К оглавлению

К вопросу о происхождении битуминозного вещества в интрузивных породах

Н.А. Минский, М.Н. Саидов

Известно много упоминаний о наличии битуминозных веществ в изверженных породах, однако нет единой точки зрения на происхождение этих битумов. Большинство исследователей генетически связывают битуминозное вещество изверженных пород с вмещающими породами; но некоторые видят в таких случаях только ювенильный источник битуминозного вещества. Так, Н. А. Кудрявцев подчеркивает, что все известные в мире «битумы эффузивных пород представляют остатки от того, что было когда-то в магме, из которой эти породы образовались, и в большей своей части выделилось из нее при движении ее к поверхности и при остывании после излияния или внедрения во вмещающие породы» [5, стр. 252].

Излагаемый ниже фактический материал по Восточной Гоби опровергает это положение Н.А. Кудрявцева.

В Восточной Гоби битуминозное вещество встречается, в частности, среди миндалин в интрузивных базальтах, которые в виде силлов и лакколитов залегают в песчано-глинистых отложениях нижнего мела. Намечается строгая закономерность - битумы присутствуют в базальтах, когда среди интрудированных пород имеются битуминозные разности (глинистые сланцы, мергели и песчаники); если же базальты секут метаморфизованные породы палеозоя или инъецируют участки, где в разрезе нижнего мела нет битуминозных пород, то в веществе миндалин битум отсутствует (рис. 1).

Вещество миндалин, кроме битума, содержит главным образом опал, халцедон, кварц, в меньшем количестве сапонит, хлорит, кальцит и незначительные примазки гипергенных минералов Cu, Ni, Со и Mn. На рис. 2 приведена схема парагенетического взаимоотношения названных минералов, составленная по данным микроскопического исследования вещества миндалин восьми интрузивных тел и на основании определения температуры кристаллизации кварца по температуре гомогенезации газово-жидких включений (всего 15 замеров). Различались две генерации кварца: высокотемпературная, представленная призматическими короткостолбчатыми кристаллами (кварц-I), и низкотемпературная, представленная обелисковидными кристаллами (кварц-II).

Битуминозное вещество было тесно связано с кварцем, сапонитом и кальцитом. Особенности выделения и элементарный состав битуминозного вещества (Химический анализ битумов выполнен под руководством Е.С. Рукавишниковой.) дают возможность подразделить его условно на три типа: битум-I, битум-II и битум-III.

Битум-1 выделяется зонами вместе с сапонитом по периферии миндалин. В сапоните (Рентгенографический анализ битуминозного сапонита провел Ю.М. Королев; образец с восточного склона г. Тушельга.) по Караваеву определено 2,6% органического вещества, состоящего из С-90,20%; Н-4,25% (с поправкой на гидратную воду) и S+N+О - 5,55%. Заметных концентраций органического вещества под микроскопом не наблюдается. Исходя из того, что рентгенограмма не дает аномальных значений межплоскостных расстояний для сапонита (d (001) = 15.5 Ангстрем), можно предполагать, что битум-1 концентрируется на границе коллоидных частиц, размер которых больше главного межплоскостного расстояния решетки сапонита.

Битум-II встречается в виде тонких жилок и включений в кварце-II. Включения представляют собой замкнутые вакуоли, содержащие, кроме битума, слабо минерализованную воду и пузырьки газа. Темно-коричневый битум-II концентрируется по стенам вакуолей; его консистенция воскообразная, температура плавления около 60° С. Описываемый битум (Образец с северо-западного борта Сайн-Шандинского грабена.) полностью растворяется в хлороформе и содержит С - 85,04%; Н - 14,92%; N + S + О - 0,04%. По элементарному составу битум-II можно отнести к парафинам.

Битум-III встречается в виде дисперсно-рассеянных субмикроскопических включений в кристаллах кальцита, занимающего в основном центральные части миндалин, а также выделяется в виде тонких петельчатых жилок на контакте его зерен. Кальцит имеет аллотриаморфнозернистую структуру. Описываемый битум (Образец с глубины 1227 м из скв. 2 Дурбульджинской структуры.) содержит C=83,42%; Н=9,94%; N+S+О= 6,64%.

Осадочные породы Восточной Гоби содержат свободную нефть и, как отмечалось, включают битуминозные разности (хлороформ и спиртобензол извлекали от 0,012 до 3% битума). Состав нефти (Дзун-баинское месторождение) и рассеянного битума (нижнемеловые битуминозные песчаники и глины месторождения Варгой) по данным В.Г. Пуцилло и С.И. Миронова [9] приведен ниже.

Масла битума, рассеянного в песчанике Баргоя, по элементарному составу «... наиболее близко примыкают к маслам, выделенным из нефти Дзун-баина» [9, стр. 47]. В нефтях Дзун-баина, как показывают анализы лаборатории промысла, количество парафина (по Гольде) колеблется от 3,6 до 23,3% при температуре плавления его 46-55° С, а бензиновых фракций - от 6 до 10%.

Характерно, что битуминозные породы района содержат кероген, выделяющий смолу при нагревании. По результатам разгонки этой смолы (сланцы месторождения Убыдык), выполненной под руководством Н.А. Орлова, в ней содержится 24% бензина и 3,3% парафина, по качеству аналогичных парафину и бензину, выделенных из нефтей Дзун-баинского месторождения.

В связи с изложенными фактами следует отметить, что предположение Н.А. Кудрявцева [5, стр. 148] о том, что якобы под воздействием высокой температуры из органического вещества «... образуется лишь смола, очень далекая по составу от природной нефти», не отвечает действительности.

Температура кристаллизации кварца-II, с которым тесно связан парафинистый битум-II, показывает, что последний был захвачен кварцем вместе с маточным раствором при температуре 168-137° С. По-видимому, битум-I и битум-III концентрировались в другой термодинамической и физико-химической обстановке. Битум-I мог быть адсорбирован сапонитом при меньшей температуре в краевой части интрузивного тела; битум-III, возможно, был захвачен растущими кристаллами кальцита также при меньшей температуре, но при более высоких значениях ОкВ потенциала и более высоких значениях pH.

Если принять точку зрения глубинного происхождения битумов, то в разбираемом случае следует предположить и глубинный источник кремнезема, так как последний, что отмечалось выше, парагенетически тесно связан с битумом-II. Между тем обилие кремнекислоты не увязывается с составом основной магмы. В петрологии не известны примеры, когда бы реакционные пары таких соединений, как ортосиликаты двухвалентных оснований (оливин и др.) и свободный кремнезем при длительном существовании расплава не давали бы в результате перетектических реакций инконгруентных соединений (пироксенов и др.). Наблюдения показали, что базальты, которые иногда включают до 20% кварцевых, халцедоновых и опаловых миндалин, жеод и прожилков, в непосредственной близости от последних (установлено под микроскопом) содержат неизменные фенокристаллы оливина, и не содержат кварца как породообразующего минерала, даже в акцессорных количествах. Это не дает основания связывать гидротермальные растворы, из которых выделялся кремнезем, и битум с магмой. Вместе с тем отсутствие гидротермальных новообразований кварца в зоне экзоконтакта (распространение гидротермального кварца строго ограничивается контурами интрузивных тел) указывает, что движение минерализующих гидротерм было направлено от боковых пород в сторону интрузивных тел. Отсюда согласно мнению В.Н. Муратова [7, стр. 311] следует, что битуминозное вещество (нафтоид) в данном случае не магматического происхождения, так как кварц, включающий его, не является первичным магматическим минералом.

В результате работ советских ученых А.Н. Заварицкого [3], А.Г. Бетехтина [1], П.Н. Кропоткина [4], В.А. Николаева [8] и других в области изучения термодинамических процессов петрогенеза и образования рудных месторождений выяснилось, что восходящее движение магмы контролируется планетарными разломами, уходящими, судя по координатам глубокофокусных землетрясений, до глубины слоя Мохоровичича. В момент образования этих зон разломов давление в них падает по сравнению с окружающим субстратом, что является причиной перехода крайне уплотненной материи, насыщенной свободной энергией, в состояние подвижного магматического расплава и восходящего подъема этого расплава вдоль зон глубинных разломов. Эвтектоидная выплавка при этом исключает образование газовой фазы. Газ мог раствориться в магме при ассимиляции ею боковых пород. В дальнейшем, при подъеме магмы из областей большого гидростатического давления в области с малым гидростатическим давлением, растворенные в магме газы должны выделяться в самостоятельную фазу. В затвердевшем магматическом расплаве газовая фаза оставляет в породе замкнутые пузырьки, полости и т. д.

Магматический расплав, внедрившийся во влажные породы, нагревает пластовые воды и превращает их в гидротермы. На известной стадии гидротермы могут выщелачивать из вмещающих пород содержащиеся в них компоненты.

При охлаждении затвердевшего интрузивного тела сокращается объем изверженных пород, благодаря чему внутреннее давление в интрузивных телах падает, что вызывает контракционные усилия, ведущие к образованию трещин приоткрывания. На завершающем этапе охлаждение интрузивных тел способствует еще большему перепаду давления между вмещающими породами и интрузивными телами, так как коэффициент объемного расширения изверженных пород намного меньше коэффициента объемного расширения газа, заполняющего пустоты в изверженной породе. В связи с этим утверждение Н.А. Кудрявцева [5, стр. 148], что «магма, остывая в условиях понижающегося давления могла только выделять заключенные в ней в огромном изобилии газы, но не растворять новые», является заблуждением. Разность в коэффициентах объемного расширения остывающих изверженных тел и включенных в них газов - главная причина того, что пластовые минерализующие воды, окружающие интрузивный массив, могли «всасываться» последним и разгружать содержащиеся в них компоненты (в рассматриваемом случае кремнезем и битуминозное вещество) в полостях и трещинах интрузива.

Возможно, что некоторые метеориты, упавшие в почву, в которой содержалась вода и органическое вещество, при своем охлаждении могла «всасывать» их и под влиянием последующих термических преобразований генерировать, с одной стороны, такие минералы, как хлорит, с другой - высокоассоциированные углеродистые образования, а при отсутствии воды - когенит (Fe₃C) и мауссанит (SiC).

На основании изложенного можно отметить, что в ходе магматической деятельности и образования интрузивных тел давление в области магматических масс не превышает давления вмещающих пород. Однако сторонники неорганической гипотезы происхождения нефти, напротив, считают, что вертикальное движение газообразных углеводородов (или других флюидов), якобы диффундирующих через интрузивные тела и вмещающие породы, происходит под влиянием избыточного давления в области магматических очагов.

В этом точка зрения сторонников неорганической гипотезы происхождения нефти совпадает с ошибочными представлениями Линдгрена [6], Эммонса [10] и Грейтона [2].

А.Г. Бетехтин [1, стр. 454-456] в последние годы окончательно доказал, что упомянутые представления не соответствуют действительности и несут в себе элементы эклектицизма.

Из приведенных выше данных вытекают следующие выводы.

1. Битуминозное вещество в изверженных породах Восточной Гоби генетически связано с осадочными породами.

2. Начальные и конечные этапы магматической деятельности и становления интрузивных тел идут при меньшем давлении по отношению к вмещающим породам. Поэтому ставится под сомнение главное положение гипотезы Неорганического происхождения нефти о том, что существует вертикальная миграция составных частей нефти из «глубинных магматических очагов».

ЛИТЕРАТУРА

1. Бетехтин А.Г. О причинах движения гидротермальных растворов. Сб. «Основные проблемы в учении о магматогенрудных месторождениях». Изд. АН СССР, 1953.

2. Грейтон Л. Природа рудообразующего флюида. Перевод с англ., Госгеолиздат, 1946.

3. Заварицкий А.Н. Некоторые факты, которые надо учитывать при тектонических построениях. Изв. АН СССР, серия геологическая, № 2, 1946.

4. Кропоткин П.Н. Современные геофизические данные о строении Земли и проблемы происхождения базальтовой и гранитной магмы. Изв. АН СССР, серия геологическая, № 1, 1953.

5. Кудрявцев Н.А. Нефть, газ и твердые битумы в изверженных и метаморфических породах. Гостоптехиздат, Тр. ВНИГРИ, вып. 142, 1959.

6. Линдгрен В. Минеральные месторождения. Перевод с англ., ОНТИ, 1934.

7. Муратов В.Н. Органические минералы (группы нафтидов и нафтоидов). «Спутник полевого геолога нефтяника», т. 1, Гостоптехиздат, 1954.

8. Николаев В.А. О применении термодинамики к некоторым петрологическим процессам. Записки Всесоюзного минералогического общества, ч. 86, вып. 2, 1957.

9. Пуцилло В.Г., Соколова М.Н., Миронов С. И. Нефти и битумы Сибири. Изд. АН СССР, 1958.

10. Эммонс В. О механизме образования некоторых систем металлоносных рудных жил, связанных с гранитными батолитами. Сб. «Геология рудных месторождений западных штатов США». Перевод с англ. ОНТИ, 1937,

ВНИГНИ

Таблица

Объект исследования	Компонентный состав, %				Элементарный состав, %			С/Н
	масла	промежуточная фракция	силикагелевые смолы	асфальтены	Н	С	N+S+O
Нефть (Дзун-баин)	62,73	3,33	33,57	0,08	84,52	11,16	4,32	7,2
Песчаник (Варгой)	40,43	7,98	51,7	0,27	85,75	13,07	1,48	6,5
Глина (Варгой)	-	-	-	-	83,69	11,79	4,52	7,1

Рис. 1. Битумы Восточной Гоби.

1 - предполагаемый контур бассейна седиментации в эпоху нижнего мела; 2 - интрузивные тела основных пород мелового магматического цикла; 3 - зоны развития в осадках нижнего мела битуминозных пород (сланцев, мергелей, песчаников); 4 - битумы в магматических породах; 5 - свободные битумы в осадочных породах.

Рис. 2. Схема процесса вторичной минерализации основных пород мелового магматического цикла в Восточной Гоби.