» » Особенности распределения органического вещества в литосфере

Особенности распределения органического вещества в литосфере

06.08.2016

Органическое вещество содержится во всех осадочных породах, начиная с конца архея. Однако его концентрация в породах зависит от очень многих факторов, в том числе от условий, места и времени накопления органической массы, минерального состава осадков, особенностей формирования осадка и органического вещества на стадии диагенеза, дальнейшего преобразования в катагенезе и т.д. По стратиграфическому разрезу органическое вещество распределено крайне неравномерно. Однако есть определенные особенности. Так, например, по данным В.А. Соколова характер распределения органического вещества в породах разного возраста в пределах Русской платформы и Северной Америки очень близок: минимумы и максимумы содержания органического вещества, как правило, приурочены к одним и тем же стратиграфическим подразделениям.
Интересные данные по распределению массы органического вещества в разновозрастных породах и осадках континентов и прилегающих акваторий океанов были опубликованы А.Б. Роновым в 1980 г. На основе изучения большого объема статистических данных он установил, что характер распределения массы органического вещества в породах континентов и осадках прилегающих акваторий океанов очень близки. Минимальная масса Cорг в породах и в осадках наблюдается в нижнем палеогене, а максимальная - сконцентрирована в отложениях верхней юры, нижнего мела и нижнего неогена.
Изучая эти графики, мы их немного перестроили, всего лишь поменяв местами оси ординат и абсцисс, то есть на ось ординат поместили геологический возраст, а на ось абсцисс - содержание органического углерода (рис. 3.11 и 3.12).
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Учитывая, что фактические материалы, использованные этими учеными, охватывают огромные территории, характеризующиеся различным геологическим строением и историей геологического развития, можно сделать выводы о том, что выявленные тенденции имеют глобальный характер и в истории геологического развития Земли. Вероятно, наблюдались три периода, характеризовавшихся максимальным накоплением органического-вещества: в кайнозойское, мезозойское и палеозойское время. Ho открывается и более интересная перспектива изучить особенности распределения содержания органического вещества, например по ярусам, в триасовых отложениях, юрских, меловых и т.д. Конечно, надо потрудиться, чтобы найти в Интернете фактические материалы, но это, думаем, для вас - не проблема. Поэтому попробуйте ее решить, дерзайте!
А теперь давайте, сопоставим полученные результаты с распределением нефтегазоносности по разрезу осадочного чехла по 15 ведущим странам мира, имеющим крупные запасы нефти и газа (рис. 3.13).
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Эти материалы приведены в известной книге O.K. Баженовой, Ю.К. Бурлина, Б.А. Соколова и В.Е. Хайна «Геология и геохимия нефти и газа». Интересно, что максимумы концентраций органического вещества в породах в целом совпадают с максимумами распределения выявленных запасов нефти и газа. Этот факт позволяет утверждать, что при прочих равных условиях объем органического вещества в породах играет большую роль в распределение запасов нефти в разрезе осадочного чехла.
Средние значения содержания Cорг для осадочных пород (кларковые значения) составляют порядка 0,55-0,60 %. Это соответствует 13-15 кг Cорг на 1 м3. Средние значения содержания органического вещества для отдельных пород (субкларки) многие авторы оценивают по-разному, так как зачастую используют данные разных регионов и отложения разного возраста. Так, например, Ф. Кларк рассчитал содержание органического вещества в осадочных породах - 0,65 %, а субкларк для глинистых пород - 0,80 %, По данным А.Б. Ронова и Ярошевского кларковые значения для всех пород стратисферы континентов составляют 0,50 %, а для океанов, по данным В. Троцюка и Марина, - 0,51 %. Давайте посмотрим, как распределяются субкларковые значения для конкретных типов пород. Так, например, субкларк для глинистых пород континентального сектора стратисферы Н.Б. Вассоевич ориентировочно определил как 0,90 %. Для алевритовых пород - 0,45 %, а для песчаных и карбонатных - 0,20 %. Интересную особенность обнаружил американский исследователь П. Траск. Он обнаружил, что в глинистых породах содержание Cорг ровно в два раза больше, чем в алевритовых. В свою очередь, в алевритовых породах содержание органического вещества ровно в два раза больше, чем в песчаных. Выявленная зависимость содержания Cорг от типов пород Н.Б. Вассоевич назвал «закономерностью Траска». Изучая особенности распределения органического вещества в разрезе Русской платформы, А,Б. Ронов и А.А. Мигдисов установили, что в целом «закономерность Траска» распространяется и на этот регион. Однако в нем имеются и свои специфические особенности: наблюдается устойчивая тенденция возрастания содержания органического вещества от пород протерозойского возраста к мезо-кайнозойским. Данные А.Б. Ронова и А.А Мигдисова мы свели в табл. 3.6.
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Несмотря на то, что органическое вещество в осадочных породах распределено очень неравномерно, встречаются и относительно сконцентрированные формы его распространения.
Классификация осадочных пород по содержанию в нем органического вещества приведена в табл. 3.7.
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Главной особенностью этой классификации является то, что в ее основу положены кларковые значения распространения органического вещества в осадочных породах и преобладающий тип OB. Причем, нижние границы между различными группами и подгруппами ровно в четыре раза выше, чем в предыдущей группе или подгруппе. Это позволило выделить две группы органического вещества с содержанием его в породе от кларкового до 2,5 % - рассеянное органическое вещество и от 2,5 % до 40 % и выше - концентрированное органическое вещество. Следует особо отметить, что рассеянное органическое вещество характерно только в том случае, если в нем преобладает сапропелевый тип OB. Для гумусового типа OB характерно присутствие как рассеянного, так и концентрированного органического вещества. Породы первой группы (рассеянное OB) распространены в породах практически всего стратиграфического диапазона. Породы с аномальным содержанием OB - более 20 % (5-я и частично 4-я подгруппы) относятся к каустобиолитам, на долю которых приходится всего около 2 % общей массы органического вещества в континентальном секторе стратисферы (Н.Б. Вассоевич). Встречаются породы, содержание органического вещества в которых почти на порядок превышает кларковое (Cорг > 5 %). Как правило, это глинисто-карбонатовые и глинисто-карбонатно-кремнистые отложения. Впервые они были обнаружены в доманиковом горизонте верхнего девона на северо-востоке Русской платформы и были названы доманикиты. Если в породах аналогичного состава содержание органического вещества составляет от 0,5 до 5 %, то такие породы называют доманикоиды. Таким образом, по названию этих пород всегда можно ориентировочно определить содержание в них органического вещества (рис. 3.14).
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Доманикиты и доманикоиды распространены практически во всех системах фанеразоя, а также встречаются они и в докембрии. Следует отметить, что в докембрийских породах контраст между кларковыми значениями в породах и содержанием органического вещества в доманикоидных прослоях очень значителен, а в породах кайнозойского возраста эти различия несколько сглажены.
Аналогичные по аномальному содержанию OB были обнаружены в баженовской свите верхнеюрского возраста в Западной Сибири (баженовиты), в хадумском горизонте верхнего палеогена Предкавказья (хадумиты) и др.
Аномальным содержанием органического вещества характеризуются также горючие сланцы (15-25 %). Они, в зависимости от состава, возраста и содержания OB, имеют собственные названия: куксериты, куронгиты, торбаниты, тасманиты и др.
Интересно, что первое упоминание о доманике (доманиковый горизонт) принадлежит сотруднику голландского посольства Н. Вистену, который отмечал, что на реке Ухта из воды выделяется нефть и здесь же находится «доманик» (горная порода, прим. наше), который горит, наподобие свечи.
Широкое распространение этот термин получил после посещения р. Ухты и ее притоков А.Кейзерлингом, который установил, что доманик -это глинистый известняк, мергель или глинистый сланец, пропитанные нефтью.
Исследование доманикитов, проведенное Г.В. Лебедевой, показало, что в состав доманикитов помимо органического вещества входит аутигенный кремнезем, глинистые минералы, карбонаты, пирит. Первичные глинистые минералы представлены монтмориллонитом, сложными алюмосиликатами в смеси с органическим веществом.
Образование органо-глинистых соединений происходит на заключительной стадии диагенеза. На стадии катагенеза, когда органическое вещество генерирует углеводороды, возникают аномально-высокие давления, которые разуплотняют доманикиты и создаются условия для автохтонного образования углеводородных скоплений непосредственно в нефтематеринских толщах.
Доманиковые и другие типы пород, содержащие высокие концентрации органического вещества приобрели такое большое значение в геохимических исследованиях, что легли в основу классификаций органического вещества сапропелевого типа при изучении их нефтематеринских свойств. По содержанию органического углерода все породы подразделяются на группы, отличающиеся друг от друга по концентрациям Cорг в вес. % (рис. 3.15).
Особенности распределения органического вещества в литосфере

В нижней части рисунка выделены породы, содержащие сверхрассеяные формы органического веществ, содержащие Cорг меньше 1 вес. %. Затем выделяются субдоманикоидные породы. В них содержание органического вещества составляет 0,1-0,5 вес. %. Далее - доманикоидные (0,5-5,0 %) и доманикитные от 5 до 25 %. Последняя группа - это сапропелиты, где органическое вещество составляет 25 % и более по весу, то есть составляет более 50 % от всей породы и поэтому является по сути породообразующим элементом. Следует отметить, что субдоманикоид - породы с сверхрассеяной формой содержания органического вещества - встречаются крайне редко. Забегая вперед, отметим, что породы доманикоидного и сапропелевого типа относятся к нефтематеринским отложениям, в которых при определенных условиях органическое вещество может генерировать углеводороды. Более подробно об этом мы расскажем в разделе о нефтематеринских свитах.
Баженовская свита Западной Сибири распространена на площади около 1 млн км2. В ее породах в среднем содержится около 5 % органического вещества. Главной особенностью этих отложений является то, что баженовская свита одновременно является нефтегенерирующей и коллектором, который содержит промышленные залежи нефти (Сургутская и Салымская структуры, X пласт). Дебигы нефти в этом районе составляют 700-800 м3/сут. Нефтеносность пород этой свиты, установлена и на других площадях. Мощность высокоутлеродистых пород баженовской свита составляет порядка 60 м, а содержание органического вещества достигает 25 %.
Суммарное количество органического вещества в этих породах составляет 4*10ы12 т, а хлороформенных битумоидов 0,5*10в12 т. В сорбированном состоянии глины удерживают 3,2-1012 м3 метана, 6,5*10в12 м3 его гомологов и 0,6*10в12 м3 молекулярного водорода.
По мнению многих исследователей более половины объема баженовской свиты представляет собой баженовит - глинисто-карбонатно-кремнистая порода, имеющая по данным Н.Б. Вассоевича преимущественно биогенное происхождение. Исследования, проведенные А.Э. Конторовичем, показали, что основная масса рассеянного органического вещества (РОВ) в баженовской свите представлена планктоногенным сапропелем.
Очень важные палеоэкологические исследования провел B.A. Захаров. Он установил, что аномальные концентрации органического вещества в отложениях баженовской свиты связаны с палеогеографическими, гидрогеологическими и гидродинамическими характеристиками палеобассейна. Сохранению и консервации органического вещества способствовали полузамкнутый характер Баженовского моря и наличие подводного порога на выходе его в открытый арктический бассейн, а также «седиментационное голодание» - аноксидные условия, продолжавшиеся более 8 млн лет, что способствовало устойчивому функционированию эфторофной экосистемы и, как следствие, обогащению осадков органическим материалом. Более того, автор убедительно показал, что относительно близкая по условиям обстановка существовала и в других регионах, что способствовало формированию в их разрезе аналогичного типа пород, но, к сожалению, площадь таких регионов была значительно меньше.
А теперь очень кратко расскажем о горючих сланцах. Первые фундаментальные исследования горючих сланцев в России начали проводиться с 1910 г. известным геологом-исследователем АН. Рязановым, который не только изучил большинство сланцевых месторождений, но и составил обстоятельную карту их распространения в Европейской части бывш. СССР (рис. 3.16).
Особенности распределения органического вещества в литосфере

В пояснительной записке к этой карте он детально рассматривает процессы образования горючих сланцев и их место среди каустобиолитов с позиций зависимости образования различных горючих сланцев от исходного органического вещества и предлагает собственную классификацию сапропелевых образований. Вызывает восхищение научная глубина его исследований, в частности классификация горючих сланцев по особенностям их генезиса и приуроченности к осадочным отложениям различного возраста Мы так подробно рассказываем об этом потому, что в это время совсем недавно появилась знаменитая классификация каустобиолитов Г. Потонье.
Горючие сланцы - это горные породы тонкослоистого строения, состоящие из органического вещества и минеральной (глинистой, кремнистой или карбонатной) массы. Органическое вещество преимущественно сапропелевого или гумусово-сапропелевого типа. Содержание органического вещества в породе в ряде случаев достигает 40 %. Для накопления таких огромных объемов органического вещества были необходимо благоприятное сочетание ряда условий, в частности высокая биопродуктивность водоема, резко восстановительные условия осадконакопления и последующего диагенеза и др. Обычно горючие сланцы образуют пласты мощностью в несколько метров. По данным В.Ф. Череповского в разрезе осадочного чехла горючие сланцы распространены крайне неравномерно.
Особенности распределения органического вещества в литосфере

Больше всего их в кайнозое (55 %) и палеозое (36 %). Меньше всего в мезозое - 9 %. Более детальное распределение горючих сланцев в геологическом прошлом имеется в работах А.К. Матвеева и Е.И. Стефанова, которые выделяют шесть эпох накопления горючих сланцев (рис. 3.17).
Горючие сланцы, в зависимости от типа исходного органического вещества отличаются друг от друга по элементному составу (табл. 3.8).
Промышленное значение имеют только сапропелитовые сланцы. Они используются как ценное сырье для химической промышленности, а также как местное топливо для котельных электростанций. Промышленные месторождения горючих сланцев имеются в Ленинградской области, в Республике Коми, в Саратовской и Оренбургской областях, в Чувашии, Костромской области и других районах.
Особенности распределения органического вещества в литосфере