К оглавлению журнала

УДК 553.98 ©Св.А.Сидоренко, И.Е. Постникова, 1997

Св.А. Сидоренко (ИПНГ РАН), И.Е. Постникова (МГУ)

Архейские и протерозойские комплексы широко распространены в различных структурно-формационных зонах на всех континентах планеты. Обычно они представлены метаморфическими формациями и слагают кристаллический фундамент древних платформ, а также значительную часть складчатых сооружений и зон их обрамлений, достигая общей мощности 5-7 км. Рифейские и вендские отложения составляют основание осадочного чехла древних платформ и сложены неметаморфизованными осадочными терригенными и карбонатными комплексами пород, сопоставимыми с фанерозойскими образованиями. Не исключено присутствие в основании рифтовых форм молодых платформ верхнедокембрийских отложений, возможно слабометаморфизованных (Постникова И.Е., 1977).

Важнейшие особенности углеродистых пород, а именно: принадлежность к седиментационным толщам, стратифицированность, тесная связь с вещественным составом толщ, закономерное распределение свободного углерода в первично-осадочных породах — позволяют в достаточной мере охарактеризовать их генезис. По количественным определениям свободного углерода в породах докембрия установлено, что они образуют ряд пород, аналогичный фанерозойскому: глины (глинистые сланцы) — карбонатные породы (мраморы) — песчаники (кварциты). Широкая распространенность осадочно-метаморфических и углеродсодержащих пород в докембрии выявлена в различных регионах мира (таблица) (Сидоренко Св.А., 1984).

Многолетние детальные исследования докембрийских отложений платформ, кристаллических массивов и окружающих их складчатых сооружений обнаружили в них следы жизнедеятельности различных групп организмов. Тщательное изучение этих остатков дало возможность развеять долго существовавшее представление об отсутствии жизни в докембрии, предполагающее образование всех пород докембрия в условиях высоких температур и давлений, не благоприятствующих развитию органической жизни. В настоящее время накоплен колоссальный фактический материал, свидетельствующий, что в докембрийский период был пышный расцвет жизни, зафиксированный в ископаемом состоянии остатками синезеленых водорослей в виде окаменевших колоний и единичных строматолитов, микрофитолитов, катаграфий. В значительном объеме, особенно в породах сероцветных формаций, встречаются представители еще мало изученной группы акритарх, грибов, бактерий. В более молодых отложениях (верхний венд) наблюдаются отпечатки мягкотелых животных организмов и в ряде случаев остатки скелетных форм (черви, фораминиферы, остакоды, хиалиты). Все перечисленные находки на протяжении многих лет использовались для стратиграфических разработок региональных и унифицированных схем всех подразделений верхнего докембрия.

Геоструктурное положение, вещественный состав формаций и биолитологические комплексы, составляющие формационные ряды верхнего докембрия, детально рассмотрены на примере Русской плиты и обрамляющей миогеосинклинальной зоны Южного Урала (рис. 1).

Большое значение имеет понимание эволюции углеродонакопления, углеродистых пород и формаций в докембрийское время, поскольку эти образования, с одной стороны, своеобразное отражение эволюции органического мира, а с другой — характерные биолитогенные продукты, с которыми связываются судьбы углеводородной компоненты.

Н.М.Страхов (I960) вслед за В.И.Вернадским увидел и признал накопление биогенного углерода с глубокого архея в осадках всего геологического полотна земной коры (рис. 2).

О периодичности и глобальных "эпохах" накопления углеродсодержащих пород в докембрии отмечалось ранее (Сидоренко Св.А. и др., 1978). Кроме того, установлено, что уровень распространенности углеродсодержащих формаций докембрия зависит от их состава (рис. 3). В целом распространенность терригенно-углеродистых формаций постепенно растет к верхнему докембрию, однако этот рост вызван заметным увеличением во времени глинисто-углеродистой части формаций. Часть, представленная графитовыми парагнейсами, т.е. первоначально углеродистыми породами существенно песчано-глинистого ряда, резко убывает уже к средине протерозоя. За докембрийское время примерно вдвое возрастает относительная распространенность кремнисто-углеродистых формаций и многократно — встречаемость отложений карбонатно-углеродистой формации.

Установленные тенденции эволюции за докембрийское время представленных формаций достаточно хорошо согласуются с общим ходом эволюции за это же время литогенных процессов. Относительный рост во времени распространенности глинисто-углеродистой части терригенно-углеродистой и карбонатно-углеродистой формаций объясняется активизацией процессов химического выветривания [3 ]. Уменьшение доли проявления графитовых парагнейсов обусловлено общим уменьшением распространенности гнейсов от архея к протерозою.

Последовательное снижение во времени встречаемости к верхнему протерозою вулканогенно-углеродистой формации можно сопоставить с общим очевидным ослаблением к концу докембрийского зона вулканической активности [2 ]. В целом можно отметить, что распространенность терригенно-углеродистой формации заметно выше таковой трех других формаций и особенно карбонатно-углеродистой. Встречаемость кремнисто-углеродистой и вулканогенно-углеродистой формаций примерно одинакова.

В отложениях венда в породах серо-цветных формаций наблюдается скопление водорослей, образующих прослои значительной мощности, в результате чего толща приобретает облик доманикоидной формации и в целом может рассматриваться как нефтематеринская. Даже краткий перечень органических остатков в докембрийских образованиях свидетельствует о неограниченных возможностях накопления ОВ. Количество ОВ зависело от условий окислительно-восстановительной обстановки, господствующей в бассейнах седиментации и при вторичных преобразованиях, происходящих в период катагенеза и метаморфизма. В результате изучения верхнедокембрийских отложений Русской плиты и Восточной Сибири было установлено, что на протяжении всего периода их формирования обстановка осадконакопления неоднократно менялась и зависела от тектонических, геохимических и гидрогеологических условий (Постникова И.Е., 1977; [1]).

К разряду нефтегазоматеринских формаций по присутствию ОВ можно отнести сероцветную карбонатную, карбонатно-глинистую, глинисто-песчаную, алевритглинистую толщи и пачки черных сланцев и аргиллитов перикратонных опускании и авлакогенов. К таким же формациям могут быть отнесены глинисто-песчаная и алевролито-глинистая толщи венда в синеклизах древних платформ. Смена формаций обусловливает ритмичность накопления толщ, обогащенных ОВ, причем обогащенные ОВ прослои соответствуют трансгрессивным частям циклов осадконакопления, а обедненные — регрессивным или начальным фазам трансгрессии моря. Объем биомассы в верхнедокембрийских отложениях сравним с аналогичным показателем для палеозойских осадков. Например, содержание ОВ в породах девона Волго-Уральской провинции—0,3-0,5 7о (аномальное 1,5-15,0 %), а в рифей-вендских отложениях древних платформ — 0,20-0,58 % (аномальное 1-10 %). Толщи с повышенным содержанием ОВ накапливались в восстановительной и нейтральной геохимической среде, что способствовало появлению и консервации органики. Содержание ОВ в карбонатных породах в среднем 0,27 %, а карбонатно-терригенных — 0,40 %.

Химико-люминесцентно-битумологические исследования пород верхнего докембрия Волго-Уральской провинции показали, что в 30 % образцов наблюдается повышенное содержание органического углерода от 0,10 до 0,73 %, содержание рассеянного битума — от 0,01 до 0,07 %, а хлороформенного экстракта битума А — от 0,003 до 0,033 %, причем наиболее обогащены ОВ породы верхнего венда. Наибольшее количество органического углерода отмечается в глинистых породах (0,04-1,32 %) и мергелях (0,02-1,57 %), снижаясь в алевролитах (0,04-0,21 %) и песчаниках (0,01-0,87 %). Аналогичное распределение намечается и для битумоидов. Значительное содержание в породах хлора (0,20-0,78 %), доминирование кальция над магнием свидетельствуют, что осадки верхнего венда образовывались в субаквальных условиях в нейтральной и восстановительной среде с преобладанием закисных форм железа над окисными при высоком содержании сульфидов.

Одним из основных критериев поиска скоплений углеводородов является наличие в породах коллекторов. Разнообразие пород, образующих формации верхнего докембрия, предопределяет и различные типы коллекторов: терригенных и карбонатных. Как те, так и другие зависят от фациальных особенностей формирования включающих их пород и вторичных изменений, происходящих в процессе литификации. В терригенных формациях пласты с хорошими коллекторскими свойствами связаны с песчаниками, открытая пористость которых изменяется от 3 до 19 %. Их количество нередко значительно, а мощность в ряде случаев превышает сотни метров.

Среди карбонатных коллекторов выделяются поровые, каверновые, трещинные и смешанные. Наиболее распространены три последних. Немаловажную роль для поиска залежей углеводородов играет и гидрогеологическая характеристика недр осадочных толщ. Известно, что по химическому составу воды рифея и венда древних платформ относятся к хлоридно-кальциевому типу, отличаются высокой минерализацией (217-285 г/л) и значительно метаморфизованы. В водах присутствуют йод и в значительных количествах бром (от 713 до 2030 мг/л). С увеличением глубины повсеместно растет минерализация вод. Газонасыщенность пластовых вод сравнительно невысокая, но с глубиной повышается. Состав газов преимущественно азотный. В небольших количествах присутствуют углекислый газ и водород. Приведенные показатели свидетельствуют о благоприятных условиях для сохранения в недрах возможных скоплений нефти и газа.

Н.Б.Вассоевич доказал, что нефть образуется в основном в процессе не диагенеза, а катагенеза, и установил существование главных фаз и зон нефте- и газообразования в определенных условиях преобразования осадочных толщ. Опираясь на эти закономерности, используя данные литолого-геохимических, формационных, битумологических исследований и сведения о коллекторских и экранирующих свойствах пород, И.Е.Постникова (1977) доказала возможную нефтегазоносность всего верхнего докембрия древних платформ. В настоящее время в нашей стране открыто значительное число месторождений в рифее и венде Восточной Сибири и ряд месторождений на Русской плите. Дальнейшие поиски залежей требуют разработки определенной методики с учетом специфического строения отдельных нефтегазоносных бассейнов.

В последнее десятилетие в связи с развитием концепции тектоники плит взгляды на формирование нефтегазоносных бассейнов значительно изменились. Эволюция многих бассейнов объясняется динамическими процессами, выражающимися в смене тектонических движений, сопровождающихся растяжением в начальной стадии их заложения и сжатием на заключительном этапе с соответствующей инверсией их общей структуры. Такой подход позволил расширить представления о развитии нефтегазоносных бассейнов во времени и дал возможность выделить новое — флюидодинамическое направление в их изучении [5 ], которое может способствовать решению наиболее трудной проблемы — миграции флюидов в недрах. Необходимо знать природу флюидов, мигрирующих в каркасе литологических комплексов. Флюиды могут быть первоначального захоронения, возникшими в результате разложения заключенных в них органических веществ, а также эндогенного, мантийного или метаморфогенного происхождения. Современные исследования показали, что в осадочных бассейнах любого возраста, в том числе и докембрийского, основная масса флюидов имеет преимущественно чисто экзогенное, биогенное происхождение.

На основе новых количественных данных установлено, что масса рассеянных битумоидов в осадочно-метаморфических породах докембрия в 5 раз больше массы рассеянного углеводородного вещества в осадочных породах фанерозоя (Сидоренко Св. А., 1991).

1. Золотой А.Н. Тектоника и нефтегазоносность древних толщ. - М.: Недра, 1982.

2. Соколов Б.С. Палеонтология, геология и эволюция биосферы // Проблемы эволюции геологических процессов. - Новосибирск: Наука, 1981.

3. Соколов В.А., Хейскансп К.И. Этапы формирования химических кор выветривания в докембрии // Докл. 27-го МГК. Геология докембрия. Секция 05. - М., 1984. - Т. 5.

4. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. -М.:Изд-во АН СССР, I960.-T.I.

5. Ханн В.Е., Соколов Б.А. Роль флюидодинамики в развитии нефтегазоносных бассейнов // История нефти в осадочных бассейнах. - М.: Интерпринт, 1994.

/ - глинисто-углеродистая часть ассоциации; // - графитовые парагнейсы