
5.3 Схема формирования вулканогенных горизонтов 99
5.4 Источник вулканогенного материала 104
ГЛАВА 6. ПРИРОДА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ИЗУЧАЕМЫХ ГОРИЗОНТОВ 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 134
Актуальность темы исследования. Отложения баженовской свиты в настоящее время являются объектом пристального внимания геологов-нефтяников и рассматриваются не только как уникальный объект и главная нефтематеринская толща для нефтегазовых месторождений Западной Сибири, но и как нетрадиционный коллектор и перспективный объект для добычи углеводородов в категории «сланцевая нефть». Кроме того, баженовская свита относится к черносланцевым толщам и также насыщена многими редкими микроэлементами. В связи с этим, база данных о строении и составе отложений, геохимических и минералогических особенностях и перспективах нефтегазоносности с каждым годом пополняются новыми сведениями.
За последние десятилетия изучения отложений свиты значительно увеличился объем и качество исследований в связи с применением комплекса различных современных научных методов, направленных не только на изучение нефтематеринских и коллекторских свойств, но и на углубленное изучение вещественного (минерального и химического) состава отложений, а также на историю и условия их формирования.
В связи с повышением интереса к исследованию свиты увеличился объем бурения с максимальным выносом отложений, что позволило получать новые данные о строении и составе отложений, их геохимических и минералогических особенностях.
В процессе изучения отложений свиты в юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна автором были выявлены прослои с аномально ярким люминесцирующим свечением в ультрафиолетовом свете. При дальнейшем изучении отложений свиты подобные горизонты также отмечены и в центральной части бассейна.
Объект исследования: отложения баженовской свиты в центральной и юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна (ЗСБ).
Предмет исследования: аномально люминесцирующие прослои в отложениях баженовской свиты, их химический и минеральный состав.
Цель работы: установить минералого-геохимические особенности состава и природу формирования аномально люминесцирующих прослоев баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях Западно-Сибирского осадочного бассейна.
Задачи:
1. Выявление, картирование и опробование аномально люминесцирующих прослоев в отложениях баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях ЗСБ;
2. Выявление закономерностей распределения изучаемых прослоев (в вертикальном разрезе и по латерали) в пределах баженовской свиты на изучаемой территории;
3. Комплексное изучение вещественного состава и строения прослоев физико-химическими методами и их типизация;
4. Определение природы образования аномально люминесцирующих прослоев на основе анализа вещественного состава и минералого-геохимических особенностей;
5. Выявление минералого-геохимических критериев определения природы аномально люминесцирующих прослоев;
6. Определение природы люминесцентного свечения прослоев с применением комплекса физико-химических методов;
7. Оценка перспектив научного и практического использования аномально люминесцирующих прослоев как реперных горизонтов.
Фактический материал и методы исследования:
Изучаемые прослои отмечены в 63 скважинах на 12 площадях/месторождениях в центральной части ЗСБ - Широтное Приобье и в 41 скважине на 30 площадях/месторождениях в юго-восточной части бассейна. Для опробования было выбрано 30 скважин, равномерно распределенных по территории исследования, в которых изучаемые прослои имеют наиболее интенсивное люминесцирующее свечение и достаточную для представительного отбора образца мощность.
Для изучения вещественного состава и особенностей строения исследуемых прослоев и вмещающих их пород применялся комплекс минералого-петрографических методов, включавший петрографическое изучение шлифов и методы рентгеновской дифракции (РФА) в лаборатории седиментологии АО «ТомскНИПИнефть». Определение наличия углеводородов, количественного содержания органического углерода и других параметров исследуемых пород проводилось пиролитическим методом в лаборатории геохимии и пластовых нефтей АО «ТомскНИПИнефть».
Для количественного определения химического состава исследуемых пород, содержания редких и радиоактивных элементов применялся метод многоэлементного инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА), выполненный в Ядерно-геохимической лаборатории Томского Политехнического Университета (ТПУ). Для полной комплексной оценки химического состава исследованных образцов горных пород были использованы методы атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс- спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), выполненные в аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток). Изучение минеральных форм элементов, акцессорных минералов и элементов-примесей проводилось на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) в МИНОЦ «Урановая геология», отделение геологии, ТПУ. Термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) выполнены в ЦКП "Физико-химические методы анализа", ТПУ. Изучение природы люминесценции прослоев включало в себя рентгенолюминесцентный и фотолюминесцентный анализы. Исследования проводились в ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем», ТГУ. Работы по изучению и характеристике органического вещества, экстрагирование образцов в различных жидкостях (хлороформ, спиртобензол, ацетон) и ИК-спектрометрия проводились в ЦКП «Физико-химические методы анализа» и в Лаборатории исследования углей ТПУ. УФ-спектроскопия проводилась в Институте химии нефти СО РАН в Лаборатории физико-химических методов исследования.
Научная новизна:
1. Впервые в отложениях баженовской свиты в юго-восточной и центральной частях бассейна выявлены и прослежены прослои, аномально люминесцирующие в ультрафиолетовом свете;
2. Впервые проведена типизация люминесцирующих прослоев на основе особенностей их минерального состава - выделены глинистый и кремнистый тип. Для каждого типа охарактеризован их минеральный, макро- и микроэлементный состав, а также особенности строения;
3. На основе минералого-геохимических данных доказана вулканогенная (пепловая) природа образования люминесцирующих горизонтов. Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа, характеризующие разные вулканические события;
4. Выявленные типы прослоев с ярко выраженным люминесцирующим свечением и разным минеральным и микроэлементным составом соответствуют нескольким эпизодам пеплонакопления и закономерно распределены по разрезу - измененные вулканогенные прослои глинистого типа приурочены к средней части разрезов, прослои кремнистого типа- к приподошвенной;
5. Установлена геохимическая специализация люминесцирующих прослоев глинистого типа, выраженная в накоплении группы литофильных редких металлов (Li, Th, Sr, Zr, Hf, Sn, Ta и легкие лантаноиды), свидетельствующая об источнике кислого состава. Аномально высокое содержание Th в прослоях глинистого типа в совокупности с особенностями строения прослоев является индикатором вулканогенной природы их формирования;
6. Установлено, что люминесценция горизонтов обусловлена органическим веществом (его компонентами).
Теоретическая и практическая значимость: Установленные минералого-геохимические особенности аномально люминесцирующих прослоев позволяют получить новые данные о вулканизме (его составе и специализации), отраженном в отложениях баженовской свиты на территории Западно-Сибирского осадочного бассейна и уточняют региональные закономерности формирования и распределения этих горизонтов на территории исследования. Выделенные прослои могут быть использованы в качестве маркирующих горизонтов для решения задач литостратиграфической корреляции ввиду их регионального распространения.
Степень достоверности результатов: Достоверность результатов работ обусловлена представительным отбором образцов для изучения, а также применением комплекса современных методов анализа минерального и химического состава.
Апробация работы и публикации: Результаты работы по теме диссертации докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Кустовая научнотехническая конференция молодых специалистов ПАО «НК «Роснефть» (г. Сочи, 2016 г.), «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2017-2021 гг.), «Уральская минералогическая школа-2018» (г. Екатеринбург, 2018 г.), «9-th Mid-European Clay Conference (г. Загреб, 2018), «Трофимуковские чтения-2019» (г. Новосибирск, 2019 г.), «Large Igneous Provinces through earth history: mantle plumes, supercontinents, climate change, metallogeny and oil-gas, planetary analogues» (г. Томск, 2019 г.), «Методы, методы и снова методы в литологии. 4-ая Всероссийская школа студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по литологии (Екатеринбург, 2020 г.), XV Международная научно-практическая конференция "Новые идеи в науках о Земле" (г. Москва, 2021 г.).
Основное содержание и научные положения диссертации изложены в 14 опубликованных работах, в том числе 3 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, цитируемых базой данных Scopus и Web of Science и входящим в перечень ВАК и 1 статья опубликована в журнале 1 квартиля.
Исследование данной темы было начато автором в 2016 г. Основная часть работ выполнялась в рамках реализации гранта РФФИ «Выяснение природы образования, минералогических и геохимических особенностей состава аномально люминесцирующих глинистых прослоев баженовской свиты и их прикладного значения в литостратиграфии баженовской свиты Западно-Сибирского осадочного бассейна» (№ 19-35-90008, «Аспиранты»).
Защищаемые положения:
1. В отложениях баженовской свиты в центральной и юго-восточной части ЗападноСибирского осадочного бассейна выявлены и прослежены на территории более 200 тыс. км2 прослои с ярким аномально люминесцирующим свечением в ультрафиолетовом свете. Прослои характеризуются уникальным минералого-петрографическим составом, отличающимся от вмещающих пород, и представлены 2 типами - глинистым (каолинит/смешаннослойным иллит- смектитовым) и кремнистым.
2. Минеральный и химический состав аномально люминесцирующих прослоев доказывает их первично вулканогенную (пепловую) природу. Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа. Строение, минеральный и микроэлементный состав, специфика люминесценции, а также их выдержанность на значительной территории позволяет использовать выделенные горизонты в качестве региональных реперов для отложений баженовского времени.
3. Природа люминесценции изучаемых горизонтов связана с особенностями преобразования минерально-компонентного состава осадков под влиянием вулканогенного материала и обусловлена органическим веществом (его компонентами).
Личный вклад автора: заключался в постановке цели и задач исследования, в обосновании и выборе методов исследования, а также в непосредственном выполнении комплекса исследовательских работ. Автор участвовал в выявлении и опробовании люминесцирующих прослоев и вмещающих их пород, в подготовке проб для аналитических исследований, в лабораторных исследованиях и в обработке полученных данных. Автор лично провел изучение вещественного состава люминесцирующих прослоев и вмещающих их пород методами рентгенофазового и петрографического анализа, принимал непосредственное участие в исследованиях на электронном микроскопе. Автор провел анализ полученных результатов, выполнил их интерпретацию и сформулировал итоги исследований в виде защищаемых положений.
Структура и объем работы: Диссертация объемом 151 страницы состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 211 источников. Работа содержит 76 рисунков и 14 таблиц. Благодарности: Автор выражает глубочайшую признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору отделения геологии ТПУ Сергею Ивановичу Арбузову и научному наставнику кандидату геолого-минералогических наук, начальнику сектора литологии АО «ТомскНИПИнефть» Михаилу Викторовичу Шалдыбину за вовлечение в науку, методическую помощь, ценные указания и поддержку при выполнении диссертационной работы. За ценные советы, консультации и помощь в проведении научноисследовательских работ автор благодарит А.В. Глотова, О.В. Бетхер, И.В. Вологдину, В.П. Иванова, С.С. Ильенка, Б.Р. Соктоева, Г.Г. Кравченко, И.В. Гончарова, В.В. Самойленко, П.Ю. Трушкова, Р.С. Кашапова и сотрудников лабораторий Седиментологии, Геохимии и пластовых нефтей, Физики пласта, Сбора и обработки керна АО «ТомскНИПИнефть», начальника Управления лабораторными исследованиями керна А.Г. Скрипкина, сотрудников отделения геологии НИ ТПУ, а также M.J. Wilson, L. Wilson, Ю.М. Лопушняка за проявленный интерес и помощь в исследованиях.
За последние десятилетия изучения отложений свиты значительно увеличился объем и качество исследований в связи с применением комплекса различных современных научных методов, направленных не только на изучение нефтематеринских и коллекторских свойств, но и на углубленное изучение вещественного (минерального и химического) состава отложений, а также на историю и условия их формирования.
В связи с повышением интереса к исследованию свиты увеличился объем бурения с максимальным выносом отложений, что позволило получать новые данные о строении и составе отложений, их геохимических и минералогических особенностях.
В процессе изучения отложений свиты в юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна автором были выявлены прослои с аномально ярким люминесцирующим свечением в ультрафиолетовом свете. При дальнейшем изучении отложений свиты подобные горизонты также отмечены и в центральной части бассейна.
Объект исследования: отложения баженовской свиты в центральной и юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна (ЗСБ).
Предмет исследования: аномально люминесцирующие прослои в отложениях баженовской свиты, их химический и минеральный состав.
Цель работы: установить минералого-геохимические особенности состава и природу формирования аномально люминесцирующих прослоев баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях Западно-Сибирского осадочного бассейна.
Задачи:
1. Выявление, картирование и опробование аномально люминесцирующих прослоев в отложениях баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях ЗСБ;
2. Выявление закономерностей распределения изучаемых прослоев (в вертикальном разрезе и по латерали) в пределах баженовской свиты на изучаемой территории;
3. Комплексное изучение вещественного состава и строения прослоев физико-химическими методами и их типизация;
4. Определение природы образования аномально люминесцирующих прослоев на основе анализа вещественного состава и минералого-геохимических особенностей;
5. Выявление минералого-геохимических критериев определения природы аномально люминесцирующих прослоев;
6. Определение природы люминесцентного свечения прослоев с применением комплекса физико-химических методов;
7. Оценка перспектив научного и практического использования аномально люминесцирующих прослоев как реперных горизонтов.
Фактический материал и методы исследования:
Изучаемые прослои отмечены в 63 скважинах на 12 площадях/месторождениях в центральной части ЗСБ - Широтное Приобье и в 41 скважине на 30 площадях/месторождениях в юго-восточной части бассейна. Для опробования было выбрано 30 скважин, равномерно распределенных по территории исследования, в которых изучаемые прослои имеют наиболее интенсивное люминесцирующее свечение и достаточную для представительного отбора образца мощность.
Для изучения вещественного состава и особенностей строения исследуемых прослоев и вмещающих их пород применялся комплекс минералого-петрографических методов, включавший петрографическое изучение шлифов и методы рентгеновской дифракции (РФА) в лаборатории седиментологии АО «ТомскНИПИнефть». Определение наличия углеводородов, количественного содержания органического углерода и других параметров исследуемых пород проводилось пиролитическим методом в лаборатории геохимии и пластовых нефтей АО «ТомскНИПИнефть».
Для количественного определения химического состава исследуемых пород, содержания редких и радиоактивных элементов применялся метод многоэлементного инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА), выполненный в Ядерно-геохимической лаборатории Томского Политехнического Университета (ТПУ). Для полной комплексной оценки химического состава исследованных образцов горных пород были использованы методы атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс- спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), выполненные в аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток). Изучение минеральных форм элементов, акцессорных минералов и элементов-примесей проводилось на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) в МИНОЦ «Урановая геология», отделение геологии, ТПУ. Термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) выполнены в ЦКП "Физико-химические методы анализа", ТПУ. Изучение природы люминесценции прослоев включало в себя рентгенолюминесцентный и фотолюминесцентный анализы. Исследования проводились в ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем», ТГУ. Работы по изучению и характеристике органического вещества, экстрагирование образцов в различных жидкостях (хлороформ, спиртобензол, ацетон) и ИК-спектрометрия проводились в ЦКП «Физико-химические методы анализа» и в Лаборатории исследования углей ТПУ. УФ-спектроскопия проводилась в Институте химии нефти СО РАН в Лаборатории физико-химических методов исследования.
Научная новизна:
1. Впервые в отложениях баженовской свиты в юго-восточной и центральной частях бассейна выявлены и прослежены прослои, аномально люминесцирующие в ультрафиолетовом свете;
2. Впервые проведена типизация люминесцирующих прослоев на основе особенностей их минерального состава - выделены глинистый и кремнистый тип. Для каждого типа охарактеризован их минеральный, макро- и микроэлементный состав, а также особенности строения;
3. На основе минералого-геохимических данных доказана вулканогенная (пепловая) природа образования люминесцирующих горизонтов. Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа, характеризующие разные вулканические события;
4. Выявленные типы прослоев с ярко выраженным люминесцирующим свечением и разным минеральным и микроэлементным составом соответствуют нескольким эпизодам пеплонакопления и закономерно распределены по разрезу - измененные вулканогенные прослои глинистого типа приурочены к средней части разрезов, прослои кремнистого типа- к приподошвенной;
5. Установлена геохимическая специализация люминесцирующих прослоев глинистого типа, выраженная в накоплении группы литофильных редких металлов (Li, Th, Sr, Zr, Hf, Sn, Ta и легкие лантаноиды), свидетельствующая об источнике кислого состава. Аномально высокое содержание Th в прослоях глинистого типа в совокупности с особенностями строения прослоев является индикатором вулканогенной природы их формирования;
6. Установлено, что люминесценция горизонтов обусловлена органическим веществом (его компонентами).
Теоретическая и практическая значимость: Установленные минералого-геохимические особенности аномально люминесцирующих прослоев позволяют получить новые данные о вулканизме (его составе и специализации), отраженном в отложениях баженовской свиты на территории Западно-Сибирского осадочного бассейна и уточняют региональные закономерности формирования и распределения этих горизонтов на территории исследования. Выделенные прослои могут быть использованы в качестве маркирующих горизонтов для решения задач литостратиграфической корреляции ввиду их регионального распространения.
Степень достоверности результатов: Достоверность результатов работ обусловлена представительным отбором образцов для изучения, а также применением комплекса современных методов анализа минерального и химического состава.
Апробация работы и публикации: Результаты работы по теме диссертации докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Кустовая научнотехническая конференция молодых специалистов ПАО «НК «Роснефть» (г. Сочи, 2016 г.), «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2017-2021 гг.), «Уральская минералогическая школа-2018» (г. Екатеринбург, 2018 г.), «9-th Mid-European Clay Conference (г. Загреб, 2018), «Трофимуковские чтения-2019» (г. Новосибирск, 2019 г.), «Large Igneous Provinces through earth history: mantle plumes, supercontinents, climate change, metallogeny and oil-gas, planetary analogues» (г. Томск, 2019 г.), «Методы, методы и снова методы в литологии. 4-ая Всероссийская школа студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по литологии (Екатеринбург, 2020 г.), XV Международная научно-практическая конференция "Новые идеи в науках о Земле" (г. Москва, 2021 г.).
Основное содержание и научные положения диссертации изложены в 14 опубликованных работах, в том числе 3 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, цитируемых базой данных Scopus и Web of Science и входящим в перечень ВАК и 1 статья опубликована в журнале 1 квартиля.
Исследование данной темы было начато автором в 2016 г. Основная часть работ выполнялась в рамках реализации гранта РФФИ «Выяснение природы образования, минералогических и геохимических особенностей состава аномально люминесцирующих глинистых прослоев баженовской свиты и их прикладного значения в литостратиграфии баженовской свиты Западно-Сибирского осадочного бассейна» (№ 19-35-90008, «Аспиранты»).
Защищаемые положения:
1. В отложениях баженовской свиты в центральной и юго-восточной части ЗападноСибирского осадочного бассейна выявлены и прослежены на территории более 200 тыс. км2 прослои с ярким аномально люминесцирующим свечением в ультрафиолетовом свете. Прослои характеризуются уникальным минералого-петрографическим составом, отличающимся от вмещающих пород, и представлены 2 типами - глинистым (каолинит/смешаннослойным иллит- смектитовым) и кремнистым.
2. Минеральный и химический состав аномально люминесцирующих прослоев доказывает их первично вулканогенную (пепловую) природу. Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа. Строение, минеральный и микроэлементный состав, специфика люминесценции, а также их выдержанность на значительной территории позволяет использовать выделенные горизонты в качестве региональных реперов для отложений баженовского времени.
3. Природа люминесценции изучаемых горизонтов связана с особенностями преобразования минерально-компонентного состава осадков под влиянием вулканогенного материала и обусловлена органическим веществом (его компонентами).
Личный вклад автора: заключался в постановке цели и задач исследования, в обосновании и выборе методов исследования, а также в непосредственном выполнении комплекса исследовательских работ. Автор участвовал в выявлении и опробовании люминесцирующих прослоев и вмещающих их пород, в подготовке проб для аналитических исследований, в лабораторных исследованиях и в обработке полученных данных. Автор лично провел изучение вещественного состава люминесцирующих прослоев и вмещающих их пород методами рентгенофазового и петрографического анализа, принимал непосредственное участие в исследованиях на электронном микроскопе. Автор провел анализ полученных результатов, выполнил их интерпретацию и сформулировал итоги исследований в виде защищаемых положений.
Структура и объем работы: Диссертация объемом 151 страницы состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 211 источников. Работа содержит 76 рисунков и 14 таблиц. Благодарности: Автор выражает глубочайшую признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору отделения геологии ТПУ Сергею Ивановичу Арбузову и научному наставнику кандидату геолого-минералогических наук, начальнику сектора литологии АО «ТомскНИПИнефть» Михаилу Викторовичу Шалдыбину за вовлечение в науку, методическую помощь, ценные указания и поддержку при выполнении диссертационной работы. За ценные советы, консультации и помощь в проведении научноисследовательских работ автор благодарит А.В. Глотова, О.В. Бетхер, И.В. Вологдину, В.П. Иванова, С.С. Ильенка, Б.Р. Соктоева, Г.Г. Кравченко, И.В. Гончарова, В.В. Самойленко, П.Ю. Трушкова, Р.С. Кашапова и сотрудников лабораторий Седиментологии, Геохимии и пластовых нефтей, Физики пласта, Сбора и обработки керна АО «ТомскНИПИнефть», начальника Управления лабораторными исследованиями керна А.Г. Скрипкина, сотрудников отделения геологии НИ ТПУ, а также M.J. Wilson, L. Wilson, Ю.М. Лопушняка за проявленный интерес и помощь в исследованиях.
Отложения баженовской свиты на территории исследования в центральной и юговосточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна (Томская область и Ханты- Мансийский автономный округ-Широтное Приобье) представлены следующими литотипами: кремнистые породы (силициты), кремнисто-глинистые и глинисто-кремнистые породы, микститы, кремнистые микститы. Изучение пород в ультрафиолетовом свете привело к обнаружению маломощных прослоев с аномально ярким свечением. Выделенные прослои по внешним признакам разделены на 2 группы: I группа - единичные прослои толщиной от 0,3 до 1 см, II группа - смежные прослои (тонкие миллиметровые серии) с суммарной толщиной в среднем от 6 до 45 см. Люминесцирующие прослои установлены в 63 скважинах на 12 площадях/месторождениях в центральной части бассейна - Широтное Приобье и в 41 скважине на 30 площадях/месторождениях в юго-восточной части бассейна и распространены на территории более 200 тыс. км2.
По результатам проведенных минералого-петрографических исследований проведена типизация исследуемых прослоев. Прослои I группы имеют глинистый состав - основными минералами являются каолинит и смешаннослойные минералы ряда иллит-смектит, также отмечены кварц, полевые шпаты, пирит, кальцит и барит. Породы данной группы прослоев отнесены к глинистому типу. По преобладающей минеральной фазе породы I группы прослоев дополнительно разделены на 2 подтипа: подтип А - прослои имеют преимущественно каолинитовый состав и представлены каолинитом и характерны для прослоев, выделенных в юго-восточной части исследуемой территории; подтип Б - преобладающим компонентом являются смешаннослойные образования ряда иллит-смектит, данный тип прослоев отмечен в центральной части бассейна.
Выявлена территориальная закономерность размещения прослоев глинистого состава. Прослои каолинитового состава преимущественно наблюдаются в юго-восточной части исследуемой территории, а смешаннослойного состава - в центральной. Данная закономерность может быть обусловлена разной степенью постседиментационных преобразований отложений.
Прослои II группы на всей территории исследования характеризуются однотипным минеральным составом - преобладающим компонентом является кварц, в подчиненном количестве отмечены глинистые минералы, пирит, кальцит. Породы данной группы прослоев отнесены к кремнистому типу.
Отмечено низкое по сравнению с вмещающими породами содержание органического вещества (Сорг. 0,2-2,7%). По результатам пиролитического метода выявлены четкие различия в параметрах ОВ, которые характеризуют природу и его состояние в породе.
Выделенные типы прослоев различны по содержанию микроэлементов. Для пород глинистого типа повышенные концентрации в сравнении с вмещающими отложениями отмечаются для Li, Zr, Hf, Sn, Th, U, Pb, легких лантаноидов, Ba, Sr и As. Пониженные концентрации элементов характерны для Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Nb, Mo и Cd. Глинистые прослои отличаются аномально высоким накоплением литофильных редких элементов, вероятным источником которых в данных условиях седиментации могут быть лишь кислые магматические породы (вулканиты). Внутри глинистого типа прослоев (между подтипами А и Б) также отмечаются некоторые различия. Так, для образцов смешаннослойного иллит-смектитового состава (подтип Б) отмечаются повышенные по сравнению с подтипом А содержания Ba, Cu, Zn, Sr, Ga, As, La, Ce и Nd. Для пород каолинитового состава (подтип А) отмечается превышение в содержании Li, Ni и Mo относительно подтипа Б.
Для пород кремнистого типа содержание всех элементов ниже в 2-4 раза по сравнению с вмещающими породами, что может быть связано с их выщелачиванием в процессе эпигенеза. В данном типе пород отмечаются повышенные концентрации Mo, Cd, Zn, Ni, Co и Cr в сравнении с прослоями глинистого типа.
Выявленные особенности строения, структурно-текстурные признаки, а также минералого-геохимические особенности, позволили определить природу образования изучаемых горизонтов как вулканогенно-пирокластическую. Предполагается, что исследуемые прослои образовались в результате диа- и катагенетического преобразования вулканокластического материала туфовых осадков в обстановке застойного моря с высоким содержанием органического вещества и последующим его угнетением. Породы глинистого типа по комплексу признаков отнесены к глинистым туффитам, а горизонты кремнистого состава - к туфосилицитам.
Различия в накоплении тех или иных элементов в изучаемых прослоях и вмещающих породах может быть вызвано резкой сменой условий осадконакопления в иловых водах. Такие условия могут быть вызваны синхронным поступлением в осадок вулканогенного пирокластического (пеплового) материала совместно с осадками нормальной морской седиментации. Отдельно следует отметить характер распределения группы литофильных редких металлов, особенно тория. Для глинистых прослоев отмечено аномально высокое содержания тория (в 8-11 раз превышает содержание во вмещающих породах). Низкая миграционная способность тория в условиях зоны гипергенеза наряду с особенностями его распределения в исследуемых отложениях позволяет сделать заключение, что наиболее вероятным источником поступления тория в отложения свиты является вулканогенный (пепловый) материал.
Выделенные торий-содержащие горизонты простираются на сотни километров и могут являться следствием обширного пеплопада верхнеюрского времени.
Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа.
О наличии вулканического материала также свидетельствует низкое содержание в породах ОВ (Сорг.). По результатам пиролитического метода, содержание Сорг. для люминесцирующих прослоев составляет 0,2-2,7 %, а для вмещающих пород содержание Сорг. варьирует от 5 до 18%. Поступление в осадок продуктов пеплового материала в связи с его повышенной реакционной способностью, а также присутствием в нем токсичных продуктов (As, Hg, Cd и др.) может влиять на продуктивность организмов вплоть до их массовой гибели, что объясняет низкое содержание органического вещества в исследуемых породах.
Выявленные типы прослоев обладают разным минеральным и микроэлементным составом, соответствуют нескольким эпизодам пеплонакопления и закономерно распределены по разрезу - измененные вулканогенные прослои глинистого типа приурочены к средней части разрезов, прослои кремнистого типа- к приподошвенной.
Кремнистый тип прослоев (туфосилициты) представлены маломощными прослойками (до 1-3 мм), ритмично переслаивающимися с вмещающими породами, обогащенными ОВ. Предполагается что вулканогенный материал для образования таких «ритмитов» поступал пульсационно с последующим выщелачиванием микроэлементов и окремнением без процессов глинизации. Туфосилициты характерны для нижней (приподошвенной) части разрезов. Выше по разрезу встречаются одиночные прослои глинистых туффитов мощностью до 1 см, что свидетельствует об одноактном поступлении пеплового материала в осадок с более долгими временными перерывами.
Частота встречаемости, изменение мощности, а также расстояния между горизонтами позволяют предположить, что вероятным источником поступления вулканического материала являются юго-восточные или восточные области (области Саяно-Енисейской, Байкальской (Забайкальской) или Верхояно-Чукотской складчатости).
Люминесценция исследуемых прослоев связана с органическим веществом, подвергшимися преобразованию под влиянием вулканогенного материала. Компоненты осадка (минеральная часть и органическое вещество) подверглись влиянию пеплового материала, что привело к их перераспределению, частичному разрушению органического вещества и обусловило люминесценцию.
Установленные минералого-геохимические особенности аномально люминесцирующих прослоев позволяют получить новые минералого-геохимические данные о вулканизме (его составе и специализации), отраженном в отложениях баженовской свиты на территории ЗападноСибирского осадочного бассейна и уточняют региональные закономерности формирования и распределения этих горизонтов на территории исследования. Выделенные прослои могут быть использованы в качестве маркирующих горизонтов для решения задач литостратиграфической корреляции ввиду их регионального распространения.
По результатам проведенных минералого-петрографических исследований проведена типизация исследуемых прослоев. Прослои I группы имеют глинистый состав - основными минералами являются каолинит и смешаннослойные минералы ряда иллит-смектит, также отмечены кварц, полевые шпаты, пирит, кальцит и барит. Породы данной группы прослоев отнесены к глинистому типу. По преобладающей минеральной фазе породы I группы прослоев дополнительно разделены на 2 подтипа: подтип А - прослои имеют преимущественно каолинитовый состав и представлены каолинитом и характерны для прослоев, выделенных в юго-восточной части исследуемой территории; подтип Б - преобладающим компонентом являются смешаннослойные образования ряда иллит-смектит, данный тип прослоев отмечен в центральной части бассейна.
Выявлена территориальная закономерность размещения прослоев глинистого состава. Прослои каолинитового состава преимущественно наблюдаются в юго-восточной части исследуемой территории, а смешаннослойного состава - в центральной. Данная закономерность может быть обусловлена разной степенью постседиментационных преобразований отложений.
Прослои II группы на всей территории исследования характеризуются однотипным минеральным составом - преобладающим компонентом является кварц, в подчиненном количестве отмечены глинистые минералы, пирит, кальцит. Породы данной группы прослоев отнесены к кремнистому типу.
Отмечено низкое по сравнению с вмещающими породами содержание органического вещества (Сорг. 0,2-2,7%). По результатам пиролитического метода выявлены четкие различия в параметрах ОВ, которые характеризуют природу и его состояние в породе.
Выделенные типы прослоев различны по содержанию микроэлементов. Для пород глинистого типа повышенные концентрации в сравнении с вмещающими отложениями отмечаются для Li, Zr, Hf, Sn, Th, U, Pb, легких лантаноидов, Ba, Sr и As. Пониженные концентрации элементов характерны для Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Nb, Mo и Cd. Глинистые прослои отличаются аномально высоким накоплением литофильных редких элементов, вероятным источником которых в данных условиях седиментации могут быть лишь кислые магматические породы (вулканиты). Внутри глинистого типа прослоев (между подтипами А и Б) также отмечаются некоторые различия. Так, для образцов смешаннослойного иллит-смектитового состава (подтип Б) отмечаются повышенные по сравнению с подтипом А содержания Ba, Cu, Zn, Sr, Ga, As, La, Ce и Nd. Для пород каолинитового состава (подтип А) отмечается превышение в содержании Li, Ni и Mo относительно подтипа Б.
Для пород кремнистого типа содержание всех элементов ниже в 2-4 раза по сравнению с вмещающими породами, что может быть связано с их выщелачиванием в процессе эпигенеза. В данном типе пород отмечаются повышенные концентрации Mo, Cd, Zn, Ni, Co и Cr в сравнении с прослоями глинистого типа.
Выявленные особенности строения, структурно-текстурные признаки, а также минералого-геохимические особенности, позволили определить природу образования изучаемых горизонтов как вулканогенно-пирокластическую. Предполагается, что исследуемые прослои образовались в результате диа- и катагенетического преобразования вулканокластического материала туфовых осадков в обстановке застойного моря с высоким содержанием органического вещества и последующим его угнетением. Породы глинистого типа по комплексу признаков отнесены к глинистым туффитам, а горизонты кремнистого состава - к туфосилицитам.
Различия в накоплении тех или иных элементов в изучаемых прослоях и вмещающих породах может быть вызвано резкой сменой условий осадконакопления в иловых водах. Такие условия могут быть вызваны синхронным поступлением в осадок вулканогенного пирокластического (пеплового) материала совместно с осадками нормальной морской седиментации. Отдельно следует отметить характер распределения группы литофильных редких металлов, особенно тория. Для глинистых прослоев отмечено аномально высокое содержания тория (в 8-11 раз превышает содержание во вмещающих породах). Низкая миграционная способность тория в условиях зоны гипергенеза наряду с особенностями его распределения в исследуемых отложениях позволяет сделать заключение, что наиболее вероятным источником поступления тория в отложения свиты является вулканогенный (пепловый) материал.
Выделенные торий-содержащие горизонты простираются на сотни километров и могут являться следствием обширного пеплопада верхнеюрского времени.
Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний - для кремнистого типа.
О наличии вулканического материала также свидетельствует низкое содержание в породах ОВ (Сорг.). По результатам пиролитического метода, содержание Сорг. для люминесцирующих прослоев составляет 0,2-2,7 %, а для вмещающих пород содержание Сорг. варьирует от 5 до 18%. Поступление в осадок продуктов пеплового материала в связи с его повышенной реакционной способностью, а также присутствием в нем токсичных продуктов (As, Hg, Cd и др.) может влиять на продуктивность организмов вплоть до их массовой гибели, что объясняет низкое содержание органического вещества в исследуемых породах.
Выявленные типы прослоев обладают разным минеральным и микроэлементным составом, соответствуют нескольким эпизодам пеплонакопления и закономерно распределены по разрезу - измененные вулканогенные прослои глинистого типа приурочены к средней части разрезов, прослои кремнистого типа- к приподошвенной.
Кремнистый тип прослоев (туфосилициты) представлены маломощными прослойками (до 1-3 мм), ритмично переслаивающимися с вмещающими породами, обогащенными ОВ. Предполагается что вулканогенный материал для образования таких «ритмитов» поступал пульсационно с последующим выщелачиванием микроэлементов и окремнением без процессов глинизации. Туфосилициты характерны для нижней (приподошвенной) части разрезов. Выше по разрезу встречаются одиночные прослои глинистых туффитов мощностью до 1 см, что свидетельствует об одноактном поступлении пеплового материала в осадок с более долгими временными перерывами.
Частота встречаемости, изменение мощности, а также расстояния между горизонтами позволяют предположить, что вероятным источником поступления вулканического материала являются юго-восточные или восточные области (области Саяно-Енисейской, Байкальской (Забайкальской) или Верхояно-Чукотской складчатости).
Люминесценция исследуемых прослоев связана с органическим веществом, подвергшимися преобразованию под влиянием вулканогенного материала. Компоненты осадка (минеральная часть и органическое вещество) подверглись влиянию пеплового материала, что привело к их перераспределению, частичному разрушению органического вещества и обусловило люминесценцию.
Установленные минералого-геохимические особенности аномально люминесцирующих прослоев позволяют получить новые минералого-геохимические данные о вулканизме (его составе и специализации), отраженном в отложениях баженовской свиты на территории ЗападноСибирского осадочного бассейна и уточняют региональные закономерности формирования и распределения этих горизонтов на территории исследования. Выделенные прослои могут быть использованы в качестве маркирующих горизонтов для решения задач литостратиграфической корреляции ввиду их регионального распространения.
