CC BY
43
с
'еонНис, ноябрь, 2013 г., № 11
УДК 551.255:553.983 (470.13)
МАРКИРУЮЩИЕ ГОРИЗОНТЫ О ВЕРХНЕШРСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЯРЕНГСКОГО СЛАНЦЕНОСНОГО РАЙОНА (СЕВЕРО-ВОСТОК РУССКОЙ ПЛИТЫ]
В. А. Салдин, И. Н. Бурцев, Д. О. Машин, Д. Н. Шеболкин, Н. С. Инкина Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар [email protected]
Рассматриваются литологические, фациально-циклические и геохимические маркеры, используемые для корреляции пластов и слоев горючих сланцев верхнеюрской сланценосной толщи.
Ключевые слова: Яренгскийсланценосныйрайон, верхнеюрские отложения, горючие сланцы, корреляция, маркирующий горизонт.
MARKING HORIZONS IN UPPER JURASSIC SEDIMENTS OF THE YARENGA OIL SHALE REGION (NORTH-EAST OF RUSSIAN PLATE]
V.A. Saldin, I.N. Burtsev, D. O. Mashin, D. N. Shebolkin, N. S. Inkina Institute of Geology Komi SC UB RAS, Syktyvkar
The lithological, facial-cyclic, geochemical markers, used for correlation of oil shale layers and beds in Upper Jurassic sediments, are reviewed.
Keywords: Yarenga oil shale region, Upper Jurassic sediments, oil shale, correlation marking horizons.
На Европейской платформе верхнеюрские отложения вмещают многочисленные проявления и месторождения горючих сланцев. В ее северо-восточной части выделены два слан-ценосных бассейна — Вычегодский и Тимано-Печорский. В пределах Вычегодского бассейна обособляются Яренгский и Сысольский сланценос-ные районы [1]. Яренгский сланценосный район занимает центральную часть Мезенской синеклизы, а в административном отношении находится в Удорском районе Республики Коми. Верхнеюрские отложения в Яренг-ском сланценосном районе образуют два отдельных участка — Чим-Лоп-тюгский и Северо-Западный. Чим-Лоптюгский участок общей площадью около 1600 км2 признан наиболее перспективным для разработки горючих сланцев [4]. На этом участке были проведены поисковые [5] и поисково-оценочные [12], а в 2008—2010 гг. — разведочные работы, в которых принимали участие авторы статьи.
Характеристика геологического строения Яренгского сланценосного района была дана ранее [4, 5, 7]. Верхнеюрские отложения здесь представлены зеленовато-серыми известковыми и углеродистыми глинами, горючими и глинистыми горючими сланцами. Встречаются глинистые известняки и зеленые песчанистые глауко-нитсодержащие глины. Общая мощность верхнеюрских отложений в этом районе около 55 м.
По комплексу литологических признаков верхнеюрские отложения Яренгского сланценосного района в настоящее время расчленены на пять пачек (рис. 1, снизу вверх по разрезу): зеленоцветную глинистую (пачка 1), пеструю глинистую (пачка 2); сероцветную сланценосную (пачка 3); темноцветную сланценосную (пачка 4); надсланцевую глинистую (пачка 5). Первые четыре пачки были выделены В. М. Капитано-вым [5]. На обособление надсланце-вой пачки было указано в работе
С. А. Чирва и др. [11]. На основании комплексов органических остатков (аммонитов, двухстворчатых моллюсков, фораминифер) ранее были установлены все ярусы верхней юры. Отложения «зеленоцветной» пачки на Чим-Лоптюгской площади охватывают средний и верхний подъяру-сы оксфордского яруса и чаще лишь нижний подъярус кимериджского яруса [4, 7, 11]. Пачки «пестрая», «се-роцветная», «темноцветная» и низы надсланцевой глинистой пачки отнесены к средневолжскому подъяру-су, аммонитовой зоне Dorsoplanites panderi [4, 11]. Верхняя же часть над-сланцевой пачки, вероятно, соответствует аммонитовой зоне Virgatites virgatus [4, 11]. Средневолжские отложения со стратиграфическим перерывом залегают на маломощных нерасчлененных оксфорд-кимерид-жских глауконитсодержащих глинах [4, 7, 11]. Следы размыва в разрезах визуально не обнаруживаются. На размытой поверхности юрских отло-
'ВгаиНии, ноябрь, 2013 г., № 11
*
жении залегают повсеместно осадки четвертичной системы. На северо-востоке площади отмечаются участки, где волжские отложения размыты полностью.
Основу разделения пластов горючих сланцев создает схема, предложенная В. М. Капитановым с соавторами при проведении поисково-оценочных работ на Чим-ЛоптюгскоИ площади [4]. В темноцветнои толще выделены I и II пласты горючих сланцев, в сероцветнои толще — пласт III. В составе I и II пластов нами выделяются отдельные слои, пронумерованные сверху вниз арабскими цифрами.
Мощность верхнеюрских отложениИ варьирует в значительных пределах: «зелено-цветноИ» пачки — от 1.0— 2.0 м до 9.0 м, «пестроИ» — от 0.2 до 4.5 м (обычно 1.5— 2.0 м); «сероцветноИ» — от 1.9 до 4.5 м, чаще 3.4—3.7 м; «тем-ноцветноИ» — от 5.4 до 14.3 м; надсланцевоИ — от 0 до 21.5 м.
Резко изменяются по простиранию не только мощности пачек, но и толщина, количество и качество слоев горючих сланцев. Для точного сопоставления разрезов, и в первую очередь промышленных пластов, необходимо использование маркирующих горизонтов. Маркирующими горизонтами являются породные комплексы любого стратиграфического ранга, прослеживающиеся на болЬшие Рис. Литолого-стратиграфическая колонка верхнеюрских отложениИ в разрезе скв.367 Чим-расстояния и обладающие Лоптюгского месторождения горючих сланцев (ЯренгскиИ сланценосныИ раИон) с характер-
ярко выраженными и устоИ-чивыми вещественно-структурными и другими особенностями [3]. В работах наших предшественников на отдельных схемах корреляции разрезов обнаруживаются ошибки, а именно сопоставляются между собоИ разные промышленные пласты горючих сланцев.
По результатам обобщения геологических материалов и анализа работ предшественников, а также с учетом новых данных, полученных по Чим-ЛоптюгскоИ сланценосноИ площади, нами выделены маркирующие горизонты, позволяющие идентифицировать и строго увязывать между собоИ отдельные пласты и слои горю-
ными типами пород и положением слоев — маркеров
чих сланцев в Яренгском сланценос-ном раИоне. Наши выводы основываются на фактическом материале опробования и каротажа 195 скважин.
Предлагаются новые маркеры и несколько иначе оценена коррелятивная значимость ранее известных. Далее снизу вверх по разрезу приводится характеристика маркирующих горизонтов.
Первым маркирующим горизонтом для верхнеИ юры Яренгского раИ-она служат легко узнаваемые по характерному зеленому цвету оксфорд-кимериджские, преимущественно
известково-глинистые отложения, получившие название «зеленоцвет-ные» [5]. Изменчивая интенсивность зеленых оттенков пород обусловлена различным содержанием зерен глауконита. Основная часть глауконита несет признаки незначительного переотложения. Большинство зерен глауконита представлено пеллетами. В них часто развиты трещины, разделяющие пеллету на несколько отдельных зерен. Глауконит представлен двумя цветовыми разновидностями: ярко-зеленоИ и бледно-зеленоИ, различающимися по содержанию железа (подтверждено микрозондовы-
ми анализами). Зерна глауконита бледно-зеленого цвета шире распространены и более крупные (до 0.35 мм), чем ярко-зеленые. Незначительная часть глауконита имеет аутигенное происхождение, о чем свидетельствуют линзовидные и про-жилковые формы выделения. Зеле-ноцветная песчано-глинистая пачка сложена преимущественно глинами с прослоями кварц-глауконитовых песчаников, переходящих иногда в песчанистые известняки, которые содержат остатки микро - и макрофауны. При проведении разведочных работ наибольшая мощность зеле-ноцветной пачки (7.50 м)была вскрыта в разрезе скв. 332.
Вторым маркирующим горизонтом является геохимическая аномалия никеля и кобальта в верхней части зе-леноцветной пачки (рис. 1). Ранее Я. Э. Юдовичем в верхнеюрских отложениях Яренгского сланценосного района по данным спектрального анализа были выявлены геохимические аномалии ряда элементов, в том числе N1 и Со. В разрезе высокие концентрации никеля (максимумы в 450 и 800 г/т отмечены в пробах 357—39,
357-40 и 2500 г/т в пробе 358-40) и кобальта (максимум 340 г/т в пробе
358-40) приурочены к оксфорд-киме-риджским отложениям. Минералами-носителями Со и N1 являются ваэсит, бравоит и пирит, образовавшиеся в позднюю стадию диагенеза [10]. Отметим, что данный маркер обнаруживается лишь после лабораторных иссле -дований.
В качестве третьего маркирующего горизонта для корреляции нижней части волжского яруса верхнеюрских отложений Яренгского слан-ценосного района В. М. Капитано-вым с соавторами ранее была предложена глинистая толща с обильными белыми вкрапленниками, придающими породе легко узнаваемую ря-боватость (пестрая пачка) [4, стр. 72]. Мы установили, что эти вкрапления, занимающие до 35 % объема, образованы остатками радиолярий рода Ратс1вди1а, замещенными цеолитом из группы гей-ландита [9]. Мощность маркера в изученных разрезах изменяется от 0.30 до 4.5 м, в среднем около 1.75 м. Цеолитсодержащие глины характеризуются ассоциациями глинистых минералов исключительно смекти-товой группы: хлорит-иллит-смек-титовой и иллит-смектитовой [8]. Глины пестрой пачки отличаются от
Бес&Лшс, ноябрь, 2013 г., № 11
других глин низким содержанием карбонатного компонента и редкими включениями остатков макрофауны. В отдельных разрезах хорошо выражены горизонтальная слоистость (скв. 541) и текстуры биотур-бации (скв. 376). По кровле пестрой пачки проводится граница сланце -носной толщи. За пределами Яренг-ского района такой «цеолитовый» маркер не установлен.
Четвертым маркером служит характерное циклитовое строение се-роцветной пачки. Она сложена переслаивающимися горючими и глинистыми сланцами, темно-серыми и зеленовато-серыми глинами. Циклиты имеют закономерное строение. Горючие сланцы (I элемент цикла) резко залегают на зеленовато-серых глинах и постепенно сменяются вверх по разрезу глинистыми горючими сланцами (II элемент цикла), а затем темно-серыми глинами (III элемент цикла). Венчает циклит слой зеленовато-серой глины (IV элемент цикла). По объему в пачке доминируют зеленовато-серые известковые глины (этим объясняется название). Мощность циклитов небольшая, изменяется от 6 до 80 см. Количество самих цикли-тов также сильно варьирует — от 5 до 14. Часто встречаются циклиты с редуцированными элементами. Отмечается следующая тенденция: снизу вверх по разрезу увеличивается мощность циклитов и доля горючих сланцев в них.
Пятый маркирующий горизонт представлен слоем плотного наиболее высококачественного горючего сланца (слой Ш-1) в верхней части сероцветной пачки (самый верхний циклит). Он выдержан по мощности в пределах всей площади (в среднем около 0.7 м) и выражен на графике гамма-каротажа (ГК) характерным пиком максимума значений гамма-излучения.
Шестой маркирующий горизонт выступает в виде слоя зеленовато-серого сильно глинистого известняка (мергеля) с изменчивой мощностью 0.4—1.5 м, чаще 0.7 м. Наблюдается обычно близкое соотношение глинистой (40—47 %) и карбонатной (53— 60 %) частей в породе. Глинистый компонент представлен иллит-смек-титовой и смектит-иллитовой минеральными ассоциациями [8]. Важной особенностью является крайне низкое содержание каолинита (всего 5—7 %) и хлорита (7—9 %) в глинистой фракции известняков, а смектитовая со-
ставляющая представлена лишь сме-шанослойными образованиями. Они содержат остатки двустворчатых моллюсков, аммонитов, белемнитов и имеют следы биотурбации. В подошве слоя (0.10—0.15 м) иногда развиты темно-серые сильно известковые глины. По кровле этого слоя проводится граница сероцветной и темноцветной пачек, четко фиксируемая на графике ГК по самому минимальному значению гамма-излучения в сланценос-ной части разреза.
Седьмой маркирующий горизонт в виде слоя биокластового известняка мощностью 2—5 см, с волнистой поверхностью напластования наблюдается в основании темноцветной пачки. Граница биокластового слоя с нижележащим зеленовато-серым мергелем (шестой маркирующий слой) резкая. Биокластика представлена преимущественно фрагментами двухстворчатых моллюсков, многие из которых ориентированны под большим углом к поверхности напластования. Этот маркирующий горизонт прослеживается почти во всех разрезах Чим-Лоптюгского месторождения. Широкое распространение данного слоя в разрезах Чим-Лоптюгского участка было отмечено нашими предшественниками [4, с. 74].
Рассмотренные выше маркирующие горизонты в пределах Яренг-ского сланценосного района имеют различную природу и разное коррелятивное значение. Все они распространены в определенном стратиграфическом интервале, охватывающем оксфорд-кимериджский ярусы (не-расчлененные) и низы средневолж-ского подъяруса (сероцветная пачка). Для темноцветной и надсланце-вой пачек литологические реперы не выявлены. Пласты горючих сланцев в темноцветной пачке коррелируют-ся по данным гамма-каротажа.
Первый, третий, шестой и седьмой маркирующие горизонты являются литологическими. Наиболее широким распространением по площади отличается первый маркирующий горизонт. Кровля глауконитсо-держащих глин маркирует границу оксфорд-кимериджских отложений не только в Вычегодском сланценос-ном бассейне, но и в Ижемском сланценосном районе Печорской синеклизы. Вторым по важности является слой сильно глинистого известняка (шестой маркирующий горизонт). Он относительно легко узнается на графике ГК по самым мини-
мальным значениям гамма-излучения в сланценосноИ толще. Этот маркирующиИ горизонт прослеживается и в разрезах Сысольского сланценосного раИона [4], что свидетельствует о его высоком коррелятивном статусе. РаИон применения второго и седьмого маркирующих горизонтов ограничивается Яренгс-ким сланценосным раИоном.
ВтороИ маркирующиИ горизонт имеет геохимическую специализацию и, возможно, прослеживается за пределами раИона. Так, сходная геохимическая аномалия N1 и Со на границе оксфордско-кимериджских и волжских отложениИ установлена в верхнеюрских отложениях разреза «Ивкино» в КостромскоИ области [2]. В Сысольском сланценосном раИоне обильная сульфидная N1—Со-мине-рализация описана в предположительно оксфордско-кимериджских фосфоритовых конкрециях [6]. Требуются дополнительные геохимические исследования для выявления аномалиИ №—Со в верхах оксфордс-ко-кимериджских отложениИ в разрезах других раИонов.
ЧетвертыИ маркирующиИ горизонт, имеющиИ фациально-циклическую природу, также выходит за пределы Яренгского сланценосного раИона. Подобное циклитовое строение описано в сероцветноИ пачке в Сысольском сланценосном раИоне [13]. Возможно, циклитовое строение имеет и темноцветная пачка, но отсутствие слоев контрастных зеленоватых известковых глин, составляющих IV элемент цикла, затрудняет их выделение. В верхнеюрских сланценосных отложениях разреза «Ивкино» циклиты прослеживаются по всему средневолжскому интервалу разреза [2].
ПятыИ маркирующиИ горизонт по природе геолого-техническиИ. Его деИствие ограничивается лишь Чим-Лоптюгским месторождением.
Таким образом, для корреляции верхнеюрских отложениИ Яренгского сланценосного раИона предложено семь маркирующих горизонтов. Некоторые из них могут служить и для сопоставления с верхнеюрскими отложениями других сланценосных раИо-
'ВгаиНии, ноябрь, 2013 г., № 11
нов. Повторно отметим, что в стратиграфическом интервале все предложенные нами маркирующие горизонты относятся лишь к нижнеИ части разреза и важноИ задачеИ остается выявление структурно-вещественных маркеров в темноцветноИ пачке.
Авторы благодарят д. г.-м. н. Я. Э. Юдовича за ценные советы и замечания.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальны/ж исследований УрО РАН, проект № 12-М-57-2047 (Изучение структуры органического вещества, развитие основ новых эффективным технологий переработки углей и горючих сланцев и экономическая оценка инновационных технологических решений для повышения качества продукции, получения новых видов топ-лив и высокоценных материалов).
Литература
1. Абрамов В. П. Юрские отложения северо-востока РусскоИ платформы и приуроченные к ним горючие сланцы // Материалы по геологии и полезным ископаемым северо-востока европеИскоИ части СССР. Сыктывкар: Коми книжн. изд-во, 1972. № 7. С. 151—159.
2. ГавриловЮ. О., Щепетова Е. В., Рогов М. А., Щербинина Е. А. Седимен-тология, геохимия и биота волжских углеродистых отложениИ северноИ части Среднерусского моря (Костромская область) // Литология и полезные ископаемые, 2008. № 43. С. 354—379.
3. Геологический словарь: В 3 т. 3-е изд., перераб. и доп. / Гл. ред. О. В. Петров. Т. 2. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2011. 480 с.
4. Горючие сланцы ЕвропеИского Севера СССР / Отв. ред. В. А. Дедеев, Я. Э. Юдович. Сыктывкар: Коми НЦ УрО АН СССР, 1989. 152 с.
5. Капитанов В. М. СводныИ отчет о поисковых работах на горючие сланцы в Яренгском сланценосном раИоне / Вычегодская ГРП ПГО «По-лярноуралгеология». Сыктывкар, 1985. Комигеолфонд, инв. № 10222.
6. Кобальт-никельсодержащие сульфиды в фосфорите юрских отложениИ Ыбского проявления (Сысоль-ская мульда) / Ю. В. Глухов, Б. А. Ма-
кеев, В. Н. Филиппов и др. // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН, 2013. № 1. С. 14-19.
7. Лыюров С. В. Юрские отложения севера Русской плиты. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 133 с.
8. Салдин В. А, Бурцев И. Н, Симакова Ю. С., Филиппов В. Н. Цеолиты в верхнеюрских породах Чим-Лоптюг-ского месторождения горючих сланцев (Яренгский сланценосный район) // Диагностика вулканогенных продуктов в осадочных толщах: Материалы рос. совещ. с междунар. участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2012. С. 112-116.
9. Салдин В. А., Симакова Ю. С., Бурцев И. Н. Глинистые минералы верхнеюрских пород Чим-Лоптюгско-го месторождения горючих сланцев (Вычегодский сланценосный район) // Минеральные индикаторы литогенеза: Материалы рос. совещ. с междунар. участием. Сыктывкар: Геопринт, 2011. С. 196-198.
10. Салдин В. А., Бурцев И. Н. Минералы-носители никеля и кобальта в верхнеюрских породах Чим-Лоптюг-ского месторождения горючих сланцев // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2013): Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2013. С. 114-117.
11. Чирва С. А, Месежников М. С., Яковлева С. П. Верхнеюрские отложения Сысольского и Яренгского слан-ценосных районов Русской платформы // Изв. АН СССР. Сер. геол., 1988. № 4. С. 38-50.
12. Чуброва Л. В. Отчет Вычегодской ГРЭ о поисково-оценочных работах на горючие сланцы для энергоклинкерного производства на Чим-Лоптюгской площади в 1989-91 гг. / Вычегодская ГРЭ ГГП «Полярноурал-геология». Сыктывкар, 1991. Комигеолфонд. Инв. № 10796.
13. ЩепетоваЕ. В. Седиментоло-гия волжских сланценосных отложений (верхняя юра, зона panderi) северной части Русской плиты. М.: Бюл. МОИП. Отд. геол., 2009. Т. 84. Вып. 4. С. 74-89.
Рецензент к. г.-м. н. С. В. Лыюров
