07.04.2021

Критерии прогнозирования месторождений самородной серы, связанных с карбонатно-галогенными формациями


Критерии прогнозирования залежей самородной серы этой группы основаны на изучении месторождений бывш. СССР (Средняя Азия, Среднее Поволжье, Прикарпатье) и зарубежных стран (Польша, Ирак, Мексика, CШA и др.). Важнейшие закономерности распространения таких месторождений и предпосылки их обнаружения были установлены, а позже развиты А.С. Соколовым. Эти материалы в полной мере учтены при выделении характеризуемых ниже критериев, которые применимы ко всем месторождениям рассматриваемой группы.

Литологические критерии для данной группы являются ведущими и совершенно необходимыми при прогнозировании. Это вытекает из всего изложенного о литолого-формационных особенностях распространения и формирования месторождений основного в этой группе и единственного в бывш. СССР промышленного типа — инфильтрационно-метасоматического по сульфатам кальция.

Наличие галогенной формации, обязательно сульфатоносной, — вот первое и главное условие их образования. Так как серные залежи формируются в такой формации в сульфатном слое обычно у его контакта с карбонатными пластами (водонефтегазоносными горизонтами), то наличие последних в материнской формации тоже является непременным условием серообразования. Положение этих пластов в разрезе определяет положение серных залежей, возникающих соответственно в частях сульфатного подразделения, смежных с карбонатными пластами (формациями) (см. рис. 57).

Для оценки вероятных масштабов оруденения и качества руд чрезвычайно важно установление в разрезе достаточно мощных и выдержанных горизонтов ангидрита или гипса, лимитирующих возможность образования крупных концентраций серных руд, и определение количества присутствующих в сульфатах примесей негалогенных составляющих, снижающих качество образующихся руд.

О вероятных масштабах оруденения при прогнозировании можно приближенно судить на основании следующего. При обычном для метасоматических серных руд весовом отношении серы к вторичному кальциту, близком 1:3, за счет чистого ангидрита (гипса) образуются руды с содержанием серы в среднем 25% (высокосортные). Исходя из этого, можно полагать, что для образования залежей таких руд с запасами 1 млн. т серы (т. е. промышленного месторождения мелкого размера) должно подвергнуться метасоматическому замещению около 2 млн. м3 сульфата кальция (принимая объемную массу 25%-ной серной руды 2,25 т/м3). Этому количеству приблизительно соответствует масса чистого сульфата кальция в его пласте мощностью 20 м, протяжением по простиранию 1 км и по падению 100 м. Указанные цифры могут, естественно, взаимосвязанно меняться. Вместе с тем они являются нижним пределом масштабов сульфатного подразделения, необходимого для возникновения серной залежи промышленного значения. При наличии пласта ангидрита (гипса), в той или иной мере «загрязненного» негалогенными компонентами, объем сульфатоносных пород, требующийся для возникновения месторождения указанного масштаба, увеличивается при одновременном снижении качества руд.

Таким образом, при геологосъемочных работах, а также при специализированных исследованиях и тем более при поисковых работах на серу обязательно выявление всех особенностей разреза формации и определение характера их изменений по латерали. При этом должны быть изучены и уточнены мощность и вещественный состав всех сульфатоносных подразделений (главный показатель вероятного масштаба оруденения), дана количественная оценка степени сульфатоносности этих подразделений, выявлено наличие в них несульфатных составляющих, их количество и характер распределения в массе сульфата (факторы, определяющие возможное качество руд), установлены взаимоотношения сульфатоносных подразделений с несульфатными, прежде всего с карбонатными (показатель предполагаемого положения в разрезе серных залежей).

Приуроченность к нефтегазоносным бассейнам (или палеобассейнам) является важной специфической чертой серных месторождений, подмеченной А.С. Уклонским еще в 1925 г. Такая приуроченность обусловлена генетической связью самородной серы с углеводородами. Она подтверждена последующими геологическими наблюдениями, доказывается также данными анализа стабильных изотопов углерода и рассматривается как одна из ведущих предпосылок общего и регионального значения. Углеводороды служат, по справедливому выражению А.С. Соколова, энергетическим резервом, обеспечивающим осуществление бактериальной сульфатредукции с образованием сероводорода и углекислоты, т. е. возможность рудообразования (отложения серы совместно с вторичным кальцитом). При крупномасштабных исследованиях отдельных районов непосредственная ассоциация самородной серы с нефтегазоносностью может не проявляться, так как нефтегазовые месторождения связаны со структурами гидрогеологически закрытыми, в то время как серные возникают лишь при их раскрытости (хотя и ограниченной).

Вопрос о том, какого именно типа углеводороды по фазовому и химическому составу наиболее благоприятны для осуществления бактериальной сульфатредукции и серообразования, в настоящее время еще недостаточно ясен. Учитывая новейшие данные о закономерностях распространения в осадочной оболочке углеводородов, резко обогащенных серой (сероводородсодержащих газов, высокосернистых нефтей и конденсатов), а также наличие отчетливой зональной сопряженности с ними месторождений самородной серы, Г.А. Беленицкая полагает, что эти углеводороды являлись наиболее благоприятными, возможно и единственно благоприятными для массового серообразования.

С краевыми частями нефтегазоносных бассейнов (или палеобассейнов), заключающих в себе именно такие углеводороды, связаны крупные экзогенные месторождения серы как в бывш. СССР (провинции Среднеазиатская, Волго-Уральская), так и за рубежом (бассейны Мексиканского залива, Ирано-Иракский и др.). Промышленных залежей самородной серы данного типа в связи с бассейнами углеводородов, обедненных серой, не известно. Мы предполагаем наличие следующих двух важнейших причин такой повсеместно наблюдаемой связи (помимо основной — единства литолого-формационного контроля для бассейнов самородной серы и высокосернистых углеводородов): 1) сернистые соединения углеводородных залежей, а также связанных с ними пластовых вод, и прежде всего сероводород в ходе серообразования служили дополнительным источником серы; 2) в случае участия в серообразовании углеводородов, обедненных серой, происходит ее частичное связывание с ними (химическое и физическое), в то время как в случае высокосернистых соединений создается геохимическая среда, благоприятная для накопления и концентрирования свободной серы.

Связь с гипергенезом и необходимость участия в процессах серообразования поверхностных инфильтрационных вод предполагает рассмотрение в качестве наиболее благоприятных для нахождения серных залежей зон близповерхностного распространения галогенных формаций в краевых частях нефтегазоносных (сероводородоносных) бассейнов (или палеобассейнов), а также в пределах гидрогеологически раскрытых нефтегазоносных структур во внутренних частях этих бассейнов. Зоны древнего и современного гипергенеза могут быть установлены литологическими методами, а современного — также гидрохимическими и микробиологическими.

При геологических исследованиях любого масштаба мы считаем обязательным фиксацию зон гипергенеза, по возможности их оконтуривание, изучение внутренней зональности, степени гипергенной преобразованности пород на разных уровнях среза, выявление парагенных сере минералов, в том числе на низких уровнях зоны гипергенеза.

Установленная связь серообразования со стадией десульфатизации пород позволяет рекомендовать зоны ее проявления как наиболее перспективные. Обнаружение серопроявлений. так же как и наличие продуктов окисления серных руд, т. е. «шляпы» серной залежи, служит, естественно, уже прямым поисковым признаком.

Гидрохимические и микробиологические показатели, характеризующие зону гипергенеза в целом и подзону серообразования в ее пределах в частности, весьма специфичны. Для зоны серообразования характерна повышенная сульфатность вод (сульфатные и хлоридпо-сульфатные воды), обычно сопряженная с процессами гипергенной десульфатизации пород материнской формации, что придает особое значение тесной увязке изучения этих процессов литологическими и гидрохимическими методами. В настоящее время серообразование осуществляется при Eh от +230 до -200 мв (rН2 от 10 до 20), pH = 6,8-7,8, в пределах переходной окислительно-восстановительной зоны гидрохимического разреза, выделенной М.С. Гуревичем с соавторами (1970 г.).

Именно с процессами (и зонами) десульфатизации пород связана сульфатредукция с образованием сероводорода, что делает необходимым фиксацию любых проявлений сероводородсодержащих вод и газов. Современная сульфатредукция осуществляется при участии бактерий. Роль последних в этом процессе при образовании серных месторождений однозначно подтверждается изотопными анализами углерода и серы. Отсюда следует целесообразность проведения микробиологических исследований — определения в водах, в частности, сероводородсодержащих, сульфатредуцирующих бактерий. Однако присутствие таких бактерий свидетельствует лишь о процессах, происходящих в настоящее время. Поэтому использование данного показателя требует обязательной увязки со сведениями о степени и характере гипергенной измененности пород, геоморфологических условиях и т. п.

Тектонические критерии серообразования разнообразны по характеру и уровню (масштабу) проявления. Характерной является приуроченность серных месторождений к крупным впадинам краевых, реже внутренних частей платформ, передовым и межгорным прогибам, но при этом всегда к их краевым частям. Поскольку такая связь является прежде всего отражением геоструктурной приуроченности материнских галогенных формаций, отлагавшихся именно в таких зонах, а также нефтегазоносных бассейнов, формирующихся в их пределах, то эта приуроченность является унаследованной, обусловленной комплексом палеогеографических и палеогеоструктурных условий времени осадконакопления.

Более существенной представляется отмеченная А.С. Соколовым приуроченность серных месторождений в пределах рассмотренных крупных тектонических элементов к зонам сочленения поднятий с прогибами, которая обусловлена самими условиями серообразования в краевых частях нефтегазоносных бассейнов в зоне гинергенеза. Еще более важны особенности расположения месторождений серы (и условий, благоприятных для их возникновения) относительно более мелких тектонических структур, как пликативных, так и дизъюнктивных.

Давно подмечена связь серных месторождений с положительными тектоническими структурами — антиклиналями, брахиантиклиналями, куполовидными поднятиями и т. д. При этом серные залежи обнаруживаются лишь в тех структурах, которые имеют разрушенный свод и полностью или почти полностью лишены непроницаемой покрышки. Это вполне соответствует тому, что положительные структуры являлись до своего разрушения нефтегазоносными, а после разрушения их свода именно здесь происходили в первую очередь интенсивные гипергенные процессы, обусловившие серо-образование. Поскольку не все породы однозначно могут быть определены как относительно проницаемые или непроницаемые, то и здесь во многих случаях значительную роль должны сыграть литологические исследования. В частности, это может происходить в тех случаях, когда покрышкой служат сами сульфатные породы, частично сохранившиеся от размыва, проницаемость которых зависит от ряда факторов, в том числе от их структурно-текстурных особенностей, количества примесей, трещиноватости и т. д.

Чрезвычайно большое значение имеют разрывные нарушения разных порядков, Важная роль такого тектонического контроля в размещении серных залежей доказана работами многих ученых. Положение месторождений в плане четко контролируется зонами крупных тектонических нарушений, а отдельных залежей — зонами нарушений более высоких порядков и связанными с ними зонами дробления, служащими подводящими каналами для активного внедрения соответствующих растворов в сульфатоносные подразделения, что и обусловливает рудообразование. Особенно достоверно это установлено на месторождении Гаурдак работами А.С. Уклонского, Н.П. Петрова, Е.С. Парникеля, И.С. Лазарева, М.Г. Горбачева и других исследователей.

Неотектонические движения повышенной активности и дифференцированности в пределах регионов распространения карбонатно-галогенных формаций определяют возникновение тектонических предпосылок и сопряженных с ними геоморфологических и гидрохимических обстановок, благоприятных для хода процессов массового серообразования. He меньшую роль в осуществлении этих процессов играли, вероятно, и более ранние эпохи активных тектонических движений. Однако данных для их практического использования в настоящее время недостаточно.

Геоморфологические и палеогеоморфологические критерии для месторождений серы данного типа по своей практической значимости и возможностям использования при разных масштабах исследований приобретают все большее значение. Работами последних лет для ряда сероносных бассейнов установлена приуроченность серных залежей к прибортовым частям древних долин, имеющих глубокие погребенные врезы, часто контролируемые молодыми тектоническими нарушениями. Такие врезы дренировали (а нередко дренируют и в настоящее время) галогенные формации и их сульфатоносные подразделения. Данные моменты отмечены еще в 1955 г. Н.П. Петровым, а затем нашли отражение и развитие в работах А.И. Отрешко и Г.А. Веленицкой.

Значительные перемещения базисов эрозии в результате и в сочетании с неотектоническими движениями обусловили перемещение переходной гидрохимической зоны, о которой говорилось выше, т. е. зоны серообразования в пределах сульфатоносного подразделения, и соответствующий рост серных залежей. Последние возникают в интервале между гипсометрически наиболее низким положением главного базиса эрозии (см. рис. 57) и наиболее высоким положением местного базиса эрозии, как это показано для серного месторождения Гаурдак.

Из сказанного следует, что данные, освещающие историю неотектонических движений, геоморфологического и палеогеоморфологического развития территории, включая изучение погребенной гидрографической сети, восстановление базисов эрозии (главного и местных), при одновременном изучении гидрохимических и микробиологических показателей и детальном анализе особенностей гипергенных преобразований, также должны являться обязательным элементом комплекса крупномасштабных геологосъемочных работ и специализированных исследований.

Стратиграфические критерии мы не относим к числу ведущих, поскольку возникновение месторождений серы оторвано от периода седиментации и не зависит от возраста формации. Однако следует согласиться с А.С. Соколовым, что для конкретных регионов наблюдаемая четкая локализация и выдержанность приуроченности месторождений и проявлений серы к определенным стратиграфическим интервалам (иногда двум, реже трем) может играть роль хорошего ориентировочного показателя при прогнозных исследованиях.

Изотопный состав углерода и серы является важным критерием, подтверждающим реализацию в породах процессов сульфатредукции, ведущих к серообразованию. Пониженные значения b13С в карбонатах и b34S в самородной сере, сульфидах и сероводороде указывают на осуществление этих процессов, что особенно важно для районов с еще не выявленными серными месторождениями, как, например, Восточная Сибирь. Поскольку при сульфатредукции бактерии используют в первую очередь легкий изотоп 32S, то в остаточных сульфатах накапливается тяжелый изотоп 34S.

Поэтому наличие низких значений b13С и b34S в указанных соединениях, а также остаточного утяжеленного сульфата в сульфатных породах может быть использовано для выяснения направленности процессов гипергенеза, хода в них сульфатредукции (но только современной, но и происходившей ранее) и способа минералообразования, что в комплексе с другими показателями будет способствовать уточнению направления поисковых работ на серу.





Яндекс.Метрика