Особенности накопления и преобразования органического вещества в верхнепротерозойских отложениях Русской платформы

В верхнем докембрии Русской платформы принято выделять два крупных подразделения — рифей и венд. Рифей состоит из среднерифейского и верхнерифейского комплексов — аналогов юрматинской и каратауской серий Урала, а также светлинской, четласской и джежимской свит Тимана. В пределах платформы с юрматинской серией сопоставляется кырпинская (сердобская) серия, со светлинской и четласской свитами — полесская и вологодская серии. Мощность среднего рифея на платформе сопоставима с мощностью Южно-Уральского разреза и составляет во вскрытой его части около 4000 м. Верхний рифей в полном объеме развит лишь в восточной части платформы, в Башкирском Приуралье, где выделяется сера-фимовская и кушкульская серии общей мощностью более 3000 м. В центральных областях платформы верхний рифей представлен лишь нижней своей частью, к которой относится бологоевская серия мощностью более 1000 м. Венд объединяет пачелмскую (воронско-красноозерскую), волынскую и валдайскую серии и их аналоги на востоке платформы — каировскую, шкаровскую, бородулинскую и кудымкарскую серии.

Литолого-фациальный анализ, проведенный с привлечением материалов бурения последних лет, позволил установить, что верхнедокембрийским толщам свойственна цикличность строения, выражающаяся в последовательной неоднократной смене континентальных грубозернистых фаций морскими тонкозернистыми или карбонатными. Континентальные и субконтинентальные фации пользуются в разрезе верхнего докембрия широким распространением, особенно среди толщ, формировавшихся в ранние периоды среднерифейского и позднерифейского циклов осадконакопления (тюрюшевская и каверинская свиты среднего рифея, серафимовская и бологоевская серии верхнего рифея, воронская свита нижнего и волынская серия верхнего венда), а также в регрессивные стадии циклов (надеждинская овита среднего рифея и поваровская свита верхнего венда). Именно это в совокупности с отмеченной многими исследователями спецификой биосферы докембрия, заключающейся в отсутствии живых организмов в континентальном секторе, определяет в целом низкое содержание органического углерода (Cорг 0,001—0,2%) в породах. По частоте встречаемости на долю образцов с таким Сорг в рифейских отложениях Московской синеклизы приходится не менее 80—85%, в восточной части платформы — 90—95%. В вендском комплексе роль бедных органическим веществом пород несколько снижается (до 70—75%).

Содержание органического вещества невелико даже в морских отложениях (Сорг 0,1—1,3%). Только в отдельных толщах, сформировавшихся в периоды максимального развития морских трансгрессий, содержание его возрастает. Это относится к карбонатным и глинистым темноцветным породам калтасинской овиты Осинско-Бирского прогиба, вологодской серии Средне-Русского и Московского прогибов, глинистым породам редкинской свиты венда Московской синеклизы, где содержание органического вещества достигает 0,5—3,0 и 8,0—10,0%. На долю таких прослоев в разрезе названных свит приходится от 5 до 50% мощности. Широкий предел колебания мощностей обогащенных органическим веществом пород связан главным образом с их невыдержанностью по простиранию.

Обогащенные органическим веществом среднерифейские породы обнаружены только в пределах Московского грабена и в виде отдельных маломощных прослоев в Осинско-Бирском прогибе. В венде максимум развития пород, содержащих 0,5—3,5% органического вещества, приходится на зону Рыбинско-Нелидовского выступа и юго-западную прибортовую часть Московской синеклизы, а также на северо-западную часть Пачелмского прогиба. Обогащенные органическим веществом породы по простиранию и в разрезе по резкой границе замещаются пустыми или крайне бедными органическим веществом (до 0,2%) породами: обогащенные органическим веществом маркирующие прослои редкинской свиты в разрезе почти непосредственно контактируют с красно-коричневыми глинами, переполненными гидроокислами железа и лишенными органического вещества. Обогащенные иногда до сланцевых концентраций прослои, скорее всего, связаны с накоплением in situ органического вещества водорослевых лугов и осадками типа гнилого ила, образующегося в западинах литорали и лагунах с ограниченным водообменом.

На востоке платформы среди рифейских и вендских отложений сколько-нибудь мощных горизонтов пород с содержанием органического вещества свыше 0,5%, типа редкинской свиты, не обнаружено. Оптимальные содержания органического вещества (0,5—3,0%) связаны либо со снижением биопродуктивности, либо, что более вероятно, с большей подвижностью придонных вод или несколько худшими условиями для сохранности органических остатков в придонных слоях, вокруг зон концентрации живой материи. Дальнейшее удаление от них приводит к резкому снижению в осадках содержания органического вещества (до 0,1—0,2%). Судя по распределению органического вещества, в течение всего позднего докембрия местами обитания живых организмов были прибрежные или мелководные (мелеющие) зоны морских водоемов, где при благоприятных гидродинамических условиях вместе с пелитовыми осадками происходило его накопление. На большей части акватории накопление органического вещества не имело места.

В центральных районах платформы максимум заключенного в верхнедокембрийских породах органического вещества почти в 10 раз выше, чем в восточных, обогащенные им породы сконцентрированы в прослои (2—10 м) и свиты (средний рифей — около 200 м. пелкинская свита — 100—150 м), разделенные толщами пустых пород.

Отмеченные различия в характере распределения органического вещества находят свое объяснение в общем облике верхнедокембрийских отложений, существенно разнящемся в центральных и восточных районах Русской платформы. По строению и составу рифей восточной части платформы и Пачелмского прогиба сходен с южноуральским, а центральных областей — с тиманским разрезами.

Таковы вкратце особенности позднедокембрийского накопления органического вещества. Диагенетическое преобразование его начинается с первых моментов соприкосновения с минеральной массой осадка. Низкое содержание органического вещества, столь характерное для рассматриваемых отложений, присуще почти в одинаковой степени всем типам пород, но повышенное количество его, так же, как и в более молодых осадках, связано только с глинистыми или алеврито-глинистыми разностями. В песчаниках и алевролитах даже в пределах названных выше обогащенных органическим веществом свит содержание Сорг не превышает 0,2%, а в мощной среднерифейской песчаной толще, вскрытой Павлово-Посадской и Сомовской скважинами, не более 0,05%.

Отчетливая связь наблюдается между распределением органического вещества и геохимическими фациями. Как известно, облик геохимических фаций, окисленность или степень восстановленности пород, определяемая по соотношению аутигенно-минералогических форм железа, в значительной степени обусловлены количеством и качеством фоссилизированного органического вещества. Поэтому характер геохимических фаций позволяет судить о первоначальном содержании его в осадках и возможной направленности [Преобразования. Одним из проявлений специфики окислительно-восстановительной характеристики верхнедокембрийских отложений является чередование в разрезе мощных бурых и сероцветных толщ, определяемое в значительной степени наличием в породах свободных гидроокислов железа. Анализ состава аутигенно-минералогического комплекса железа подтверждает широкое развитие окислительных фаций [Fe3+HCl(2,0—6,0%) больше Fe2+HCl (0,5—1,5%)] в каверинской и тюрюшевской свитах среднего рифея, бологоевской и серафимовской сериях верхнего рифея, воронской свиге нижнего венда, а также в волынской и ловаровской свитах верхнего венда.

Среди сероцветных верхнедокембрийских отложений преобладают слабовосстановительные фации [Fe2+Ha(1,5—4,5%) > Fe3+HCl(1,0%) > Fe2+3(0,l—0,5%)]. Роль восстановительных и резковосстановительных фаций незначительна, их образование связано с периодами максимальной трансгрессии и относительно спокойным тектоническим режимом развития бассейна седиментации (середина среднего рифея и середина верхнего венда Московской синеклизы). Распространение восстановительных фаций внутри указанных отложений локально, они не выдержаны по простиранию и расслоены преобладающими по мощности осадками слабовосстановительных фаций.

Между характером геохимических фаций и наличием в них органического вещества существует строгая зависимость: породы окисли тельных фаций почти не содержат его или содержат крайне мало (до 0,1%), породы слабовосстановительных фаций содержат не более 0,3% Copг, тогда как в породах с аутигенно-минералогическим комплексом резковосстановительных фаций содержание органического вещества колеблется в пределах 0,5—10%. Чистота связи Сорг — пирит нарушается в волынских и, в меньшей степени, в редкинских отложениях юго-западного борта Московской синеклизы, где широкому диапазону значений пирита и окисного железа отвечает примерно одинаковое низкое содержание органического вещества. Аномальный состав аутигенного железа связан с активной вулканической деятельностью, имевшей место в южной части Оршанской впадины. В котлинских отложениях западной части Московской синеклизы пирит зачастую отсутствует в мощных прослоях независимо от содержания органического вещества, иногда весьма значительного (до 2%). Аутигенно-минералогический комплекс [Fe2+HCl(2—6%) > Fe3+HCl(0,1—0,5%)] свидетельствует о некотором опреснении котлинского водоема перед последующим поваровским перерывом в осадконакоплении.

Морфологически органическое вещество верхнедокембрийских толщ чаще всего представлено дисперсной органо-минеральной массой, либо сконцентрированной в микропрожилки, ориентированные вдоль слоистости, либо обогащающие отдельные участки породы, которые выполняют стиллолитовые швы в известняках (калтасинская свита). Углеподобные включения встречаются крайне редко и связаны преимущественно с карбонатными и обломочными породами. Содержание органического вещества и его морфология не отражают изменения глубины залегания пород в диапазоне 600—4800 м.

Результаты изучения остаточного органического вещества (устное сообщение О.П. Четвериковой) указывают на преобладание сапропелевой основы в его составе и на невысокую степень его преобразованности во всем диапазоне глубин Московской синеклизы. Гуминовые кислоты отсутствуют, что вполне соответствует природе органического вещества и длительности его преобразования.

Одной из наиболее важных составных частей органического вещества являются битуминозные компоненты. В подавляющем большинстве пород верхнего докембрия Русской платформы содержание битумов в составе органического вещества не превышает 0,5—1,0%, а количество хлороформенного экстракта (хлороформенный битумоид) в породах не более 0,005%. Содержание хлороформенного битумоида находится в прямой связи с количеством органического вещества, что свидетельствует в пользу его сингенетичности. Поэтому породы, обогащенные органическим веществом, содержат и значительно большее количество хлороформенного битумоида, которое в редкинской свите венда достигает 0,1%, а в верхах среднего рифея Московского грабена 0,05%, при битумном коэффициенте соответственно 10 и 2%.

Битуминозность пород и величина битумного коэффициента в значительной степени определяются геохимическим обликом вмещающих пород: в окислительных фациях вне зависимости от литотипа битумов практически нет, слабовосстановительные фации мало битуминозны (хлороформенный битумоид менее 0,002%, битумный коэффициент не более 2%), породы восстановительных и резковосстановительных фаций содержат 0,01—0,1% хлороформенного битумоида и имеют битумный коэффициент порядка 2—10%.

Значительную роль в изменении органического вещества и битуминозности пород играет величина погружения толщ и их палеотемпературная история. Расчеты показали, что в центральных областях платформы максимальные палеоглубины залегания обогащенных органическим веществом пород среднего рифея и редкинской свиты венда не превышают 3000 м, а палеотемпературы 100°C. В восточной части платформы в отдельных участках палеоглубины возрастают до 5—10 км, а палеотемпературы — до 200° С.

Столь значительная разница в термодинамической обстановке верхнедокембрийских толщ нашла свое отражение в значительно более широком характере нефтегазопроявлений в Восточной части платформы, несмотря на отсутствие обогащенных органическим веществом толщ. В пределах Московской синеклизы диапазон палеотемператур 50—100°C определил существенные различия в степени битуминозности органического вещества и в составе битумов западной (глубины 500—1000 м) и осевой (глубины 2000—3000 м) зон. Имеются в виду породы с содержанием органического вещества не менее 0,5%. К.Ф. Родионова отмечает возрастание значения битумного коэффициента, появление в осевой зоне синеклизы (в редкинских нефтематеринских отложениях) миграционных битумов, увеличение роли восстановленных компонентов и некоторую ароматизацию углеводородных фракций, связанную, возможно, с эмиграцией более подвижных метановых углеводородов.

Подводя итоги, следует отметить, что распределение органического вещества в верхнедокембрийских отложениях в значительной степени определяется особенностями седиментационного процесса и спецификой развития биосферы. Соотношения между органическим веществом и аутигенно-минералогическими формами железа укладываются в схему Н.М. Страхова, разработанную для более молодых отложений. Это свидетельствует о том, что процессы диагенетического преобразования органического вещества в протерозойских толщах не отличаются по существу от диагенеза более молодых отложений. Связь с седиментационным процессом, сходство диагенеза протерозойских отложений с диагенезом более молодых образований, так же как и сходство реакций на катагенные факторы позволяют считать, что при оценке нефтегазоматеринских и нефтегазопроизводящих свойств к верхнедокембрийским отложениям вполне могут быть применены общепризнанные критерии. Согласно этим критериям нефтематеринские породы есть почти во всех стратиграфических подразделениях докембрия. Применительно к изученному району нефтематеринские свиты приурочены к верхней части среднего рифея Московского грабена и редкинской свите Московской синеклизы.