Evolution of mineral formation processes in Lower Vend terrigenous rocks of Nepsko-Botuobinskaya anteclise

Full Text

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Отложения раннего венда (непской и паршинской свит) [Решения …, 2012] Непско-Ботуобинской антеклизы (НБА) отличает широкое разнообразие литотипов. Для них характерен богатый комплекс минералов, включающий типичные для осадочных терригенных пород, а также минералы, формирующиеся в результате многостадийной эволюции разнообразных процессов минералообразования. Многостадийность минералообразования, в целом, характерна для пород осадочного чехла Сибирской платформы и во многом определяет специфику его строения, состава и физических свойств, а также распределения в нем твердых и горючих полезных ископаемых [Гурова, Чернова, 1988; Жарков, 1974; Жуковская, 2011; Копелиович, 1965; Пиннекер, 1966; Юдович, Кетрис, 2008].

Целью настоящей работы явилось выявление и характеристика эпигенетических процессов и парагенезов аутигенных минералов пород терригенного комплекса раннего венда Непско-Ботуобинской антеклизы.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В течение нескольких последних десятилетий на кафедре литологии РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина при исследовании терригенных природных резервуаров нижнего венда НБА был изучен керновый материал из 53 скважин глубокого бурения, а также проведены разномасштабные литологические исследования по 4350 образцам из разрезов скважин Аянского, Ярактинского, Непского, Кийского, Дулисьменского, Верхнечонского, Могдинского, Чаяндинского, Среднеботуобинского месторождений. Образцы изучались с помощью оптической микроскопии в обычных и прокрашенных шлифах, а также в шлифах, изготовленных на безводной основе, на поляризационном микроскопе Axio Imager A2m Carl Zeiss, с помощью электронной микроскопии, на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6610LV (РЭМ) с приставкой для микроанализа OXFORD INSTRUMENTS IE350-IW500-HKL, и рентгеноструктурного анализа (РСА), на рентгеновском дифрактометре RIGAKU (XRD) SmartLab.

ОБОБЩЕННАЯ ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Нижневендские отложения НБА представлены широким комплексом терригенных пород, включающим конгломераты; гравелиты мелкообломочные песчаные; песчаники крупно-, средне- и мелкозернистые; песчаники разнозернистые гравелитистые; алевролиты; песчано-глинистые брекчии; аргиллиты песчано-алевритистые. Между выделенными литотипами существуют переходные разности.

В процессе исследований выявлено, что обломочная часть терригенных отложений венда преимущественно сложена кварцем на 70–75%, полевыми шпатами на 5–10% и обломками кислых магматических горных пород (5–10%). В разных процентных соотношениях встречены преобразованные обломки вулканокластики, глинистых сланцев, кремнистых и карбонатных пород. В породах отмечаются такие акцессорные минералы как монацит, циркон, турмалин, сфен, рутил, лейкоксен и др. В ряде разрезов НБА в грубообломочных отложениях количество зерен монацита может достигать 30% объема породы (рис. 1а). Цементирующая масса песчаников и гравелитов составляет от единиц до 25–30% объема породы и представлена широким комплексом минералов. В цементе пород присутствует глинистая составляющая, карбонатная, сульфатная, галитовая, кварцевая в различных процентных соотношениях. Общей характеристикой нижневендских терригенных отложений является их высокая степень вторичной преобразованности [Осадочные бассейны…, 2004; Шемин, 2007].

 

Рис. 1. Минеральные и структурные характеристики пород раннего венда НБА: а – россыпи монацита составляют 25–30% объема породы в гравелите мелкообломочном (николи скрещены, увеличение 25); б – красным выделено зерно кварца с 5 каемками регенерации в песчанике крупно-среднезернистом (николи скрещены, увеличение 100); в — зажатое глинисто-органическое вещество между зернами кварца и каемками регенерации (николи скрещены, увеличение 100); г – красным выделено выщелоченное зерно микроклина (РЭМ, увеличение 370); д – в центре фото яркое зерно турмалина, регенерационная кайма (толщина каймы 0,11мм) которого вклиниваться в регенерационную каемку кварца в песчанике крупнозернистом (николи скрещены, увеличение 100); е – красным выделено зерно кварца с гранобластовой структурой, которая затронула каемку регенерации в песчанике крупнозернистом (николи скрещены, увеличение 100); ж – сдавленные и потрескавшиеся зерна кварца в песчанике крупнозернистом (николи скрещены, увеличение 100); з – красным выделены шиповидные структуры врастания слюд и хлоритов в кварцевые зерна (николи скрещены, увеличение 200); и – красным выделены единичные окатанные обломки глинистых пород и глинистый цемент, образованный за счет механической деформации глинистых обломков в песчанике среднезернистом (николи скрещены, увеличение 100); к – микростилолитовый шов по напластованию пород, заполненный глинисто-органическим веществом, со сдавленными и деформированными глинистыми обломками и пластинками слюд (синим цветом окрашено пустотное пространство песчаника крупно-среднезернистого) (николи параллельны, увеличение 100); л – нижневендские песчаники со структурами сдвигов по субвертикальной трещине раскрытостью 1–2 мм; м – волосяной иллит и листоватый хлорит в виде чешуйчатой и тонкопластинчатой массы в аргиллите алевритистом (РЭМ, увеличение 1500); н – упорядоченные агрегаты каолинита столбчатой формы в смеси иллита в песчанике глинистом (РЭМ, увеличение 1000); о – дифрактограмма аргиллита алевритистого.

 

1. ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ

1.1. Регенерация зерен

Одним из главных эпигенетических процессов, широко распространенных в нижневендских терригенных отложениях НБА, является регенерация зерен кварца, которая была массовой и многостадийной. Встречаются зерна с каемками до 5 генераций (см. рис. 1б). В ряде разрезов скважин встречаются зоны, где регенерация зерен кварца в значительной степени изменяет структуру породы и, достигая своего максимума, закрывает первичное поровое пространство, образуя «сливные» песчаники. Размер зерен, наиболее затронутых процессом регенерации, составляет 0.25–0.5 мм. Толщина каемки может достигать 0.25 мм. Между каемками регенерации и зерном часто наблюдается «зажатое» глинисто-органическое вещество, которое отчетливо фиксируется под микроскопом (см. рис. 1в).

В отдельных интервалах разреза широко распространены процессы регенерации зерен калиевых полевых шпатов (КПШ). Размер зерен КПШ, наиболее затронутых процессом регенерации, составляет 0.5–1 мм. Вслед за регенерацией зерна КПШ в значительной степени подверглись процессам пелитизации и последующего выщелачивания (см. рис. 1г). Полевые шпаты, чаще всего щелочные, слагающие регенерационную кайму, наследуют минералогический состав материнского зерна (калишпаты и альбит), и, как следствие, оптическую ориентировку и спайность. В тоже время в ряде разрезов могут встречаться каемки регенерации, отличные по составу от минералогии зерен. Такие случаи регенерации КПШ для данного региона встречались ранее в работах Т.И. Гуровой, А.В. Копелиовича [Гурова, Чернова, 1988; Копелиович, 1965].

В песчаниках часто отмечается регенерация зерен турмалина – явление достаточно редкое для осадочных разрезов. Размер зерен турмалина может достигать 0.3 мм. Новообразованные столбцы и грани могут вклиниваться в регенерационные каемки кварца. Толщина регенерационной каемки турмалина может достигать 0.1 мм (см. рис. 1д). Между обломочным зерном и каймой регенерации наблюдается отчетливо выраженная граница. Чаще всего регенерируется только одна сторона зерен. В кайме хорошо видны грани тригональных призм и пирамид. Цвет каймы по сравнению с зерном обычно характеризуется относительно более низкими интерференционными окрасками. Явление регенерации некоторых тяжелых минералов, в частности турмалина, было установлено в песчано-алевритовых породах рифея и венда Припятского прогиба [Гулис, 1995].

1.2. Перекристаллизация и деформационные структуры обломочных зерен

В нижневендских терригенных отложениях НБА активно проявляются процессы перекристаллизации зерен кварца, а также их стресс-коррозии. В них отмечаются микроструктуры бластеза обломочного кварца преимущественно рекристаллизационно-гранулярного типа с «шахматным» угасанием агрегатов новообразований. По наименее преобразованным обломкам кварца выявлено, что гранобластовые структуры зерен затрагивают каемки регенерации кварца (см. рис. 1е). Процессы стресс-коррозии проходили довольно активно, что выражается в массовой деформации зерен кварца, возникновении микротрещин и многочисленных полосок Бема. Сдавленные зерна имеют черные полоски, образованные вкрест направлению сдвига. Их появление связано с выдавливанием газовых пузырьков и других флюидов из зерен. В породах распространены конформные, сутурные и инкорпорационные микроструктуры на границах зерен (вплоть до полного исчезновения каемок). Большинство зерен кварца сдавленные и потрескавшиеся (см. рис. 1ж). Выявлены шиповидные, или бородатые структуры врастания слюд и хлоритов в кварцевые и полевошпатовые зерна (см. рис. 1з). В ряде случаев деформационные процессы в значительной степени затронули обломки глинистых пород. При этом в средне- и мелкозернистых песчаниках степень преобразованности глинистых обломков не велика, а в более грубых разностях эти обломки преобразуются в цементирующую массу (см. рис. 1и). В среднем размер глинистых обломков достигает 0.4 мм, их содержание может составлять 10–15% объема породы.

В песчаниках отдельных разрезов НБА отмечаются микростилолитовые швы по напластованию пород. Швы малоаплитудные (0.1–0.15 мм) заполненные глинисто-органическим веществом, со сдавленными и деформированными глинистыми обломками и пластинками слюд (см. рис. 1к).

Процессы деформации пород проявляются как на микро-, так и на макроуровне. По всему разрезу осадочного чехла и в породах коры выветривания отмечаются Х-образные, вертикальные и разноориентированные трещины, а также ортогональные стилолитовые швы. По трещинам часто наблюдаются следы сдвигов пород (см. рис. 1л).

1.3. Преобразование глинистых минералов

В терригенных отложениях раннего венда отмечено содержание преобразованных глинистых минералов, являющихся чуткими индикаторами стадий литогенеза. Так, например, отдельные пропластки аргиллитов содержат значительное количество диккита, каолинита, иллита, смешанослойных минералов, хлорита 7, 14Å, гидрослюды политипа 2М₁ (см. рис. 1м, н, о). Кристаллы хлорита образуют листоватые, чешуйчатые агрегаты, которые складываются в сплошные массы. Для железистых хлоритов характерны скрытокристаллические агрегаты и оолиты. Кристаллы каолинита встречаются в виде чешуек с гексагональными очертаниями, правильными шестигранными контурами, часто сгруппированными в упорядоченные агрегаты столбчатых форм. Иллит, гидрослюда и смешанослойные наблюдаются в чешуйчатых и тонкопластинчатых массах, обычно в смеси с каолинитом и другими минералами. В силу лабильности кристаллических решеток эти минералы могут быть индикаторами термодинамических и геохимических параметров окружающей среды [Дриц, Сахаров, 1976; Карпова, 1972; Коссовская, Шутов и др., 1963; Котельников, Солодкова, 1995; Ломова, 1979; Милло, 1968; Парфенова, Япаскурт, 2000; Петрова, 2005].

Представленная в песчаниках каолинитизация в виде цемента свидетельствует о проникновении в пласт чужеродных вод с повышенной кислотностью. В песчаниках и гравелитах активно встречаются мусковитизация и хлоритизация биотита, а также вростки каолинита внутри полевых шпатов, при том контуры первоначальных зерен остались без изменений. Найденный в ряде разрезов диккит представляет собой полиморфную модификацию каолинита, которая образовалась при T>200°С. Возникновению модификации гидрослюды 2М₁ политипа, а также хлорита 14Å способствует, в первую очередь, термальная активизация. Глубокий прогрев нижневендских терригенных отложений сказался не только на изменении глинистых минералов, но и на структурных преобразованиях органического углерода в аргиллитовых породах. В отдельных пропластках аргиллита встречены выделения графита, подтвержденные данными РСА [Постникова, Постников, 2011].

1.4. Аутигенная цементация

Для терригенных отложений НБА характерно массовое развитие вторичной цементации порового и трещинного пространства. При этом отмечается отчетливая стадийность «залечивания» первичного порового пространства, которая проявляется в последовательной смене регенерационного цемента (кварцевого или калишпатового) на карбонатный, сульфатный и галитовый. Карбонатный материал, чаще всего представленный кристаллами доломита, корродирует регенерационные каемки обломочных зерен. Отмечаются несколько генераций доломита (рис. 2а). Вероятно, сопряженно с карбонатизацией происходило выщелачивание некоторых зерен кварца и КПШ.

 

Рис. 2. Проявление эпигенетических процессов в породах раннего венда НБА: а —последовательное заполнение поры кристаллами доломита четырех генераций в песчанике средне-крупнозернистом (николи скрещены, увеличение 100); б —последовательное заполнение первичного порового пространства каемками регенерации (1), кристаллами доломита (2) и ангидрита (3) в гравелите мелкообломочном (николи скрещены, увеличение 100); в — карбонатный цемент (1) заполняет микротрещины в регенерированных зернах кварца, прорывая их (николи скрещены, увеличение 100); г —синим цветом окрашены остаточные поры, желтым —показаны зоны распространения галита в песчанике средне-мелкозернистом (николи параллельны, увеличение 100); д —голубым цветом показаны кристаллы галита в виде кубических распорок между зернами КПШ (РЭМ, увеличение 1100); е —голубым цветом выделена микрокристаллическая масса галита, расклинивающая инкорпорационные контакты зерен кварца (РЭМ, увеличение 370); ж —голубым цветом окрашены микротрещины (1) вокруг обломочных зерен песчаника крупнозернистого с галитовым заполнением пустотного пространства (николи параллельны, увеличение 500); з —желтым цветом выделено окремнение и окварцевание (2), проходившие вслед за карбонатизацией (1) в песчанике разнозернистом (николи скрещены, увеличение 100); и —на контакте карбонатного (1) и кремнистого (2) материалов наблюдается зажатое глинисто-органическое вещество в песчанике средне-мелкозернистом (николи параллельны, увеличение 200); к —последовательное выполнение трещины кальцитом (Cal), родохрозитом (Rch), ангидритом (Ang) и сфалеритом (Sph) (РЭМ, увеличение 33); л —последовательное выполнение трещины кальцитом (Cal), халькопиритом (Cpy) и сфалеритом (Sph), а также сгустки растрескавшегося преобразованного органического вещества (С) (фото на стереоскопе, увеличение 10); м —последовательное выполнение трещины кальцитом (Cal), ангидритом (Ang), галитом (Hal), целестином (Cel) и баритом (Bar), а также органическое вещество (С) на стыке кальцита и ангидрита (РЭМ, увеличение 90); н — лейкоксенизация в песчанике средне-мелкозернистом (николи параллельны, увеличение 100); о —новообразованные кристаллы анатаза на стенках пор в гравелите мелкообломочном (николи параллельны, увеличение 100); п — желтым цветом показаны новообразованные кристаллы анатаза на стенках пор и трещин в коре выветривания фундамента (РЭМ, увеличение 400).

 

Вслед за карбонатизацией наступила стадия сульфатизации порового пространства. Ангидрит полностью или частично заполняет остаточное пустотное пространство (см. рис. 2б). Карбонатный и сульфатный материалы могут заполнять микропустоты в регенерированных, перекристаллизованных зернах и проникать в их микротрещины (см. рис. 2в).

Финальной стадией заполнения пустотного пространства явилось засолонение (см. рис. 2г). Галит (редко сильвин) находится в породе в виде идиоморфных кубических кристаллов (см. рис. 2д), а также в виде «пластичной» массы, расклинивающей инкорпорационные контакты зерен (рис. 2е), что, возможно, приводит к образованию рыхлых пород за счет микрофлюидоразрывов межзерновых контактов (см. рис. 2ж).

В ряде разрезов нижневендских отложений НБА отмечается окремнение и окварцевание, проходившие вслед за карбонатизацией (см. рис. 2з). На контакте кремнистого и карбонатного материала часто наблюдается зажатое глинисто-органическое вещество (см. рис. 2и).

1.5. Аутигенное минералообразование в макротрещинах

В ряде разрезов нижневендских отложений НБА отмечаются зоны с достаточно интенсивным развитием тектонических трещин различной раскрытости и направленности. Изучение минерального выполнения стенок трещин проводилось с помощью методов стереомикроскопии, РЭМ, РСА и микрорентгеноспектрального анализа. В результате исследований установлено, что стенки трещин последовательно минерализованы кристаллами: кальцита (железомагнезиального кальцита, магнезита, реже доломита), халькопирита, пирита, сфалерита, кубоаргирита, родохрозита, ангидрита, целестина и барита (см. рис. 2к, л, м). В трещинах были встречены примазки, сгустки, растрескавшиеся фрагменты преобразованного органического вещества, заполняющего остаточное пустотное пространство. К наиболее поздней стадии минерализации трещин относится образование кристаллов галита.

По результатам исследований РСА в околотрещинных зонах выявлены такие нетипичные для осадочных пород минералы, как бернессит, флогопит, диккит, весцелиит, анатаз, пирит с примесью соединений мышьяка и цеолиты (анальцим, ломонтит).

Спецификой отложений является часто встречаемые оксиды титана. В породах отмечается лейкоксенизация (см. рис. 2н), значительное количество вновь образованных кристаллов анатаза на стенках пор и трещин (см. рис. 2о, п).

2. МИНЕРАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПАРАГЕНЕЗЫ СТАДИЙ И ТИПОВ ЛИТОГЕНЕЗА ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД РАННЕГО ВЕНДА НЕПСКО-БОТУОБИНСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ

Минералогические и структурные характеристики терригенных отложений раннего венда НБА являются результатом сложного сочетания и последовательного наложения различного типа эпигенетических преобразований. Процессами формирования и преобразования осадочных пород, разработкой основ сравнительного анализа эпигенетических преобразований отложений активно занимались с 1970-х годов [Коссовская, Шутов, 1963, 1971, 1981; Тимофеев, 1987; Лисицын, 1997; Холодов, 1982; Логвиненко, 1968; Логвиненко, Орлова, 1987; Страхов, 1960–1962; Япаскурт, 1992]. В работах были сформулированы признаки процессов диагенеза, а также разработано учение об эпигенезе осадочных пород, в рамках которого стали существовать стадиальный и наложенный его варианты. В многочисленных работах, посвященных этой проблеме были определены характерные структурные и минеральные критерии распознавания типов литогенеза, которые использовались для диагностирования типов и стадий преобразования терригенных отложений раннего венда НБА.

Под эпигенетическими изменениями пород вслед за О.В. Япаскуртом [Япаскурт, 1995] авторы статьи понимают преобразования отложений на различных стадиях катагенеза и метагенеза. Относительно нижней границы диагенеза, а следовательно, и верхней границы катагенеза существуют различные точки зрения [Коссовская, Шутов, 1956, 1976; Страхов, 1960–1962; Логвиненко, 1968; Копелиович, 1965]. Под катагенезом авторы статьи понимают «стадию изменения вещественного состава и структуры осадочных отложений в стратисфере при повышении давления в диапазоне от 10 до 200 МПа и температурах от 25 до 200°С (±25°С) в присутствии и при активном участии подземных вод и (или) поровых растворов» [Япаскурт, 1995]. «Метагенез – это стадия формирования наложенных на образования катагенеза минеральных, структурных и текстурных изменений осадочных пород – предельно уплотненных и перекристаллизуемых (не полностью) при температуре 200–350°С, давлении выше 200 MПа с участием минерализованных растворов» [Япаскурт, 1995]. Минерально-парагенетический принцип диагностики этапов и стадий преобразования пород разработан еще в 50-х годах прошлого века [Коссовская, Шутов, 1976; Коссовская, 1993; Логвиненко, Орлова, 1987]. Согласно этому принципу наличие определенных аутигенных минералов, структурно-текстурных преобразований являются показателем раннего или позднего ката- или метагенеза [Логвиненко, Орлова, 1987].

Эпигенез осадочных пород включает все постседиментационные преобразования отложений, однако, разделяется на эпигенез стадиального погружения и наложенный эпигенез [Эпигенез …, 1971]. Стадиальные изменения, включающие различные шкалы катагенеза относятся к стадиально-эпигенетическим, а изменения, вызванные внедрением флюидов из внешних источников, к наложенно-эпигенетическим [Лебедев, 1992].

О.В. Япаскуртом были подробно исследованы типоморфные признаки литогенетических преобразований осадочных пород для разных структурных элементов земной коры, табл. 1 [Япаскурт, 1981, 1991, 1995]. Сформулированные О.В. Япаскуртом признаки геологических типов литогенетических преобразований, различающиеся по масштабу (региональные, локальные) и по времени проявления (фоновые и наложенные), были выявлены в терригенных отложений раннего венда НБА.

 

 

Таблица 1. Геологические типы литогенетических преобразований в осадочных бассейнах с континентальным строением земной коры [Япаскурт, 1991]

Над-типы	по масштабу проявления	Локальный			Региональный
	по времени проявления	наложенный					фоновый (стадиальный)
Тип литогенеза		ката- класти-ческий	гидро-термаль-номета-сомати-ческий	контак-товомаг-матических воздейст-вий	динамо-термальной активации		погружения
Подтип литогенеза		–	–	–	интен-сивный	умерен-ный	преры-вистый	интен-сивный	вялый

 

Алевро-псаммитовая составляющая пород раннего венда представлена набором породообразующих минералов, источником которых стали магматические и метаморфические образования фундамента. Диагностировать в породах раннего венда диагенетический парагенез минералов весьма проблематично, в связи с их высокой вторичной преобразованностью. В тоже время в породах было установлено присутствие каолинита, доломита, гидрослюды 1М, смешанослойных, хлорита 7Å, гипса, свидетельствующих о прохождении алевро-псаммитами стадии раннего катагенеза [Парфенова, Япаскурт, 2000; Перозио, 1956, 1967а]. Для ранних стадий катагенеза стадиального погружения также характерно появление первых каемок регенерации зерен кварца и образование конформных контактов, появление пирита, хлоритизация, а также пелитизация КПШ [Япаскурт, 1989].

Интенсивная регенерация зерен кварца частично могла быть связана с геохимическими процессами, происходившими в зонах древних водонефтяных контактов (ВНК). Многими исследователями описаны процессы осаждения вторичного кремнезема в такого рода зонах [Зарипов, 1968; Алексеева, Каледа, 1975; Сахибгареев, 1968, 1970, 1976, 1978, 1983, 1989; Вакуленко, 2017]. На наличие следов древних ВНК могут указывать скопления высоко преобразованных углеводородов (УВ), зажатых в межконтактовых зонах обломочных зерен и остаточных пустотах. Признаки разрушения древних залежей нефти и газа в вендских толщах юга Сибирской платформы в виде скоплений твердых нафтидов описаны в работе М.И. Витухиной [Витухина, 1992].

В процессе погружения и уплотнения отложений повышались пластовые температуры и давления, что привело к преобразованию глинистых минералов петрофонда и развитию гидрослюды 2М₁ политипа, хлорита 14Å и смешанослойных, которые сформировались в результате процессов трансформации кристаллических микроструктур слоистых силикатов в твердой среде без фазовых переходов [Милло, 1968]. Данные минералы формируются на стадии позднего катагенеза стадиального погружения. Для этой стадии в исследуемых породах характерна парагенетическая минеральная ассоциация, включающая кварц, халцедон, каолинит, ломонтит, гидрослюды политипа 2М₁, смешаннослойные (реликты), хлорит, хлорит 14Å, анатаз, рутил, лейкоксен, турмалин, кальцит, ангидрит [Запорожцева, 1960, 1963; Ломова, 1979; Парфенова, Япаскурт, 2000; Перозио, 1956, 1967б]. Для поздних стадий катагенеза также характерно появление следов стресс-коррозии: полосок Бема, новообразованных инкорпорационных, микростилолитовых микроструктур, сопровождающихся явлением катаклаза, шиповидные структуры врастания слюд и хлоритов в кварцевые и полевошпатовые зерна, а также регенерация турмалина [Япаскурт, 1984]. Большое значение для новообразования турмалина имеют высокие содержания бора и лития в подземных рассолах, что было выявлено на примере рифейских отложений Припятского прогиба [Гулис, 1995].

Как правило, в песчаных и песчано-гравийных породах развитие каемок регенерации кварца закономерно сменяется карбонатизацией пород, которая, в свою очередь, имеет региональный характер и отражает смену геохимической обстановки в пласте с кислотной на щелочную. В ряде случаев в шлифах отчетливо видно, как вслед за карбонатизацией наступает стадия окремнения, связанная с внедрением в породу кислых растворов кремнезема. Финальной стадией является стадия сульфатизации, которая обусловлена влиянием щелочных растворов, и проявляется в виде кристаллов ангидрита, заполняющих пустотное пространстство. Закономерная последовательность выделения кварца-доломита-халцедона-ангидрита в пустотном пространстве пород отражает цикличность смены геохимических обстановок в пласте [Коссовская, Шутов, 1956].

В терригенных породах раннего венда отмечаются структурные преобразования пород, связанные не только с фоновым (стадиальным) литогенезом, но и с проявлениями локального наложенного процесса метагенеза. Так, для ранних стадий метагенеза динамотермальной активации характерно появление диккита и рекристаллизационно-гранулярных бластовых структур обломочных зерен кварца, которые затронули каемки регенерации [Япаскурт, 2008]. Наиболее ярко процессы локального температурного разогрева проявлены в глинистых породах, первично обогащенных ОВ, в которых развиваются радиально-лучистые агрегаты графита. Этот процесс может быть связан с контактовым метаморфизмом в зонах контакта с крупными трапповыми интрузиями [Постникова и др, 2011].

Наиболее поздние структурные преобразования пород проявились на стадии локального наложенного катакластического литогенеза. Они заключаются в формировании зон трещиноватости и сдвиговых деформаций, а также формировании вертикальных стилолитовых швов. В отдельных разрезах в трещинных зонах ярко проявлены минеральные парагенезы, связанные с локальным наложенным гидротермально-метасоматическим литогенезом. Минеральные парагенезы включают флогопит, барит, сфалерит, пирит с примесью соединений мышьяка, халькопирит, родохрозит, санидин, анальцим, целестин, кубоаргирит, кальцит, доломит, магнезит, ангидрит [Гидротермальное низкотемпературное…, 1982; Главные гидротермальные…, 2009; Логвиненко, Орлова, 1987; Япаскурт, 2008; Петрова, 2005]. На этой стадии отмечается мусковитизация и хлоритизация биотита, каолинитизация внутри полевых шпатов, регенерация и выщелачивание КПШ при неизмененных первоначальных формах зерен.

Завершающей стала парагенетическая ассоциация галита и сильвина, связанная с локальным наложенным гравитационно-рассольным катагенезом (галокатагенезом), понятие о котором было введено В.Н. Холодовым [Холодов, 1982].

Одной из гипотез, объясняющих процессы интенсивного засолонения, является гипотеза гравитационно-рассольного катагенеза, который, видимо, был обусловлен интенсивным прогревом вышележащих кембрийских соленосных отложений магматическими расплавами, которые прорывали толщу осадочного чехла в пермо-триасовое время [Гажула, 2008]. Температура на контактах магмы с вмещающими породами могла достигать порядка 1200°С. Такие высокие температуры способствовали расплавлению каменной соли. Эти расплавы, просачиваясь в нижележащие вендские отложения, заполняли остаточное пустотное пространство терригенных пород-коллекторов.

В качестве альтернативной гипотезы объяснения явлений засолонения, особенно в прифундаментной части осадочного чехла, можно рассмотреть процесс выделения кристаллов галита и ангидрита из эндогенных гидротермальных флюидов [Основные проблемы…, 1981; Жарков, 1974; Жуковская, 2011; Махнач, 1981; Пиннекер, 1966; Поливанова, 1977; Шварцев, 1977]. Такой вариант формирования рассолов и соляных отложений был изложен в работе Т.Р. Бойко, посвященной соляным отложениям в озере Сёрлз в Калифорнии [Бойко, 1963]. С этой точки зрения можно объяснить наличие сульфатов даже в глубоких уровнях коры выветривания фундамента и в трещинных зонах, значительно ниже его поверхности. С позиции эволюции эндогенно-гидротермальной системы значительно легче обосновать направленность процесса многостадийного заполнения пустотного пространства парагенезом карбонатов, сульфатов, сульфидов меди, цинка, серебра и мышьяка терригенного комплекса основания осадочного чехла [Основные проблемы…, 1981; Петрова, 2005; Холодов, 1995; Юдович, Кетрис, 2008]. Длительная эволюция и активизация такой эндогенно-гидротермальной системы могла способствовать локальному возрастанию солености кембрийского солеродного бассейна.

Гидротермально-метасоматические реакции, происходящие при обязательном участии жидкого водного раствора, роль которого неоднократно подчеркивал Д.С. Коржинский, включают в себя одновременные процессы осаждения и растворения минералов [Коржинский, 1955]. Механизм гидротермальных метасоматических реакций зависит от физико-химических условий процесса и соотношения скоростей реакций растворения и осаждения табл. 2 [Коржинский, 1969].

 

Таблица 2. Стадии постмагматического процесса гидротермально-метасоматических образований [Коржинский, 1969]

Постмагматическая (ранняя щелочная)	Выщелачивания (кислотная)	Осаждения (поздняя щелочная)	Заключительная (остаточные нейтральные растворы)
Микроклинизация, альбитизация, магнезиальный метасоматоз	Вынос всех оснований; осаждение кварца	Осаждение оснований; осаждение рудных минералов	Прогрессивный метасоматоз; образование бедных кварц-кальцитовых и кальцитовых жилок

 

Главнейшим фактором, определяющим течение постмагматического процесса и смену одних минеральных парагенезисов другими, является режим кислотности-щелочности растворов [Кожинский, 1953]. Суть этой концепции сводится к следующему: из очага кристаллизирующейся и остывающей магмы непрерывно поднимается поток восходящих растворов, воздействующий на вмещающие породы. Кислотность растворов сначала повышается, достигает максимума и затем снова понижается. Выявленные в гравийно-песчаных породах раннего венда микроклинизация, альбитизация, магнезиальный метасоматоз могут быть отнесены к ранней постмагматической (щелочной) стадии гидротермально-метасоматических процессов. Вслед за карбонатизацией в породах отмечается окварцевание микротрещин, которое могло произойти на стадии выщелачивания (кислотная стадия), когда из пород массово выносятся основания. Эта стадия наступает лишь в средне- и низкотемпературных условиях. После достижения максимальной кислотности происходит инверсия постмагматического процесса. Наступает стадия осаждения (поздняя щелочная стадия), которая характеризуется осаждением оснований. Кислотные компоненты перемещаются быстрее оснований и уходят вперед по потоку растворов. При этом кислотность растворов понижается, растворы пересыщаются основаниями, которые начинают осаждаться в порядке возрастающей основности. Осаждаются как привнесенные магматогенные компоненты, так и компоненты, выщелоченные в кислотную стадию из вмещающих пород. Так, могли образовываться целестин и барит, а также оксиды титана (лейкоксен, рутил), которые замещают Fe-Mg минералы в зонах кислотного выщелачивания [Главные гидротермальные…, 2009]. Процессы выщелачивания и осаждения компонентов являются сопряженными, при этом в верхней части потока происходит преимущественно осаждение, а в нижней – сопряженное с ним выщелачивание. Этим, видимо, объясняется, что процессы выщелачивания КПШ отмечаются только в базальных отложениях раннего венда. При повышении щелочности и среднетемпературных условиях могли формироваться сфалерит с включениями халькопирита в виде наростов на стенках трещин. Заключительная стадия (стадия остаточных нейтральных растворов) отличается воздействием на породу остаточных растворов, имеющих нейтральный характер. На этой стадии могли образоваться низкотемпературные безрудные или обедненные кварцево-кальцитовые и кальцитовые жилки, ломонтит, родохрозит и ангидрит.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Терригенные породы раннего венда НБА являются продуктом многостадийной эволюции процессов минералообразования. Она выражена в смене парагенезов минералов, сформировавшихся на стадиях регионального фонового (стадиального) литогенеза погружения – диагенеза, раннего и позднего катагенеза, а также вследствие сложного сочетания локальных наложенных типов литогенеза – катакластического, гидротермально-метасоматического и динамотермальной активации. Локальные наложенные процессы могли сопровождать эпоху траппового магматизма пермо-триасового возраста. Следует отметить, что, несмотря на локальность проявления, гидротермальные процессы имеют регионально выдержанные характеристики.

Высокая степень преобразованности пород терригенного комплекса раннего венда определяет специфику их структуры, состава и физических свойств, которые необходимо учитывать в процессе геологоразведочных работ, направленных на поиски месторождений различных полезных ископаемых.

About the authors

A. V. Postnikov

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Author for correspondence.
Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

O. V. Postnikova

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

E. S. Izyurova

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

V. V. Poshibaev

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

A. S. Kuznetsov

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

A. D. Izyurov

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

A. E. Kozionov

Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)

Email: ekonovalceva@yandex.ru
Russian Federation, 65, Leninsky Prospekt, Moscow, 119991

References

Supplementary files