Геохимия органического вещества эоценовых отложений (на примере кумской свиты Крымско-кавказского региона)

Глава 5. Геохимия органического вещества эоценовых отложений мира.

Отложения, обогащенные ОВ, широко распространены в осадочном разрезе Земли, но по средним концентрациям C_орг эоценовые отложения сопоставимы с наиболее высокопотенциальными верхнедевонскими и средне-верхнеюрскими толщами (Неручев, 1986). Нами были изучены эоценовые отложения в различных районах мира. Геохимия ОВ этих толщ рассматривалась по литературным данным, по некоторым толщам проводились собственные исследования.

5.1. Складчатые области

Горючие сланцы эоцена (коунская свита) на юго-восточном погруже нии Главного хребта Кавказа распро странены в Джейран-Кечмесской депрессии (Восточный Кобыстан). Толща сложена зеленоватыми сланцеватыми глинами с прослоями песчаника, листоватыми черно-бурыми глинами с прослоями битуминозного сланца. С отложениями связаны нефтепроявления.

Нижнеэоценовые сузакские горючие сланцы отмечаются в пределах Таджикской депрессии и Гиссарского хребта. Количество органического углерода C_орг варьирует от 20 до 31% (Уров и др., 1978).

Средне-верхнеэоценовая свита Пабдех бассейна Персидского залива является нефтематеринской. Свита представлена темно-серыми мергелями мощностью 80-200 м с количеством C_орг от 1,36 до 12%, кероген водорослевого типа, прослоями - с гумусовой составляющей, мергели содержат пелагическую фауну - глобигерины, отсутствует бентосная фауна, что может говорить о бескислородных условиях дна бассейна. Водородный индекс HI=325-650 мг УВ/г ТОС характеризует кероген II типа. Значения генетического потенциала (S₁+S₂)=10-60 кг УВ/т породы. Свита является высокопотенциальной, но на большей территории ОВ не зрелое (Bordenave et al., 1990).

Верхнеэоценовая пиленгская свита Восточного Сахалина - кремнистая тоща мощностью от 150 до почти 1000 м с количеством C_орг от 0,3 до 2,9%. Основная масса концентратов НОВ представлена коллоальгинитом. Значения генетического потенциала породы (S₁+S₂)=0,43-7,75 кг УВ/т породы, значения водородного индекса HI=90-602 мг УВ/г ТОС характеризуют ОВ от II до III типа керогена.

Содержание ХБА=0,02-1,5%, коэффициент β^ХБ изменяется от 6 до 21%, судя по этим значениям и характеру распределения битуминозных компонентов в люминисцентных шлифах, битумоиды параавтохтонные.

По данным ГЖХ в характере распределения н-алканов отмечено относительно высокое содержание среднемолекулярных н-алканов С₁₇, С₁₉, что свидетельствует о значительной доле водорослевой биомассы в исходном ОВ. На возможность примеси высшей растительности в исходном ОВ указывают заметные содержания высокомолекулярных н-алканов С₂₇, С₂₉. Отношение iC₁₉/iC₂₀=0,75-0,9.

Значения Т_мах=387-431^oС, что соответствует градациям катагенеза (ПК₃-МК₁). Отложения характеризуются нефте- и газопроявлениями (Баженова, 1991).

Верхнеэоценовая ковачинская свита изучена в пределах Тигильского района Западной Камчатки, приуроченной к северо-западной части Охотско-Камчатского бассейна. Это мощная (до 1 км) толща глинисто-кремнистых отложений с количеством C_орг 0,68-2,21%.

По данным пиролиза значения генетического потенциала (S₁+S₂) колеблется от 0,88 до 2,89 кг УВ/т породы. Водородный индекс HI=42-602 мг УВ/г ТОС говорит о II-III типе керогена.

Содержание ХБА=0,077-0,215%, β^ХБ от 5,1 до 24,3%. Широкий разброс значений битумоидного коэффициента говорит о наличии различных генетических типов битумоидов.

По данным ГЖХ отмечается нафтеновый горб, максимум н-алканов в области С₂₀-С₂₄, что отражает значительный вклад бактериальной биомассы в исходное ОВ, а незначительные концентрации УВ в высокомолекулярной области говорят о примеси высшей растительности, источником которых, вероятно, являлись воска высших растений.

Отложения преобразованы до градаций ПК₂-МК₂, характеризуются нефте- и газопроявлениями (Баженова, 1991).

Средне-верхнеэоценовые Коричневые сланцы Суматры - эоценовые озерные отложения являются нефтематеринскими толщами для нефтей Центрально-Суматринского бассейна. Хроматомасс-спектрометрический анализ показал, что для пород характерны: низкое содержание стеранов, отсутствие С₃₀ стерана, изобилие 4-метил стерана, что подтверждает озерное происхождение сланцев (Hwang et al., 2002). Значение ТРР =0,98-0,97 (Тетрациклический полипреноид С₃₀ (ТРР=(2*пикТА)/[(2*пикТА)+∑27-норхолестан] ТА-С₃₀ ТРР 18α(Н),21R) (Holba et al., 2003). ) говорит о солоноватых обстановках осадконакопления.

Эоценовые отложения Аляски представлены глинистыми отложениями с повышенным содержанием ОВ как гумусового, так и сапропелевого типа. В Бристольском бассейне нижне-среднеэоценовая формация Толстой характеризуется повышенными содержаниями C_орг=5,46% (МК4), в то время как в верхнеэоценовой формации Ситкинак (бассейн Кадьяк) концентрация C_орг=0,4-0,6% (ПК3-МК2) (Иванов, 1985).

Эоценовые отложения Арктики изучены на хребте Ломоносова в ходе экспедиции по программе бурения океана (IODP, 2006). Породы нижнего эоцена представлены тонкослоистыми глинами терригенно-карбонатного состава с количеством C_орг более 2%, а начиная с низов среднего эоцена - кремнистыми породами, пиритизированными черными сланцами с количеством C_орг до 14%. Отсутствие бентосных форм характеризует бескислородные условия накопления. ОВ характеризуется остатками водорослей динофлагеллат (Apectodinium spp.), высших растений - пресноводными спорами Azolla, которые являются типичными для пресных вод тропического климата, выше по разрезу, начиная с низов среднего эоцена сменяются диатомовыми водорослями (Moran et al., 2006, Brinkhuis et al., 2006, Sluijs et al., 2006).

Эоценовые горючие сланцы Аргентины формаций Рио Леона, Рио Листа (эоцен-олигоцен), Рио Турбио (эоцен) образовались в небольших озерах и лагунах, граничащих с болотами, здесь горючие сланцы связаны с угленосными фациями.

По данным хроматографического анализа н-алканы представлены до С₃₃, с максимумами на С₂₇ или С₂₉, с преобладанием нечетных, iC₁₉/iC₂₀ варьирует от 18,1 до 27, что говорит об образовании их в основном за счет восков высших растений.

ОВ пород находится на градации катагенеза ПК (R_o= 0,5-0,58%) (Villar et al., 1988).

5.2. Платформенные области

5.2.1. Древние платформы

Среднеэоценовые болтышские горючие сланцы Украины. Органическое вещество горючих сланцев представлено остатками планктонных водорослей Botryococcus (Юсупова, 1973). Содержание C_орг в изученных образцах эоцена колеблется от 1,6 до 31,6 %. Сланцы характеризуются максимально высокими значениями HI=780 мг УВ/г ТОС (Stasiuk, 1999), что свидетельствует о богатом липидном исходном веществе (кероген I типа).

По данным хроматографического анализа отмечается одномодальное распределение н-алканов с максимум в области С₁₇-С₂₂, незначительные концентрации УВ в высокомолекулярной области. Отношение нч/ч 1,05-1,19. Отношение Pr/Ph больше 1, Pr/n-C17 - 0,25-0,29, Ph/n-C₁₈ - 0,23-0,28, Кi=0,24-0,28.

Коэффициент зрелости стеранов К_зр=20S/(20S+20R)=0,3-0,4, отражательная способность витринита R_о=0,25-0,30%, невысокая степень битуминизации ОВ (β_ХБА=1,7-4,9%) свидетельствуют о низкой степени преобразованности ОВ.

Осадконакопление происходило в небольшом полузамкнутом эпиконтинентальном бассейне с привносом терригенного материала. Бассейн лишь иногда соединялся с морским бассейном Днепровско-Донецкой впадины.

Эоценовые формации бассейнов Восточного Китая. Одной из самых высокопотенциальных толщ в палеоцен-эоценовых отложениях в Ляохском, Бохайбейском, Фулинском бассейнах в бассейнах является озерная формация эоцена - Шахеджи (и ее аналоги), представленная горючими сланцами, доломитами, карбонатами, с прослоями солей, мощностью 200-700 м. Количество C_орг=1,54-17,6 %, ОВ представлено коллоальгинитом. HI=306-908 мг УВ/г ТОС, что характеризует кероген I и II типа. По значениям генетического потенциала породы (S₁+S₂)=5,74-77,93 кг УВ/т породы, можно судить об <отличном> потенциале формации (по классификации J.Espitalie, 1984).

Хроматографический анализ битумоида (ХБА) показал одномодальное распределение н-алканов С₁₄-С₃₅. Отношение Pr/Ph=0,17-1,93.

Низкие значения Pr/Ph, и высокие Ph/n-C₁₈, высокий гаммацерановый индекс (гаммацеран/С₃₀-гопан (αβ)=0,68), отношение 4 метилстеран/С₂₉ ααα стеран=0,29, присутствие β-каротина, малое количество диастеранов позволяют предположить солоноватость вод с придонными бескислородными условиями, что способствовало хорошей сохранности ОВ. Присутствие моноароматических каротиноидов (изорениератен) - индикаторов происхождения их от зеленых серных бактерий, доказывает существование анаэробных условий фотической зоны (Fuhrmann et al., 2005).

Породы являются нефтепроизводящими, образуют месторождения незрелых нефтей (градации катагенеза ПК₃-МК₁).

Эоценовая формация Тебес Суэцкого залива представлена известняками и сланцами, накопившимися в морских условиях. Породы является нефтематеринскими для Красноморского нефтегазоносного бассейна (Barakat et al., 1997).

Верхнеэоценовая формация Ричардс бассейна Маккензи является потенциально нефтематеринской толщей, C_орг=0,85-24,23 %, водородный индекс HI=55-455 мг УВ/г ТОС характеризует ОВ II и III типа керогена, генетический потенциал породы повышен (S₁+S₂)=0,6-55 кг УВ/т породы (Snowdon et al., 2004).

Среднеэоценовые горючие сланцы свиты Грин-Ривер являются нефтематеринскими и нефтегазоносными. Свита сложена обогащенными ОВ мергелями, аргиллитами и доломитами с количеством C_орг от 26 до 40%. ОВ представлено коллоальгинитом. Значения водородного индекса HI варьируют от 600 до 800 мг УВ/г ТОС, что характеризует кероген I типа. Данные элементного анализа керогена Н/С_ат=1,53 показывают высокоалифатическую его природу.

Присутствие β-каротина, значение ТРР=0,79 говорят о солоноватых обстановках осадконакопления (Holba et al., 2003).

Среднеэоценовая формация Иегуа (Техас, США) представлена терригенными отложениями - песчаниками, аргиллитами, накопившимися в морских, дельтовых условиях с C_орг=0,1-2,5%. По значениям водородного индекса HI=46-310 мг УВ/г ТОС вещество относится к керогену III типа. По комплексу показателей ОВ не достигло уровня ГЗН, однако породы могли в незначительной мере производить газовые УВ (Routh et al., 1999).

5.2.2. Молодые платформы

Эоценовые горючие сланцы Германии представлены мессельскими и Экфильд Маер. Мессельские сланцы мощностью от 2 до 290 м, содержат C_орг=25-38%. По результатам пиролиза образцы относятся ко I и II типу керогена (HI=535-670 мг УВ/г ТОС)/ ОВ не зрелое (Т_max=440^oC). В распределении н-алканов отмечается двумодальное распределение н-алканов с максимумами на С₁₁ и С_27-29. Сланцы имеют озерное происхождение, они накапливались в резковосстановительных условиях (Gerisch et al., 2005).

Сланцы Экфильд Маер залегают на глубине 19,4-32 м от поверхности и содержат C_орг=3,4-32,5%. ОВ представлено Botryococcus braunii и мацералами гумитовой группы. По результатам пиролиза образцы относятся к керогену II и III типа (HI=200-350 мг УВ/г ТОС).

По данным хроматографического анализа н-алканы характеризуются высокими концентрациями длинноцепочечных, отношение Pr/Ph < 1.

В распределении стеранов (C₂₉> C₂₇> C₂₈) отмечается преобладание этилхолестана С₂₉, что говорит о заметном вкладе терригенной составляющей. Обилие гопанов указывает на высокую микробную деятельность в осадке.

Низкое значение Т_max - до 430^oC указывает на невысокую зрелость ОВ (Sabel et al., 2005).

Эоценовые горючие сланцы Болгарии содержат гумусово-сапропелевый тип ОВ с количество C_орг 12,24-23,19%. По значениям водородного индекса HI=476-515 мг УВ/г ТОС вещество относится к керогену II типа (Емец, 1990). Осадконакопление происходило в озерном бассейне (Горючие сланцы Болгарии, 1983).

В таблице 2 представлены характеристики ОВ эоценовых отложений. Параметры пиролиза даны для градации протокатагенеза.

5.3. Мировой океан

Эоценовые отложения в Мировом океане были изучены по данным DSDP и ODP (Deep Sea Drilling Project и Ocean Drilling Project). Эоцен вскрыт во многих скважинах, но отложения, характеризующиеся повышенными концентрациями органического углерода, встречаются в основном вокруг континентов. Так, повышенным содержанием органического углерода (C_орг,%) характеризуются породы в районе Тасманого моря (до 5,7%, рейс 29), Барбадоса (до 5,1%, рейс 110), континентального склона Перу (до 4,73%, рейс 112), Карибского моря (до 2,5%, рейс 77), западных берегов Африки (1,98-3,9%, рейс 41); значения C_орг ниже в северо-западной части Тихого океана - до 1,43% (рейс 125) и на западном склоне Австралии - до 1,14% (рейс 123). Повышенные концентрации органического углерода в некоторых районах (Перу, западные берега Африки и др.) связаны, возможно, с действием апвеллинга.