Рудоносность некоторых групп осадочных формаций

В решениях IV Всесоюзного литологического совещания (Ташкент, 1959) отмечено, что с осадочными формациями связана наибольшая часть полезных ископаемых, используемых в народном хозяйстве: уголь, нефть, газ, горючие сланцы, соли, фосфориты, стройматериалы, огнеупоры, керамическое и стекольное сырье, флюсы, осадочное железо и марганец, бокситы, сера, ванадий, молибден, никель, кобальт, уран, медь, свинец, цинк, россыпи драгоценных металлов и редких элементов.

Угленосные формации. Угленосные формации распространены в раз­резе земной коры с девона по кайнозой. Они объединяют разнообразные по вещественному составу (приемущественно мелкообломочные алюмо-силикатные) и строению формации, в разрезе которых присутствует комплекс болотных отложений с присущими ему горизонтами торфяников. Угленосным формациям посвящена обширная литература (Г.Ф. Крашенинников, Г.А. Иванов, Е.О. Погребицкий, Ю.А. Жемчужников, П.П. Тимофеев и др.). На примере угленосных формаций разработаны многие идеи цикличности строения осадочных толщ.

Обычно это парагенезис склоновых, аллювиальных русловых, пойменных, дельтовых, озерных, болотных, прибрежных и мелководных морских отложений, накопившихся в обстановке гумидного климата на пространствах заболоченных аллювиальных и аллювиально-озерных равнин, в предгорьях на континентах и на крупных островных поднятиях.

Наибольший промышленный интерес представляют угленосные формации орогенного класса/28/. Они формировались в отрицательных структурах орогенных областей прошлых геологических эпох: в краевых прогибах, в межгорных впадинах (Кузнецкий, Воркутинский, Донецкий, Ленский угольные бассейны, а также многие другие). Меньшее промышленное значение имеют платформенные угленосные формации (Подмосковный, Черемховский угольные бассейны). Среди типично геосинклинальных формаций, накапливавшихся в морских, приемущественно глубоководных обстановках, угленосносных формаций мало, т.к. торфяники могли образовываться только на прибрежных участках островов.

Угленосные формации обнаруживают четкую стратиграфическую приуроченность на платформах и в складчатых областях, обусловленную тем, что их накопление в больших объемах происходило в моменты начала или завершения крупных тектоно-седиментационных циклов. Поэтому они, как правило, имеют асимметричное трансгрессивное или регрессивное направленное строение, осложненное ритмичностью более высоких порядков.

В северной и центральной Евразии угленосность на платформах отмечается в верхнем девоне - нижнем карбоне, в перми, в нижней и средней юре, в верхах нижнего и в верхнем мелу, в эоцене, в нижнем миоцене. Площади торфонакопления последовательно смещались в пространстве, следуя впереди фронта трансгрессирующих морских бассейнов и вслед за регрессирующим бассейном. В орогенных структурах и на примыкающих к ним участках платформ, угленосными являются: средний и верхний карбон, пермь, верхний триас, верхняя юра, верхний мел-палеоген и неоген. Эти толщи формировались в обстановке общих поднятий в ходе процессов тектонической активизации герцинской, индосинийской, верхоянской, ларамийской, альпийской фаз.

П.И.Степановым введены в литературу понятия о «поясах» и «узлах» угленакопления в прошлые геологические периоды. Геологический анализ этих понятий позволил увидеть в «поясах» области былого гумидного климата – климатические зоны благоприятные для развития высших растений. «Узлы» угленакопления формировались там, где в пределах гумидных климатических зон располагались благоприятные для захоронения растительных остатков отрицательные тектонические структуры. На платформах - это обрамление крупных синеклиз, занятых водами шельфовых морей (склоны щитов и антеклиз), рифтовые долины, мелкие впадины на поднятых блоках. В орогенных областях – это крупные межгорные и предгорные впадины.

Различия в вещественном составе (кварцево-каолиновые, граувакково-гидрослюдистые и пр.), внутреннем сложении (ритмичные мелкослоисые, грубослоистые и др.) алюмо-силикатных и смешанных карбонатно-алюмосиликатных угленосных формаций во многом определяют их промышленную значимость в конкретных регионах.

Некоторые угленосные формации являются бокситоносными, золотоносными и алмазоносными, содержат запасы огнеупорных глин, стекольных песков. Они богаты редкими элементами, часто характеризуются повышенным содержанием урана. В ряде районов они нефтегазоносны и практически везде содержат пресную воду.

Нефтегазоносные формации. Нефтегазоносные формации представляют группу «рудоносных» формаций, в которых полезное ископаемое не входит в состав парагенетической ассоциации пород. Формационному анализу нефтегазоносных формаций посвящена большая новейшая литература. Необходимость и результативность формационного анализа в нефтяной геологии отмечались Н.Б. Вассоевичем, В.Е. Хаиным, А. А. и Э.А. Бакировыми, Ю.К. Бурлиным, Н.А. Крыловым, И.К. Королюк и др.

Как справедливо отмечали Н.А. Крылов и А.К. Мальцева/12/, нефтегазоносность присуща любому типу осадочных формаций, а высокая или низкая их продуктивность определяется объемами и качеством резервуаров, их соотношением с флюидоупорами, что зависит от вещественного состава и строения толщ.

Нефтегазоносными могут быть толщи любого возраста. Обычно нефтегазоносность связана с осадочными комплексами позднедокембрийских – кайнозойских отложений, но известны нефтепроявления и газопроявления в метаморфических породах раннего докембрия. С точки зрения нефтегазоносности наибольший интерес представляют алюмо-силикатные (терригенные), карбонатные и смешанные терригенно-карбонатные толщи. Генетически это могут быть самые различные образования.

Минеральный состав алюмосиликатных толщ для оценки нефтегазоносности почти не имеет значения. Важны коллекторские свойства пород — их открытая пористость, проницаемость, зависящие от гранулометрии обломков и типа цемента, а также строение самих толщ. К числу формаций, благоприятных для нефтегазонакопления, относятся мелкообломочные формации морского и наземного происхождений, серо- и красноцветные, толсто- и грубослоистого ритмичного сложения. Наибольший интерес представляет чередование глинистых и мелкообломочных формаций. Значительная часть нефтегазоносных формаций имеет трангсгрессивное строение с увеличением прослоев - относительных флюидоупоров вверх по разрезу.

Cреди терригенных нефтегазоносных формаций Н.А. Крылов и А.К Мальцева /12/ выделяют: песчано-глинистые платформенные, песчаниково-глинистые глауконитовые (на молодых платформах), песчаниково-глинистые угленосные, песчаниково-глинистые пестроцветные (красноцветные), тонкие молассы и дельтовые формации.

Алюмосиликатные и смешанные формации обладают высокими перспективами нефтегазоносности в чехлах молодых и древних платформ, в крупных орогенных впадинах. Нефтегазоносность для терригенных формаций, входящих в состав геосинклинальных комплексов, не характерна.

С точки зрения нефтегазоносности большой интерес представляют некоторые типы карбонатных формаций. По данным И. К. Королюк и др./19/, около половины запасов нефти капиталистических и развивающихся стран приурочено к карбонатным формациям. Велико значение карбонатных формаций как коллекторов для нефтегазовых залежей на глубинах более 5 км, так как карбонатные породы не подвергаются уплотнению. В то же время разнообразные вторичные процессы в карбонатных толщах существенно влияют на изменение первичной пористости и проницаемости пород. Нефтегазоносность бывает связана с различными типами карбонатных формаций. Особый интерес представляют карбонатные толщи рифогенного типа, образованные водорослевыми, кораллово-водорослевыми, археоциатовыми, рудистовыми известняками. При оценке перспектив нефтегазоносности карбонатных формаций очень важно выявить внутреннее сложение толщи: наличие в ее разрезе биогермных построек, продуктов их подводного размыва и изучить их соотношение с вмещающими слоистыми известняками Вероятность открытия месторождений в рифогенных формациях очень высока в зонах сочленения платформ и складчатых областей, на бортах платформенных впадин, в краевых прогибах.

Сланценосные формации.Сланценосности посвящены работы В.С.Вышемирского, С.И.Жмура, С.С.Баукова, Д.Т.Кузнецова, А.С.Левина и многих других исследователей. Сланценосные формации рассматриваются как энергетическое сырье и сырье для нефтехимической промышленностии.

Промышленная сланценосность на территории Северной Евразии связана с карбонатными и алюмо-силикатными (терригенными) формациями от венда по кайнозой включительно. Горючие сланцы в карбонатных толщах присутствуют в разрезе нижнего-среднего кембрия на востоке Анабарской антеклизы (Оленекский сланцевый бассейн) в нижне и среднеордовикских отложениях Прибалтики (Ленинградская область и Эстония), во франских отложениях Приуралья и Притиманья (доманиковая толща), в фаменских — в Припятской впадине. Обычно для сланценосных карбонатных формаций характерны: повышенная кремнистость, присутствие доломитов, парагенезис с биогермными образованиями. Строение толщ во всех случаях тонкоритмичное, коэффициент сланценосности изменяется в зависимости от мелких конседиментационных структур.

Сланценосность, связанная с терригенными толщами, известна в разрезе верхнеюрских отложений на Восточно-Европейской платформе и в Забайкалье, в эоцене Афгано-Таджикской впадины и др. Промышленной сланценосностью обладают пачки в разрезе глинистых гидрослюдистых формаций, содержащих глауконит, желваковые фосфориты. Для этих пачек характерна тонкая ритмичность, обусловленная чередованием слоев горючего сланца, керогеновой глины и некерогеновой карбонатной глины.

Накопление промышленно-сланценосных толщ происходило преимущественно во впадинах палеобассейнов на платформах и в орогенных областях там, где периодически была затруднена аэрация придонных вод.

Площади распространения сланценосных формаций обычно рассматриваются как сланценосные провинции (А.К. Матвеев). Известны попытки выделения «поясов» и «узлов» сланценакопления, подобных «поясам» и «узлам» угленакопления. Несомненно, что временные рубежи сланценакопления соответствуют эпохам максимумов трансгрессий, а поэтому анализ сланценосности необходимо увязывать с тектоно-седиментационной цикличностью. По мнению А. В. Турова, повышенная сланценосность глинистых формаций на уровне волжского яруса была предопределена двумя факторами: наличием впадин — ловушек на дне бассейна и положением этих впадин в южной части семиаридной зоны бореального бассейна.

Большинство сланценосных формаций рассматриваются в качестве нефтематеринских толщ. Нередко они характеризуются промышленными содержаниями редких элементов.

Бокситоносные формации. Вопросам образования бокситовых месторождений посвящены работы А.Д.Архангельского, Г.И.Бушинского, И.И.Гинзбурга и др. Бокситоносность на территории бывшего СССР связана с осадочными толщами девона, нижнего и среднего карбона, перми, верхнего триаса и юры, верхнего мела-палеогена. Залежи промышленных бокситов известны в карбонатных биогенных толщах известняков и в смешанных мелкообломочно-глинистых формациях. Обычно промышленно-бокситоносные толщи приурочены к базальным частям седиментационных циклов. Генетически это парагенезисы элювиальных, склоновых, озерных, делювиально-пролювиальных отложений. Наибольший интерес представляют кварц-каолиновые,- гидрослюдисто-каолиновые формации пестроцветные и сероцветные, накопившиеся по окраинам крупных внутриплатформенных поднятий (щитов, массивов). Выделяются месторождения, связанные с остаточными корами выветривания и месторождения осадочные, представляющие собой переотложенные коры выветривания. Процессы химического выветривания, приводящие к полному разложению силикатов и образованию окисных со­единений, возможны в условиях теплого влажного климата. Отмечается связь бокситоносности и угленосности. Промышленная бокситоносность легко увязывается с местоположением площадей относительно элементов палеорельефа. Особый интерес представляют поверхности палеопенепленов. Алюмосиликатные бокситоносные формации нередко включают про­мышленные залежи огнеупорных глин, стекольных песков.

Многие крупнейшие бокситовые месторождения приурочены к карбонатным формациям (Североуральский бокситовый район, месторождения Салаирского Кряжа, западного Тяннь-Шаня). Залежи бокситов располагаются в основании трансгрессивно залегающих толщ известняков, перекрывающих закарстованную поверхность подстилающей также карбонатной толщи. Отмечается тесная связь промышленной бокситоносности с легко карстующимися разностями рифогенных известняков.

Маганцевоносные формации. Большой вклад в познание закономерностей строения и размещения марганцевых месторождений внес А.Г.Бетехтин. Среди экзогенных месторождений марганца выделяют остаточные, представляющие собой «марганевые шляпы» – коры выветривания на породах, богатых марганцем и осадочные – сформированные в мелководно-морских обстановках при размыве и переотложении продуктов выветривания пород основного состава. Марганцевоносными являются глауконит-кварцево-гидрослюдистые формации с повышенной кремнистостью. Подобный тип формаций распространен в палеогене на Украине, в Грузии, Зауралье. В Казахстане (Джездинское месторождение) промышленно марганцевоносной является нижняя часть грубообломочной аркозовой формации девона, трансгрессивно перекрывающая нижнепалеозойские толщи. Марганцевоносными нередко являются кремнисто-карбонатные толщи. Особый тип марганцевоносных алюмосиликатных формаций — формация красных пелагических глин, формирующаяся в океанских котловинах.

Фосфоритоносные формации. Проблеме фосфоритоносности осадочных толщ посвящены работы Н.С.Шатского, Г.И. Бушинского, Б.М.Гиммельфарба, А.В.Казакова, В.И. Покрышкина, Э.А.Еганова и др. Фосфоритоносными являются карбонатные и аллюмосиликатные мелкообломочно-глинистые формации. На территории бывшего СССР промышленная фосфоритоносность приурочена к отложениям венда, кембрия, ордовика, юры, мела, палеогена.

Фосфоритоносными являются разные типы карбонатных формаций: от кремнисто-карбонатных и доломитово-известняковых до формации писчего мела. Проявления фосфоритов в них также неодинаковы: от желваковых и зернистых до так называемых «пластовых» фосфоритов афанитовой структуры. Карбонатные породы фосфоритоносных формаций обычно содержат глауконит, песчаный и гравийный материал. Пояса распространения формаций с глауконитом и фосфоритами были выделены Н.С. Шатским на примере меловых и палеогеновых отложений юга Европы, северной Африки, Аравии, Среднего Востока.

Фосфоритоносность типична для глинисто-глауконитовых, кварцево-глауконитовых формаций. В них присутствуют желваковые фосфориты. Обогащены фосфоритами базальные горизонты трансгрессивно залегающих толщ, горизонты «конденсации» ископаемой фауны.

Фосфоритоносные формации приурочены к платформам, срединным массивам в подвижных поясах и склонам палеоостровных гряд. Фосфоритоносностью характеризуются относительно мелководные морские отложения, сформировавшиеся в обстановке активных морских течений.

Э. А. Еганов /6/ на примере каратауской фосфоритоносной кремнисто-карбонатной ассоциации показал определенную «организованность» строения отложений, содержащих промышленные концентрации фосфоритов. Организованность фосфоритоносных толщ, выраженную последовательностью: нижний доломит, нижний кремень, нижний фосфорит, межрудная пачка, верхний фосфорит, верхний кремень, верхние карбонаты — он обосновывает на примере других фосфоритовых бассейнов. По его мнению, промышленная фосфоритоносность и типы руд различаются не по приуроченности к платформенным или геосинклинальным структурам, а по типам палеошельфов: на узких шельфах окраинных морей возникают микрозернистые фосфориты, на широких шельфах внутренних морей — желваковые, глауконитово-песчаные. Если учесть, что типы шельфов и впадин (окраинные и внутренние моря) — это тектонически обусловленные категории, тектоническим критерием при анализе фосфоритоносности пренебречь невозможно.

Соленосные и сероносные формации. К соленосным относится вся группа сульфатно-хлоридных формаций а также некоторые типы красноцветных алюмосиликатных мелкообломочных и глинистых формаций, содержащих прослои и линзы каменной соли. Стратиграфическая приуроченность, строение, структурное положение сульфатно-хлоридных формаций достаточно подробно рассмотрены при характеристике самого класса формаций (см. стр. 133 - 137). Терригенные красноцветные соленосные формации пространственно и во времени тесно связаны с сульфатно-хлоридными. Они более широко распространены в отрицательных структурах орогенных областей, формировавшихся в обстановке аридного климата. Их промышленная соленосность обычно невысокая, калийные соли в них отсутствуют.

Сероносными являются, как правило, пачки карбонатных пород, залегающие на границе сульфатно-хлоридных и карбонатных формаций, или внутри сульфатно-хлоридных формаций. Месторождения самородной серы, связанные с сльфатно-хлоридными формациями, известны в разрезе перми на Восточно-Европейской платформе (Поволжье), в верхнеюрских отложениях чехла Туранской плиты, в неогеновых отложениях Предкарпатского прогиба. Происхождение скоплений самородной серы связывают с восстановительным характером действия нефтяных вод на сульфаты.