CC BY
17
УДК 550.47:551.762:551:763 (571.56)
БИОГЕОХИМИЯ ВЕРХНЕЮРСКИХ НИЖНЕМЕЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
Владимир Аркадьевич Каширцев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, чл.-корр. РАН, главный научный сотрудник, тел. (383)335-64-23, e-mail: [email protected]
Борис Леонидович Никитенко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, зав. лабораторией микропалеонтологии, тел. (383)335-64-28, e-mail: [email protected]
Елена Анатольевна Фурсенко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, тел. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Екатерина Борисовна Пещевицкая
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории палеонтологии и стратиграфии мезозоя и кайнозоя, тел. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Наталья Павловна Шевченко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, инженер лаборатории геохимии нефти и газа, тел. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
По особенностям состава и распределения молекул-биомаркеров в отложениях верхней юры - нижнего мела Лено-Анабарского бассейна выделены три геохимических горизонта, четко стратифицируемые в разрезе. Насыщенные и ароматические углеводороды фракции хлороформенных экстрактов исследованы методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии (ГХ-МС). Отмечен незрелый уровень (протокатагенез) преобразования рассеянного органического вещества. Определены основные углеводороды-хемофоссилии, в том числе: н-алканы, изопреноиды, стераны, диастерены, метилдиастерены и углеводороды, близкие по структуре токоферолу - метилтриметилтридецилхроманы (МТТХ), позволяющие реконструировать ископаемые типы органического вещества.
Ключевые слова: юра, мел, Лено-Анабарский бассейн, хемофоссилии, диастерены, хроманы.
BIOGEOCHEMISTRY OF UPPER JURASSIC LOWER CRETACEOUS SEDIMENTS IN THE NORTH OF THE SIBERIAN PLATFORM
Vladimir A. Kashirtsev
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Corresponding Member of RAS, tel. (383)335-64-23, e-mail: [email protected]
Boris L. Nikitenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Head of the Laboratory of Micropaleontology, tel. (383)335-64-28, e-mail: [email protected]
Elena A. Fursenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Senior Researcher of the Laboratory of Petroleum Geochemistry, tel. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Ekaterina B. Peschevickaya
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Senior Researcher of the Laboratory of Mesozoic and Cenozoic Paleontology and Stratigraphy, tel. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Natalia P. Shevchenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Engineer of the Laboratory of Petroleum Geochemistry, tel. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Three geochemical horizon well-stratified in the section have been identified on the basis of the specific composition of biomarker molecules and their distribution in Upper Jurassic - Lower Cretaceous sediments of the Lena-Anabar Basin. Saturated hydrocarbons and aromatics of chloroform extracted fractions from argillaceous rocks were examined by gas chromatography - mass spectrometry (GC-MS), which revealed immature level (protocatagenesis) of transformation of the dispersed organic matter. The main chemofossil hydrocarbons have been identified, including n-alkanes, isoprenoids, steranes, diasterenes, methyldiasterenes and hydrocarbons with a structure close to tocopherol - methyltrimethyltridecylchromanes (MTTC), which permit reconstructing fossil types of organic matter.
Key words: Jurassic, Cretaceous, Lena-Anabar basin, chemofossils, diasterenes, chromanes.
Органо-геохимические методы и, в частности, анализ состава и распределения молекул-биомаркеров, позволяющий реконструировать тип исходного органического вещества (ОВ), условия накопления, диагенетическую и катагенетиче-скую его эволюцию в процессе развития осадочного бассейна и трансформацию ископаемого ОВ в углеводороды (УВ) нефтяного ряда, занимают важное место в общем комплексе бассейнового моделирования.
В настоящее время в разрезах Сибири приграничный интервал юры и мела хорошо охарактеризован параллельными зональными стратиграфическими шкалами по разным группам фоссилий [1, 2]. Как показывают материалы настоящих исследований, на этом рубеже появляется и весьма разнообразный комплекс хемофоссилий, который достаточно хорошо «стратифицирует» разрез пограничных слоев верхней юры и нижнего мела.
Хлороформенные экстракты (битумоиды) из глинистых пород после разделения на фракции насыщенных и ароматических УВ изучены методом хро-мато-масс-спектрометрии по общему ионному току (TIC) и сканированием по фрагментным ионам (^/z-отношение массы иона к его заряду). Идентификация
индивидуальных УВ проведена компьютерным поиском в библиотеке Национального института стандартов МЭТ-05, по литературным данным и реконструкцией структур по характеру ионной фрагментации при электронном ударе.
Особенности распределения УВ-биомаркеров в рассматриваемом интервале разреза позволили выделить три биогеохимических горизонта (БГХГ-1, БГХГ-2, БГХГ-3), которые сменяют друг друга по вертикали (и, естественно, во
времени), отражая разнообразие фаци-альных обстановок и поступающего в осадки ОВ (рис. 1). Распределение н-алканов в битумоидах по всему изученному разрезу в целом достаточно однотипно. Максимумы распределения, приходящиеся на С29 и С31 (при контрастном соотношении молекул с нечетным и четным числом атомов углерода), обычно свидетель-ствуют, что «первоисточником» этих УВ являлся воск листьев высших растений [4]. При максимумах распределения, приходящихся на меньшее количество атомов углерода, предшественниками н-алканов могут быть жирные кислоты, не связанные с континентальной высшей раститель-ностью. В прибрежных заливах известны «краевые» макрофиты с алканами С27 и С29.
Иначе обстоит дело с распределением изопреноидных хемофоссилий, в частности, это касается пристана и фитана ^20 (рис. 2). В отличие от первого и третьего геохимических горизонтов с «нормальными» взаимоотношениями н-алканов и изопреноидов, во втором горизонте, и особенно в его нижней части, относительные концентрации фитана и пристана могут превышать совместно элюирующиеся н-алканы (С17 и С18 соответственно) в 5-6 раз (рис. 2).
Подобные соотношения для алифатических УВ сингинетичных битумоидов чрезвычайно редки и обычно свидетельствуют об изобилии фотосинтезирую-щих макро- и микроводорослей, хлорофилл которых являлся источником для фитильных и фитольных цепей изопреноидов. Другой характерной чертой второго геохимического горизонта являются необычно высокие концентрации диа-стеренов и метилдиастеренов (рис. 3). Эти биомаркеры практически не характерны для органического вещества геохимических горизонтов БГХГ-1 и БГХГ-3.
Рис. 1. Распределение отношений пристан/ н-алкан С17 и МТТС/ сумма аренов в приграничных слоях юры и мела (урдюкхаинская и паксинская свиты)
Рис. 2. Масс-хроматограммы (по общему ионному току TIC) фракций насыщенных углеводородов основных геохимических горизонтов (см. рис. 1)
Рис. 3. Диастерены и метилдиасте-рены (m/z 257 и 271) во фракциях насыщеных УВ БГХГ-2
В ароматических фракциях битумоидов второй геохимический горизонт характеризуется удивительным преобладанием соединений, близким по структуре токоферолу (рис. 4, БГХГ-2). Резкий «всплеск» концентраций этих соединений приходится на зону Craspedites okensis аммонитовой шкалы волжского яруса Сибири [2], и затем они последовательно снижаются к верхней части бо-реального берриаса (основание зоны Tollia МИ).
В принципе, по геохимическим показателям БГХГ-2 можно разделить на две подзоны. В этом случае кровля нижней подзоны будет достаточно хорошо совпадать с кровлей верхневолжского подъяруса.
Остановимся на возможных предшественниках хемофоссилий. Определенный вклад континентальной растительности характерен для первого и третьего геохимических горизонтов, поскольку здесь, наряду с высокомолекулярными алканами (воск листьев), в ароматических фракциях постоянно присутствует ретен - компонент смол хвойных растений [3]. Выше уже отмечалось, что «изобилие» изопреноидов во втором горизонте вероятнее всего связано с макро- и микрофитами фотической зоны морского бассейна, а высокие концентрации хроманов (МТТХ) напрямую зависят от содержаний хлорофила. Соотношения пристана к рядом элюирующемуся нормальныму алкану С17 и отношения МТТХ к сумме ароматики (рис. 1) характеризуются достаточно надежной зависимостью с коэффициентом корреляции +0,77. Экспериментально
показано, что МТТХ могут образоваться в диагенезе при реакции конденсации между хлорофиллом и ал-килфенолами [5].
Что касается диастеренов и го-пенов, то водорослево-бактериальное их происхождение не вызывает особых сомнений. Присутствие 4-ме-тилдиастеренов в БГХГ-2 можно рассматривать как свидетельство существенного вклада планктонных организмов и, в частности, диноф-лагеллят в общий баланс захороненного органического вещества. Появление 4-метилзамещенных структур в составе стероидов и связь их с динофлагеллятами отмечена в целой серии работ [4].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Никитенко Б.Л., Шурыгин В.Н., Князев В.Г., Меледина С.В., Дзюба О.С., Лебедева Н.К., Пещевицкая Е.Б., Глинских Л.А., Горячева А.А., Хафаева С.Н. Стратиграфия юры и мела Анабарского района (Арктическая Сибирь, побережье моря Лаптевых) и бореальный-зональный стандарт // Геология и геофизика. - 2013. -Т. 54 (4). - С. 830-844.
2. Шурыгин Б.Н., Дзюба О.С. Граница юры и мела на севере Сибири и бореально-тетическая корреляция приграничных толщ // Геология и геофизика. - 2015. - Т. 56(8). -С. 1047-1082.
3. Otto A., Simoneit D.R.T. Chemosistematics and diagenesis of terpenoids in fossil conifer species and sediment from the Eocene Zeitz formation, Saxony, Germany // Geochimica et Cosmo-chimica Acta. - 2001. - Vol. 65. - P. 1715-1728.
4. Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. The biomarker guide. Second Edition. Bio-markers and Isotopes in Petroleum Systems and Earth History. Cambridge University Press, 2005. - Vol. 2. - 1155 p.
5. Sinninghe Damste J.S., Kock-van Dalen A.C., de Leeuw J.W., Schenck P.A., Guoying S., Brassell S.C. The identification of mono-, di- and trimethyl 2-methyl- 2-(4,8,12-trimethyltridecyl) chromans and their occurrence in the geosphere // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1987. -Vol. 51. - P. 2393-2400.
© B. A. Kaunipifee, Б. Л. Никитенко, E. А. Фурсенко, E. Б. Пегцевгщкая, H. П. Шевченко, 2016
Рис. 4. Масс-хроматограммы (TIC) фракций ароматических УВ из основных геохимических горизонтов
