Минералогия нижнемеловых глинистых пород Грозненско-Дагестанской нефтеносной области
Е.А. ШАБАЕВА
В последние годы на территории Грозненско-Дагестанской нефтеносной области был проведен ряд литолого-петрографических работ по исследованию широко развитых здесь терригенных отложений нижнего мела в связи с поисками в них залежей нефти и газа.
Результаты указанных работ широко освещены в литературе и помогают более обоснованно охарактеризовать литолого-фациальные особенности указанных терригенных толщ. Однако до последнего времени петрографо-минералогические исследования терригенных свит ограничивались изучением песчано-алевритовых разностей пород.
Глинистые же породы, сложенные преимущественно частицами меньше 0,01 мм, несмотря на значительное их развитие в разрезах нижнемеловых толщ практически не изучены.
Некоторые сведения о минералогическом составе глинистых пород нижнего мела имеются в работе Л.И. Горбуновой [4], проводившей литологические исследования нижнемеловых отложений горного Дагестана, а также в работе Л.П. Гмид [3], частично изучавшей мезозойские глины Северо-Восточного Кавказа при подробном исследовании ею третичных глин этого района.
В настоящей статье приводятся некоторые результаты петрографоминералогических исследований глинистых пород нижнего мела (апт и альб) разведочных районов Грозненско-Дагестанской нефтеносной области, проведенных автором в петрографической лаборатории ВНИГНИ.
Нижнемеловые отложения на изученной территории полностью покрыты более молодыми образованиями и изучение глин производилось по кернам из наиболее полных разрезов скважин районов Карабулака, Датых, Селли, Огни, Дузлака, Арабляра и Рубаса.
Минералогическое исследование глин проводилось комплексным применением оптического, химического, термического рентгеноструктурного и электронно-микроскопического методов анализа, а также методом окрашивания органическими красителями.
В результате указанных исследований были установлены следующие особенности изученных нижнемеловых глинистых пород.
1. Глинистые породы нижнего мела представлены алевритовыми и алевритистыми разностями. Тонкоотмученные глины развиты лишь в самых южных районах Дагестана. Структура самого глинистого вещества (частицы меньше 0,01 мм) характеризуется преобладанием в его составе крупнопелитовой фракции (0,01 - 0,001 мм). Подчиненное значение имеет фракция предколлоидная (частицы 0,001-0,0002 мм) и очень небольшая роль принадлежит фракции с частицами меньше 0,0002 мм.
Глины альбского яруса по сравнению с нижележащими глинами апта более глубоководны и характеризуется более тонкозернистым составом.
В пределах каждого яруса в изученных породах по мере движения от более северных районов к относительно южным наблюдается постепенное увеличение содержания глинистых частиц, указывая на погружение нижнемелового бассейна в этом направлении. Цвет изученных глинистых пород серый, темно-серый, иногда почти черный. Преобладающей структурой является алевро-пелитовая, алеврито-пелитовая, реже пелитовая. Текстура сланцеватая, микрослоистая, реже пятнистая.
Органическое вещество присутствует в виде мелких чешуек, обрывков пластинок форменной и бесформенной органической ткани, иногда в виде линзовидных прослоечек и в тонкодисперсном состоянии, окрашивая глину в темно-серый или почти черный цвет.
Глины неизвестковистые или содержат карбонат в незначительном количестве. Из карбонатов присутствует кальцит, главным образом в тонкодисперсном виде, пронизывая глинистое вещество. Нередко кальцит образует отдельные мелкие зерна и выполняет органические остатки.
2. Качественный минералогический состав глин аптских и альбских отложений обнаруживает полную идентичность.
Алевролитовый материал представлен главным образом кварцем с примесью полевых шпатов, слюд (мусковит и зеленый биотит), глауконита (Глауконит аутигенный. Предположение В.А. Гроссгейма и И.С. Мустафаева [6] о терригенном характере этого минерала, по-видимому, ошибочно.), редко хлорита, обломков кремневых пород и минералов тяжелой фракции.
В крупнопелитовой фракции (частицы 0,01-0,001 мм) определены гидрослюды (60-70%) с Ng = 1,586 и Np - 1,561; кварц (20-35%); полевые шпаты (5%); редко мусковит, глауконит, монтмориллонит и хлорит. Из тяжелых минералов присутствует пирит, апатит, анатаз, циркон и др.
В составе фракций меньше 0,001 мм установлены гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и галлуазит. Первые два минерала являются породообразующими, последние присутствуют в виде незначительной примеси.
Гидрослюда по своему составу и свойствам относится к мусковитовому ряду (В.И. Петров, 1948). По степени замещения К2О близка к «дегратированным» иллитам, описанным Гримом [5], образующимся в результате частичного выноса калия из промежутка между слоями элементарного пакета.
Химические анализы изученных глин (фр. <0,001 мм) показывают высокое содержание окиси калия и низкое содержание воды. Характерно, что с увеличением К2О в образце уменьшается содержание воды.
Прямолинейная взаимозависимость процента К2О и Н2О отображена на рис. 1. Здесь же видна сопряженность показателей преломления ориентированных препаратов глин от содержания К2О и Н2О: с уменьшением К2О и увеличением Н2О уменьшается Ng и Ng - Np. Значение Np остается постоянным. Следовательно, мы имеем дело с гидрослюдами различной степени гидратации. SiО2: R2О - от 2,43 до 2,96.
Водная суспензия глин, в составе которых преобладает гидрослюда, окрашивается метиленовым голубым в устойчиво фиолетово-синий цвет, мало меняющийся от добавки КС1. Бензидином эти глины окрашиваются в грязно-серовато-синий цвет.
Термограммы и кривые обезвоживания (Произведены И.В. Тунцовой.) нижнемеловых глин (рис. 2) типичны для гидрослюд с примесью монтмориллонита.
Гидрослюда устанавливается также по наличию на рентгенограммах этих глин сильных и средних дифракционных линий: 9,97-10,6кХ; 4,45-4,50кХ: 2,53-2,60кХ и 1,48-1,50кХ.
Морфологические особенности гидрослюд изученных пород (фр. < 0,001 мм), обнаруженные нами при помощи электронной микроскопии (Сняты в рентгено-термической лаборатории ВНИГНИ.), позволяют выделить две разновидности этого минерала. Первая разновидность (рис. 3, а) представлена в виде отдельных изометричных, щепковидных или неправильной формы пластинок с четкими резкими линиями ограничения, часто с большим числом острых углов. Пластинки полупрозрачны или реже непрозрачны и нередко бывают с расщепленными краями. Вторая разновидность гидрослюды другого облика. Она образует полупрозрачные, удлиненно-пластинчатые, сильно вытянутые формы с резкими хорошо развитыми гранями и тупыми или острыми концами (рис. 3, б).
По всей вероятности, указанные две морфологические разновидности соответствуют двум генетическим типам гидрослюд. Первая разновидность, судя по внешнему облику, относится к переотложенному минералу, принесенному в нижнемеловой бассейн во взвешенном состоянии и, по-видимому, является продуктом изменения слюд в процессе переноса, осаждения и, возможно, диагенеза.
Вторую разновидность гидрослюды, характеризующейся правильными идиоморфными формами удлиненных кристаллов, нужно рассматривать как аутигенный минерал, возникший в зоне эпигенеза.
Переотложенная гидрослюда имеет повсеместное развитие. Ею сложены глины районов Карабулак, Огни, Дузлак, Арабляр и Рубас.
Что касается аутигенной гидрослюды, то ее развитие ограничивается только районов Селли.
Эпигенетическое образование гидрослюды в этом районе можно объяснить следующим образом.
Структурная карта, составленная С.Э. Муссаевым и А.Б. Быдтаевым [7] для этого района по кровле верхнемеловых отложений, показывает, что как западный, так и восточный антиклинории, протягивающиеся вдоль передового прогиба Дагестана, по глубине погружения отдельных их частей подразделяются на три ярко выраженные зоны.
Так, западный антиклинорий подразделяется на северную часть, в которую входит эльдамский купол; центральную часть, составными частями которой являются брахиантиклинали Гоша - Селли и примыкающие к ним глубокие синклинальные прогибы; южную - с брахиантиклиналями Балхас Хунук, Экендиль и Аджинаур.
Центральная зона этого антиклинория резко отлична от северной и южной своим глубоким погружением. В северной зоне, на Эльдамском куполе, верхний мел выходит на поверхность; в южной зоне он залегает на глубине около 100 м; в центральной же, на брахиантиклинали Селли, залегает на глубине примерно 1400 м.
Следовательно, центральная зона этого антиклинория в стадию эпигенеза была опущена значительно глубже, чем южная и северная. По современному плану разница в глубинах залегания верхнего мела здесь выражается примерно в 1400-1500 м.
Следовательно, на участке Селли изученные породы находились под большим давлением мощной толщи вышележащих отложений и соответствующим температурным влиянием, т.е. в зоне сильного эпигенеза, в условиях, благоприятных для аутигенного минералообразования.
Процессы эпигенеза в глинистых породах нижнего мела на участке Селли ярко выражены и в замещении полевого шпата алевритовой фракции агрегатами гидрослюдистых чешуек, в то время как полевые шпаты одновозрастных глин других изученных участков Дагестана свободны от продуктов вторичных образований.
Монтмориллонит как породообразующий минерал, но в более подчиненном значении чем гидрослюда, установлен всеми методами исследования почти во всех изученных глинах нижнего мела. Однако указанные методы не всегда дают однозначные результаты.
Этот минерал находится в смеси с гидрослюдой, поэтому автор лишен возможности рассчитать его структурную формулу и определить его принадлежность к монтмориллониту или минералу, называемому в литературе бейделлитом. В глинах, где этот минерал значительно преобладает над гидрослюдой, отношение химически связанной SiО2:R2О3 максимальное и составляет 3,17-3,78; содержание К20 значительно падает и соответственно увеличивается процент воды. На рентгенограммах, помимо линий, общих с гидрослюдой, присутствуют линии базисной интерференции с межплоскостным расстоянием от 11,08 до 18,5. Характер термограмм и температурные реакции (см. рис. 2) типичны для бейделлита (вторая эндотермическая остановка ниже, чем для монтмориллонита). На электронномикроскопических снимках изученных образцов минерал группы монтмориллонита образует комковидные агрегаты неопределенных форм с неправильными размытыми краями и разной степенью проницаемости, что совпадает с эталонными снимками монтмориллонита и бейделлита (рис. 3, б).
Показатели преломления агрегатов ориентированных частиц <0,001 мм имеют более повышенные значения по сравнению с приведенными в литературе для этих минералов показателями преломления. Однако светопреломление отдельных чешуек указанного минерала в иммерсионных препаратах крупнопелитовых фракций (0,01-0,001 мм) глин укладывается в нормативы, данные различными авторами для монтмориллонита: Ng = 1,506-1,518; Np = 1,522-1,540.
Каолинит определен по наличию на всех рентгенограммах слабых и средних дифракционных линий 7,02-7,2кХ, иногда в комплексе с линиями 3,52-3,54кХ слабой интенсивности, которые после нагрева в течение 2 час. при температуре 600° совершенно исчезают (Экспериментальная работа проведена Ю.М. Королевым.). Никакими другими методами присутствие каолинита в нижнемеловых глинах нами не обнаружено.
Галлуазит установлен при помощи электронной микроскопии в виде единичного сильно удлиненного трубчатого кристалла в единственном образце монтмориллонитовой глины из Рубаса, наиболее южного района Дагестана.
3. Указанный качественный состав глинистых минералов для всех нижнемеловых глин изученной территории остается постоянным. Качественное же соотношение главнейших породообразующих минералов в этих породах - гидрослюды и монтмориллонита - не всегда одинаково.
Во всех изученных глинах нижнего мела, за исключением наиболее южных районов Дагестана (участки Рубас и Арабляр), гидрослюда является преобладающим минералом. Это позволяет отнести их к типу гидрослюдистых глин. В этих глинах в качестве подчиненного минерала присутствует монтмориллонит, содержание которого увеличивается от более северных участков к южным. Так, в образцах Грозненской области (Датых и Карабулак) содержание монтмориллонита является минимальным. Далее на юг количество его постепенно увеличивается, все более вытесняя гидрослюду, и на южных участках в более глубоководной фации нижнемеловых отложений он становится преобладающим. На участках Рубас и Арабляр глины являются почти мономинеральными и могут быть отнесены к типу монтмориллонитовых глин.
Таким образом, в пределах изученных нижнемеловых глин мы имеем два минералогических типа: гидрослюдистый, наиболее развитый, и монтмориллонитовый, развитие которого на изученной территории ограничивается наиболее южными районами Дагестана, где отложения представляют сравнительно более глубоководную фацию этих пород.
Выделенные области развития указанных минералогических типов глин не имеют четко выраженных границ и связаны друг с другом постепенными переходами.
4. Для обоснованного решения вопроса происхождения изученных глин имеющийся в нашем распоряжении материал далеко недостаточен. Однако есть основание предполагать, что нижнемеловые глины обязаны своим происхождением как процессам механической дифференциации принесенного в бассейн материала, так и диагенетическим и эпигенетическим процессам, связанным с воздействием условий среды осадкообразований и дальнейшего существования этих пород.
Гидрослюда присутствует в двух генетических типах. В глинах изученной территории, за исключением района Селли, этот минерал является принесенным. В нижнемеловых отложениях района Селли гидрослюда имеет аутигенный характер, образование ее связано с эпигенетическими процессами, возникшими в зоне глубокого погружения нижнемеловых отложений.
Приуроченность монтмориллонитовых глин к относительно более глубоководной фации изученных отложений (южный Дагестан), а также наличие ничтожной примеси каолинита в этих породах позволяют высказать предположение, что монтмориллонит здесь является продуктом стадийного разложения каолинита. Последний был принесен в нижнемеловой бассейн в твердой фазе, где в процессе диагенеза под воздействием новых для него физико-химических условий щелочной морской среды был замещен устойчивым для этих условий минералом - монтмориллонитом.
Небольшую примесь каолинита в глинах в этом случае можно считать реликтовым минералом, основная часть которого полностью разложена с образованием монтмориллонита.
Таким образом, основными факторами, определяющими состав глинистых минералов изученных пород нижнего мела, явились как состав поступившего в бассейн исходного материала, так и условия среды осадкообразования и формирования самих пород.
ЛИТЕРАТУРА
1. Викулова М.Ф. Методическое руководство по петрографо-минералогическому изучению глин. Госгеолтехиздат, 1957.
2. Гинзбург И.И. и Рукавишникова И.А. Минералы древней коры выветривания Урала. Изд. АН СССР, 1951.
3. Гмид Л.П. К литологии глинистых пород Чокрака и Карагана северо-восточного Кавказа. Геол. сб. № 1, 1955.
4. Горбунова Л.И. Литология нижнемеловых отложений центрального и северного Дагестана. Тр. ВНИГНИ, вып. VI, 1955.
5. Грим Р.Е. Минералогия глин. Изд иностр. лит-ры, 1956.
6. Гроссгейн В.А. и Мустафаев И. К литологии аптских отложений Дагестана. ДАН СССР, т. LXXIV, № 2, 1950.
7. Муссаев С.Э., Быдтаев А.Б. Итоги геологоразведочных работ на нефть и газ в Дагестанской АССР. План 1958 г. Перспективы на 1959-1965 гг. Сб. «Перспективы нефтегазоносности Северного Кавказа и Предкавказья». Гостоптехиздат, 1959.
ВНИГНИ
Рис. 1. Зависимость показателей преломления нижнемеловых глин (апт и альб) от содержания К2О и Н2О.
Рис. 2. Термограммы и кривые обезвоживания нижнемеловых глин (фр. < 0,001 мм).
1 - обр. 158, апт. Датых; 2 - обр. 48, апт, Дузлак; 3 - обр. 150, альб, Карабулак; 4 - обр. 67, альб, Арабляр; 5 - обр. 60, апт. Огни; 6 - обр. 63, альб, Рубас; 7 - обр. 119, апт, Рубас; 8 - обр. 121, альб, Рубас. а - обр. 119, апт, Рубас; б - обр. 121, альб, Рубас; в - обр. 58, апт, Дузлак; г - обр. 53, альб, Дузлак; д - обр. 48, апт, Дузлак; е - обр. 150, альб, Карабулак; ж - обр. 158, апт, Датых; з - обр. 156, альб, Датых.
Рис. 3. Электронно-микроскопические снимки нижнемеловых глин.
а-обр. 154, апт, Карабулак; б - обр. 141, альб, Селли.