Геохимические особенности отложений Талатинской свиты (Кунгурский ярус) реки Кожым

C кунгурского времени произошло обособление впадин Предуральского краевого прогиба по условиям накопления осадков. В северных впадинах — Коротаихинской и Косью-Роговской — седиментация происходила в условиях гумидного климата с образованием угленосной формации. Отложения угленосной формации подстилаются толщей терригенных пород «сероцветной морской малассы» [1, 2]. Представляет научный интерес выявление особенностей распространения и состава органического вещества (ОВ) в породах та-латинской свиты P1tl, относящихся к основанию кунгурского яруса [2]. Исследования пород проведены по разрезу обнажений на р. Кожым. Литологическое изучение толщи началось еще в 40-е годы прошлого столетия А. П. Ро-таем, который и дал название свите, было продолжено в 50—70-е годы и до сих пор привлекает внимание исследователей пермских отложений [3]. Обобщение опубликованного материала,

личные взгляды на строение и фациальную диагностику пермских отложений, новые палеонтологические и палинологические данные были предложены группой ученых Института геологии Коми НЦ УрО РАН (Г. П. Каневым, Е. О. Малышевой, Н. А. Колодой) совместно с коллегами из Палеонтологического института РАН (Т. А. Грунт) и Казанского государственного университета (Н. К. Есауловой и др.) в рамках Международного симпозиума по стратотипическим разрезам перми на р. Ко-жым [2]. Краткая литологическая характеристика пород приводится нами по опубликованным данным.

В основании толщи А. П. Ротаем (1946) выделена мощная пачка (более 70 м) переслаивания средне- и мелкозернистых песчаников и алевролитов (слой 470). Отмечается резкий эрозионный контакт нижних пластов среднезернистых песчаников (мощностью до 2— 3 м) с подстилающими алевролитами бельковской (P1bl) свиты, наличие в пес- чаниках галек этих алевролитов, текстура пород массивная, возможно, грубокосослоистая, а вверх по разрезу происходит уменьшение зернистости песчаников, слоистость становится ритмичной, тонкогоризонтальной, ленточной, реже волнистой с волноприбойными знаками. Перекрывается этот пласт ритмичной толщей тонкогоризонтальнослоистых песчаников и алевролитов слабоизвестковистых с обилием морской фауны (слои 469—465).

Характер строения слоя 470 (основания свиты), по мнению Е. О. Малышевой, свидетельствует о том, что его формирование связано с развитием маломощных зерновых потоков и турбидитов либо на склоне дельты, либо в верхней части шельфового склона [1].

В строении слоев 468—457, такие характерные признаки, как отсутствие четких закономерностей в чередовании пород, преобладание алевролитов и аргиллитов с неяснослоистыми или горизонтально-слоистыми текстурами, широкое распространение морской фауны и биотурбаций, присутствие маломощных песчаных или даже известковых прослоев со скоплениями морской фауны: брахиопод, мшанок, двустворок, а также члеников криноидей позволило интерпретировать их как отложения удаленного от берега шельфа.

При этом преобладали иловые фации. Песчаные прослои, вероятно, представляли собой штормовые и подводно-баровые образования. Первые характеризуются небольшими мощностями (0.3—1.5 м), достаточно резкими нижним и верхним контактами, неяснослоистыми текстурами или слоистостью мелкой ряби, часто обогащены скоплениями раковин и био-турбированы. Вторые отличаются относительно повышенными мощностями (3—6 м), постепенным переходом в подстилающие отложения, незна-

чительным укрупнением обломочных зерен вверх по разрезу, интенсивной биотурбацией в нижней части, присутствием косослоистых текстур — в верхней. Как и штормовые отложения, они часто содержат скопления морских организмов. И те, и другие иногда включают песчаные отложения русловых промоин.

Для слоя 449 характерно наличие многочисленных поверхностей с отпечатками мелкомасштабных знаков ряби волнений с достаточно высоким индексом (отношение длины волны к высоте), что весьма характерно для зоны прибоя и, учитывая положение данной пачки в разрезе прибрежных отложений, можно предполагать, что условия ее формирования, вероятно, связаны с нижним пляжем [1].

Отложения слоев 456—448 представляют собой типичную цикличную регрессивную последовательность, в которой каждый цикл начинается с алевритовых горизонтально- или неяснослоистых, биотурбированных алевролитов, постепенно переходящих в песчаноалевритовые и, наконец, песчаные отложения. Зернистость песчаников также увеличивается вверх по разрезу от мелкой до средней. При этом в песчаниках наиболее развиты косослоистые текстуры и слоистость мелкой ряби. В кровле циклов отчетливо выражены трансгрессивные слабо эрозионные поверхности, часто обогащенные остаточным лагом в виде мелких глинистых галек и ракушняка. Все эти признаки свидетельствуют о прибрежно-баровых условиях осадконакопления.

Таким образом, на основании литологической характеристики разреза ко-жимской свиты, в ее составе выделено три основных фациальных комплекса, отвечающих обстановкам осадконакопления верхней части континентального склона, открытого шельфа и предпля-жевой зоны барьерных островов или побережья (рис. 1).

Первый фациальный комплекс включает отложения низов талатинс-кой (кожимской) свиты (слой 470) и характеризуется закономерным чередованием песчаников зерновых потоков с весьма характерными текстурноструктурными признаками и глинисто-алевритовых пород с тонкими прослоями песчаников, имеющими турбидитовую природу.

Второй фациальный комплекс объединяет большую часть кожимской свиты (слои 469—457) и представлен песчано-глинисто-алевритовыми отложениями открытого шельфа с маломощными прослоями штормовых песчаников с ракушняками и алевропесча-ных пачек (мощностью до 4 м), диагностируемых как отложения удаленных от берега подводных баров.

Третий фациальный комплекс выделяется в верхней части кожимской свиты (слои 456—448) и отвечает типичной циклической регрессивной последовательности, связанной с прибрежно-баровыми условиями осадконакопления [1].

Cодержание органического углерода (Cорг) в породах талатинской свиты варьирует от 0.29 до 8.00 %. Распределение значений Cорг по литологическим типам пород следующее: аргиллиты содержат порядка 1.4, алевролиты — от 0.46 до 1.44 % (среднее 0.66 %), песчаники — от 0.29 до 8.30 %. Ранее fl. Э. fiдович опубликовал сведения о содержании Cорг в породах талатинской свиты по сборным пробам: песчаники ма-локарбонатные — 0.30 % (n-24), песчаники карбонатные — 0.19 % (n-9), алевролиты — 0.73 % (n-27) [4]. При этом большинством исследователей подтверждены средние значения Cорг для различных типов пород, за исключением песчаников, обогащенных ОВ. В основании талатинской свиты (слой 470) среднезернистые песчаники, как отмечалось выше, по наслоению пород обогащены растительным детритом (Cорг = 3.5 % обр. 5/23) и содержат тонкие линзочки углефицированной органики: прослоечки угля до 0.1—0.5 см (Cорг = 8 % в обр. 5/22).

Органическое вещество в породах талатинской свиты, согласно пиролитическим данным, относится к IV типу. Оно характеризуется крайне низкими величинами водородного индекса (HI — 23‒90 мгУВ/г Cорг), причем его зависимости от литологии пород не отмечено. Для всех типов пород пределы колебаний HI приблизительно одинаковы: в аргиллитах — 41—50, алевролитах — 48—90, песчаниках — 23—46. Водородный индекс фиксирует количество УВ, которое может быть продуцировано 1 г органического вещества. В связи с этим углеводородный потенциал ОВ пород талатинской свиты в 3—5 раз ниже потенциала ОВ вит-ритового (III) типа и в 10—15 раз ниже УВ потенциала сапропелево-гумусового ОВ. Органическое вещество IV типа признается окисленным, а его основным микрокомпонентом является инертинит, который обладает очень низкой нефте-битумопродуцирующей способностью, и, как следствие, очень низким общим УВ потенциалом.

Битумоидный коэффициент ( в ), представляющий долю битумоидов в РОВ в процентах, изменяется в пределах 0.27—0.90 %, его величина для сингенетичного ОВ зависит от концентрации C_орг в породе, его генетического типа и стадии преобразованности. В рассматриваемом разрезе зависимости в от количества C_орг в породах также не установлено. Так, в песчаниках при концентрации C_орг 8 %, величина в оставляет 0.27 %, а при C_орг 3.5 % — в равен 0.4 %; в алевролитах при C_орг 0.53 %, в равен 0.53 %, а при увеличении содержания C_орг до 0.84 %, он снижается до 0.36 %. В аргиллитах величина в изменяется от 0.38 до 0.90 %, вне зависимости от концентраций C_орг. Cтепень катагенеза пород талатинской свиты соответствует градации МК₁, величина отражения витринита из углистых прослоев составляет 0.50—0.54 % (см. рис. 1). Генетическая и катагенетическая изоморфность ОВ определила приблизительно одинаковую степень битуми-нозности пород свиты.

Однако индивидуальный состав би-тумоидов свидетельствует о неоднородности битумообразующего вещества. Распределение н-алканов и изопреноидов в битумоидах пород шельфовых фаций (средняя часть разреза) отличается от характеристики битумоидов из песчаников основания талатинской свиты. Так, для первых (обр. 20-1, 20-6) распределение н-алканов однотипно (рис. 2), высокомолекулярные н-алканы C25—C35 составляют 40—41 %, а C11—C18 — 18—21 %. Наблюдается ярко выраженная доминантность высокомолекулярных н-алканов в ряду C25—C31, где коэффициент нечетности 2C29/C28+30 изменяется от 2.57 до 2.92 (обр. 20-1 и 20-6 соответственно). Тогда как в ряду н-алканов C15—C19 преобладание нечетных (2C17/C16+18 = 0.99— 1.1) практически отсутствует. Отличительной чертой этих битумоидов является преобладание фитана среди изопреноидов (п/ф = 0.60—0.76) и низкие значения отношения пристан/C17 = = 0.6—0.9 (фитан/C18= 0.99—1.19). Распределение н-алканов и изопреноидов принято считать биомаркерами исход-

Рис. 1. Геолого-геохимический разрез отложений талатинской свиты р. Кожым

Число атомов углерода в молвмуле

Рис. 2. Изменение геохимических показателнй пермских терригенных отложений (р. Кожым)

, ᴍарᴛ, 2004 ᴦ., № 3

ного продуцирующего ОВ. Нечетные высокомолекулярные соединения н-алканов являются отпечатками высшей растительности (III ОВ). Cоотно-шение изопреноидных коэффициентов — низкие значения n/C17 при повышенных значениях ф/C18, согласно классификации Коннона-Кассоу (1980), соответствует сапропелево-гумусовому (II) типу ОВ.

Таким образом, биомаркеры из битумоидов пород талатинской свиты свидетельствуют о гетерогенном составе исходного ОВ пород шельфовых фаций. Оно сформировано продуктами гумусового и бактериально-водорослевого вещества. Биопродукты высшей растительности представлены окисленными (инертинитовыми) и ге- метно проявляется преобладание четных среднемолекулярных н-алканов (2C16/C15+C17 = 1.4; 2C20/C19+C21 = 1.3), а коэффициент нечетности высокомолекулярных н-алканов снижен до 1.45— 1.83 (таблица). Отличительной чертой битумоидов является преобладание пристана (п/ф = 1.640—1.116). Cреди стеранов на долю холестана и эргостана приходится более 50 % (в обр. 22 — C27 —28.60, C28 — 26.12, C29 — 45.20 %; обр. 23 — C27 — 30.4, C28 — 26.7, C29 — 42.9 %). Биомаркеры свидетельствуют о гетерогенном составе исходного ОВ.

Основную часть исходной органической массы составляют гумусовые компоненты с преобладанием инертинитовой составляющей, ческие показатели битумоидов нижележащих отложений черноречен-ской свиты отличаются от аналогичных для пород талатинской свиты.

На основании геохимии ОВ и особенностей литологического строения талатинской толщи представляется возможным обособление первого фациального комплекса в качестве регрессивной части предыдущего цикла (чернореченской свиты) и остальной части талатинской свиты — в качестве самостоятельных трансгрессивного и регрессивного циклов.

В заключение следует отметить, что коллекция пород, послужившая предметом исследования, была собрана отрядом C. C. Клименко за полевой сезон-2002. Аналитические гео-

Геохимические показатели битумоидов

№ обр. Возраст Cорг, % HI, мгУВ/гCорг П/ф П/C17 Ф/С18 2C29/C28+30 2C17/C16+18 C17/C25 C13-15/C25-30 20-1 P1tl 0.86 48 0.6 0.6 0.99 2.57 1.06 0.87 0.02 20-6 P1tl 1.33 41 0.76 0.91 1.19 2.92 0.97 0.83 0.05 22 P1tl 8.33 23 1.64 2.09 1.73 1.45 0.95 1.83 0.73 23 P1tl 3.5 46 1.16 1.17 1.27 1.83 1.02 1.71 0.65 24-2 P1ar2 0.5 62 0.51 0.65 1.86 1.83 0.94 1.84 0.41 24-5 P1ar2 0.75 — 0.6 0.64 1.06 1.93 0.93 2.36 0.12 лефицированными (витринитовыми) компонентами. Первые составляют доминирующую часть, определяя тем самым низкий УВ потенциал ОВ. Бактериально-водорослевое вещество (скорее, бактериальное) в исходной органической массе составляет незначительную долю (лишь 15—20 %). Cо-став стерановых соединений подтверждает участие нескольких типов ОВ. В составе стеранов ситостан составляет 45—50 % (обр. 20-1 — C27 — 26.3, C28— 23.4, C29 — 50.3 %; обр. 20-6 — C27— 30.78, C28— 24.76, C29— 44.47 %). Cитостеролы C29 характерны для высших растений. Cтераны состава C27 и C28 свидетельствуют о привносе в исходную биомассу биопродуцентов водорослевого вещества и животных организмов.

Битумоиды, экстрагированные из углистых песчаников (обр. 22, 23) выделяются распределением н-алканов, изопреноидов и их соотношением (рис. 2). Доля н-алканов ряда C11—C18 в два раза превышает их долю в битумои-дах пород шельфовых фаций (обр. 22 — 42 %, обр. 23 — 38 %), а доля высокомолекулярных соединений (C25— C35) снижена до 21—24 %. Наиболее за- так как значения HI не превышают 23—46 мгУВ/г Cорг. Битумогенерирующую (меньшую) часть исходной биомассы составляли биопродуценты бактериального (водорослево-бактериального) и гумусового (витринитового) ОВ. Органическое вещество песчаников накапливалось в окислительных прибрежных условиях, скорее, прибрежно-равнинных с проявлением заболоченности. Особенности индивидуального состава битумоидов ОВ песчаников обусловлено только характером исходной биомассы. Влияние катагенного и миграционного факторов в составе битумоидов не проявилось. Катагенез ОВ в исследованном разрезе соответствует стадии МК1, что доказано данными отражательной способности витринита и сохранением высокого уровня нечетности по всему ряду н-алканов. Миграционные процессы, скорее всего, не проявились, так как отсутствует последовательное увеличение концентрации индивидуальных соединений н-алканов и изопреноидов с уменьшением числа молекул в соединениях. Более того, геохими- химические исследования выполнены в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН (Д. А. Бушневым, О. В. Валяевой, C. А. Забоевой, Н. А. Приез-жевой); в лаборатории ВНИГНИ под руководством М. В. Дахновой (Э. В. Храмовой и др.); в ООО «Геоном» (Г. В. Трапезниковой, Н. В. Тимониной и др.). Всем исследователям авторы выражают свою признательность и благодарность.