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

Глава 6. Условия формирования эоценовых высокопотенциальных отложений .

На накопление ОВ в морских осадках и его сохранность в диагенезе, как показано многочисленными исследователями (Успенский, 1970; Страхов, 1971; Романкевич, 1970; Tyson, 1995 и др.), оказывают влияние многочисленные факторы, важнейшими из которых являются: биопродуктивность, климат, окислительно-восстановительный потенциал среды, скорость осадконакопления, глубина бассейна седиментации, гранулометрический состав самих осадков и др.

Причины накопления повышенных концентраций ОВ и образование доманикоидных (доманикитных) толщ дискуссионны. В качестве основных факторов, благоприятно влияющих на формирование повышенного нефтематеринского потенциала органического вещества и пород, рассматриваются два.

Первый - высокая биологическая продуктивность бассейнов (Вернадский В.И., Страхов Н.М., Романкевич Е.А., Игнатов Б. Ф., Неручев С.Г., Бекетов М.В., Баженова Т.К., Гаврилов Ю.О. и др.).

Другая точка зрения, наиболее популярная среди иностранных ученых - ведущая роль геохимических условий (в частности сероводородного зара жения вод) в консервации и сохранении ОВ, обусловившая его повышенные концентрации в осадке (Curtis С.D., Degens E. Т., Jenkins H.С., Mcllvaine S., Morris К.А., Ross D.A.).

Исходные биопродуценты. Вопрос об источнике органического вещества, захороненного в осадках и давшего начало углеводородным флюидам, является одним из важнейших при оценке нефтематеринского потенциала ОВ. Среди водорослей в кайнозое по биопродуктивности первое место занимают диатомовые, затем - динофлагеллаты, относящиеся к отделу перидиневых водорослей. Характерной особенностью диатомовых и некоторых других водорослей (перидиней, золотистых, желто-зеленых) является их способность накапливать липиды в виде запасных веществ (Баженова и др., 2000).

В эоценовых отложениях, обогащенных ОВ, диатомовые являются исходным для ОВ пиленгский свиты Сахалина и ковачинской свиты Камчатки, а также для отложений среднего эоцена хребта Ломоносова.

Динофлагеллаты широко распространенны в эоценовых бассейнах, их живое вещество имеет высокое содержание липидов, состав и содержание которых определяют высокий потенциал ОВ. Они являются исходными для ОВ кумских отложений, нижнеэоценовых отложений Арктики.

Органическое вещество горючих сланцев Болтышского месторождения, Германии, бассейнов Восточного Китая, отложений бассейна Маккензи и формации Коричневых сланцев на Суматре в основном представлено остатками желто-зеленых (Botryococcus) и синезеленых водорослей. Желто-зеленые водоросли (Xanthophyeeae) считаются предшественниками ОВ горючих сланцев Грин-Ривер.

Остатки одноклеточных золотистых водорослей распространенны в сузакских сланцах Средней Азии.

Известно, что климат и температура воды влияют на жизнедеятельность организмов и состав образованных исходным ОВ продуктов. Важно отметить, что эоцен был одной из последних эпох фанерозоя, когда на Земле еще продолжал сохраняться теплый климат. Климат Земли в это время был теплее современного в среднем на 6°-8 °С. Эффект потепления усиливался и ши рокими возможностями осуществления тепло- и влагопереноса из низких в высокие широты, благодаря наличию в раннем палеогене сквоз ных морских рукавов, связывающих Тетис с Арктическим бассейном при отсутствии ши ротных орографических барьеров в Евразии (Ахметьев, 2004).

Граница палеоцена и эоцена - <палеоцен/эоценовое биосферное событие> выражается в существенном повышении температуры. Он фиксируется по резкому облегчению изотопного состава кислорода (Koch et al., 1992). Это событие сопровождалось также изменением океанической и атмосферной циркуляции, геохимии осадков, значительными преобразованиями в экосистемах, что отмечалось многими исследователями (Shackleton, 1996, Гаврилов и др., 1997, Fricke et al., 1998, Sluijs et al., 2006, Moran et al., 2006 и др.) и зафиксировано по всему земному шару.

Состав биопродуцентов определяется климатической зональностью существовавшей в это время. Особенность эоценового (в особенности раннеэоценового) климата - широкое распространение так называемого "паратропического" влажного климата (Ахметьев, 2004). Начиная с конца среднего эоцена в Арктике, а в позднем эоцене в средних широтах, постепенно шло похолодание, что сопровождалось смещением климатических зон с севера на юг в Северном, и с юга на север в Южном полушариях, что имеет отражение и в составе биопродуцентов.

Питательные вещества. На тесную взаимосвязь массы живого вещества с эндогенными процессами указывал еще Вернадский В.И. и многие другие исследователи (С.Г. Неручев, В.М. Бекетов, А.Г. Ронов, В.А. Теняков, В.Я. Троцюк, С.А. Сидоренко, Н.А. Созинов, Т.К. Баженова и др.). Влияние эндогенного материала как поставщика питательных веществ на продуктивность фитопланктона отмечалось для многих регионов.

Судя по повышенным отношениям U/C_орг, а также повышенным содержаниям биофильных и других микроэлементов: ванадия, хрома, никеля в породах кумской свиты, С.Г. Неручев и М.В. Бекетов (1982) предположили, что образование доманикоидных осадков связано с определенными периодами и зонами, ассоциирующими с глубинными разломами. Поступление микроэлементов вызвало соответствующую реакцию биосферы, которая проявилась в повышенной биопродуктивности простейшего фитопланктона.

Другой фактор накопления отложений, обогащенных ОВ, в прибрежной зоне на примере образования сапропелевого горизонта (СГ) на границе палеоцена/эоцена в бассейнах Перитетиса рассмотрен Ю.О. Гавриловым, Е.А. Щербининой (2004). Наиболее удовлетворительно, по мнению авторов, согласуется модель накопления осадков, обогащенных ОВ, основанная на механизме поступления в водоем биофильных элементов с прибрежной су ши при развитии быстрой эвстатической трансгрессии. В регионах с гумидным климатом на освободившихся от моря территориях шло формирование озерно-болотных ландшафтов. При дальнейшей трансгрессии в море поступало ОВ, биофильные элементы, прежде всего фосфор, что способствовало резкому всплеску биопродуктивности. Так, к примеру, фосфоритовые включения и даже небольшой прослой фосфоритов обнаружен в кумских отложениях Предкавказья (Бекетов, 1981).

Окислительно-восстановительные условия. Формирование толщ, обогащенных ОВ, часто связывают с аноксидными обстановками вплоть до сероводородного заражения вод, и многие исследователи рассматривают эти обстановки как наиболее благоприятные для сохранения повышенного количества ОВ, однако этот вопрос однозначно не решается.

Признаками сероводородного заражения вод являются отсутствие бентосных организмов (Страхов Н.М.), угнетенная фауна, <рыбные кладбища> (А.Д. Архангельский) - скопления фосфатизированных рыбных скелетов, обилие пирита мелкой размерности (3-5 m) (Wilkin et al., 1996), повышенное содержание серы в битумоидах и в керогене (до 25,5 %), высокое отношение Ph/nC₁₈ (2-9) (Фадеева, Баженова, 2000) и др.

Достоверным показателем сероводородного заражения фотического слоя является присутствие в ОВ специфического изопреноида - изорениератена (или его производных). Изорениератен - это каротиноид, входящий в состав липидов фотосинтезирующих зеленых серных бактерий (Chlorobiaceae) (Repeta, 1993). Структуры этого каротиноида найдены в эоценовых формациях бассейнов Восточного Китая (Fuhrmann et al., 2005).

Для выявления этих характерных хемофоссилий была исследована ароматическая фракция битумоида из образцов разных районов Западного и Центрального Предкавказья, Крыма и западной части южного склона Кавказа с различными геохимическими характеристиками ОВ. Однако изорениератен или его производные не были идентифицированы.

В.Н.Холодов и Р.И.Недумов (1991) предложили использовать для определения сероводородного режима палеобассейнов так называемый коэффициент стагнации - отношение Мо/Мn (Mo/Mn=0,02-0,18 и выше характерно для сероводородного заражения, Mo/Mn=0,001-0,003 - для кислородных обстановок).

Значения коэффициента стагнации для Кавказского региона в образцах с различными характеристиками ОВ: 0,04 - р. Пшеха, 0,05 - р. Эрпели, 1,05 - р. Кубань, 0,04 - Журавская пл., 0,25 - Искринская, 0,03 - Архангельская, Подсолнечная, 0,14 - Ачикулакская, 0,11 - Палеогеновая, 0,02 - Елгашская (данные ВНИГРИ). В целом для Западного Предкавказья отношение Mo/Mn составляет 0,04-1,5, для Восточного Предкавказья - 0,02-0,2. Для сравнения в горючих сланцах Грин-Ривер значение этого коэффициента 0,04-0,14 (Холодов, 2006). Таким образом, можно сделать вывод, что величина молибденового модуля в этих отложениях подтверждает существование в этих палеоводоемах наддоного сероводородного заражения.

Накопление эоценовых отложений, обогащенных ОВ, происходило в бассейнах с различным газовым режимом. Сероводородное заражение фотического слоя фиксируется в бассейнах Восточного Китая, что доказывается наличием изорениератена. В кумском и бассейне Грин-Ривер сероводородное заражение в бассейне возникало не повсеместно, а в виде "пятен", приуроченных к впадинам. Связи количества органического вещества в кумских отложениях с сероводородным заражением не наблюдается.

По мнению многих исследователей (В.Д. Наливкин, Ю.М. Малиновский, С.Г. Неручев, Т.К. Баженова и др.) на специфику геологических и биологических процессов влияют космические условия - положение Солнечной системы в пространстве. Согласно зависимости П.П. Паренаго эоцен находится в конце галактического лета - начале осени, что, по мнению исследователей, благоприятно сказалось на климате и развитии биоты (Паренаго, 1952; Неручев, 2001).

Проведенные исследования показали, что в течение эоценовой эпохи во многих регионах мира неоднократно возникали условия для формирования высокопотенциальных толщ, которые накапливались в различных обстановках. Основными факторами явились благоприятные климатические условия и дополнительные поступления питательных веществ из различных источников, что обусловило состав и количество биопродуцентов.