Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия изотопов углерода и кислорода в девонских карбонатных образованиях Беларуси

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Геохимия изотопов углерода и кислорода в девонских карбонатных образованиях Беларуси"

г«®

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОХИМИИ И ГЕОФИЗИКИ

На правах рукописи

КОЛОСОВ Игорь Львович

УДК 551.464.6.02: 551.734.5 (476)

ГЕОХИМИЯ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА. И КИСЛОРОДА В ДЕВОНСКИХ КАРБОНАТНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ БЕЛАРУСИ

Специальность 04.00.02 - геохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Минск - 1993

Работа выполнена в Институте геологии, геохимии и геофизики АНБ

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

A.А.ШН&Ч (ИГГЙГ АНБ)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Д.А.ДШДОВИЧ (БГУ), кандидат геолого-минералогических наук

B.Н.КУЛШОВ (ГИН РАН)

Ведущая организация:- Институт геохимии, минералогии и рудо-

образования АН Украины

Защита состоится 17 декабря 1993 г. в 1400 час. на заседании специализированного совета К 006.26.01 в Институте геологии, геохимии и геофизики АНБ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геологии, геохимии и геофизики АНБ.

Отзывы на автореферат в двух зкзеглшграх, заверенные' печатью учрэкденкя, просим высылать по адресу: 220600, г.Минск, ул.Жодик-ская, 7, Институт геолоши, геохимии и геофизики АНБ.

Просим учесть длительность прохождения почтовых отправлений меццу странами СНГ.

Автореферат разослан ИоЗ^рЯ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изотопный анализ углерода и кислорода давно стал непременным инструментом изучения карбонатных отложений в США, Канаде, Великобритании и ряде других стран. Успехи в познании литогенеза карбонатов, достигнутые за рубежами СНГ, во многом связаны с использованием данных изотопии.

В странах СНГ анализ стабильных изотопов все еще относится к разряду нетрадиционных, а точнее экзотических методов. Не составляет исключение и Беларусь, где до последнего времени геологическая служба не располагала лабораторной базой для такого рода определений.

Актуальность выполненной работы определяется, не только необходимостью развития в республике перспективного научного направления, но и выбором объекта исследований. Девонские отложения Беларуси весьма важные в практическом отношении образования. Кроме того, девонская толща - энциклопедия карбонатного литогенеза. Она характеризуется чрезвычайно разнообразным формационным и фапкаль-ным набором отложений, сочетанием самых разных типов вторичных трансформаций. Диапазон условий карбонатообразования охватывает здесь нормально морские, пресноводные, эвапоритовые, связанные с вулканизмом обстановки, изучение и сравнение изотопной специализации которых представляет не только региональный, но и общетеоретический интерес.

Целью работы было дать сравнительную характеристику изотопного состава углерода и кислорода карбонатных пород разной формаци-онной и фациальной принадлежности и постседиментацнонных карбонатных образований различной природа в девонской толще Беларуси. На этой основе предполагалось дополнить и уточнить существующие представления о литогенезе девонских отложений, изучить возможности применения изотопных данных для нефтешисковых и нефтеразведочных целей в Припятском прогибе.

Основные задачи исследований.

1ь Сопоставление изотопного состава депрвссионных и мелководных межсолевых отложений Припятского прогиба.

2. Выявление изотопной специализации карбонатных конкреций межсолевой толщи прогиба.

3. Сравнение распределения стабильных изотопов в породах и вторичных минералах нормально осадочных (мексолевых и годсолевых) разрезов и вулканогенной формации прогиба.

4. Определение . специфаки изотопного состава карбонатного вещества эвапоритовых формаций Припятского прогиба.

5. Выявление особенностей изотопии карбонатов надсолевых отложений прогиба.

6. Характеристика геохимии стабильных изотопов карбонатных пород и минералов средне- и верхнедевонской толщ га пределами Припятского прогиба.

7. Выявление особенностей изотопии карбонатов из зон перерывов в осадконакопленин, оценка влияния углеводородов на изотопный состав пород.

Научная новизна. Хотя первая статья, посвященная изучению стабильных изотопов в карбонатах Беларуси, основанная на определениях, выполненных-в ГЕОХЙ, появилась в 1969 г., общий перечень публикаций,- затрагивающих данную проблему, часто фрагментарных, базирующихся на малом фактическом материале, едва превышает десяток наименований. Это работы К.М.Обморшева (1969, 1970), Г.А.Ка-зенкиной (1972), И.С.Лазарева и др. (1984), В.Н.Загнитко и др. (1989), Н.В.Веретенникова и др. (1989), А.А.Махнача (1989), Н.Д.Михайлова (1991), И.С.Лазарева, А.П.Пинчука,(1992), И.Л.Колосова (1992), Н.Д.Михайлова, И.Л.Колосова (1992), А.А.Ыйхнача, И.Л.Колосова (1993).

Выполненная работа - первое систематическое исследование геохимии стабильных изотопов отдельного крупного литолого-стратигра-фического комплекса Беларуси. Более детально новые результаты, полученные в диссертации, приведены в перечне основных защищаемых положений.

Основные защищаемые голокения.

1. Изотопный состав углерода депрессионных межсолевых отложений Припятского прогиба облегчен по сравнению с составом мелководных. отложений, что обусловлено меньшей гидродинамической энергией и более активным накоплением органического вещества в депрессионных обстановках, чем в мелководных.

2. Карбонатные конкреции из йарбонатно-глинистых межсолевых отложений Припятского прогиба характеризуются значительно меньшим содержанием чем вмещающий субстрат, что связано с вовлечением в процесс их образования углекислоты, генерирующейся при окислении органического вещества. По степени облегчения изотопного состава углерода выделяются две группы конкреций, являющиеся аналогами продуктов доманикового и баженовского типов диагенеза.

3. Вариации й13С и й180, установленные для внутрисолевых прослоев и акцессорных минералов солей галогенных формаций Принято-

кого прогиба, обусловлены процессами карбонатообразования в пределах сабюш, субаэрально экспонированных островных поднятий, на омываемых морской и пресной водой склонах и в стагниронанных с сильно нагретыми рассолами зонах солеродных депрессий.

4. Сходство характеристик распределения и порядка величин <513С и б180 нздсолевых стрепшнских пород и карбонатных прослоев соленосных формаций Припятского прогиба подтверждает, что стре-шинская часть надсолевого разреза представляет собой скопление несолевого материала, оставшегося от выщелачивания легко растворимых солей в кровле верхнвфаменской галогенной толщи.

5. С применением изотопно-кислородного геотермометра установлено, что образование вторичных карбонатных минералов и перекристаллизация морских карбонатных пород вулканогенной формации Припятского прогиба протекали при более высоких температурах, чем в нормально осадочных разрезах. Наиболее сильное термальное влияние на катагенез осадочных пород оказывало внедрение в них субвулканических масс: карбонаты из даек и силлов характеризуются самым легким изотопным составом кислорода.

6. В эйфельской толще Северной и Средней Беларуси постседи-ментационные кальциты резко преобладающей генерации характеризуются значительной флуктуацией б13С и малой — 5180, а также существенной изотопной облегченностыо по сравнению с вмещающими породами, что свидетельствует о формировании основной массы кальцитов в зоне пресных вод.

7. Значимая корреляционная связь мевду <513С и й180 для семи-лукских доломитов Оршанской впадины и сергеевских - Городокс-ко-Хатецкой ступени свидетельствует о протекании доломитизации франских отложений этих районов в зоне смешения морских и пресных вод.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты выполненных исследований создают базу для дальнейшего применения данных изотопии к изучению процессов литогенеза девонской толщи Беларуси, уточняют и дополняют существуйте представления об условиях формирования девонских отложений. Заложена основа для последунщих исследований, направленных на разработку изотопных критериев поисков и разведки углеводородов в Припятском прогибе.

Фактическим материалом, положенным в основу работы, послужили результаты изотопного анализа углерода и кислорода, выполненные диссертантом по методике, изложенной в специальной главе. Всего осуществлено более 1000 изотопных определений углерода и кислорода (576 образцов), которые представлены в приложении к диссерта-

щи. Коллекция каменного материала, подвергшаяся изотопным определениям, накоплена в лаборатории литогидрогеохимии ИГТиГ АНБ и состояла из образцов карбонатных пород и минералов, отобранных из керна более 100 скважин и карьера "Гралево".

Дополнительный, необходимый для работы, фактический материал составили результаты микроскопического, рентгеноспектрального и рентгендифрвктометрического анализов, выполненных в лабораториях литогидрогеохимии и физико-химического анализа ЮТиГ АНБ.

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации докладывались и обсуждались на II Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов по прикладной минералогии (Сочи, 1990), 10-ом изотопно-геохимическом совещании Балтийских стран (Вильнюс, 1993), звседаЕии Белорусского минералогического общества (Минск, 1953). Результаты исследований изложены в 5 опубликованных и 4 сданных в печать научных статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, закличения, изложенных на 98 страницах машинописного текста, проиллюстрирована 24 рисунками, содержит 15 таблиц, список литературы из 103 наименований и снабжена приложением, состоящим из 8 таблиц изотопных определений, использованных в работе.

Диссертация выполнена под руководством доктора геолого-мкке-ралогических наук А.А.Махнача (ИГГиГ АНБ), которому актор выражает свое глубокую признательность. Автор благодарен доктору геолого-минералогических наук, профессору В.А.Гриненко (ГЕОХИ РАН), кандидатам геолого-минералогических наук Н.Д.Михайлову и В.М.Ша-мановичу за советы и консультации при обсуждении результатов исследований, члену-корреспонденту АНБ, доктору геолого-минералогических наук В.А.Кузнецову, доктору геолого-минералогических наук В.Н.Загнитко (ИГвЫ АН Украины), кандидату геолого-минералогических наук В.П.Самодурову, ведущему инженеру В.М.Колковскому за внимание и поддержку при становлении изотопного метода, кандидату геолого-минералогических наук Л.Ф.Гулису за содействие в статистической обработке данных на ЭВМ, а также В.В.Гулис за помощь в оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ДЕВОНСКОЙ ТОЛЩИ БЕЛАРУСИ

На основании литературных материалов (Ажгиревич, 1982; Голубцов, Махнач, 1961; Девонские соленосные формации 1982; Мах-нап и др., 1966-1981| Решения • 1983| Тектоника Балоруооии, 1976; Урьев, Анпилогов, 1977) освещены основные особенности состава и строения девонского разреза Беларуси. Дана краткая характеристика двух по-разному развивавшихся регионов распространения девонских отложений: Лрипятского прогиба (грабена) и Северной и Средней Беларуси (Белорусская антеклиза, Оршанская впадина, склоны Балтийской синеклизы, ЖлоОинская и Латвийская седловины).

В Припятском грабене девонские отложения, характеризующиеся богатым фациальным и формационным набором, составляют свыше 50 % мощности осадочного чехла. Девонское время здесь совпадает с этапом заложения и активного развития рифтовой структуры, сопровождавшимся интенсивным галогенезом, вулканизмом и разлсмообразова-нием. На территории Северной и Средней Беларуси накопление девонских отложений проходило в тектонически спокойной обстановке, мощность и глубина их залегания небольше. Неодинаковы и вторичные преобразования отложений в пределах регионов. В Припятском грабене существенное воздействие на ход и результат постседамен-тационных процессов оказали относительно высокие палеотемперату-ры, сильноминералкзованные рассолы галогенеза, повышенное содер-нание органического вещества (ОВ) в отложениях ряда горизонтов. На остальной территории Беларуси в девонских образованиях наиболее ярко проявились вторичные процессы, , обусловленные функционированием пресных подземных вод.

2. МЕТОДИКА ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА

Изотопный анализ выполнялся по стандартной методике (МсСгеа, 1950; МсК1ппеу е1; в1., 1950; Есиков,'1978 и др.) нв масс-спектрометре МИ—1201 Б. Для выделения С02 из образца использовалась протекающая в вакууме химическая реакция между 100 %-ной ортофосфор-ной кислотой и кальцитом (при 25°С) или доломитом (50°С). При из1 мерении и <5180 использовался лабораторный стандарт, отградуированный относительно стандарта РБВ и БМ01 соответственно для изотопов углерода и кислорода. Точность анализа — в пределах ±0,2 при 95 Ж-ном доверительной уровне.

Поскольку исследованная в работе коллекция образцов была

представлена карбонатными образованиями разных генетических типов, в ток числе содержащими значительное количество ОВ, стояла задаче оптимизировать процедуру подготовки образцов к измерениям с тем, чтобы избежать ошибок в анализе из-за искажения масс-спектра СО2 в результате реагирования ортофосфорной кислоты с 03 (ЫахкеП, БоГег, 1982). До начала серийных изотопных измерений мк проанализировали влияние предварительной термической обработки образцов нашей коллекции на их изотопный состав. Температурь прокаливания составляла 400°С, время термического воздействия — от 30 ко 60 минут, йз всей коллекции проб были составлены небольшие выборки, включащке в себя карбонатные образования трех "геологических" классов, локализованные в: а) нефтеносных формациях, б) сланценосшх и в) формациях без скоплений каустобиолитов.

Оказалось, что влияние ОВ на результаты измерений изотопного состава карбонатного вещества более сложное, чем это рисуется Л.Максвеллом и З.Софером (МахиеП, БоХег, 1982), которые указывают на завышение <5^С. Такая тенденция доминирует, но в 30 Ж случаев наблюдалось обратное явление. Количество же проб, испытавших утяжеление и облегчение изотопного состава кислороде после термообработки было примерно одинаковым. Для целей нашей работы особенно выкным оказалось то, что различие в средних значениях б130 и <51а0, полученных по прокаленным и непрока ленным образцам из формаций без каустобиолитов (0,1 &>), ниже инструментальной точности анализа, а из нефтеносных и сланценосных формаций (0,31,8 %с) — превышает ее.

На основании проведенного опыта была принята рациональная схема подготовки проб к изотопным измерениям, позволяющая проанализировать большое количество образцов в относительно короткий срок.

3.'ИЗОТОПЫ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА В КАРБОНАТНЫХ" ОБРАЗОВАНИЯХ ДЕВОНСКОЙ ТОЛЩИ ПРИПЯТСКОГО ГРАБЕНА

Подсолевые и мексолевые нормально осадочные отложения. Исследована большая коллекция образцов, главным образом, по территории северной и центральной частей грабена. Изотопный состав как углерода (<513С = -12,6 + +10,4 %»), так и кислорода (<5180 = +17,7 + +30,5 %о ) подсолевых и межсолевых образований весьма сильно колеблется. Поэтому актуально изучение частных специализированных выборок, направленное на выявление изотопно-геохимических особенностей отдельных фациальных типов отложений, ингредиентов пород и различных зон геологического разреза.

Для исследования изотопной специализации депрессионных и мелководных литофаций была выбрана межсолевая толща Сосновской и Юк-но-Сосновской площадей, где на северном крыле разлома вскрыты мелководные (м), а на южном — депрессионныэ (д) карбонатные отложения. Типичность отобранных для изотопного состава образцов отражается в распределении глинистости, о чем можно судить то концентрации в них AI и Т1: Нд/Им = 2,2; ТТд/Пм = 3,0. Изотопный состав углерода депрессионных отложений (~0,9±0,4 %<>) оказался более легким, чем мелководных (+0,б±0,3 ): 1факт(3,13) > ^0,01(2,76). По изотопному составу кислорода отложения этих фаци-альных типов значимо не различаются (б100д = +23,810,3 %о\ <5 0^== = +24,1±0.3 %й). Коренное геохимическое различие седименто- и диагенеза обсувдаемых литофаций, обусловившее разный изотопный состав углерода, определяется двумя взаимосвязанными обстоятельствами (Галимов, 1968). Во-первых, в низкоэнергетнческих депрессионных обстановках по сравнении с высокоэнергетическими мелководными имеет место менее интенсивный изотопный обмен между осавдающимися карбонатами и атмосферной С02, что, как известно, препятствует полному проявлению термодинамического эффекта фракционирования, заключающегося в накоплении 13С в твердой фазе. Во-вторых, в депрессионных отложениях осуществляется значительно более активное течение процесса бактериальной сульфат-редукции, что вызвано большим количеством звхоронявшегося здесь OB и его лучшей сохранностью от аэробного окисления. Для рассмотренного наш объекта последнее обстоятельство подтверждается особенностями пиритизации отложений: Рвд/Ре^, = 10,0; = 5,0.

Облегченность изотопного состава углерода депрессионных отложений по сравнению с мелководными, по-видимому, не является универсальной закономерностью. На Юго-Восточно-Первосоветской площади Прикаспийской впаднны изученные наш депрессионныв известняки (<513С = +0,3 И») утяжелены относительно рифогенных (-2,2 ) -

На девяти площадях центральной и северной частей Припятского прогиба исследована изотопия карбонатных конкреций межсолевых отложений. Разница в общей карбонатности конкреций и вмещающего карбо-гатно-глинистого субстрата для изученной коллекции составляет в среднем "47±3 %. Приращение карбонатности обеспечивается добавкой известкового вещества: разница между содержанием кальцита в конкрециях и породах равна 4б±4 %. Конкреции (d13C = -6,1± 0,7 %о ) существенно облегчены по углероду по сравнению с вмещающими породами (-1,5±0,4 ), что отмечается и в других регионах и связано с вовлечением в диагенетическое карбонатообразование изо-

топно легкой углекислоты, выделяющейся при окислении ОВ. Некоторое обогащение конкреций тяжелым изотопом кислорода (б180 = +24,б±0,5 %с ) относительно субстрата (+23,6±0,5 %0) указывает на то, что окисление ОВ осуществлялось с участием не легкого воздушного, а тяжелого кислорода, .входящего в состав сульфат-иона захороненной морокой воды, т.е. было сопряжено с процессом сульфат-редукции. В мексолевых отложениях прогиба присутствуют две группы конкреций — с более легким и более тяжелым углеродом, которые по разнице £13С вмещапцих пород и конкреций (2,2±0,2 и 9,9+0,9 %о ) выделяются более отчетливо, чем по <513С конкреций. Конкреции этих двух груш характеризуются существенно различной (Р = 0,05) степенью обогащения карбонатным материалом по сравнению с боковым субстратом (44±4 и 56±4 Ж соответственно). Таким образом, наличие двух груш конкреций связано с разной интенсивностью конкрециеоб-разующего процесса и является следствием двух геохимических режимов — аналогов доманикового и баженовского типов диагенеза, выделенных Я.Э.Юдовичем и М.П.Кетрис (1988). Установлено, что по конкреции можно отличать от морфологически сходных с ними, но утяжеленных относительно субстрата, седиментационных образований желваковой фации, широко представленных в той же мексолевой толще.

Исследование кальцита (<513С = -0,4+0,6 %о) и доломита (б13С = = -1,3±0,9 %о), выполняющих трещины и каверны в подсолевых и мек--солевых породах, показвло, что, несмотря на разброс в 8-10 % значений <5'3С, средний изотопный состав углерода этих катагенети-ческих минералов близок к морскому стандарту и к среднему составу вмещающих пород (-2,5±0,3 %с ). Однако, ата близость сугубо формальная и является следствием гомогенизации С02, образующейся в серии процессов, одни из которых (например, сульфат-редукция) ведут к облегчению, а другие (мэтаногенерация) — к утяжелению состава углерода. Значения б180 карбонатов из трещин и каверн (+21,4 ±0,5 ) более низкие, чем вмещающих пород (+23,8±0,2 %» ), что связано с кристаллизацией карбонатного выполнения пустотного пространства в условиях температур зоны катагенеза.

Галогенные Формации. В работе исследована изотопия внутрисо-леных прослоев верхней галогенной толщи Припятского прогиба, представленных хемогенными и водорослевыми известняками, галопе-литами и битуминозными сланцами, а также акцессорных карбонатных минералов, выделенных из каменной соли нижней и верхней галогенных толщ. Среди внутрисолевых прослоев по изотопному составу отчетливо выделяются четыре группы образований.

Породам группн "а" свойственен близкий к нормально морскому, но наиболее тяжелый из всех изученных в этой серии образцов изотопный состав углерода (+0,7 + +0,8 ) и наиболее тяжелый состав кислорода (+35,4 + +36,4 Ж»). Состав углерода свидетельствует о высокой гидродинамической энергии среды карбонатообразования, кислорода — о сгущенности рассолов минералообразования предположительно до гипсовой стадии (Lloyd, 1966; Валяшко и др., 1977). Такое сочетание условий седиментогенеза отвечает фации типа сабк-хи, которая могла быть приурочена к островным поднятиям в эвапо-ритовом бассейне, подверженным периодическому затоплению и осушению.

Карбонатным породам группы "б" присущи близкие к нормально морским значения d180 (+30,7+0,8 ); ¿13С (-2,2+1,2 Х>) также близки морскому стандарту, но более низкие, чем для группы "а". Такая комбинация изотопных показателей могла реализоваться в процессах седименто- и диагенеза на сабкхах, где приближенность 5 0 к морскому стандарту — следствие изотопной инверсии сильно сгущенных рассолов, а также на сводах поднятий, которые омывались морской водой, втекающей в солеродные ванны из более открытых частей бассейна.

Для пород группы "в" характерны легкий изотопный состав кислорода (+21,1+1,1 %о ) и умеренно легкий (-5,2+0,9 %0) — углерода. Образование таких карбонатов могло осуществляться с участием атмосферных вод в пределах высоко поднятых островов, а также в среде высококонцентрированных рассолов застойных зон. В последнем случаэ облегчение состава углерода обеспечивается активно протекающей сульфат-редукцией, а кислорода — влиянием температуры (в связи с парниковым эффектом) и/или инверсией 6180 в рассолах при сильном сгущении.

Наиболее многочисленная (70 % случаев) группа внутрисолевкх отложений ("г") включает в себя все изученные литологические разности. Породам присущ легкий изотопный состав кислорода (+23,8 +0,3 %о ) и очень легкий — углерода (-13,6+0,4 %о). Это результат карбонатообразования в обстановках с сильно нагретыми и высокоминерализованными рассолами, что обеспечивало легкий состав кислорода, и с сильным бактериальным восстановлением сульфатов, что давало очень легкий углерод. Такие ситуации могли иметь место и в глубоких застойных зонах, и на склонах солеродных депрессий ниже пикноклина, и в мелких ваннах с малым объемом воды.

Изотопный состав акцессорных карбонатов из каменной соли (£180 = +21,8+0,4; <513С = -6,8±0,4 %я) в целом- близок составу

карбонатного вещества несоленых прослоев группы "в". Возможные обстановки акцессорного нарбонатообразования: стагнированные зона солеродных ванн и зона шкноклина, рааделящего слои рассола и пресной воды.

На основании изотопного состава кислорода карбонатов галогенных формаций рассчитаны температуры карбонатообразования. Полученный температурный диапазон (20-80°С), вполне реален для условий седиментации и диагенеза в эвапоритовых бассейнах и близок к размаху температур гомогенизации включений в пршштских солях (Шайдецкая, 1984).

Надсолевыэ отлокения. Изотопия пород и вторичных кальцитов надсолевой толщи изучалась по каменному материалу еосьми сквакин в северной, вкной и западной частях Припятского прогиба. Размах экстремальных значений б^С (-13,7 * +2,5 %о) полесских отложений свидетельствует о том, что условия накопления и диагенеза осадков изменялись от окислительных при незначительном содержании ОВ до сильновосстановительных при его горняесланцевых концентрациях. Со сланценосностью полесских отложений связан и огромный размах колебаний б13С для вторичных кальцитов (-18,2 + +5,8 %о). Кальциты при своей кристаллизации запечатлели разные по мере погружения ^толщи Бтапы преобразования ОВ: сначала этап сильной сульфат-редукции (весьма легкий состав углерода кальцитов), а затем этап интенсивной метвногенерации (тяжелый состав). Состав кислорода полесских отлокений (+26,6±0,6 ) в среднем на 3 тяжелев, чем стрешкнских. Поскольку седиментация полесских отложений осуществлялась, главным образом, в море с соленостью, близкой к нормальной, температура кристаллизации известкового вещества этих отлокений в среднем составляли 34°С, что вполне реально для условий седиментогенеза в теплом (или нарком) климате (Акгирэвич, 1986). Причину облегченности по кислороду стрешинских пород мы вида? в иных фациальных условиях их образования (либо температуры были более высокими, либо весьма высокой была соленость среды седиментации). Если обратить внимание на сходство порядка и характера распределения не только ¿¡'80, но и <513С в стрешинских породах (+23,6±0,5 и -6,0+0,7 %> соответственно.) и внутрисолевых прослоях соленосных формаций, то находит изотопное подтварадение точкв зрения о том, что стрешнские образования надсолевого девона представляют собой скопление несолевого материала, оставшегося от выщелачивания кровельной части верхней соленосной толщи.

Вулканогенная Формация. Карбонатные породы (й180 = +17,9 ±0,6 %<>) и вторичные минералы (6Г'80 = +18,510,4 %») вулканогенной

формации Припятского прогиба существенно легче по кислороду, чем оооФяототвуи^ив объекты ив нормально осадочных рэврваов, Равница в ¿С этих образований несущественна. Облегченность карбонатов вулканогенной формации га кислороду связана с ыинервлообразовани-ем в трещинах и кавернах и перекристаллизацией морских карбонатных пород этой формации при температурах более высоких, чем те, при которых эти процессы протекали в формациях без вулканитов. Выполнен ориентировочный расчет температур кристаллизации кальцита и доломита с использованием соответствующих уравнений (Friedman, 0'Nell, 1977; Matthews, Katz, 1977) в предположении, что <5180 карбонатообразущих растворов могли изменяться от +5 до -5 So. Наиболее высокие температуры кристаллизации присущи вторичным карбонатам из пород субвулканической фации. Максимальная из модальных температур, установленная для кальцита из сиенит-порфировой дайна, секущей среднедевонские отложения (скв.Мирная 1), составляет 299°С. Активная перекристаллизация осадочных карбонатных пород вулканогенной формации имела место в более напряженных геотермических условиях, чем кристаллизация карбонатоз в трещинах карбонатных, туфогенных и эффузивных погод.

4. ИЗОГОНЫ УГЛЕРОДА II КИСЛОРОДА В КАРБОНАТНЫХ ОБРАЗОВАНИИ}: ДЕВОНСКОЙ ТОЛЩИ СЕВЕРНОЙ Ii СРЕЩНЕИ БЕЛАРУСИ

Среднедевонские отложения. По образцам, отобранным из керна 31 скважины, исследована карбонатные породы и вторичные кальцита витебского, пярну acoro и наровского горизонтов эйфэльского яруса. Изотопные характеристики карбонатных пород (á13C = -1,0+0,5 ¡So, <51а0 = +27,2+0,5 %<■) находятся вблизи значений, свойственных морскому стандарту. Таким образок, несмотря на длительное пребывание пород в зоне инфильтрации, их матрица не испытала существенного постдиагенетического изменения изотопного состава под действием пресных вод. Отмечается некоторое утяжеление изотопного состава углерода и кислорода витебско-пярнуских пород в Оршанской впадине по сравнении с остальной территорией. Это свидетельствует о том, что располагавшаяся в пределах Оршанской Епадиш часть раннезй-фельского бассейна осадконакопления была менее подвержена влиянию континентального стока, обеспечивавшего привнос '^С и чем остальная акватория.

Среди вторичных кальцитов эйфельской толщи выделяются две генерации по d 0. Кальцит первой генерации (20 % всех проб) характеризуется изотопным составом кислорода (+28,0±0,3 %о), близким к морскому, и легким составом углерода (-9,2±0,4 %). Это диагене-

- к -

тический кальцит, сформировавшийся в среде захороненных морских вод при активном участии процесса сульфат-редукции. Кальциту второй, доминирущей, генерации присущи легкие значения не только <513С (-8,1+0,5 Ж»), ной б180 (+21,5+0,4 что обусловлено формированием минерализации при значительном участии пресных вод. Степень участия этих вод в процессе кальцитообразования определена с использованием критериев, найденных при изучении современного варианта преобразования карбонатных отложений (Allan, Matthews, 1982). Для кальцита второй генерации отмечена довольно значительная флуктуация <513С (размах значений 15,6 %о, коэффициент вариации 43 %) и относительно малая — б180 (9,8 %о и 12 Ж). Такой характер распределения изотопных показателей присущ карбонатным новообразованиям сугубо пресноводных зон, где имеют место изотопная гомогенность кислорода, мобилизуемого из метеогённых вод, и гетерогенность углерода, обусловленная его поступлением в систему из растворяющейся матрицы пород, а также в составе почвенного и атмосферного С02-

Ветанедевонские отложения. Исследована изотопия семнлукских отложений Оршанской впадины, франских — Хлобинской седловины, а также саргаевских и задонско-петриковских — Городокско-Хатецкой ступени.

Изотопные признаки переработки франских карбонатных отложений с участием атмогенных подземных вод установлены для всех изучен--ных районов. Так, среда основной массы значений <513С семилукских доломитовых пород Оршанской впадины выделяются две группы. Первая (-0,3 + +2,5 %о ) характеризует условия седименто- и диагенезв, присущие морскому мелководью, вторая (-3,0 * -1.0 %о) — облегчение изотопного состава углерода, очевидно, в результате пресноводного воздействия. Это воздействие более отчетливо отражается в изотопном составе вторичных кальцитов из доломитовой толщи. (513С в них снижается до -4,1 %о (в среднем -2,5±1.1), б180 — до +17,7 %<, (+20,3±1,3). Средние значения <513С и 6'80 саргаевских доломитовых пород Городокско-Хатецкой ступени составляют -3,5±0,8 и +23,4±1,1 So соответственно, а вторичных кальцитов из карбонатной толщи сэмилукско-речицкого возраста на Жлобинской седловине — -5,8+1,2 И +19,8+2,1 «о.

Установлена корреляционная связь между <5^3С и <5^0 для доломитовых пород в пределах Оршанской впадины и Городокско-Хатецкой ступени, что в соответствии с критериями упомянутой современной модели карбонатного литогенеза свидетельствует о доломитизации в зона смешения морских и пресных вод. В данном случав в ходе опре-

юния морской гидрогеохимической среды формирующиеся карбонатные 1зы параллельно облегчались по кислороду и углероду в связи с гатветствущей облегченностью атмогенных вод по сравнению с мор-сими. Не исключено, что и на Жлобинской седловине доломитизация занских известняков протекала в зоне смешения морских и пресных 1д; однако более поздняя пресноводная перекристаллизация завуа-гровалз изотопные свидетельства этого процесса (корреляционная зязь между <У13С и 5180 отсутствует).

Влияние инральтрогенннх вод на изотопию задонско-петриковских )род Городокско-Хатецкой ступени проявилось для известняков раз->за скв.Мормаль 4, где <г80 снижено до+21,6, а 513С — до ¡,3 %0 .

5. ИЗОТОПНЫИ СОСТАВ КАРБОНАТНЫХ ОБРАЗОВАНИИ В СВЯЗИ С НЕФТЕНОСТНОСТЬЮ

Исследованы два аспекта проблемы: изотопная специализация зон ¡рерывов в седиментации, что важно для прогноза распределения )род коллекторов, и влияние углеводородов (УВ) на изотопные ва-юции пород.

Особенности зон перерывов в осадконакоплении. Изучение франс-ix отложений Северной и Средней Беларуси показало, что облагче-ге изотопного состава углерода зтих отложений в результате их ¡тенсивной переработки пресными подземными водами не смогло обе-гечить выход ¡51^С за пределы диапазона морских значений. Что ка-штся распределения франских пород Северной и Средней Бела-'си и Припятского грабена, то самые низкие значения свойственны сложениям грабена, в наименьшей степени испытавших влияние по-¡рхностных агентов.

Выполнено специальное исследование изотопного состава верхней зсги семилуксного горизонта Припятского прогиба, испытавшей вли-ше регионального перерыва в осадконакоплении. Для этой цели Бизани интервалы с непрерывным отбором керна в разрезах скважин йраторная 1 и Ребусская 2. Оказалось, что выветрелые доломиты в ¡рвом случае характеризуются более легким изотопным составом уг-¡рода (£С ниже на 3,6 %с) и кислорода (б180 ниже на 2,0 Ж»), >м невыветрвлые; во втором случае подобной закономерности не ус-шовлено ни по углероду, ни по кислороду.

Изложенные выше материалы исследования карбонатных образова-й Северной и Средней Беларуси свидетельствуют о том, что изо-яшые характеристики вторичных минералов, в отличие от пород, )гут давать достаточно ясное указание на существование переры-

BOB.

В работе рассмотрены причины, затрудняющие изотопную диагнос тику уровней перерывов в седиментации.

О влиянии углеводородов, на изотопный состав карбонатных по род. Установлено, что дисперсия изотопного состава углерода раз новозрастных (Лебедянских и задонско-петриковских) и разнофаци альных (нормально морских и авапоритового бассейне) отложени Припятского прогиба значительно перекрывает диапазон возможног изменения изотопии пород под влиянием УВ.

В районе Западно-Тишковского нефтяного месторождения не наб лвдается существенной и закономерной разницы в изотопном состав как углерода, так и кислорода Лебедянских отложений в предела нефтенасыщенной (-13,8+0,8 и +24,4+0,7 ), нефтегазоводонасыщен ной (-12,1+0,8 и +23,4+0,6 %о ) и водонасыщенной (-14,3±2,0 +23,6+0,6 %о) зон.

Межсолевым отложениям из перспективной части ложной покрыл» на Дубровском месторождении свойственны несколько большие (+1,1±1,1 %«) и существенно большие d180 (+25,5+1,5 %,), чем пс родам из водонасыщенных частей разреза (-3,5±1,1 и +21,3+1,1. ) Однако эти различия здесь могут быть удовлетворительно объяснен вариациями в ходе процессов осадконакопления и постседишнтацно* ного преобразования отложений без участия УВ.

На Северо-Домановичском месторождении устанавливается отчеч ливое обогащение тяжелым углеродом мексолевых пород скв.37, нахс дящихся внутри нефтяной залежи (-1,2 + -0.4 %„), по сравнению породами скв,36, слагавшими зону древнего водонефтяного контакт (-12,6 + -3,6 %.), где имел место процесс окисления УВ сульфата? подземных вод с генерацией изотопно легкой СО^. Установлено та! же, что в разрезе скв.36 породы с нефтепроявлениями, трассирущ; • уровни особенно активного течения процессов окисления нефти, с; щественно легче по углероду (-8,2±0,8 %„ ), чем порода без видим: признаков УВ (-5,8±0,4 %«).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволяют сделать следующие вывод которые легли в основу защищаемых в работе положений.

.Ч1. Изотопный состав углерода депрессионных мексолевых отлон ний Нрипятского прогиба облегчен по сравнению с составом мелк водных-отложений, что обусловлено менее интенсивным углерода обменом.между атмосферой и осаждающимся карбонатом в гидродикам чески относительно спокойных депрессионных обстановках, а так

Золег высоким уровнем накопления здесь ОВ.

2. Карбон5т;ше кспяреции из карбонатных и карбонатно-глинис-гых межсолевых атлоаений Припятского прогиба характеризуются знв-штельно меньшим содержанием 13С, чем вмещаищий субстрат, что от-гшчает эти диагенетические образования от морфологически сходных, ю более тяжелых по углероду, деформированных при уплотнении сло-»в седакентационного карбоната. Углеродно-изотопная облегченность «знкраций связана с вовлечением в процесс их образования углзкис-чоты, выделящейся при окислении ОВ. Облегченность углерода б сонкрбциях относительно субстрата зависит от степени их обогсще-ш карбонатным материалом по сравнению с вмещащими отложениями. 1о степени облегчения изотопного состава углерода различаются ДЕе Тэуппы конкреций, являющихся продуктом доманикового и баженовско-'о типов диагенеза.

3. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатного вещест-!а галогенных формаций Припятского прогиба иллюстрирует исключи-'ельную сложность развитая эвапоритового процесса. Обстановки ¡ароонатообразования в солеродннх бассейнах характеризуются широта диапазоном состава, минерализации и температуры гвдрогеохими-;еской среды, активно протекающим процессом бактериальной суль-ит-оедукции.

'' -(О

Вариации <5 С и 6'°0, установленные для внутрисолевых просло-13 и акцессорных минералов солей, обусловлены процессами евдатан-■зционного и диагенэтического карбонатообразования, протекающего пределах периодически затопляемых морской водой (сабкхи) и суб-зрально экспонированных островных поднятий, на омываемых морской пресной водой склонах и в сторнировании, с сильно нагрета™ ассолами зонах глубоких и мелких солеродннх. депрессий.

Изотопный состав углерода карбонатных пород несоленых проело-в в среднем существенно более легкий по сравнению с акцессорными арбонатами солей. Это свидетельствует о том, что наиболее интен-изное накопление ОВ в эвапоритовых бассейнах осуществлялось в вриоды негалогенной седиментации.

4. Характер распределения и порядок й13С и <5180 надсолевых тре'глнеких пород Припятского прогиба близки тем, что установлены ля карбонатных прослоев соленосншс формаций. Таким образом, одтверздяется, что стрешинская часть надсолевого разреза пред-тавляет собой скопление несолевого материала, оставшегося от вы-злачивания легкорастворимых солей кровельной части верхнефаменс-эй галогенной толщи.

Распределение изотопных характеристик полесских пород и лока-

лизованных в них вторичных кальцитов свидетельствует о прохождении сланценосной толщей при постседиментационном погружении зон активной сульфат-редукции (резкоотрицательные значения <5^3С в породах и кальцитах) и интенсивной метаногенерации (высокие значения б13С в кальцитах).

5. С использованием кислородно-изотопного геотермометра установлено, что образование вторичных карбонатных минералов и перекристаллизация морских карбонатных пород вулканогенной формации Припятского прогиба протекали при более высоких температурах, чем в нормально осадочных (межсолевой и подсолевых). Наиболее сильное термальное влияние на катагенез нормально осадочных пород оказывало внедрение в них субвулканических масс: карбонаты из даек и силлов характеризуются-самым легким изотопным составом кислорода. Перекристаллизация осадочных карбонатных пород вулканогенной формации проходила при более высоких температурах, чем кристаллизация карбонатов в трещинах карбонатных, туфогенных и эффузивных пород.

6. Длительное функционирование пресноводной инфильтрационной системы в эйфельской толще Северной и Средней Беларуси ощутимо не сказалось на изотопном составе пород, который несет информацию о стадиях седименто- и диагенеза отложений. Фациальный "контроль изотопии пород заключается е существовании зависимости значений б13С и б180 от активности привноса континентальных вод. Для вторичных кальцитов резко преобладающей генерации, значительно более изотопно легких, чем породы, отмечена существенная флуктуация <513С и малая — <5180, что свидетельствует о формировании основной массы кальцитов в зоне пресных атмогенных бод.

7. Значимая корреляционная связь между 613С и <5180 для семи-лукских доломитов Оршанской впадины и саргаевских — Городокско-Хатецкой ступени свидетельствует о протекании доломитизации фран-ских отложений этих районов в зоне смешения морских и пресных вод. Отсутствие такой связи для франских пород Жлобинской седловины указывает на то, что изотопный состав отложений этой структуры определяется, главным образом, их постседиментационной переработкой в пресноводной зоне.

Поскольку седиментация франских отложений Оршанской впадины, Жлобинской седловины и Городокско-Хатецкой ступени осуществлялась в весьма мелководных условиях, благоприятных для формирования осадков с положительными <513С, облегчение изотопного состава углерода отложений в результате их преобразования с участием пресных вод не смогло привести к выходу <513С за пределы диапазона

морских значений. Вместе с тем, изотопия как углерода, так и кислорода вторичных кальцитов обычно отчетливо отражает опреснен-ность среды минералообрвзования.

8. Существует тенденция облегчения изотопного состава углерода карбонатных город а) в зонах перерывов в осадконакопленш и б) на участках окисления нефти. Однако в обоих случаях она реализуется и мокет быть выявлена не всегда. Прав Э.М.Гвлимов (1968), связывающий возможность изотопной диагностики уровней перерывов не с вмещающими породами, а с новообразованными карбонатными минералами. Вопрос о способах использования изотопных данных в неф-тепоисковых и нефтеразведочных целях на территории Припятского прогиба требует дальнейшего детального изучения.

По результатам выполненных исследований рекомендуется продолжить исследования геохимии стабильных изотопов в осадочном чехле Беларуси. При этом целесообразно:

а) для девонской толщи — выполнить углубленное изучение отдельных сторон (процессов) литогенеза с использованием изотопных данных как индикаторов палеогеографических, палеогеотермических, налеогидрогеохимнческих обстановок; особое внимание уделить изо-гошш фзунистических остатков для реконструкции палеоэкологических условий в бассейнах осадконакопления; организовать целевую разработку изотопно-геохимических критериев нефтеносности девонских отдоненкй Припятского прогиба;

б) для других стратиграфических подразделений — провести годготовительные изотопные исследования для создания базы даль-£бйшей детальной проработки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. К вопросу об изотопной специализации депрессионных и мелководных карбонатных отложений (на примере Припятского прогиба к Прикаспийской впадины) // Докл. АН Беларуси. 1992. Т.36, N 7-8, с.639-642.

>. Изотопно-геохимическая характеристика карбонатных минералов девонской вулканогенной формации Беларуси // Прикладная геохимия Беларуси и государств Балтии. Кв.: ИГГиГ АН Беларуси. 1992, с.132-138 (соавтор Н.Д.Михайлов). 1. Изотопный состав кислорода в кремнях Беларуси как отражение глобальных седиментологических событий // Докл. АН Беларуси. 1992. Т.36, Н 11-12, с.1013-1017 (соавторы А.А.Махнач, Л.Ф.Гу-

лис, В.Н.Загнитко).

4. Изотопно-геохимические особенности катагенетических кальцитов Беларуси и Прибалтики // Тезисы 10-го изотопно-геохимического совещания Балтийских стран. Вильнюс. 1993 (соавторы А.А.Махнач, Н.Д.Михайлов).

5. Изотопный состав акцессорных карбонатов солевых пород // Тезисы 10-го изотопно-геохимического совещания Балтийских стран. Вильнюс. 1993 (соавторы Н.Д.Михайлов, В.М.Шиманович).

6. Геохимия изотопов углерода и кислорода карбонатного вещества в бассейнах гвлогенеза (не примере Припятского прогиба) // Геохимия (соавторы А.А.Махнач, Н.Д.Михайлов, В.М.Шиманович) - в печати.

7. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатных конкреций мвжсолевых отложений Припятского прогиба // Докл. АН Беларуси (соавтор А.А.Махнач) - в печати.

8. Carbon and oxygen isotopic composition of carbonates Irom sa-liierous deposits of the Prlpyat Though, Belarus // Sedimentary Geology (соавторы А.А.Махнач, Н.Д.Иихайлов, В.М.Шиманович) - в печати.

9. Стабильные изотопы в карбонатах несолевых прослоев верхнефа-менской эвапоритовой формации Припятского прогиба // Литосфера (соавторы А.А.Ыахнач, В.М.Шиманович) - в печати.