Донные осадки оз. Севан и особенности их органического вещества
В. В. ВЕБЕР, С. Г, САРКИСЯН, А. И. ГОРСКАЯ
В последние годы в связи с открытием нефти в седиментационных бассейнах, сложенных континентальными формациями, вопрос о возможности образования нефти в условиях пресноводных фаций осадков приобретает большое принципиальное значение.
В качестве примера пресноводных осадков были взяты для исследования современные отложения оз. Севан (Армения). Всего было получено два образца, каждый в количестве около 3 л влажного осадка. Один (глинистый ил) был поднят дночерпателем со дна Большого Севана с глубины 35 м, второй (алевритово-глинистый ил) - со дна Малого Севана с глубины 78 м.
Изученные илы желтовато-серого цвета (в сухом состоянии) монтмориллонитового состава. Среди терригенных минералов широким развитием пользуются магнетит и лимонит во фракции 0,25-0,1 мм, а цоизит и роговая обманка обыкновенная - во фракции 0,1 - 0,01 мм. В химическом составе этих илов доминирующая роль принадлежит кремнезему (51-56%). Содержание СаО не превышает 11%.
Как показал микроскопический анализ, произведенный Н.И. Фокиной, осадки оз. Севан характеризуются богатой флорой диатомовых водорослей: планктических и бентических. В илах обоих водоемов встречаются одни и те же виды диатомовых, но их количество и размеры их клеток в пробе из М. Севана значительно больше. Из форм бентоса в этой пробе, например, в массе найдены очень крупные (до 260 m) клетки Campylodiscus noricus и др. В пробе из Б. Севана такие гигантские клетки диатомовых единичны. Соответственно среди диатомовых бентоса в пробе из М. Севана мелких форм значительно меньше, чем в пробе из Б. Севана. Одни и те же доминирующие формы планктона (Cyclotella ocellata) в пробе из М. Севана также характеризуются большими размерами (до 40m),; чем в пробе из Б. Севана (до 18 m);
Содержание органического вещества в илах высокое (табл. 1) и его исходным материалом в основном являются именно диатомовые водоросли. На это указывает характерная для диатомового органического вещества величина отношения C/N= 7,2 - 7,3. Повышенному содержанию органического вещества соответствуют устойчиво низкие значения окислительно-восстановительного потенциала осадков: Eh =-230, -280mV при рН = 7,5. Среда осадков, следовательно, восстановительная.
Исследованные нами две пробы осадков взяты в центральной части водоема. По имеющимся данным содержание органического углерода в прибрежных осадках озера колеблется от 0,48% до 4,97%, т. е. в среднем 2,6%. Обнаруженные в прибрежных осадках местами весьма высокие концентрации органического вещества, по-видимому, связаны здесь с интенсивным развитием донной водоросли Chara fragilis; в некоторых участках наблюдаются мощные заросли Ceratophyllum и Lemna trisulca.
Детальное изучение битумов наших двух проб осадков произведено в институте ВНИГРИ А.И. Горской (табл. 1). При анализе битум экстрагировался из предварительно декальцинированного осадка спиртобензолом и затем разделялся на две части: 1) растворимую в бензоле и 2) остаток, растворимый только в спиртобензоле. Первая, или бензольная, часть битума подвергалась компонентному (выделение масел, смол и асфальтенов) и элементарному анализам.
По содержанию углерода и водорода к относительно более восстановленным компонентам битума относятся масла и бензольные смолы, к более кислым - спиртобензольные смолы и асфальтены и к наиболее кислым - спиртобензольная часть битума.
В связи с повышенным содержанием органического вещества содержание битума в осадках высокое: 0,70-0,78%.
Качественно битумы обеих проб неидентичны. Битум образца из М. Севана отличается от битума Б. Севана значительно меньшим содержанием спирто-бензольной части (всего 8,5%), в его элементарном составе меньше неуглеводородных элементов (О+N+S), ниже отношение С/Н, в компонентном составе больше масел и т. д. По тем же показателям битум образца из Б. Севана характеризуется значительно большими чертами окисления.
По компонентному составу битум М. Севана близок к битумам диатомовых водорослей, исследованным А И. Горской на каспийском материале (Горская А. И. Изучение органического вещества современных осадков. Сб. «Накопление и преобразование органического вещества в современных морских осадках». Гостоптехиздат, 1956. ). Это указывает, что битум М. Севана, если и подвергался окислению, то незначительному.
На различия в степени окисления битумов осадков М. Севана и Б. Севана, по-видимому, оказали влияние различные состав и размерность исходных диатомовых водорослей. Хотя по количеству экземпляров бентических форм в пробе из М. Севана несколько меньше, чем в Б. Севане, но преобладающая часть их представлена здесь крупными клетками, поэтому по весу роль бентоса в пробе из М. Севана в действительности значительно выше. Эта часть исходного органического материала, как приуроченная к грунту, быстрее выходит из сферы влияния окислительных процессов. Имеют значение и большие размеры клеток планктических диатомовых в пробе из М. Севана; чем больше размеры диатомовых, тем медленнее идет их разложение в окислительной водной среде.
Показатели битумов обоих образцов нанесены на треугольную диаграмму компонентного состава битумов; левый угол треугольника отвечает 100% содержания масел и бензольных смол, правый угол - 100% содержания спиртобензольных смол и асфальтенов и верхний угол - 100% содержания спиртобензольной части битума (см. рисунок). На этот же треугольник нанесены для сравнения показатели битумов диатомовых водорослей и осадков морских фаций, обогащенных органическим веществом тоже диатомового происхождения: фации сублиторали Каспийского моря и фации диатомовых илов впадин окраинных морей.
Точка битума М. Севана примыкает к полю битумов каспийских осадков фации сублиторали, где органическое вещество диатомовых водорослей тоже почти не испытало окисления. Точка битума Б. Севана значительно сдвинута в сторону большего содержания кислых компонентов битума. На треугольнике она располагается в непосредственной близости от поля битумов фации глубоководных диатомовых илов впадин окраинных морей. Как и в случае Б. Севана, эти битумы являются сильно окисленными. Однако один и тот же эффект окисления диатомового органического вещества создается во впадинах при глубине бассейна более 1000 м, а в Б. Севане - при глубине всего 35 м.
По данным сравнения битумов осадков Б. Севана с битумами глубоководных диатомовых илов окраинных морей приходится говорить о более быстром окислении органического вещества планктона в условиях пресной воды (в какой-то мере в соленой воде этот процесс задерживается).
Более резко битумы пресноводных осадков оз. Севан и современных морских осадков различаются по содержанию углеводородов. При ацетилировании объединенной пробы неомыляемых (из масел битумов Б. Севана и М. Севана) А.И. Горской было выделено две фракции углеводородов: I фракция в количестве 31,9% от неомыляемых и II фракция в количестве 12,6% от неомыляемых. Их содержание в пересчете на масла, на битум и т. д. представлено в табл. 2.
Абсолютное содержание углеводородов в сухом весе осадка соизмеримо с их содержанием в отложениях морских осадков, в частности в отложениях с органическим веществом тоже диатомовой природы (см. табл. 2). Содержание же углеводородов, считая на органическое вещество и на битум, в осадках оз. Севан значительно меньше чем в морских осадках. Но и в данном случае содержание углеводородов (в пересчете на сухой вес, на органическое вещество и на битум) в осадках М. Севана выше, чем в Б. Севане.
Отличны углеводороды оз. Севан от углеводородов морских отложений и по спектральным характеристикам. Как показало изучение инфракрасных спектров поглощения, произведенное Е.А. Глебовской, обе фракции углеводородов битумов оз. Севан в основном представлены парафиновыми структурами, чем они существенно отличаются от углеводородов современных морских осадков, в составе которых обнаружены и ароматические углеводороды. Среди же углеводородов оз. Севан ароматические углеводороды отмечены или в виде следов (I фракция), или в незначительном количестве (II фракция).
С присутствием углеводородов в осадках пресноводных фаций приходится считаться как с установленным фактом, главным образом по данным американских исследователей. Однако природа этих углеводородов в отличие от значительно лучше изученных углеводородов современных морских осадков до сих пор оставалась невыясненной.
По содержанию углеводородов в битуме и в маслах битума и по спектральным характеристикам исследованные углеводороды осадков оз. Севан скорее всего являются остаточными от углеводородов исходного органического материала. Признаков новообразования углеводородов на данной ранней стадии процесса еще не наблюдается.
Но все же по содержанию углеводородов и по характеристикам вмещающих их битумов вырисовываются определенные черты большего восстановления битумов в осадках М. Севана по сравнению с осадками Б. Севана. Как уже отмечалось, это следует связывать с меньшим окислением исходного органического материала диатомовых водорослей в осадках М. Севана, где в общем балансе органического вещества участие диатомовых бентоса по весу выше, чем в Б. Севане. Образцы осадков М. Севана взяты при глубине водоема 78 м. При прочих равных условиях на меньших глубинах водоема относительное участие беитических организмов могло быть еще выше.
В условиях меньших глубин бассейна и на более поздних стадиях процесса можно ожидать изменения и характеристики углеводородов в сторону их новообразования. Этому могла бы способствовать наблюдаемая в данных случаях устойчиво восстановительная среда осадков. Для проверки такого предположения в дальнейшем интересно исследовать не столько донные пробы осадков пресноводных фаций, сколько их грунтовые колонки, взятые на малых глубинах бассейна.
ВНИГНИ, ИГРГИ, ВНИГРИ
Таблица 1 Битумы осадков оз. Севан (По аналитическим данным А. И. Горской.)
|
Место взятия образца |
Б. Севан |
М. Севан |
|
В сухом весе осадка, %: |
|
|
|
органический углерод |
4,59 |
3,80 |
|
бензольная часть битума |
0,45 |
0,71 |
|
спиртобензольная часть битума |
0,25 |
0,07 |
|
сумма обеих частей битума |
0,70 |
0,78 |
|
Общее содержание битума в органическом веществе осадка, % |
8,3 |
11,3 |
|
В битуме, %: |
|
|
|
бензольная часть |
64,3 |
91,5 |
|
спиртобензольная часть |
35,7 |
8,5 |
|
Элементарный состав бензольной части битума, %: |
|
|
|
С |
68.89 |
71,65 |
|
Н |
9,70 |
10,38 |
|
O+N+S |
21,41 |
17,97 |
|
С/Н |
7,1 |
6,9 |
|
Компонентный состав бензольной части битума, % |
|
|
|
масла |
17,2 |
24,7 |
|
смолы бензольные |
17,8 |
15,1 |
|
смолы спиртобензольные |
15,0 |
14,0 |
|
асфальтены |
50,0 |
46,2 |
Таблица 2 Содержание углеводородов в осадках оз. Севан (По аналитическим данным А.И. Горской.)
|
Объект исследования |
Количество анализов |
Углеводороды, % |
||||
|
В маслах |
в бензольной части битума |
в битуме |
в органическом веществе |
в сухом весе осадка |
||
|
Донный ил Б. Севана |
1 |
14,6 |
2,5 |
1,6 |
0,14 |
0,011 |
|
Донный ил М. Севана |
1 |
13,8 |
3,4 |
3,1 |
0,35 |
0,024 |
|
Среднее |
2 |
14,2 |
2,95 |
2,35 |
0,25 |
0,017 |
|
Для сравнения |
|
|
|
|
|
|
|
Планктон диатомовый, Каспий |
1 |
13,7 |
6,2 |
6,2 |
1,42 |
0,62 |
|
Донные осадки фации сублиторали, Каспий |
2 |
53,2 |
14,8 |
13,8 |
2,41 |
0,050 |
|
Донные глубоководные диатомовые илы окраинных морей |
2 |
31,2 |
7,2 |
4,5 |
0,47 |
0,019 |
Рисунок Треугольник компонентного состава битумов.
1 - битум осадков Б. Севана; 2 - битум осадков М. Севана; 3 - битум органического вещества диатомовых водорослей; 4, - битумы осадков фации сублиторали, Каспий; 5 - битумы глубоководных диатомовых илов фации впадин окраинных морей.