Источники брома, бария и цинка в осадочных отложениях верхней юры Енисей-Хатангского прогиба (север Средней Сибири)

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Россия

*Новосибирский ГУ, г. Новосибирск, Россия

В верхнеюрском осадочном комплексе ЗападноСибирской плиты и прилегающих территорий часто отмечаются повышенные содержания ряда микроэлементов. В северо-восточном обрамлении - Енисей-Хатангском региональном прогибе скважинами вскрыт разрез гольчихинской свиты (толщиной до 675 м) представленный аргиллитами темно-серыми, участками чёрными, часто алевритистыми, иногда алевритовыми до алевролитов (преобладают в нижней части), с конкреционными прослоями серых известняков (мощностью 0,02-0,48 м) [2]. По данным гамма каротажа в верхней части разреза присутствуют керогенисто-глинистые прослои (толщиной 0,05-0,4 м) с повышенными значениями радиоактивности (10-18 мкР/час). Породы содержат окремнённые раковинки многокамерных фораминифер с пиритизированными внутренними ядрами и известковый детрит (агометы и/или кальцисферы, фрагменты остракод и др.), характерны отпечатки раковин двустворок, аммонитов и крючков онихитесов. На раннем этапе позднеюрской седиментации в иловых водах преобладала существенно сидеритовая геохимическая фация характерная для прибрежно-морских обстановок. В конце юрского периода осадки формировались в более глубоководных условиях пирито-сидеритовой и сидерито-пиритовой фаций. Самые мелководные отложения представлены алевролитами разнозернистыми полевошпатово-кварцевыми с карбонатно-глинистым плёночно-поровым цементом с включениями интракластического материала (монт-мориллонит-смектитового состава). Микротекстура тонко линзовиднослойчатая, деформативная за счёт интенсивной биотурбации (ихнофоссилии Chondrites). Среди обломочных компонентов в алевролитах зафик- сированы частицы пирокластического генезиса (3-5%), из аутигенных – пирит, кальцит, сидерит, шамозит, ангидрит и лейкоксен. В наиболее глубоководных условиях формировались аргиллиты алевритистые хлорит-гидрослюдистые, прослоями керогенистые с включениями пирита (5-15%). Микротекстуры неясно слойчатые с линзочками (длиной до 0,3 мм, толщиной до 0,1 мм), сложенными в разной степени раскристал-лизованным кремнистым веществом. В них присутствуют зёрна обломочного кварца, спаянные с рако-винчатым и/или водорослевым детритом (округлыми кремнистыми стяжениями диаметром до 0,25 мм), часто наблюдаются тонкочешуйчатые выделения ангидрита и гидрослюды мусковитового типа (2М1). Кроме того, в аргиллитах зафиксированы плотные линзовидные агрегаты (длиной до 0,75 мм, толщиной до 0,1 мм, с диаметром микролитов до 0,015 мм) выполненные материалом, который по оптическим характеристикам соответствует бариту. Глинистые минералы с нечётко выраженным агрегатным угасанием, представлены гидрослюдой мусковитового типа (50-60%), смешано-слойными минералами типа иллит-смектита (15-25%), хлоритом (15-25%). Кроме пирита и барита среди аутигенных компонентов отмечаются доломит, сидерит, шамозит и ангидрит. Керогенистый компонент смешанного аквагенно-террагенного типа заполняет в отложениях поровое пространство, присутствует в тонко дисперсном рассеянном состоянии, в виде тонких в разной степени деформированных линзочек (длиной до 0,32 мм, толщиной 0,005-0,035 мм) и пятен (диаметром до 0,15 мм), наблюдается в раковинках микроорганизмов, где часто вытесняется пиритом. В линзочках углеродистого состава отмечаются агрегаты многочисленных глобул пирита, образующих причудливый сетчатый рисунок. Изучение пород с помощью электронного сканирующего микроскопа и микрозон-дового химического анализа выявило геохимическую особенность керогенистого вещества – приуроченность к нему соединений Br и Zn. Cодержание Br в некоторых точках, исследуемых полей зрения, достигает 34%, Zn – 60%. В спектрах Br фиксируется вместе с Si, Fe, Ca, Zn, Ti, K и S, очень редко с Ba и P. Наблюдения морфологии углеродистых органических фрагментов не позволяли в большинстве случаев однозначно идентифицировать их происхождение, за исключением микрофаунистических остатков. В нескольких образцах обнаружились поля, в пределах которых фрагменты в ископаемом состоянии сохранили свою изначальную (или близкую у ней) форму в виде сегментированных тел. По ряду признаков установлено, что это остатки красных водорослей, подобных Polysiphonia arctica из семейства Rhodomelaceae (Ceramiales), обитающих на литорали и верхней сублиторали (Agardh, 1863). Их таллом в виде разветвлённых кустиков, прикреплённых к субстрату, состоит из центральной осевой нити, окружённой одним рядом периферических сифонов в виде сегментов (в количестве 4-7). Членики поделены продольными перегородками на клетки-сифоны. В течение жизни эти организмы накапливают микроэлементы, инкрустируя солями бромфенола клеточные стенки. Исследователями установлено, что красные водоросли семейства

Rhodomelaceae (Ceramiales) являются богатым источником бромфенолов нескольких структурных типов, обладающих различной биологической активностью [7] Для ускорения создания прочного каркаса эти организмы, вероятно, с помощью симбионтов (бактерий) синтезируют в качестве катализатора феноляты – по-дукты замещения в фенолах атома водорода гидроксильной группы металлом (Zn, Fe и др.). После отмирания водорослей и захоронения в пределах кислородной зоны бассейна (на глубине не более 200 м) бромфенолы биохемогенным способом окисляются до воды, углекислого газа и солей бромоводородной и бромноватистой кислот. Однако сложные фенолы разрушаются не до конца, образуя до 40 % промежуточных продуктов, которые далее разлагаются в осадке хемолитоавтотрофными бактериями. В присутствии достаточного количества сероводорода металлы из фенолятов связываются с S, формируя сульфидные включения в керогенистом веществе. В работе Г.Н. Саенко приводятся данные о содержании металлов и галогенов в морских организмах, в том числе водорослей рода Polysiphonia [4]. Учитывая ранее опубликованные материалы Г.Н. Саенко установил высокое содержание Fe в альбуминах и глобулинах красных водорослей (до 0,1% от сухого вещества), высокое содержание Mn в глютелинах (до 0,085%) и Zn в альбуминах и глобулинах литоральных видов (до 0,025%). Таким образом, в Енисей-Хатангском региональном прогибе керогенистое вещество из отложений гольчи-хинской свиты, обогащенных Br, Zn, Fe и S, может быть генетически связано с широким развитием в позднеюрском бассейне красных водорослей рода Polysiphonia (по аналогии с современными обстановками).

Содержание Ba в образцах гольчихинской свиты изучалось комплексом методов. По данным рентгенофлуоресцентного и ИСП-МС анализов во всех 193 пробах из скважин, пробуренных на разных площадях, концентрации Ba варьируют в диапазоне от 556 до 2447 г/т, составляя в среднем – 1024 г/т и превышая кларковое значение более чем в два раза (260 г/т по Ведеполю). Исследования в сканирующем электронном микроскопе показали, что сульфат бария присутствует в породах как компонент обломочной части и как аутигенный минерал, который в тонко чешуйчатых, иногда ячеистых агрегатах слагает реликты бактериальных плёнок (вместе со Sr, Ce и др.), инкрустирует поверхность кристаллов пирита, распределяется между обломочными зёрнами в виде двойниковых срастаний типа «ласточкиного хвоста». По результатам рентгено-спектрального микрозондового химического анализа содержание Ba в некоторых точках исследуемых полей зрения достигает 81%. В спектрах этот элемент ассоциирует с Si, Al, S, Sr, Ca, Fe, редко с K, Ce, W, Ta и Zr, чёткой приуроченности к керогенистому веществу или раковинчатому детриту не наблюдается. Несмотря на то, что барий очень токсичен, его способны концентрировать некоторые организмы: асцидии (подтип оболочечников или личинкохордовых) и акан-тарии (радиолярии со стронциевым скелетом). Тело асцидий покрыто оболочкой, в которой под внешней твердой кутикулой лежит слой клеток, содержащих туницин (клетчатку). У бентосных представителей количество клетчатки достигает до четверти сухой массы тела. Элемент скелета – хорда присутствует в асцидиях только в личиночной форме, поэтому в ископаемом состоянии остатки предков хордовых не обнаружены. Заключения об эволюции этих животных основаны на сопоставлении строения и процессов жизнедеятельности взрослых форм и эмбрионов. Нерастворимая клетчатка из тела асцидий захороняется в виде лигнина, в большей степени характерного для остатков наземной растительности. По данным В.В. Ковальского, Л.Т. Резаевой и Г.В. Кольцова современные оболочечники в процессе жизнедеятельности аккумулируют P, Pb, V, Ti, Zn, Ba, Ni, Be, Sn, Mo и Ag [3]. Учитывая то, что в современных бассейнах в условиях тропиков на морском дне встречаются очень плотные поселения асцидий (до 140 кг на 1 м2), можно предполагать наличие на этих участках в осадке высоких концентраций микроэлементов и террагенного органического вещества после гибели и захоронения колоний. Таким образом, предположение о существовании аналогичного способа аккумуляции Ba и других микроэлементов в верхнеюрских отложениях гольчихинской свиты представляется весьма обоснованным. Присутствие среди алевритовых зёрен обломков гипса и барита свидетельствует о поступлении этих минералов из близко расположенных источников сноса. Известно, что низкая растворимость барита возрастает в 14 раз в растворе 1% MgCl2, растворимость гипса – в 6 раз в 10%-ном растворе NaCl. Поэтому при некотором увеличении содержания ионов Mg в морской воде среда обитания асцидий могла насыщаться Ba. Возможные альтернативные механизмы поступления в бассейн рассольносоляных масс рассматриваются в работах Г.А. Беле-ницкой [1].

Акантарии – радиолярии диаметром 0,1-0,3 мм, основу скелета которых составляют 10 диаметральных или 20 радиальных игл, сложенных SrSO4. Подобно оболочечникам акантарии в ископаемом состоянии неизвестны, потому что иглы полностью растворяются в морской воде. Возможно, обладая высокой химической активностью, Ba заменял часть Sr в скелетах древних акантарий. Однако сопоставление изменений в концентрациях Ba и U (по результатам ИСП-МС) позволяет предполагать, что барий использовался организмами для создания защитной плёнки от радиоактивного излучения по составу подобной Ba[Pt(CN4)], [6]. В разрезе верхнеюрских отложений установлена прямая корреляция количества Ba от содержания U. На некоторых уровнях после интенсивных урановых выбросов зависимость нарушается, вероятно, из-за значительного вымирания популяции акантарий и временного снижения концентраций Ba, входящего в состав их оболочки. После нормализации радиоактивного фона в среде обитания численность радиолярий и корреляционная зависимость постепенно восстанавливаются.