Геохимия и генезис черных сланцев

Исследования гeохимии черных сланцев Я. Э. Юдовичем и М. П. Кетрис [1, 2] относятся к классическим, охватывающим вариации содержания в них элементов-примесей во многих аспектах, в том числе возрастном. Рассчитанные ими их кларки используются в настоящей статье в плане сопоставления черных сланцев с нефтью и продуктами ее дегазации (асфальтитами).

Hа рис. 1 по данным [2] кларки элементов-примесей черных сланцев рассматриваются с разделением их на четные и нечетные. Это разделение харак-

Рис. 1. Диаграмма вариации кларков элементов-примесей черных сланцев по данным [2] c разделением элементов, как и в дальнейшем (рис. 2, 3), на четные (залитые знаки) и нечетные (открытые знаки)

теризует специфику черных сланцев в связи с известным правилом Оддо— Гаркинса. Показательны в этой связи содержания в них лантанидов, которые, являясь практически одинаковыми по химическим свойствам, отчетливо разделяются по распространенности, согласно этому правилу, на элементы, занимающие на диаграмме максимальные (четные металлы) и минимальные (нечетные металлы) позиции. Этому правилу подчиняются и другие смежные по порядковым номерам химические элементы, сведенные на диаграм- мy. Однако в целом химизм черных сланцев характеризуется последовательностью преобладающих химических элементов (четных совместно с нечетными), занимающих более общие максимумы (образующих парагенезисы), разделяющихся элементами, находящимися в более общей минимальной позиции. Ниже они перечисляются в последовательности увеличения порядковых номеров: Ti+V+Cr+Mn+Ni+Cu+Zn — Rb+Sr+Zr — Ba+La+Ce+Nd —Au+Pb+ +Th+U. Индикаторное значение имеет ванадий (205 г/т) в парагенезисе с цин- ком (130 г/т) и никелем (70 г/т). Eго содержание в черных сланцах варьирует в широких пределах, достигая в положительных аномалиях металлогеничес-кого значения. Как подчеркивалось в работе [1], «концентрационная функция живого вещества в отношении ванадия не могла создать eго аномалии в черных сланцах» (стр. 76). Вероятен при-внос ванадия из глубины восходящими потоками нефти, ванадиевый тип которой преобладает на Земле. Потоки достигали поверхностных водоемов и вплетались в осадконакопление рифтоген- ных депрессий. В настоящее время восходящие углеводородные струи обнаруживаются в связи с самыми различными структурами глубинного заложения: вдоль центральных депрессий океанических хребтов [3] и в рифтогенных водоемах на континентах, например, в оз. Байкал [4]. Вдоль eго восточной окраины всплывают капли нефти, а на дне возникают нефтяные фонтанчики.

В монографии [1] показано, что среднее содержание ванадия в черных сланцах мeла (590 г/т) почти в три раза превышает их кларковое значение (205 г/т), что коррелирует с меловым максимумом интенсивности нефтеооб-разования на Земле [5].

Эта корреляция подчеркивает связь черных сланцев с нефтеобразованием. Она прослеживается и при сопоставлении кларков элементов-примесей в черных сланцах с их содержанием в продуктах дегазации нефти — битумах. Из разнообразных проявлений битумов ниже привлекаются данные по асфальтитам кимберлитовой алмазоносной трубки Удачная на Сибирской платформе [6], в которой они совмещаются с проявлениями нефти. Вариации содержания в них элементов-примесей наглядно выражены на диаграмме (рис. 2), которая отражает доминирующую роль в них ванадия, никеля и цинка. Их содержания превышают соответствующие кларки в черных сланцах [2], тогда как содержания всех других элементов-примесей существенно уступают черносланцевым. Геохимический спектр асфальтитов по парагенезисам элементов, занимающих в общем максимальные позиции, представляется в следующем виде: V+Ni+Zn s Ti+Cr+Mn+Cu — Sr+Zr+Mo — Ba+La+Ce+Nd — Pb+Tl+ +Th+U. Он сходен с рассмотренной выше последовательностью парагенезисов элементов в черных сланцах.

Содержания V, Ni и Zn, максимальные значения которых в наибольшей мере геохимически сближают черные сланцы с асфальтитами, занимают максимальные позиции и на диаграмме

Рис. 2. Вариации содержания элементов-примесей асфальтита алмазоносной кимберлитовой трубки Удачная по данным [6]

кларков элементов-примесей нефти (рис. 3). Вообще же нефть отличается от черных сланцев асфальтитов более низким содержанием элементов-примесей, как это следует из таблицы, в которой производится их сопоставление.

С давних времен нефть подразделяется на ванадиевый и никелевый типы по V/Ni-отношению в их составе (больше и меньше единицы). Ванадиевые нефти богаты металлическими примесями (V, Ni и др.), а никелевые бедны ими. Традиционно это различие считается показателем исходного органического вещества — сапропелевого или гумусового [7]. Однако к факторам возрастания в нефти содержания металлов, в том числе ванадия и никеля, относится водородная или метановая дегазация нефти, с которой связано ее утяжеление при формировании нефтяных залежей: 3C2H6=2C3H8+H2, 2C2H6=C3H8+CH4. Как отмечалось, преобладает ванадиевая нефть, определяющая кларки нефти, сведенные в таблицу. По данным [7], кларки ванадия и никеля распределяются по типам нефтей следующим образом : V=39.4 (73.3 и 1.93), Ni=14.1 (28 и 3.7). Также контрастно, как два типа нефти, углеродистые сланцы разделяются по [5] на черные сланцы (V=205, Ni=70) и горючие сланцы (V=1.58, Ni=1.0). Кларки элементов-примесей в горючих сланцах по бедности металлами примерно соответствуют нефти никелевого типа, хотя ванадий в них несколько преобладает над никелем. Черные сланцы в этом отношении контрастно отличаются высоким содержанием рудных металлов, существенно возрастающим с геохимическим переходом от нее к серным сланцам. Геохимическая специализация черных сланцев в отношении рудных металлов (рис. 1) непосредственно смыкается с металлогениче-ской, представленной также разнообразно. Достаточно упомянуть Онежскую черносланцевую формацию в Карелии, к которой приурочено множество уранванадиевых месторождений, обогащенных разнообразными рудными металлами (Au, Ag, Pt, Pd, Pb, Cu).

Нефть, дегазацией которой генетически связаны черные сланцы, должна порождаться глубинными очагами, способными обеспечить ее рудную специализацию. Согласно представлениям [9] нефть генерируется на глубине в связи с развитием щелочного магматизма в очагах, аналогичных расслоенным интрузивам. В их верхнем рудном горизонте формируются богатые ванадием титано-магнетитовые руды, а в ниж-нележащей критической зоне — хроми-титовые и медно-никелевые руды. Флюидная сульфуризация железистых диф-ференциатов этих горизонтов сопровождается концентрацией меди и халькофильных металлов. С щелочным уклоном в магматизме связана генерация щелочных миграционных комплексов металлов (например, ванадия KVO2, K3VO4, и др.), определяющих их вхождение в углеводородные флюиды, исходящие из ощелачивающихся магматических очагов. Они вполне обеспечивают разнообразие рудных металлов, свойственных нефти ванадиевого профиля (рис. 3). Однако главный вклад в ее ру-доносность создает дегазация, сближающая нефть с битумами и черными сланцами вплоть до создания ее само- стоятельной металлогенической специализации, например, на ванадий. Восходящая миграция нефти, подчеркивающаяся в работах многих исследователей [10, 11, 12], сопровождается опережающей миграцией водорода и метана, возникающих в результате ее дегазации. Они образуют газовые месторождения в толщах, перекрывающих нефтяные залежи, или поступают в атмосферу. Метан при этом дает существенный

Содержания металлов-примесей в г/т в нефти (1), продуктах ее дегазации — асфальтитах (2) и черных сланцах (3) по данным [7, 6, 2]

Рис. 3. Диаграмма вариации кларков элементов-примесей нефти по данным [7]

вклад в парниковый эффект Земли, способствуя потеплению ее климата. Влиянием метана можно объяснить сильное аномальное потепление в меловой период эволюции Земли [13], отличающейся как отмечалось, максимальной нефтеносностью и необычайно высоким содержанием ванадия в черных сланцах.