Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Глинистые минералы зон деструкций кристаллического фундамента Татарского свода, их типоморфизм и генетическое значение

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Глинистые минералы зон деструкций кристаллического фундамента Татарского свода, их типоморфизм и генетическое значение"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИТДИКОВА Ляля Мирсалиховна

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ ЗОН ДЕСТРУКЦИЙ

КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА ТАТАРСКОГО СВОДА, ИХ ТИПОМОРФИЗМ И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

на правах рукописи

<\/

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Казань - 1997

Работа выполнена на кафедре полезных ископаемых геологического факультета Казанского государственного университета

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, доцент В.Г.Изотов

Официальные оппоненты: доктор геолого-.минералогических наук,

профессор А.И.Бахтин

кандидат геолого-минералогических наук, снс. Э.А.Гойло

Ведущая организация: Институт геологии Уфимского научного центра РАН, г. Уфа

Защита состоится " 19 июня 1997года в 14°° часов на заседании Диссертационного совета К 053.29.12 по присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогических наук при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 4/5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета.

Автореферат разослан "_" мая 1997 года

Ученый секретарь Диссертационного совета К 053.29.У-^А.Н.Днденко

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Проблемы глубинного строения земной коры являются одними из наиболее актуальных в геологии и привлекают внимание как научных геологических школ, так к геологов-практиков. В настоящее время, в связи с реализацией программы глубокого континентального бурения появляется все новая и новая информация об особенностях ее строения. В частности, в пределах Республики Татарстан в результате глубокого бурения установлено широкое развитие в геле кристаллического фундамента мощных деструкционных зон, заполненных гонкодисперсным материалом, в котором существенная роль принадлежит глинистым минералам. Положение деструкционных зон отражает особенности строения н геодинамики кристаллического субстрата платформенного основания, а так же особенности его поздней постметаморфической эволюции. Наличие этих зон явилось мощным стимулом для реализации комплексной региональной программы глубокого бурения Республики Татарстан с целью практической оценки перспектив нефтеноспости его глубоких горизонтов, т.к. наличие глинистого вещества в зонах деструкций больших глубин свидетельствует о наличии в них термодинамических условий благоприятных для стабильности углеводородов. Поэтому выяснение условий формирования и локализации зон деструкций на больших глубинах и их специфических особенностей является крайне актуальным при комплексном изучении глубоких горизонтов земной коры.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Установление условий формирования зон деструкций кристаллического фундамента Татарского свода на основе изучения минералогических особенностей тонкодисперсного глинистого вещества этих зон в разрезе глубоких и сверхглубоких скважин Республики Татарстан.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Изучение особенностей распределения и локализации зон деструкций в теле фундамента по данным глубокого и сверхглубокого бурения.

2. Фазовый анализ тонкодисперсного вещества зон деструкций и изучение особенностей его распределения по типам пород и в разрезе фундамента.

3. Исследование типоморфных особенностей и условий формирования глинистого вещества фундамента.

4. Восстановление геологической истории и условий постметаморфической

эволюции кристаллического фундамента на основе комплексного анализа зон деструкции и их тонкодисперсного глинистого вещества.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. По результатам изучения кернового материала и шлама глубокого и сверхглубокого бурения выявлены и охарактеризованы зоны деструкций в теле кристаллического фундамента.

2. Продемонстрировано, что глинистые минералы являются составной частью дисперсной составляющей зон деструкций фундамента и оказываются устойчивыми в условиях значительных глубин, достигнутых бурением.

3. Изучен минеральный состав глинистой составляющей зон деструкций. Установлены и охарактеризованы ассоциации глинистых минералов.

4. Установлено, что кристаллохимические особенности глинистых минералов глубинных деструктивных зон часто несут комплекс специфических, типоморфных признаков, свидетельствующих о их формировании в условиях стрессовых напряжений больших глубин.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ. Изучение зон деструкций в теле фундамента Татарского свода и минерального состава их глинистой составляющей требует комплексного подхода и, следовательно, привлечения широкого крута методов исследования геологии объекта и слагающего его вещества. В работе, для решения поставленных задач были использованы следующие подходы:

1. Петрографическое базовое изучение первично-метаморфического субстрата фундамента на основе макро- и микроисследований пород по керну и шлифам.

2. Структурно-тектонический анализ геодинамических особенностей разви тия кристаллического фундамента Татарского свода.

3. Морфологическое изучение характера трещиноватости зон деструкций Текстурный анализ взаимоотношений агрегатов глинистых минералов и их разви тия по первичному метаморфическому субстрату.

4. Минералого-кристаллохимические исследования глинистого веществ; фундамента. Основой исследований являлся рентгенографический анализ дисперс ной составляющей зон деструкций на порошковых и текстурированных препаратах Тонкодисперсная составляющая извлекалась из пород зон деструкций с примене нием специальных методик, включающих ультразвуковую диспергацию, центрифу гирование и гидравлическое осаждение. Кроме того, для изучения вещества ис

юльзовались методы мессбауэровской спектроскопии, высокотемпературной 1ентгеновской дифрактометрии, растровой и просвечивающей электронной микрокопии, электронографии, химического анализа.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. В развитии зон деструкций кристаллического фундамента Татарского сво-1а установлена определенная стадийность и закономерное пространственное рас-гределение в теле фундамента.

2. Тонкодисперсный материал зон деструкций несет парагенетические ассоциации глинистых минералов закономерным образом распределенные по вещественным формациям и типам пород фундамента.

3. Впервые установлено, что глинистые минералы зон деструкций, сформи-юванные в толще кристаллического фундамента, несут комплекс типоморфных физнаков и отличны от глинистых минералов поверхностных зон фундамента Татарского свода (допалеозойские коры выветривания). ,

4. Ассоциации глинистых минералов являются носителем важной петрогсне-гической информации. Минералогия зон деструкций отражает позднюю эволюцию структурно-вещественных комплексов кристаллического фундамента Татарского :вода.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В настоящее время на территории Татарского свода ведутся активные работы по выявлению новых нетрадиционных объектов углеводородного сырья. Одним из таких объектов является кристаллический фундамент и, в частности, его деструктивные зоны, которые могут рассматриваться как потенциальные коллектора углеводородов.

Проведенные автором исследования этих зон и комплекса глинистых минералов локализованных в них, свидетельствует, что в этих зонах существуют усло-зия благоприятные для устойчивости углеводородов.

Изучение вещественного состава зон деструкций имеет также большую на-нную и практическую ценность для построения адекватных моделей строения ¡емной коры при интерпретации комплекса ГИС глубоких и сверхглубоких скважин и результатов региональных геофизических и сейсмо-геофизических исследований, в частности, методов ОГТ широко используемых в настоящее время для изучения неоднородностей глубинных частей литосферы.

Фактический материал. При написании работы автором изучен керновый материал 14 глубоких скважин, в том числе сверхглубокой скважины 20009 Ново-

Елховской, а так же привлекался материал по сверхглубокой скважине 2000( Миннибаевской и 13 скважин, вскрывших кристаллический фундамент на глубинь более 800м. В качестве опорной скважины использовался уникальный материал сверхглубокой скважины 20009, которая на данном этапе исследований находите) на заключительной стадии бурения и достигла глубины 5809м. Дополнительно были привлечены материалы параметрической глубокой скважины 1 Тиныушевсказ (Мордовская Республика) и данные разведочных скважин АО «Татнефть» вскрывших коры выветривания по породам кристаллического фундамента.

Использованы материалы ГИС, сейсморазведки МОГГ. Керновый материа. собирался и обобщался в течение 10 лет. В основу изучения кернового материал; положено визуальное изучение пород, исследования прозрачных шлифов боле 800шт. Для характеристики глинистой составляющей использованы данные боле 150 порошковых и более 400 ориентированных образцов рентгено-дифракционног анализа, электронографических анализов - ЗОпгг., растровых электронно микроскопических (РЭМ) исследований структур агрегатов глинистых минералов 45шт., просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) - 20шт., данные хими ческого анализа монофракций глинистых минералов - 15шт. Использованы такж данные ЯГР-спектроскопин - 68пгг, битумно-люминесцентного анализа ноглс щенного УВ-комплекса - 20шт, нейтронно-активационного анализа - 14шт.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследования изложены автором специальных разделах коллективной монографии «Кристаллический фундамент Ts тарстана и проблемы его нефтегазоносности», (Казань, 1996), а так же в 22 печа1 ных работах. Основные положения диссертации и методические подходы к иссл< дованию проблемы были обсуждены на многочисленных научных конференция различного уровня: YII Всесоюзном совещании «Глинистые минералы и породы, г использование в народном хозяйстве» (Новосибирск, 1988); II конференвд «Минеральная память» (Тюмень, 1989); XI, XII, XIII Всесоюзных совещаниях г рентгенографии минерального сырья (Миасс, 1989; Сочи, 1992; Белгород, 1995 на конференции «Эволюция докембрийской литосферы» (Ленинград, 1991); на I Всесоюзном совещании «Дегазация земли и геотектоника» (Москва, 1991); на совещании «Теория минералогии» (Сыктывкар, 1991); на 1 Международном сем1 наре «Напряжения в литосфере» (Москва, 1994); 9th Meeting of the Association European Geological Societies Precambrian of Europe (St.Petersburg, 1995); на Всесоюзном совещании «Магматизм и геодинамика» (Уфа, 1995); на Междун

юдной конференции «Закономерности эволюции земной коры» (С.Петербург, 1996); а так же на научно-практических конференциях АО «Татнефть» Альметьевск, 1989; 1991; 1995). Кроме того, результаты исследований регулярно докладывались на ежегодных итоговых конференциях Казанского государственного Университета, начиная с1989.

МЕСТО ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. Кафедра полезных ископаемых геоло-ического факультета Казанского государственного университета.

Объем работы. Диссертация общим объемом № страниц состоит из введе-1ия, . б глав и заключения; содержит^ страниц текста, таблиц//?:?*рисунка. Список литературы включает /^.^наименований.

БЛАГОДАРНОСТИ. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю работы кандидату геолого-минералогических наук В.Г.Изотову.

Автор благодарит Муслимова Р.Х., Назипова А.К., Гатиятуллина А.К., Степанова В.П., Трофимова В.А., Плотникову И.Н., В.Н.Соколова, Лапинскую Т.А., Постникова А.В., Попову Л.П., Готтих Р.П., Писоцкого Б.И., В.М.Винокурова, Г.А.Кринари, Пенькова И.Н., Диденко А.Н., Хасанова P.P., Кальчева В.П., Морозова В.П., Лыгину Т.З., Дрешера М.Ш. за консультации и постоянное внимание к работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Изучение кристаллического фундамента Татарского свода связано с реализацией программы глубокого бурения и исследования его глубинного строения. Эта программа реализуемая геологической службой АО «Татнефть» направлена на выявление перспектив нефте-газоносности фундамента Татарского свода.

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА ТАТАРСКОГО СВОДА. Татарский свод является одной из главных структур Волго-Уральского сегмента земной коры на востоке Русской плиты. Татарский свод отделен от других систем Волго-Уральского сегмента крупными прогибами авлакогенного типа. В системе поднятий Татарского свода выделяется ряд крупных блоковых сооружений, выраженных в современном рельефе фундамента - выступы, так и осадочного чехла - купола. В его пределах выделяются Северный или Кукморский выступ и Южный или Альметьевский. В дорифейском кристаллическом основании выделяются два регионально выдержанных стратиграфических комплекса, различающихся степенью метаморфизма. Нижний - гранули-то-гнейсовый комплекс архейского-нижнепротерозойского возраста и верхний -

сланцево-гнейсовый - протерозойского возраста.

В пределах выступов развиты в основном породы гранулито-гнейсовогс комплекса, представленные двумя основными вещественными формациями: мафит-кремнекислой и глиноземисто-высокоглиноземистой. Ведущее место в стратиграфическом расчленении фундамента имеет структурно-вещественный подход, сопровождающийся изотопными датировками. Т.АЛапинской и С.В.Богдановой i рамках архейско-протерозойского комплекса выделяются отрадненская серия представленная в основном высокометаморфизованными метабазитовыми образованиями и болыпечеремшанская серия, представленная высокоглиноземистым) метапелитовыми породами. В пределах линейных зон развиты в основном амфи болиты и амфиболовые плагиогнейсы, как продукты диафторированных образо ваний отрадненской и большечеремшанской серий. Выделяемые в схеме Л.А. Jla пинской, C.B. Богдановой комплексы, особенно в пределах выступов достаточн! хорошо коррелируются с аналогичными комплексами других частей Русской пли ты и Балтийского и Украинского щитов. Это делает эту схему более надежной что дает основание отдать ей предпочтение в дальнейшей работе.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВА ЗОН Д] СТРУКЦИЙ ФУНДАМЕНТА ТАТАРСКОГО СВОДА. В вещественных комплек сах Татарского свода зоны деструкций занимают особое специфичное положение Как показывают проведенные исследования они могут быть весьма разнообразны ми по условиям залегания и подвергаться различным типам наложенных гидротер мально-метасоматических процессов. Это потребовало для исследования зон де струкций и их вещества привлечения комплекса геологических, геофизическю геохимических, петрографических и минералогических методов.

1. Регионально-геологические методы. Целью этих методов, в первую оче редь, является региональное выявление зон деструкций, их метрических характе ристик, установление связей с формационно-вещественными комплексами пород их структурно-тектоническая привязка.

2. Изучение кернового материала. Сами зоны деструкций выявляются, в пер вую очередь, по данным изучения кернового материала: по степени нарушенност монолитности пород фундамента. Ведущую роль в исследовании зон деструкци имеют скважины, вскрывшие фундамент на значительные глубины, так как это да ет возможность различать глубинные зоны деструкций эндогенного происхожденн и деструкцию поверхностную, экзогенного типа, связанную с додевонским выест

риванием поверхности фундамента и образованием кор выветривания. Этн исследования позволяют определять характер трещиноватости, интенсивность гидротермальной проработки фундамента. Ценную информацию об этих явлениях дает изучение и замеры трещиноватости, фотографирование штуфов керна и поинтерваль-ное фотографирование керна (скв.20009).

3. Скважинные геофизические исследования (ГИС). Практически все элементы ГИС являются информативными при установлении и характеристике зон деструкции. Однако, при выявлении современных зон, в первую очередь, необходимо обращать внимание на данные кавернометрии, метод КС, ПС, гамма-каротажа (ГК), гамма-гамма-каротажа (ГГК).

4. Минералого-кристаллохимические исследования. Ведущая роль в изучении вещества зон деструкций принадлежит минералого-кристаллохимическим методам среди которых ведущими являются:

Оптическая микроскопия. Этот метод позволяет дать общую характеристику наложенных процессов, установить связь с первичным субстратом, особенности развития низкотемпературных гидротермально-метасоматических процессов по субстрату.

Порошковая рентгеновская дифрактометрия. В виду широкого развития процессов аргиллизации в зонах деструкций, ведущим методом их изучения является порошковая дифрактометрия. Исследования проводились на автоматизированных дифрактометрах ДРОН-3 и ДРОН-ЗМ в шаговом режиме сканирования с моно-хроматизированным излучением Си^ , в отдельных случаях с применением высокотемпературной приставки УВВД-2000.

Особое внимание уделялось приготовлению препаратов глинистых минералов с использованием методов ультразвуковой диспергации, суспензирования, центрифугирования. Использовался комплекс методик исследования глинистых минералов - насыщение различными органическими жидкостями, а так же прокаливание при различных температурах.

Мессбауэоовская (ЯГР) -спектроскопия. Использовалось для изучения особенностей катионного упорядочения Ре2+, Ре3+ по структурно-неэквивалентным позициям в железосодержащих глинистых минералах и, в первую очередь, в хлоритах.

Растровая электронная микроскопия (РЭМ). Метод РЭМ позволяет изучать особенности локализации агрегатов глинистых минералов, строение породы в зонах

деструкций на сколах декорированных золотом. Исследования проводились на высокоразрешающем РЭМ HITACHI S-800 на кафедре инженерной геологии МГУ.

В отдельных случаях для изучения морфологических особенностей частиц глинистых минералов и степени их окристаллизованности использовалась просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) с использованием микроскопа ПЭМ -100.

Электронография. Исследования проводились на электронографе ЭМР -100М методом суспензирования на просвет. Использовалась в основном для установления и уточнения политнпных модификаций слюд.

Кроме того, использовались методы: химанализа вещества, люминесцентно-битуминологического и нейтроняо-активационного анализов.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ ЗОН ДЕСТРУКЦИЙ В СТРУКТУРЕ ФУНДАМЕНТА ТАТАРСКОГО СВОДА. В главе 3 на основе данных визуального изучения керна, сопровождаемого систематическими замерами трещиноватости по сверхглубокой скважине 20009 и скв.2216, 2217, 2223, 183, 20002, 20008, вскрывших фундамент на значительные глубины, описываются особенности локализации зон деструкций как зон повышенной трещиноватости и последующих гидротермальных изменений в теле фундамента. Установлены основные типы трещиноватости в теле фундамента: 1) субгоризонтальная, 2) субвертикальная, 3) наклонная, 4) брекчированность, переходящая в милонитизацию. Установленные типы трещиноватости связаны с особенностями распределения механических напряжений в теле фундамента, возникающих вследствие геодинамических процессов его постметаморфической эволюции (Ситдикова, 1995).

Возникновение субгоризонтальной трещиноватости высокой интенсивности (до 60-80 трещин на метр) связано с процессами вертикального сжатия (компрессия) с последующей релаксацией. Такая трещиноватость редко сопровождается гидротермальными изменениями. Этот тип трещиноватости в разрезе скважин, в частности скв.20009, формирует определенные зоны, выделенные автором как компрессионные.

Возникновение наклонной трещиноватости и последующего брекчирования пород связано с развитием деформаций сплющивания, сопровождаемых перемещениями блоков пород по наклонным трещинам скола, что в отдельных случаях, приводит к образованию брекчий. Эти процессы по данным изучения керна развиты в поверхностных частях фундамента (первые 300-500м) от его поверхности и на

значительных глубинах (более 5км). Возникновение таких систем трещин связано с активным проявлением деструкционных процессов, а зоны такой трещиноватости выделяются автором как декомпрессионные. Эти зоны сопровождаются активными гидротермальными процессами и развитием разнообразных ассоциаций тонкодисперсного глинистого вещества.

Наличие чередующихся в разрезе скважин компрессионных и декомпресси-онных зон позволяет сделать вывод о стадийном развитии деструкционных процессов в теле фундамента, связанных с эволюцией геодинамического режима.

Положение зон трещиноватости выделенные по керновому материалу скв.20009 хорошо согласуется с данными ГИС (Галдин, Муслимов, Назипов, 1995). Однако, изучение кернового материала позволяет установить тип трещиноватости и характер деструкционных процессов. Наличие деструкционных зон в теле фундамента надежно выделяется также по данным сейсмического профилирования методом ОГТ (Трофимов, 1994). Согласно этим данным в верхней части фундамента (0,4км) выделяются отдельные субгоризонтальные отражающие горизонты, связанные с наличием зон разуплотнений - деструкции. Однако, максимальное развитие эти зоны приобретают на глубинах 5-бкм, до глубин 10-12км. На этих глубинах эти зоны являются достаточно выдержанными, мощными, сейсмически четко выраженными. По видимому скв.20000 и скв.20009 превысившие 5км рубеж вскрыли именно эти зоны активной глубинной деструкции.

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОНКОДИСПЕРСНОГО ГЛИНИСТОГО ВЕЩЕСТВА И ПАРАГЕНЕТИЧЕСКИЕ АССОЦИАЦИИ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ ЗОН ДЕСТРУКЦИЙ. Как показали детальные исследования автора, тонкодисперсное глинистое вещество зон деструкций кристаллического фундамента характеризуется поликомпонентным составом с широким разнообразием комбинаций глинистых минералов. Возникновение такого разнообразия связано со сложностью и гетерогенностью вещества первичиого метаморфического субстрата и вариабельностью химизма гидротермальных растворов в зонах деструкций фундамента. Как показало оптико-микроскопическое исследование продуктов гидротермальных изменений часто в пределах одного шлифа по различным первичным минералам субстрата развиваются различные глинистые минералы.

Наличие такого разнообразия комбинаций глинистых минералов вещества фундамента потребовало необходимость выделения парагенетических ассоциаций глинистых минералов, возникновение которых обусловлено общностью гекетиче-

ских процессов трансформирования вещества фундамента в ходе низкотемпературных гидротермальных процессов.

Автором на базе рентгенофазового анализа выделено 15 основных парагене-тических ассоциаций глинистых минералов, развитых по различным петрографическим типам пород фундамента Татарского свода в его различных регионах и в сопредельных территориях. Доминирующими являются 8 ассоциаций, в которых ведущими минералами являются хлорит, гидрослюда, каолинит в различных количественных соотношениях: 1)хлоритовая, 2) гидрослюдистая, 3)каолинитовая, 4)гидрослюдисто-хлоритовая, 5)хлорит-гидро слюдистая, 6)каолинит-

гидрослюдистая, 7)каолинит-хлоритовая, 8)каолинит-гидрослюда-хлоритовая.

Кроме того, выделено 4 ассоциации с метастабильными для больших глубин смешанослойными образованиями на базе хлорита, иллита, монтмориллонита, биотита, вермикулита: 9)хлорит-смешанослойная хлорит-монтмориллонитовая, 10)хлорит-смешанослойная иллит-монтмориллонитовая, 11)хлорит-

смешанослойная биотит-вермикулитовая, 12)каолииит-хлорит-смешанослойиая иллит-монтмориллонитовая.

По ряду глубоких скважин установлены редкие парагенетические ассоциации, связанные со специфическими породами субстрата и специфическими низкотемпературными процессами: 13)смектит-вермикулитовая, 14)смектит(вермикулит)-хлорит-каолинитовая, 15)хлорит-тальковая.

Особенности распределения ассоциаций в теле фундамента были изучены по разрезу скв.20009, в котором чередуются образования мафит-кремнекислой и гли-ноземисто-высокоглиноземистой формаций, отражающие пять формационных пачек пород (рис.1). При этом, в первой, третьей и пятой пачках, представленных породами глиноземисто-высокоглиноземистой формации, наибольшим развитием пользуются ассоциации на основе диоктаэдрических слюд, каолинита и смешано-слойных фаз на базе иллита и монтмориллонита. Меньше развиты ассоциации, несущие смешанослойные образования на базе хлорита и монтмориллонита. При этом вырисовываются характерные закономерности в развитии ассоциаций по типам пород формации. В частности, хлорит-гидрослюдистая ассоциация, основная для рассматриваемой формации развита космополитично по всем типам пород. Остальные ассоциации связаны с определенными породами. Так каолинит-гидрослюдисто-хлоритовая ассоциация развита по высокоглиноземистым гнейсам, высокоглиноземистым плагиогнейсам и высокоглиноземистым плагиокристалло-

ГЛ)б. пстрогр. колонка петрограф, формаши треиишо-в»тость зоны ПЦфО- термзль. изменен. ХЛорНТ. 1 ЯСС. пир о- СШОД. 2 вес. г/слюд.-ХЛОрХГТ. 4 ясс. Х.аор1ГТ г/слюд. 5 ясс. КЙОЛ,- хлорит. 7 ясс. каол. -г/сл.-хлорит 8 асс. хлорит* с/с хлор-м/м 9 асс. хлорит с/с ИЛ7ВГТ м/м 10 ясс хлор.- с/с бпот-верм 11 асс. каол-хлер.-с/с лтшт- м/м 12 асс.

202« •** , **• ГАНВ.-ВЫСО- когяв.форм. § I о О Я О

2328 -*< - *-< иафшт-кренв. кяслформ. 1 о о 0 О Й О

О

глмв.-шео- © о о

формады, гр*в*т-биотггеше корда ер гг-с шившиагт. гнейсы @ о о

© О о 8 8

3183 © © ©

-м-< —4М —Г^-и -«-< — — -«-< а кафет-креив. шел.форм, с □росисиез.- смлшдтных вород»врорьп. гДмбдомй дайкой. Пкроиоюше, ¡амфабол-иропеаоми § 0 1 ооооо оо о о О

о

ыагжогмйсы I

4428 © ® - о

, . о о

8

коглв.форм.с о

5287 5809 горизонтом улмршифнтеа. ГрАЯХТ-СЯЛЛММ. грдзжт-корд. сшивихнмт. гнекш к САМЦЫ © ® ® § 8 О о о 8 о 8 о 0 0 8 о 8 О о

Рис.1. Распределение парагенетических ассоциаций глинистых минералов зон деструкции по разрезу сверхглубокой скважины 20009 Ново-Елховская

сланцам.

Во второй и четвертой пачках, представленных породами мафит-кремнекислой формации характерно развитие ассоциаций на базе хлорита, гидрослюд, смешанослойных хлорит-монтмориллонитов и биотит-вермикулитов. При этом хлорит-смешанослойная хлорит-монтмориллонитосая ассоциация имеет тенденцию к развитию по кристаллосланцам, гнейсам и кварц-калишпатовым гнейсам, хлорит-смешанослойная биотит-вермикулитовая ассоциация развита по кристаллосланцам и лейкократовым гнейсам. Гидрослюдисто-хлоритовая и хлорит-гидрослюдистые ассоциации развиты равномерно по всем типам пород формации.

Неравномерность развития процессов аргиллизации и отсутствие прямых связей состава ассоциаций глинистого вещества зон деструкции с типами пород свидетельствует об инфильтрационной природе процессов аргиллизации и что в формировании глинистого вещества зон деструкции играли роль крупномасштабные процессы проработки пород фундамента в целом.

ГЛАВА 5. ТИПОМОРФИЗМ И КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕЩЕСТВА ЗОН ДЕСТРУКЦИЙ.

Морфометрическая характеристика глинистых минералов зон деструкций. Формирование парагенетических ассоциаций глинистых минералов зон деструкций протекало в сложных геодинамических условиях, характеризующихся чередованием компрессионных и декомпрессионных стадий. Эти стадии, следуя одна за другой, часто взаимонакладываются, что создает большие трудности в их четком выделении. Большое значение в выделении этих стадий имеет морфометрический анализ агрегатов глинистых минералов с применением растровой электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.

Анализ данных РЭМ показал, что агрегаты и микроагрегаты глинистых минералов являются основными структурными элементами глинистого вещества зон деструкций. Наиболее распространены микроагрегаты, в которых глинистые частицы и ультрамикроагрегаты контактируют по базисным плоскостям базис-базис или по типу базис-скол и скол-скол. Это приводит к образованию структурных элементов разнообразной формы.

В настоящее время классификации структур и текстур агрегатов глинистых минералов разработаны в основном для осадочных пород. Аргиллизиты глубоких горизонтов на нынешнем этапе развития практически не изучены. Автором сделана попытка охарактеризовать основные модели текстур глинистых агрегатов зон де-

струкций фундамента, на основе подходов К.Терцаги, В.Гольдшмидта, ТЛэмба, Н.О'Брайена, с подразделением структурно-текстурных особенностей агрегатов компрессионной и декомпрессионной стадии развития.

Компрессионная стадия.

1. Ламинарная текстура. Образована крупными пакетами глинистых минералов, так называемые "книжные пакеты", т.е. они имеют сланцеватый характер ориентации частиц. Связь по типу базис-базис.

2. Турбулентная текстура. Для этой текстуры характерны изогнутые пакеты глинистого вещества, создающие локальные "завихрения". Глинистые агрегаты взаимодействуют по типу базис-базис, реже базис-скол под небольшими углами. Изогнутая форма пакетов глинистых минералов связана с меняющимися нагрузками на породу.

3. Порфиробластовая текстура. На фоне тонкодисперсного каолинита с турбулентной текстурой выделяются крупные порфиробластовые чешуйки каолинита.

Декомпрессионная стадия. Она характеризуется наличием свободного пространства, т.е. избытком пустотного пространства, создающее благоприятные условия для циркуляции глубинных флюидов и преобразования глинистого вещества, созданного в предшествующую стадию. Вследствие этого, увеличивается разнообразие текстурных моделей агрегатов:

1.Текстуры "книжного-карточного домика" и текстуры "изломанного книжного-карточного домика". Формирование этих моделей связано с разуплотнением пород. Связь между агрегатами осуществляется по типу скол-скол, базис-скол.

2. Бутончато-скорлуповатые текстуры. Вследствие декомпрессии происходят неравномерные деформации и стягивания глинистых пакетов. Пустотное пространство в основном приурочено к центральным точкам "бутонов". Связь агрегатов глинистых минералов па типу базис-базис.

3. Радиалыю-лучистые лепестковые текстуры. Дальнейшее снятие нагрузки на породу приводит к расправлению изогнутых пакетов и образуются связи типа скол-скол, базис-базис, базис-скол.

Компрессионная и декомпрессионная стадии развития зон деструкций повторялись по времени, накладываясь друг на друга, и четкое разделение их в некоторых случаях сложно. Было также установлено, что морфометрические особенности текстур глинистых агрегатов глубоких горизонтов фундамента отличаются от текстур, возникающих в поверхностных зонах фундамента.

Таким образом, метод РЭМ позволяет охарактеризовать эволюцию агрегатов глинистых минералов при переходе от компрессионной к декомпрессионной стадиям и подчеркнуть морфологические отличия глинистых агрегатов глубоких горизонтов от агрегатов, сформированных в поверхностных зонах фундамента.

Кристаллохимический типомопфнзм глинистых минералов зон деструкции фундамента.

Хлориты. По степени заселения октаэдрических позиций хлориты подразделяются на ди- и триоктаэдрические. Практически по всему разрезу скважины 20009 развиты триоктаэдрические хлориты политипной модификации Ш, степень окристаллизованности и количественное содержание которых в массе глинистого вещества изменчиво в зонах деструкции, как компрессионной, так и декомпрессионной стадий развития. Тем не менее, в зонах компрессии хлориты явно преобладают над другими компонентами, что особенно проявляется в развитии хлоритовых "зеркал скольжения". На глубинах 5200м и ниже, происходит смена триоктаэдри-ческих хлоритов диоктаэдрическими политипной модификации ПЬ с полубеспорядочной структурой.

Существенную информацию по типоморфизму хлоритов дает мессбауэров-ская спектроскопия. Выделяется несколько групп хлоритов деструкционных зон, отличающихся особенностями катионного распределения ионов Ее2+, Ее3+ по структурным позициям. Во-первых, группа хлоритов декомпрессионных зон со стандартным распределением Еег+ по цис- и транс-позициям в тальковом слое и его отсутствием в бруситовом слое. Во-вторых, группа хлоритов компрессионных зон, характеризующиеся вхождением ионов Ре2+ в позиции талькового и брусито-вого слоев. Третья группа хлоритов с преимущественным заселением ионами Ее2+ как октаэдров бруситового слоя, так и цис-позиций талькового слоя характерна для глубинных декомпрессионных зон. Хлориты этой группы отличаются содержанием ионов Ее3+ в октаэдрических позициях, что свидетельствует о их высокой степени диоктаэдричности.

Слюды, гидрослюды. Они распространены исключительно широко. В глинистом веществе зон деструкцнй широко развиты маложелезистые диоктаэдрйче ские слюды, не содержащие разбухающих межслоев. Гидратированные диоктаэд рические слюды, содержащие значительное количество разбухающих межслоев характерны для декомпрессионной стадии развития этих зон, а неразбухающш слюды большее развитие получили в компрессионную стадию развития.

Изучение политипных модификаций дисперсных слюд методами рентгеновской дифрактометрии и электронографии показало, что верхние интервалы разреза скв.20009, особенно I пачка пород, характеризуются развитием двух политипных модификаций диоктаэдрических слюд 1М и 2М1, у которых степень совершенства кристаллической структуры - средне-высокая. В количественном отношении слюды с политипной модификацией 1М преобладают над слюдами с политипом 2М1. Ниже по разрезу скважины развиты только слюды политипа 2М{ с высокой степенью совершенства кристаллической структуры. В интервале глубин от 4287м до 5287м наряду с слюдами политипа 2М] вновь появляются слюды политипа 1М, которые ниже 5287м начинают преобладать над слюдами политипа 2М1. Более нижние горизонты, ниже 5300м характеризуются слюдами политипа 1М и 1М<1. В результате этих исследований были определены основные политипные модификаций слюд компрессиопной и декомпрессионной стадий развития зон деструкций. Так компрессионная стадия характеризуется развитием диоктаэдрических слюд политипной модификации 2М]. С зонами декомпрессии связаны слюды политипной модификации 1М или 1М<1, где механизм роста дисперсных слюд начинает играть большую роль. Одповременпо с дноктаэдркческими слюдами в образцах отмечается присутствие и триоктаэдрических слюд - биотитового типа, но в небольших количествах, установленные электронографическим методом и которые методом рентгеновского анализа в глинистой фракции не всегда определяются. Для них характерна политипная модификация 1М, но степень совершенства кристаллической структуры средне-, средне-низкая, что свидетельствует о процессах изменения биотитов, перешедших либо в хлориты, либо в вермикулиты или иллиты. Сохранились только реликты чешуек биотита с плохой степенью окристаллизованности.

Каолинит. Каолинит является устойчивым минералом в глинистых образованиях фундамента и характеризуется стандартными параметрами, однако, степень его кристаллического совершенства существенно меняется, что подчеркивается вариацией его "индекса кристалличности Хинкли" (Ншкеу, 1963). Так например, с увеличением глубины по скважине 20009, значения индекса Хинкли меняются от 1,1 до 0,85 и меньше, вплоть до появления полосы двумерной дифракции Ьк вместо триплета. Также проводилось исследование каолинитов с использованием высокотемпературной приставки УВВД-2000 в широком диапазоне температур (через каждые 100° до 600°С). Увеличение температуры до 300°С не изменяет дифракционную картину каолинита; при Т=300°С интенсивность рефлекса НО постепенно

снижается, разрешение триплета ухудшается, а при Т=550°С выделяется полоса двумерной дифракции, у рефлексов 001, 002 постепенно снижается интенсивность; при 600°С рефлексы каолинита практически исчезают.

В компрессионную стадию развития зон деструкций образуется каолинит низкой степени совершенства кристаллической структуры, а с декомлрессионной стадией развития степень совершенства структуры меняется до средне-высокой. Каолиниты компрессионной и декомпрессионной стадий развития относятся к по-литипной модификации 1ТК.

Смешанослойные минералы. В тонкодисперсном веществе зон деструкций широким развитием пользуются смешанослойные минералы различного типа. В соответствии с выделенными парагенеппескими ассоциациями установлены следующие смешанослойные фазы: иллит-монтмориллонит, хлорит-монтмориллонит, биотит-вермикулит.

Смешанослойная фаза иллит-монтмориллонит. Способ чередования иллито-вых и монтмориллонитовых слоев может быть частично упорядоченным или беспорядочным. При содержании разбухающих межслоев от 20 до 35% степень упорядоченности осуществляется по типу 1М (иллит-монтмориллонит), что характерно для зон деструкций компрессионной стадии развития. Смешанослойные иллит-монтмориллониты присутствуют в значительных количествах в глинистом веществ« зон деструкций декомпрессионной стадии. Неупорядоченные иллит-монтмориллониты на дифрактограммах ориентированных образцов имеют уширенные рефлексы с <1оо1 от 10,0А до 11,2А.

Смешанослойная фаза хлорит-монтмориллонит. Упорядоченные разновидности, т.е. корренситы - упорядоченные смешанослойные хлорит монтмориллониты с соотношением слове 1:1 распространены в образцах поро; компрессионных зон. Неупорядоченные хлорит-монтмориллониты наиболее харак терны для зон декомпрессионного развития.

Смешанослойные биотит-вермикулиты (гидробиотиты). Это промежуточны! продукт при вермикулитизации биотита Дьяконов, 1962; 1964; 1983). Образуются в окислительных условиях при воздействии кислых растворов, избыток железа 1 структуре биотитов "сбрасывается" в виде иголочек гематита. В скв.20009 упоря доченные смешанослойные биотит-вермикулиты характерны для пород компресси онной стадии развития, а с зонами декомпрессии связаны неупорядоченные био тит-вермикулиты, особенно в интервалах ниже 5300м-5800м.

Смектнт-вермикулиты. Среди минералов группы смектита и вермикулита встречаются ди- и триоктаэдрические типы. Минералы группы смектита и вермикулита в разрезе скв.20009 не обнаружены, они более характерны для скв.2216, 2217, 2223. Наиболее типичными минералами являются №-смектиты, Мя-смектиты. Положение рефлекса 060 позволил отнести смектиты зон деструкции к триоктаэдрическому типу, которые более характерны для компрессионной стадии развития зон деструкций.

ГЛАВА 6. ЭВОЛЮЦИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛОВ ЗОН ДЕСТРУКЦИЙ ФУНДАМЕНТА ТАТАРСКОГО СВОДА. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что тонкодисперсное глинистое вещество зон деструкций отражает эволюционные процессы постметаморфической истории кристаллического фундамента. Сравнительное изучение материалов глубокого бурения других регионов (Кольская сверхглубокая скважина, Немецкая сверхглубокая скважина (КТВ), Саатлинская, Криворожская скважины) свидетельствует, что наличие таких мощных и хорошо проработанных зон деструкций характерно в основном для Волго-Уральского региона.

Сложные геодинамические процессы воздействия на кристаллический фундамент связаны с развитием авлакогенной рамы Татарского свода и возникновением при этом тангенциальных и вертикальных напряжений. В результате, постметаморфическая эволюция архейско-протерозойского фундамента выразилась в последовательном чередовании компрессионной и декомпрессионной стадий его проработки и формировании в его разрезе мощных зон деструкций.

Проведенный анализ типоморфных особенностей тонкодисперсного минерального вещества зон деструкций свидетельствует, что в его составе могут быть выделены характерные особенности, отражающие кристаллизацию в присутствии стрессового давления или при отсутствии последнего, т.е. согласно А.Харкеру (1932) установить стрессовый (компрессионный) и антистрессовый (декомпрессионный) характер этого вещества.

Стрессовые и антистрессовые типоморфные признаки для различных минералов зон деструкций, характеризующие компрессионные и декомпрессионные стадии развития, приведены в гл.6. Стрессовый и антистрессовый характер этих признаков подтверждается не только специфическими текстурами агрегатов глинистого вещества (гл.5), но и наличием в отдельных случаях в составе парагенети-ческих ассоциаций глинистого вещества типичных стрессовых минералов как ан-

тофиллит, стнлышомелан, тальк.

Таким образом, вещество зон деструкций отражая геодинамические особенности постметаморфического развития может соответствующим образом трансформироваться, образуя ряды преемственных минералов - трансформные ряды по определению В.А.Франк-Каменецкого, Н.В.Котова, Э.А.Гойло. Разумеется в природных условиях полностью проследить ряды трансформационных преобразований невозможно, однако, намечаются отдельные элементы рядов характеризующие переход от компрессионных к декомпрессионным стадиям. Конечным продуктом этой эволюции являются кристаллохимически устойчивые минералы. Это объясняет широкое развитие в тонкодисперсном веществе фундамента ассоциаций более устойчивых минералов - хлорита, гидрослюд, слюд, каолинита. Комплексное изучение глинистого вещества зон деструкций позволяет существенно уточнить и обосновать систематизацию этих зон, что имеет большое значение при изучении строения фундамента, его истории и поисков в его теле потенциальных коллектор-ских зон углеводородов.

ВЫВОДЫ:

1.Установлено неоднородное развитие в теле фундамента зон деструкции компрессионного и декомпрессионного типа. Роль последних увеличивается в тел< фундамента с глубиной в пределах устанавливаемых бурением.

2.Установлены парагенетические ассоциации глинистых минералов зон деструкций и охарактеризовано их развитие по породам различных петрографически; формаций.

3.Выявлены типоморфные признаки глинистых минералов зон деструкции 1 их агрегатов, характеризующие их природу как эндогенную и позволяющие про вести сравнение и уточнить классификацию зон деструкций.

4.Выделены определенные стадии формирования зон деструкций: компресси онная и декомпрессионная.

5.Установлена тесная связь деталей состава вещества зон деструкций с осо бенностями его постметаморфической эволюции.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных ра

ботах:

1. В монографии коллектива авторов "Кристаллический фундамент Та тарстана и проблемы его нефтегазоносности". Под ред. Р.Х.Муслимова I Т.АЛапинской, Казань, 1996, 487с.

2. Глинистые минералы в кристаллических породах фундамента Татарского свода и особенности их образования.// Тезисы докладов YII Всесоюзного совещания «Глинистые минералы и породы, их использование в народном хозяйстве, Новосибирск, 1988, с.163. (соавторы Грицков Е.Д., Изотов В.Г., Кринари Г.А.).

3.Аргиллизационные процессы кристаллического фундамента Татарского свода.// Тезисы докладов II конференции «Минеральная память», Тюмень, 1989, с.213. (соавтор Грицков Е.Д.); ,

4. Характеристика.степени кристалличности каолинита метаморфического фундамента Волго-Уральской области.// Тезисы докладов XI Всесоюзного совещания по рентгенографии минерального сырья, Миасс, 1989, том II, с.бб. (соавторы Изотов В.Г., Грицков Е.Д.).

5. К характеристике углеродистого вещества и его битуминозных компонентов в породах кристаллического фундамента Татарского свода.// Тезисы научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности геологоразведочных работ в Татарской АССР", Альметьевск, 1989, с.131 (соавторы Изотов В.Г., Низамутдинов А.Г. и др.).

6. Глинистая составляющая зон разуплотнения кристаллического фундамента Южно-Татарского свода. Статья в сборнике «Докембрий востока Русской плиты», Казань, 1990, с.46-56. (соавторы Изотов В.Г., Грицков Е.Д.).

7. Изучение температурной устойчивости степени кристалличности каолинита. // Тезисы докладов конференции молодых ученых-геологоа "Петрология и минералогия Казахстана и Средней Азии", Алма-Ата, 1990, с.91-92 (соавторы Грицков Е.Д.).

8. Характеристика глинистой составляющей трещинных зон по скважине 20009. // Тезисы докладов научно-технической конференции «Перспективы неф-тегазоносности кристаллического фундамента Татарстана и направления его дальнейших исследований», Альметьевск, 1991, с.54-55.

9.Кристаллохимические особенности биотитов стрессовых зон фундамента Татарии. // Тезисы доклада II Всесоюзного совещания «Теория минералогии», Сыктывкар, 1991, том 1, с.58-59.

10. Флюидный режим кристаллического фундамента Татарского свода. // Тезисы докладов III совещания «Дегазация земли и геотектоника», Москва, 1991, с.24-25. (соавторы Изотов В.Г., Муслимов Р.Х., Степанов В.П.).

11. Эволюция метаморфизма нижнего докембрия Татарского свода. // Тези-

сы докладов конференции "Эволюция докембрийской литосферы", Ленинград, 1991, с.157-158 (соавторы Изотов В.Г., Муслимов Р.Х. и др.).

12. Особенности распределения глинистых минералов в отложениях верхнего докембрия на территории Татарии. // Статья в сб.: Докембрий востока Русской плиты, Казань, 1991, с.10-17. (соавторы Диденко А.Н., Баранов В.В., Низамутди-нов А.Г.).

13. Слоистые силикаты зон стрессовых напряжений фундамента Татарского свода. // Тезисы докладов XII Совещания по рентгенографии минерального сырья, Сочи, 1992, с.106. (соавторы Изотов В.Г., Кальчев В.П.).

14. К вопросу о механизме напряженного состояния Татарского свода. // Тезисы докладов I Международного семинара «Напряжения в литосфере (глобальные, региональные, локальные), Москва, 1994, с.171-173. (соавторы Га-тиятуллин Н.С., Изотов В.Г. и др.).

15. Анализ перспектив углеводородоносности докембрийских комплексов Татарстана в связи с реализацией программы глубокого бурения.// Тезисы докладов научно-практической конференции «Результаты изучения и исследования кристаллического фундамента Татарстана по материалам бурения скв.20009 Ново-Елховской», Альметьевск, 1995, с.3-5. (соавторы Муслимов Р.Х., Сулейманов Э.И., Назипов А.К., Изотов В.Г., Хасанов P.P.).

16. Минералого-петрографическая типизация зон деструкции фундамента Татарского свода и их углеводородоносности.// Тезисы докладов научно-практической конференции «Результаты изучения и исследования кристаллического фундамента Татарстана по материалам бурения скв.20009 Ново-Елховской», Альметьевск, 1995, с.23-24.

17. Postmetamorphic geodynamics of the precambrian complexes of the Tatarian Arch. // 9th Meeting of the Association of European Geological Societies Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolytion and Mineralization, St.Petersburg, 1995, p.108 (Gatiatullin N.S.).

18. Methamorphic differentation of infracrustal complexes of the east of russiao platform// 9th Meeting of the Association of European Geological Societies Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolytion and Mineralization, 1995, p/46-47 (Izotov V.G., Khasanov R.R.).

19. Структурные особенности глинистых минералов зон деструкций глубоки* горизонтов Татарского свода. // Тезисы докладов XIII Международного совеща-

ния по рентгенографии минерального сырья, Белгород, 1995, с.13. (соавтор Изотов В.Г.).

20. Инфракрустальные метаморфические комплексы фундамента востока Русской плиты. // Тезисы докладов 1 Всероссийского петрографического совещания "Магматизм и геодинамика", Уфа, 1995, книга1, с.83-84 (соавторы Изотов В.Г., Хасанов P.P.).

21. Эволюция глинистых минералов зон стрессовых напряжений глубоких горизонтов земной коры.// Тезисы докладов Международной конференции «Закономерности эволюции земной коры», С.Петербург, 1996, II том, с.295. (соавтор В.Г.Изотов).

22. Структурно-вещественные комплексы и проблемы металлогении фундамента востока европейской плиты. // Тезисы докладов Всероссийского совещания "Геология и минерагения докембрия северо-востока европейской платформы и северного Урала", Сыктывкар, 1996, с.78-79 (соавторы Изотов В.Г., Хасанов P.P.).

23. Метаморфическая дифференциация вещества в неоднородном термогра-диептном поле. // Тезисы докладов Международного совещания "Докембрий Северной Евразии", С.Петербург, 1997, с.39 (соавтор Изотов В.Г.).