Рассеянное органическое вещество в углеродистых формациях Северного Тянь-Шаня


Исследования природы органического вещества (OB) в отложениях докембрия Северного Тянь-Шаня и прилегающих районов проводятся довольно широко и касаются в основном позднего протерозоя.

В пределах Северного Тянь-Шаня выделяются: 1) условно архей — нижний протерозой и 2) верхний протерозой с условно нижнерифейскими отложениями в основании разреза и средним, верхним и терминальным рифеем, завершающим докембрийское осадконакопление.

В Северном Тянь-Шане OB исследовалось в основном в осадочных породах из районов хр. Малый Каратау и Таласского хребта. На территории между р. Шабакты на севере и р. Коктал на юге (хр. Малый Каратау) были изучены разрезы малокаройской серии. Наиболее древние докембрийские образования представлены здесь очень плотными серыми, до розоватых, известняками и малиновыми известково-глинистыми сланцами.

Многократные поиски в отложениях районов Таласского хребта и Малого Каратау не привели к обнаружению органических остатков в этих условно нижнекембрийских отложениях.

Малокаройская серия в составе коксуйской, актугайской и курганской свит относится к вендскому комплексу отложений и датируется временем 720—570 млн. лет. Коксуйская свита представлена в нижней части крупнозернистыми зеленоватыми песчаниками, переходящими местами по простиранию в конгломераты, и сменяющими их вверх по разрезу серыми алевролитами с прослоями песчаников. Еще выше залегает преимущественно сланцевая пачка пестроцветных пород — бордовых и зеленоватых алевролитов и гравелитов. Общая мощность в указанном районе 160—170 м.

Средние содержания органического углерода (Cорг) очень низкие и составляют всего 0,06%, с пределами колебаний от 0,02 до 0,24%. В образцах с повышенным содержанием Сорг присутствует глинистый материал, окраска их более темная, что обусловлено наличием рассеянного углерода.

Актугайская свита сложена грубозернистыми розовато-серыми песчаниками и гравелитами с характерной косой слоистостью и достигает мощности 200 м. В породах свиты также фиксируются низкие содержания углерода — 0,06% (от 0,03 до 0,08%). Однако в верхней части содержание Cорг возрастает до 0,3%; это — отложения, переходные к вышележащим образованиям чичканской свиты, которые характеризуются повышенным содержанием углеродистого вещества.

Отложения чичканской свиты как по составу, так и по выдержанности на площади Каратау-Таласской зоны представляют с геохимической точки зрения наибольший интерес. В строении свиты участвуют как карбонатные породы, так и углеродсодержащие кремнисто-глинистые сланцы. В разрезе отложений в районах хр. Малый Каратау и Таласского хребта были обнаружены строматолитовые образования, которые характерны для вендского комплекса отложений. Содержание Cорг в зеленых и бордовых песчаниках составляет 0,07%, а в прослоях черных алевролитов увеличивается до 0,37%.

Название курганской свиты было введено Т.А. Додоновой при описании вулканогенно-осадочных пород Таласского хребта, залегающих ниже бештатских известняков среднего кембрия. В Малом Каратау нижняя граница курганской свиты проводится по подошве нижней пачки аркозов, залегающих на тонкозернистых породах чичканской свиты. В составе курганской свиты находятся характерные пестроцветные разности кремнистых туффитов, полосчатых туфов и кремнистоглинистых сланцев, алевролитов и песчаников с вулканогенным материалом. Общая мощность свиты 560—570 м. Среднее содержание Cорг для свиты составляет 0,04%.

Докембрийский разрез в Малом Каратау завершается пестроцветными отложениями так называемой кыршабактинской свиты. В Таласском хребте эта часть докембрийского разреза была изучена по правому борту р. Коргоншанык. Нижняя часть чичканской свиты сложена здесь кремнистыми доломитами мощностью до 25—30 м. Их перекрывают углеродисто-кремнистые сланцы и алевролиты темно-серого, до черного, цвета с плотными кремнями в верхней части. Мощность этих пород достигает 50 м. Содержание Cорг составило в среднем 0,31%, при крайних значениях от 0,05 до 0,57%.

В районе Коргоншанык Таласского хребта исследовались отложения следующих свит: чаткарагайской, кызылбельской, чичканской, курганской, бешташской. Для чаткарагайской свиты, представленной мраморизованными известняками, среднее содержание Cорг составляет 0,08%. Кызылбельская свита сложена бордовыми алевролитами с прослоями сланцев зеленого цвета. Содержание Cорг — в среднем 0,09%. Для бешташской свиты, представленной доломитизированными известняками с прослоями песчаников, также характерно низкое содержание Cорг, среднее значение которого составляет 0,16%.

Кроме рассмотренных выше районов, были изучены отдельные образцы из разреза бакаирской свиты (условно нижний рифей), представленной в месте отбора углеродсодержащими известняками. Среднее содержание Cорг низкое (0,08%). Изучены образцы пород ашутурукской свиты из верховьев р. Кара-Куджур в западной части Терскейского хребта. В составе ашутурукской свиты (условно нижний рифей) здесь обнажается сравнительно мощная толща углеродистых сланцев, алевролитов и углеродсодержащих мраморизованных известняков. Для карбонатных пород содержание Cорг составило 0,1%, для углеродисто-кремнистых — 0,99—1%.

Таким образом, среднее содержание Cорг в отложениях выделенных свит позднего докембрия Каратау-Таласской зоны составляет 0,24%, что несколько ниже по сравнению со средним содержанием Cорг (0,55—0,6%), приведенным H.Б. Вассоевичем для осадочных пород.

Исследование природы рассеянного OB вышеуказанных отложений проводилось методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Анализы были выполнены во ВНИИЯГГе, где разработан метод ЭПР применительно к изучению OB в горных породах. Принцип метода ЭПР состоит в том, что исследуемый образец помещается в сильное магнитное поле, где находится под действием сверхвысокочастотной энергии генератора, количество которой находится в прямой зависимости от количества парамагнитных центров (КПЦ). Парамагнитные центры (ПЦ), находящиеся в структуре вещества, поглощают данную энергию. По эталону (КПЦ в котором известно) определяется величина ПЦ на 1 г исследуемого вещества.

Методика экспериментальных исследований включает подготовку образцов к анализу, проведение эксперимента, анализ и расчет спектров ЭПР. Спектры ЭПР могут быть двух типов. Спектр первого типа представляет собой синглетный сигнал с q-фактором, близким к q-фактору свободного электрона, и с шириной линии около 5 эрстед. Подобный сигнал называется углеродным. Второй тип характеризуется многокомпонентной линией поглощения, т. е. представляет собой сверхтонкую структуру (CTC). Специфический характер CTC свидетельствует о присутствии в образцах иона марганца (Мn++). Известно, что ионы марганца изоморфно замещают часть ионов кальция (Са++) и магния (Mg++) в структуре кальцита карбонатных пород.

Благодаря длительным исследованиям, проведенным во ВНИИЯГГе, были выявлены следующие зависимости:

1) между КПЦ и содержанием Cорг в одном и том же литолого-фациальном комплексе существует прямая зависимость;

2) парамагнитные центры сосредоточены в основном в небитуминозной части OB. На величину сигнала ЭПР оказывает влияние групповой состав OB. Если в балансе последнего преобладают битуминозные вещества, то сигнал имеет незначительную величину. Если в основе OB лежат небитуминозные компоненты, сигнал возрастает;

3) КПЦ изменяется в зависимости от степени катагенетической преобразованности OB; на высших стадиях катагенеза OB обладает незначительным парамагнетизмом. На сигнал ЭПР влияет увеличение степени метаморфизма углеродистых компонентов древних пород.

Все проанализированные образцы отложений малокаройской серии из районов хр. Малый Каратау и Таласского хребта Северного Тянь-Шаня характеризовались наличием заметных сигналов ЭПР, за исключением некоторых образцов, амплитуда сигнала которых была настолько мала, что подсчет КПЦ произвести не удалось.

Анализ сигнала ЭПР в исследуемых образцах выявил два основных типа спектров. Первый отличался одиночным сигналом с фактором спектрометрического расщепления, определяющим величину эффективного магнитного момента (для свободного электрона q-фактор = 2,0023) (рис. 1).

На спектрах второго типа, кроме углеродного сигнала, присутствовал сигнал от CTC — шесть интенсивных пиков, между которыми расположены менее интенсивные. Между третьим и четвертым пиками расположен углеродный сигнал (рис. 2). Эта структура обусловлена присутствием ионов марганца, которые сосредоточены в карбонатах. Помимо вышеуказанных спектров, обнаруживались двукомпонентные линии, которые связаны с дефектами в структуре кварца (рис. 3).

Образцы коксуйской свиты отличаются сложными спектрами, по характеру которых можно заключить, что свободные электроны, находящиеся в кремнии, обеспечивают электронно-дырочную проводимость, что, по-видимому, определяет спектр ЭПР (таблица).

Значения, приведенные в таблице, свидетельствуют о сравнительно высокой ступени метаморфизма пород, так как даже при содержании Cорг-0,02% углерод все же проявлялся на спекторе.

Спектры образцов Ак-010-69, Ак-011-69, Ак-2-69, Ак-3-69, Ак-4-69, Ак-5-69, Ак-6-69 показывают сверхтонкую структуру от ионов марганца. Ионы марганца находятся в карбонатах, в решетке которых они, видимо, замещают часть кальция. Из таблицы видно, что образцы Ак-1-69, Ак-5-69 с несколько повышенной битуминозностью (0,0036%) характеризуются малой величиной сигнала ЭПР (0,16—0,17*10в17) по сравнению с другими образцами коксуйской свиты. Это, видимо, объясняется групповым составом OB, т. е. преобладанием битуминозных компонентов.

Спектры образцов чаткарагайской свиты Таласского хребта сходны между собой и имеют марганцевую структуру, которая состоит из шести интенсивных и двух менее интенсивных пиков (см. рис. 2). В образцах кызылбельской свиты сигнал от органических соединений отсутствовал, однако проявился спектр, обусловленный присутствием ферромагнитных примесей. Спектры образцов пород бешташской свиты имеют марганцевую структуру, что подтверждается их высокой карбонатностью.

Замеры сигнала ЭПР в отложениях из района Коргоншанык Таласского хребта показали, что КПЦ в них изменяется от 0,02*10в17 до 0,17*10в17. В образцах пород из разрезов некоторых свит амплитуды сигнала были настолько малы, что подсчет КПЦ произвести не удалось. Породы этих свит обеднены OB, их битуминозность невысокая.

На основе проделанных анализов можно сделать следующие выводы.

1. Методом ЭПР удается фиксировать присутствие Cорг в количестве от 0,3 до 0,99—1%. Это объясняется тем, что OB пород высоко метаморфизовано, т. е. в его структуре преобладают конденсированные системы, обладающие высоким парамагнетизмом. При аналогичном содержании Cорг в отложениях, находящихся на низкой ступени преобразования, ЭПР-сигнал не проявляется.

2. В ряде образцов наряду с сигналом от OB достаточно хорошо проявилась сверхтонкая структура, связанная с присутствием ионов марганца.

3. Некоторые образцы содержали ферромагнитные примеси и имеют общую линию поглощения ЭПР. В этих случаях, как правило, сигнал от OB не обнаруживается.

4. В образцах углеродистых сланцев, содержащих до 1% Cорг, КПЦ составило всего 0,06—0,08*10в17. Низкий парамагнетизм вещества объясняется высокой степенью его преобразованности, соответствующей стадии графитизации.





Яндекс.Метрика