Глинистые минералы меловых отложений северо-западного Прикаспия
В.Р. ВЛОДАРСКАЯ, Д.Д. КОТЕЛЬНИКОВ
Район северо-западного Прикаспия относится к совершенно закрытым. Поэтому только после бурения опорной скважины в г. Астрахань, а также ряда глубоких скважин в прилегающих районах была уточнена тектоника [1], разработана стратиграфия и получена литологическая характеристика слагающих район осадочных пород [2].
В тектоническом отношении рассматриваемый район располагается в зоне передовых складок погребенного герцинского сооружения, лежащего на юго-восточном продолжении Донбасса[3].
Исследование глинистых минералов этих районов в связи с изучением возможных нефтематеринских пород впервые начато В. Р. Влодарской (МГУ).
Меловые отложения (верхний и нижний отделы) залегают на песчано-глинистых породах нижневолжского яруса и перекрываются несогласно лежащими глинистыми породами акчагыла. В нижнемеловом отделе выделяются неоком (предположительно барремский ярус), аптский и альбский ярусы, сложенные песчано-глинистыми отложениями. Верхний мел представлен глинистой толщей сеномана и карбонатными породами турона и верхнего сенона (рис. 1).
Неокомские отложения мощностью 91 м представлены в большей части алевритистыми, местами неравномерно алевритовыми, микрослоистыми темно-серыми глинами. В их толще наблюдаются редкие прослои песчаников и глинистых алевролитов с известковым и сидеритовым цементом. В подошве прослеживается фосфоритовый горизонт, по которому проводится граница нижнего мела и верхней юры (см. рис. 1). Обломочная часть пород неокома состоит из кварца с примесью половых шпатов (20-25%), частично сильно измененных, и слюд. Присутствуют также глауконит, хлорит и пирит, содержание которых уменьшается вверх по разрезу. Глинистая часть пород сложена тонкочешуйчатым буроватым глинистым веществом, интерферирующим в буровато-желтых тонах. Метиленом голубым (МГ) глины неокома окрашиваются в грязно-синие цвета, которые почти не меняются от добавления КСl в верхней части и приобретают очень слабый зеленоватый оттенок в нижней части разреза, что свойственно гидрослюдистым глинам [4]. Как видно на электронной микрофотографии обр. 27 (рис. 2, а), глины неокома состоят из полупрозрачных изометричных пластинок с примесью единичных слабо удлиненных пластинок, относящихся к генетически различным разновидностям гидрослюд [5, 6], а также мелких полупрозрачных и непрозрачных обломков псевдогексагональных кристаллов каолинита. Следует отметить, что изометричные пластинки гидрослюд в верхней части неокома (обр. 27) имеют более мелкие размеры, чем в нижней части (обр. 29а). На рентгенограммах образцов из неокома наиболее сильными являются линии гидрослюд: 11,0; 4,98; 4,52; 2,576...Å. Линии каолинита (7,20; 3,53... Å) – менее интенсивны. Данные химических анализов и термические исследования неокомских глинистых пород также показали преобладание гидрослюд (близкие по интенсивности эндоэффекты при 110, 550 и 840°).
Вышележащие отложения аптского яруса мощностью 25 м имеют тот же литологический состав, но отличаются преобладанием глин. Только в средней части яруса прослеживается прослой глинистого алевролита с примесью песчаного материала (9%). В аптских глинах наряду с гпдрослюдой, изометричные пластинки которой имеют более крупные размеры, чем в верхней части неокома, присутствует также значительная примесь обломочного каолинита (рис. 2, б).
Отложения альбского яруса мощностью 115 м, перекрывающие породы апта, по литологическому составу подразделяются на две пачки. Нижняя пачка сложена песчаниками, переходящими выше в глинистые алевролиты. Песчаники- полевошпатово-кварцевые, неравномерно глинистые, в нижней части - разнозернистые и грубозернистые с кальцитовым, реже глауконитово-глинистым цементом. МГ суспензии песчаных пород окрашиваются в фиолетово-синие и синие цвета, переходящие в грязно-голубые от добавления КCl (см. рис. 1). Наблюдения в электронном микроскопе показали, что частицы глинистых минералов в песчаниках представляют смесь изометрично- и удлиненно-пластинчатой гидрослюды с обломочным каолинитом, причем количество удлиненных пластинок вверх по разрезу возрастает.
Верхняя пачка альбского яруса сложена преимущественно неравномерно алевритовыми темно-серыми глинами с подчиненными прослоями глинистых алевролитов более светлой окраски.
Далее вверх по разрезу глины альба незаметно переходят в глинистые породы сеномана мощностью 107 м. По окраске глины сеномана подразделяются на две пачки. Нижняя сложена углисто-черными, верхняя - темно-серыми глинами. Глины сеномана - плотные, содержат конкреции пирита. В верхней части яруса отмечен прослой с желвачками пиритизированного фосфата. Кроме того, по всему разрезу наблюдается небольшая примесь глауконита.
Глины нижней части верхней глинистой пачки альба в шлифах имеют тонкочешуйчатое строение и сложены бурым глинистым веществом, интерферирующим в буровато-желтых тонах. Как видно по кривым окрашивания, основным компонентом глин является гидрослюда (см. рис. 1). На электронной микрофотографии обр. 17б из этой части разреза (рис. 2, в) преобладает уже удлиненно-пластинчатая разновидность гидрослюд, а изометрично-пластинчатая присутствует в виде примеси. Каолинита в отложениях альба меньше, чем в глинах апта, но несколько больше, чем в породах неокома.
В отличие от описанных глин неокома, апта, нижней песчаной пачки и большей части верхней глинистой пачки альба породы самых верхов глинистой пачки альбского яруса и сеномана характеризуются резко отличным составом глинистых минералов. Прежде всего глины этой части разреза в шлифах отличаются более высокими интерференционными окрасками. МГ они окрашиваются в грязные сине-голубые и голубые цвета со слабым фиолетовым оттенком в самой верхней части разреза. Добавление КС1 меняет окраску на зеленую. На электронных микрофотографиях обр. 2а, 3а, 5а, 9 и 12а (рис. 2, г) частицы глинистых минералов верхов альба и сеномана состоят из очень дисперсных полупрозрачных узких удлиненных частиц, которые по морфологической характеристике следует отнести к выделяемой М.Ф. Викуловой [5] удлиненно-чешуйчатой разновидности монтмориллонита. Одновременно наблюдается небольшая примесь мелких обломков каолинита. По данным химического анализа для глин верхов альба и сеномана характерны: наименьшее по сравнению с нижележащими отложениями количество К2О (2,87-2,94%) и Аl2О3 (20,09-20,31%) и максимальное содержание гигроскопической воды (7,27-7,67%). Такой химический состав указывает на их промежуточный характер между монтмориллонитовыми и гидрослюдистыми глинами [5]. Наличие на рентгенограмме обр. 2а рефлекса 14,8 Å, меняющего свое значение при съемке ориентированных препаратов: с глицерином - до 17,8 Å и после термообработки при 600° до 10,1 Å, четко характеризует присутствие минерала монтмориллонитовой группы [7]. В то же время на рентгенограмме присутствует также полный комплекс линий гидрослюд, в том числе базальный рефлекс первого порядка (001) - 10,6 Å, хотя на электронномикроскопических снимках образцов из этой части разреза (рис. 2, г) отдельно идентифицировать частицы гидрослюд практически невозможно. Это показывает, что глины верхней части альба и сеномана состоят из сложного минерального образования, в котором преобладающий монтмориллонитовый компонент тесно сочетается с гидрослюдистым.
Таким образом, по составу глинистых минералов изученные меловые отложения северо-западного Прикаспия подразделяются на две толщи (см. рис. 1): нижнюю в интервале 1221-1005 м, охватывающую неоком, апт и большую часть альба, и верхнюю - в интервале 1005-883 м, включающую верхи альба и сеноман.
В нижней части нижней толщи (неоком и апт) преобладает различная по дисперсности изометрично-пластинчатая гидрослюда, являющаяся механически перенесенным продуктом стадийно измененных обломков ранее сформированных пород [5], в то время как в верхней части нижней толщи (низы альба) начинает преобладать удлиненно-пластинчатая аутигенная разновидность гидрослюд [5, 6]. Отсюда следует, что условия образования глинистых минералов на протяжении большей части нижнемелового времени (неоком - апт) характеризовались в основном терригенной седиментацией. Угловатый изометричный характер частиц гидрослюды и сравнительно небольшая реликтовая примесь каолинита указывают, что в неокомское время бассейн на рассматриваемой территории был мелководноморским [6].
В аптское время, судя по меньшей переработке каолинита, седиментация обломочного материала происходила в прибрежных опресненных условиях [6], т. е. территория начала испытывать восходящие движения. В дальнейшем к концу аптского века рассматриваемая территория была вообще выведена из-под уровня моря [8, 9], в результате чего верхняя часть аптских отложений оказалась размытой. Альбский век начинается трансгрессией и возникновением нового морского бассейна, в котором, судя по появлению в нижней части альба удлиненно-пластинчатой гидрослюды, преобладает уже коллоидно-хемогенное образование глинистых минералов. Присутствие аутигенной гидрослюды, а также среднее между неокомскими и аптскими породами количество каолинита указывают на иной, как бы промежуточный по сравнению с неокомским и аптским, характер нижнеальбского бассейна.
В верхней толще присутствует удлиненно-чешуйчатая разновидность монтмориллонита, которая является одной из промежуточных разновидностей между монтмориллонитом и удлиненно-пластинчатой гидрослюдой. Удлиненный идиоморфный характер частиц указывает, что образование этой разновидности монтмориллонита связано, так же как и аутигенных гидрослюд, с раскристаллизацией коллоидных растворов, однако, разумеется, иного, чем для гидрослюд, состава. Примесь каолинита в верхней толще минимальна и представлена мелкообломочной сильно измененной разностью. Столь резкое изменение характера глинистых минералов в отложениях верхней части альба и сеномана связано с изменением солевого режима бассейна в конце альбского века. В это время все более возрастающую роль по сравнению с калием в солевом составе бассейна начинает играть магний, а затем и кальций. Указанная тенденция еще более усиливается в сеноманское время, которое сменяется в туроне отложением уже чисто карбонатных осадков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Эвентов Я.С. Западная часть Прикаспийской впадины. Тр. ВНИГРИ, нов. сер., вып. 96. Очерки по геологии СССР, т. 1. Гостоптехиздат, 1956.
2. Эвентов Я.С. Мезозойские отложения западной части Прикаспийской впадины. Тр. Всесоюзного совещания по разработке унифицированной схемы стратиграфии мезозойских отложений Русской платформы. Гостоптехиздат, 1956.
3. Брод И.О. Об основных структурных элементах и перспективах нефтегазоносности южной окраины Европейской части СССР. ДАН СССР, нов. сер., т. XLIX, № 7, 1945.
4. Веденеева Н.Е. и Викулова М.Ф. Методы исследования глинистых минералов с помощью красителей (спектрофотометрический анализ). Изд. Львовского гос. ун-та, 1956.
5. Методическое руководство по петрографо-минералогическому изучению глин. Составлено коллективом авторов под ред. М.Ф. Викуловой. Госгеолтехиздат, 1957.
6. Котельников Д.Д. Глинистые минералы в пашийских отложениях юго-восточной части Татарской АССР. Тр. ВНИИ, вып. XIV. Вопросы геологии нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1958.
7. Михеев В. И. Рентгенометрический определитель минералов. Госгеолтехиздат, 1957.
8. Никитина Ю. И. Палеогеографические условия осадконакопления в нижнемеловое время в Эмбенской нефтеносной области. БМОИП, отдел геологии, т. XXIII, (2), 1948.
9. Соболевская В. И. Палеогеография и структура Русской платформы в верхнемеловую эпоху. Сб. памяти акад. Архангельского. Изд. АН СССР, 1951.
МГУ, Институт геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР
Рис. 1. Геологический разрез меловых отложений Астраханской опорной скважины.
1 - глины; 2 - алевролиты; 3 - алевролиты глауконитовые; 4 - песчаники; 5 - песчаники глауконитовые; 6 - песчаники известковистые; 7 - песчаники с галькой; 8 - песчаники глинистые; 9 - глины с сидеритом; 10 - алевролиты с фосфатной галькой; 11 - известняки.
Рис. 2. Электронномикросконические снимки образцов меловых пород из Астраханской опорной скважины (X12500).
а - обр. 27 (неокомский ярус); б- обр. 24в (аптский ярус); в - обр. 17б (нижняя часть верхней глинистой пачки альбского яруса); г - обр. 12а (верхняя часть верхней глинистой пачки альбского яруса).