Эволюция литогенеза рифейских отложений юга Камско-Бельского авлакогена

Среди рифейских отложений породы среднего рифея, за исключением акбердинской подсвиты ольховской свиты, отличаются повышенным содержанием бурых оксидов железа, что обусловлено интенсивным их поступлением с водосборных площадей древних массивов. Преобладание закисного железа над окисным в породах акбердинской подсвиты следует объяснять глубоководными условиями образования.

В целом, терригенные породы верхнего рифея отличаются увеличенным содержанием натрия, что обусловлено наличием в их составе кислых плагиоклазов. Карбонатные породы представлены в основном сингенетичными доломитами, для которых величина отношения MgO/CaO составляет 0,66-0,82, и только для доломитов чермасанской подсвиты надеждинской свиты нижнего рифея эта величина возрастает до 1,42, что обусловлено присутствием в их составе примеси метаморфизованного вулканогенного материала. Наиболее химически чистые доломиты установлены в ашитской подсвите калтасинской свиты нижнего рифея. Известняки имеют развитие лишь в составе саузовской и арланской подсвит калтасинской свиты нижнего рифея и в составе шиханской свиты верхнего рифея.

Глава 4. Корреляция разрезов рифейских толщ. Проведение сопоставления рифейских разрезов платформенного Башкортостана стало возможным благодаря выделению в их составе закономерно построенных осадочных циклов, содержащих литологические толщи-реперы, имеющие развитие на одном стратиграфическом уровне. На основании проведенного сопоставления изученных разрезов удалось выявить основные особенности геологического строения рифейского комплекса, слагающего Камско-Бельский авлакоген. Так, в его западной части на предвендскую поверхность выходят отложения нижнерифейского комплекса, которые в восточном направлении последовательно сменяются средне-, а затем – верхнерифейским комплексами. Такое строение рифейской осадочной толщи определил «скользящий» характер рифтогенеза: каждая последующая (более молодая) стадия его смещалась в восточном направлении. По этой причине наиболее широкое площадное развитие имеют отложения нижнерифейского комплекса, а наименьшее – отложения верхнего рифея. Наиболее стратиграфически полно рифей представлен в восточной части, в непосредственной близости со складчатой областью Южного Урала. На стратиграфическую полноту рифейских разрезов также оказывал влияние структурный фактор: на бортах рифтовых впадин накапливались меньшие мощности осадков и имела место более глубокая их эрозия в периоды перерывов в осадконакоплении; в центральных частях прогибов сохранились наиболее мощные и более стратиграфически полные разрезы.

При проведении сопоставления разреза рифея платформенной части со стратотипом его на Южном Урале диссертантом установлено, что на платформе развиты более древние, доайские, осадочные образования, представленные отложениями прикамской подсерии. Толщина последних составляет около 4000м и на время их образования затрачено не менее 100 млн. лет. Этот факт ставит вопрос об удревнении временного рубежа нижней границы рифейского эона, как минимум, до 1700±50 млн. лет. Отложения орьебашской подсерии нижнего рифея платформенной части уверенно коррелируются с отложениями айской и саткинской свит бурзянской серии Южного Урала. Раннерифейский возраст отложений надеждинской свиты подтверждают цифры абсолютного возраста интрузирующих их габбро-диабазов, составившие 1403-1420 млн. лет. Возрастной аналог данной свиты в разрезе рифея Южного Урала не установлен по причине ограниченного развития надеждинских отложений в западной части Камско-Бельского авлакогена на платформе. Кабаковская свита, установленная в платформенных разрезах нижнего рифея, по литологическому составу пород, их фациальным особенностям и положению в разрезе уверенно коррелируется с возрастным аналогом бакальской свиты (юшинская и старосаитовская свиты) бурзянского комплекса на Южном Урале. Среднерифейский комплекс на платформенной части параллелизуется с юрматинским на Южном Урале. Однако в уральских разрезах (скв.1 Леузинская и скв.1 Кулгунино) не выявлен возрастной аналог усинской свиты, завершающей разрез среднего рифея на платформе. Верхнерифейские отложения в составе приютовской, шиханской и леузинской свит на платформе коррелируются соответственно с зильмердакской, катавской свитами и подинзерской подсвитой инзерской свиты каратауского комплекса на Южном Урале. Возрастной аналог базальных позднерифейских континентальных леонидовских песчаников в разрезах рифея Южного Урала отсутствует, что подтверждается результатами бурения параметрических скв.1 Леузинская и 1 Кулгунино.

Для рифейских отложений рассматриваемой территории выявлено пять литологических фаций: континентальная, прибрежно-морская, мелководно-морская и глубоководная (2 типа).

Осадки второго, глубоководного фациального типа по петрохимическим показателям резко отличаются от пород первого типа. Это - терригенные породы средней толщи арланской подсвиты калтасинской свиты нижнего рифея. Условия образования их в северной приосевой зоне Камско-Бельского авлакогена были максимально глубоководными, что подтверждает минимальная величина отношения Mn_к/Mn_т, равная 0,08. Пониженные значения АМ (0,22-0,25) для аргиллитов и повышенные (АМ) для песчаников (0,10-0,12) также указывают на глубоководные условия образования. Низкие значения FF подтверждают этот факт. Источником обломочного материала для арланской подсвиты явились основные вулканиты восточной геосинклинальной области (Иванова и др., 1990).

Литологические толщи, обладающие благоприятными условиями для накопления ОВ и прохождения процессов нафтидообразования, выявлены в составе всех трех рифейских комплексов. Эти условия были созданы благодаря существованию восстановительной обстановки, соответствующей определенным геохимическим фациям в осадках на стадии диагенеза. Значимость выявленных толщ в создании общего углеводородного ресурса рифейских отложений неодинакова, в основном, из-за объемов пород, отвечающих вышеназванным требованиям.

Самыми древними являются темно-серые аргиллиты, серые доломиты и глинистые алевролиты в петнурской свите прикамской подсерии нижнего рифея, образование которых на стадии диагенеза происходило в восстановительной обстановке сульфидной и сульфидно-сидеритовой геохимических фаций. Аргиллиты образовались в виде подчиненных маломощных прослоев среди доломитов. ОВ просматривается в шлифах в виде прожилков толщиной до 0,05 мм в аргиллитах, доломитах и алевропелитах.

В орьебашской подсерии нижнего рифея породы рассматриваемого типа выявлены в минаевской и калтасинской свитах. Для минаевского бассейна геохимическая обстановка в осадке на стадии диагенеза изменялась от восстановительной до нейтральной. Осадочные породы, сформировавшиеся в восстановительных условиях сидеритовой геохимической фации, представлены аргиллитами, толщина прослоев которых не превышает 0,2 – 0,6 м, и они составляют не более 10 % от толщины свиты.

Благоприятные условия для накопления и сохранения в осадке ОВ существовали в калтасинском бассейне седиментации. Для карбонатных и глинистых пород нижней, саузовской, подсвиты калтасинской свиты в сумме аутигенных форм железа преобладает закисная (карбонатная) форма, в отдельных прослоях наблюдается увеличение содержания Fe_пир или Fe_ок, что указывает на существование сульфидно-сидеритовой или сидерито-глауконитовой геохимических фаций в периоды накопления отдельных прослоев алевролитов.

Осадочные породы арланской подсвиты все сероцветные. Диагенетические минералы в мергелях и аргиллитах представлены пиритом и сидеритом. Для аргиллитов в сумме аутигенного железа установлено повышенное содержание пиритной его формы до 30-33%, указывающие на ясновосстановительную обстановку в осадке на стадии диагенеза, соответствующую сульфидно-сидеритовой геохимической фации. Для глинистых известняков выявлена восстановительная обстановка в условиях сидеритовой геохимической фации. Для алевролитов выявлено повышенное содержание Fe_ок, что обусловлено присутствием в них глауконита, определившего одноименную геохимическую фацию при прохождении ими стадии диагенеза в условиях нейтральной обстановки. Доломиты и мергели ашитской подсвиты были образованы в восстановительных условиях сидеритовой геохимической фации. Породы, содержащие ОВ, в шлифах обнаруживают прожилки, микропрослойки, нередко частые, общей толщиной до 1-2 мм, имеют темно-серый черный цвет.

В надеждинском раннерифейском бассейне соосаждение с породами ОВ было возможно при накоплении осадков верхней, чермасанской, подсвиты, сложенной доломитами, мергелями, алевролитами, аргиллитами. На стадии диагенеза эти породы находились в восстановительных условиях сульфидно-сидеритовой и сидеритовой геохимических фаций.

Завершают разрез нижнего рифея отложения кабаковской свиты. В ее составе верхняя, кубиязинская, подсвита сложена переслаиванием алевролитов, аргиллитов, мергелей и доломитов. Геохимическая обстановка в диагенезе при накоплении пород кубиязинской подсвиты в разрезе параметрической скв.1 Восточно-Аскинская изменялась (снизу вверх) от восстановительной до слабоокислительной, соответственно – от сидеритивой до лептохлорито-гематитовой фаций.

В скв.62 Кабаково, расположенной в центральной части Камско-Бельского авлакогена, анализ четырех образцов темно-серых, почти черных аргиллитов кубиязинской подсвиты выявил более высокую степень восстановленности среды осадконакопления в диагенезе, соответствующую сидерито-сульфидной и сульфидно-сидеритовой геохимическим фациям. Здесь содержание Fe_пир в отдельных образцах в общей сумме аутигенных его форм достигает 81,25 %. Микроскопическое изучение шлифов подтверждает присутствие в аргиллитах кубиязинской подсвиты в скв. 62 Кабаково диагенетического пирита и сидерита.

В среднем рифее при накоплении аргиллитов акбердинской подсвиты условия на стадии диагенеза были восстановительными и слабовосстановительными и соответствовали сидеритовой и сидерито-глауконитовой геохимическим фациям.

В верхнем рифее для алевро-глинистых и глинисто-карбонатных пород кигинской и кармалкинской подсвит приютовской свиты скв.1 Леузинская нередко наблюдается превосходство закисного (карбонатного) железа над пиритным. В этих случаях геохимическая обстановка в осадке на стадии диагенеза была восстановительной и слабовосстановительной в условиях сидеритовой и сидерито-глауконитовой геохимических фаций.

В известняках и глинистых породах шиханской свиты в скв.1 Леузинская диагенетические минералы представлены сидеритом и пиритом. Геохимическая обстановка в диагенезе была устойчивой восстановительной и соответствовала сидеритовой, сульфидно-сидеритовой и сидерито-сульфидной фациям. Последняя установлена только для верхней части свиты в аргиллитах и метасоматических доломитах.

Выдержанной геохимическая обстановка, соответствующая сидерито-сульфидной фации, была в диагенезе при накоплении осадков леузинской свиты. Слагающие шиханскую и леузинскую свиты доломиты имеют метасоматическую природу: образовались в результате замещения известняков и терригенных пород, в основном, аргиллитов. Для них установлено многократное превосходство пиритного железа над закисным, определившим сидерито-сульфидную геохимическую фацию.

В глинисто-алевритовых породах приютовской свиты Серноводско-Абдулинского прогиба (скв.59 и 740 Шкапово) установлены закисная и окисная формы железа. Геохимическая обстановка в осадке на стадии диагенеза была окислительной и соответствовала железисто-гидроокисной и лептохлорито-гематитовой геохимическим фациям. Аналогичные породы установлены в приютовской свите в скв.100 Кушкуль и скв.5 Шихан. Однако преобладают серые и темно-серые разности пород. Приведенные факты являются показателем изменения геохимических условий среды осадконакопления на стадии диагенеза от окислительной до восстановительной.

Глава 6. Роль палеоклимата в седиментогенезе рифейских отложений. Для реконструкции палеоклиматических обстановок автором широко использованы результаты химических анализов осадочных пород. Наиболее достоверную информацию по данной проблеме сохраняют глинистые породы, претерпевшие наименьшее эпигенетическое изменение в силу их повышенной плотности (Маслов и др., 1999).

Установлено, что роль материнских пород в рифее на рассматриваемой территории выполняли метаморфические и интрузивные породы кристаллического архей-раннепротерозойского фундамента, которыми сложены массивы, окружавшие рифейские породные бассейны. Наиболее распространенными среди кристаллических пород фундамента являются биотитовые плагиогнейсы, неравномерно микроклинизированные и превращенные местами в гранито-гнейсы. Данный факт подтвержден результатами бурения глубоких скважин 2000 Туймазы (Морозов и др., 1970), скв.50 Ново-Урняк (Иванова др., 2001) и других скважин (Тимергазин, 1959). Хим. состав терригенных пород рифея в среднем наиболее близок вышеназванным породам фундамента, исключение составляют породы арланской подсвиты калтасинской свиты нижнего рифея, что следует объяснять восточным источником сноса обломочного материала (Иванова и др., 1990).

В данной работе использовано четыре геохимических показателя, три из них (ГМ, CIA, CIW) рассчитаны для аргиллитов, свободных от алевро-псаммитовой кластики и карбонатов применены диссертантом впервые для рифейских отложений платформенного Башкортостана и один показатель для песчаников - отношение Al₂O₃/Na₂O (AN – коэффициент зрелости). При значениях AN <30 степень химической дифференциации слабая; 30-60 – средняя и >60 – высокая (Маслов и др., 1999; Ронов и др., 1965).

Зрелость тонкой алюмосиликокластики, поступавшей в области седиментации, была реконструирована по гидролизатному (ГМ=(Al₂O₃+TiO₂+Fe₂O₃+FeO)/SiO₂) коэффициенту, характеризующему одну из тенденций химического преобразования пород в области размыва – отделение продуктов гидролиза от кремнезема: чем он выше в глинистых породах, тем более сильное химическое выветривание претерпели исходные породы.

Показателем климата в области размыва принято считать индекс химического выветривания CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O)]х100. Невыветрелые породы, образованные в условиях аридного или холодного климата, характеризуются значениями CIA порядка 50 ед. и менее, тогда как сильно выветрелые их разности, сформировавшиеся в условиях гумидного климата, приближаются к 100 ед. (Nesbitt, Young, 1982; Маслов и др., 1999). Дополнительным аргументом при реконструкции палеоклимата служат данные о вариациях химического индекса выветривания (CIW=[Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O)]х100) глинистых пород, который является мерой выветривания поступавшей в область осадконакопления тонкой алюмосиликокластики относительно пород источников сноса (Harnois,1981). Величина индекса CIW возрастает с ростом степени выветрелости материала палеоводосборов. По данным Л. Арнуа (Harnois, 1988), для слабо измененных докембрийских базальтов и гранитов величина индекса CIW составляет, соответственно, около 76 и 59…61 ед., тогда как в корах выветривания продукты изменения этих пород достигают значений 94…98 ед. Важную информацию о палеоклимате несут также алевропсаммиты: значения коэффициента зрелости AN>50 являются показателем теплого и достаточно влажного, т.е. гумидного климата на континенте (Ронов и др.,1965; Масагутов, 2002). Преобладание среди алевропсаммитов рифея кварцевых и полевошпато-кварцевых разностей указывает на существование на палеосводах условий, обеспечивавших достаточную степень химического разложения в корах выветривания темноцветных минералов материнских пород – наиболее неустойчивых в подобных условиях в зонах гипергенеза в сравнении с полевыми шпатами и кварцем. Кроме того, в течение рифейского эона происходили изменения в составе полевых шпатов алевропсаммитов. Так, на водосборах при химическом выветривании быстрее разрушались натро-кальциевые их разности, т.е. плагиоклазы в сравнении с калиевыми (Морозов, 1970). Показателем палеоклимата является не только степень зрелости кластического материала, но также состав сингенетичных хемогенных пород (Страхов, 1963; Тугаринов, 1973). Так, сульфаты осаждаются только в закрытых и полузакрытых водоемах в условиях аридного или близкого к нему (семиаридного) климата. Доломиты – в условиях теплого (гумидного) или жаркого (аридного) климата. Известняки являются показателем умеренного климата, днако в условиях теплого климата на больших глубинах при пониженных температурах также может происходить их осаждение.

В результате исследования вышеприведенных факторов, автором сделаны выводы:

1. В раннем рифее преобладал климат умеренного типа, что подтверждается средними значениями климатического индекса CIA (64,4-68,5 ед.). Значения коэффициентов АN, ГМ, CIW в прикамскую эпоху достаточно низкие, отмечается тенденция небольшого роста к концу прикамской эпохи – в норкинский век. В орьебашскую эпоху эти показатели для аргиллитов выше в сравнении с прикамской. Исключение составляют аргиллиты арланской подсвиты калтасинской свиты, для которых пониженные значения коэффициентов, отвечающих за интенсивность выветривания пород источников сноса, обусловлены поступлением кластического материала из восточной геосинклинальной области (Иванова и др., 1990). Выявленные для аргиллитов надеждинского века все геохимические коэффициенты являются максимальными для нижнего рифея. В кабаковский век величина всех коэффициентов снижается, что может быть только следствием ослабления процессов химического выветривания на водосборных площадях древних палеосводов. Однако климат в раннем рифее был достаточно теплым, способным создавать в породных бассейнах условия для накопления сингенетичных сульфатов (прикамская эпоха) и доломитов. Хемогенные породы представлены сингенетичными доломитами, реже сульфатами, местами на больших глубинах сменяются известняками (орьебашская эпоха).

2. Гумидный климат CIA=70,2-75,5 ед. наступил и продолжался в течение всей среднерифейской и первой половины (леонидовский век и базлыкское время) позднерифейской эры. Наблюдается постоянное увеличение значений всех рассматриваемых геохимических показателей. Состав карбонатных пород доломитовый.

3. Начиная с кигинского времени приютовского века и в шиханский век позднерифейской эры произошел переход климата в ранг умеренного (CIA=67,2-68,7ед.). Отмечается резкое снижение коэффициента зрелости, та же участь постигла и другие выявленные коэффициенты для аргиллитов. На границе приютовского и шиханского веков произошла смена состава карбонатных пород: доломитов на известняки.

4. На протяжении всего рифейского эона в породных бассейнах существовали благоприятные, теплые, условия для активного развития простейших форм жизни (водорослей и бактерий), ставших в образованных осадочных породах источником органического углерода, необходимого исходного вещества для образования углеводородов.