ГЕОХИМИЯ, 2007, № 3, с. 297-306
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА ОТЛОЖЕНИЙ ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ И ЕЕ СКЛАДЧАТОГО ОБРАМЛЕНИЯ
© 2007 г. Э. А. Развозжаева, В. К. Немеров, В.А. Макрыгина
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664033 Иркутск, ул.Фаворского, 1а;
E-mail: nemerov@igc.irk.ru Поступила в редакцию 07.07.2005 г.
Исследован изотопный состав органического углерода отложений чехла юга Сибирской платформы и пород ее складчатого обрамления. Породы претерпели влияние процессов катагенеза, метаморфизма и метасоматоза. Изотопный состав углерода хлороформенного битумоида (ХБ) отличается стабильностью в широком диапазоне постседиментационных преобразований пород. Средние значения 513С ХБ отложений чехла платформы составляет -29.5%о. Под влиянием процессов метаморфизма и, особенно, рудного метасоматоза на месторождении Сухой Лог в изотопном составе углерода ХБ зафиксировано некоторое увеличение концентрации тяжелого изотопа по сравнению с отложениями платформы, с разницей до 2%. Устойчивость изотопного состава битумоидов определяется тем, что они являются производными липидов, компоненты которых достаточно толе-рантны к вариациям PT-условий в широком диапазоне. Кероген отложений платформы в большей степени обеднен тяжелым изотопом углерода (513Сф -32.2%) по сравнению с ХБ. Нерастворимое углеродистое вещество (НУВ) метаморфических сланцев заметно обогащено тяжелым изотопом углерода (513Сср -21.9%). Максимальные изменения изотопного состава фиксируются в концентратах НУВ из метасоматически измененных пород месторождения Сухой Лог (5 Сср -17.5%). Утяжеление изотопного состава углерода в процессах метаморфизма и метасоматоза, очевидно, определяется изотопным обменом между углеродом карбонатов и С02 метасоматических растворов, с одной стороны, и НУВ сланцев, с другой.
Рассеянное углеродистое вещество в осадочных и метаморфических породах, как правило, имеет органическое происхождение. С момента попадания в осадок и на всех стадиях его литификации и метаморфизма происходит не только деструкция органических веществ, но и фракционирование изотопов углерода. В морских осадочных породах докембрия углеродистое вещество характеризуется наиболее легким изотопным составом (от -25 до -35 %о). Это связывают в основном с особенностями цикла углерода и состава биоты в древнем океане [1-6]. На начальных этапах преобразования органических остатков в процессах седиментации и диагенеза изотопный состав углерода несколько трансформируется в сторону более или менее отрицательных величин, в зависимости от обстановки в бассейне седиментации, за счет деструкции тех или иных компонентов ОВ, унаследованных от биопредшествеников и имеющих разный изотопный состав [7].
В древних неметаморфизованных осадочных породах разного возраста углерод имеет низкие значения 513С. Так, по разрезу осадочных пород чехла Русской платформы от венда до девона углеродистое вещество (УВ) обеднено тяжелым изотопом до величины 513С -30 %о, причем битумоид и кероген существенно не различаются между собой
по изотопному составу углерода. И только в верхнем девоне проявляется дифференциация изотопного состава битумоидов и керогена [8].
Исследование изотопного состава ОВ в процессе катагенетических превращений каустобиоли-тов на стадиях прото- и мезокатагенеза свидетельствует, что величина 513С в ОВ существенно не меняется. Увеличение доли 513С в изотопном составе ОВ зафиксировано лишь на заключительной стадии апокатагенеза [9].
Широкий интервал вариаций 513С выявлен в древних черносланцевых толщах метаморфических комплексов и залегающих в них рудных месторождений. Установлено, что в процессе метаморфизма, с повышением температуры процесса от 250 до 750°С, в породах происходит изотопный обмен между графитом и карбонатным углеродом, приводящий к увеличению доли 513С в графите [10-13]. Это позволило ряду исследователей отка-либровать графит-кальцитовый геотермометр, основанный на закономерном фракционировании изотопов углерода с ростом температуры: Боттинга рассчитал теоретически для интервала 200-700°С [11], другие исследователи подтвердили эмпирически для интервала 270-750°С [10, 12, 13].
Процессы рудообразования в углеродистых толщах сопровождаются сложными взаимоотно-
шениями органических, неорганических компонентов породы и поступающего, богатого С02 флюида, что также, вероятно, приводит к фракционированию изотопов углерода. Так, на месторождениях, связанных с углеродистыми формациями, установлено зональное распределение углерода и его стабильных изотопов. На золоторудном месторождении Кумтор (Восточная Киргизия) выявлено направленное изменение концентрации органического углерода и полимодальное распределение величин 513С при диапазоне их вариаций от -19.4 до -32.9%о [14]. На золоторудных месторождениях Енисейского Кряжа (Советское и Олимпиадин-ское) выявлена зональность изотопных соотношений углерода [15], связанная с перераспределением компонентов органического вещества и карбонатов, в том числе и изотопов углерода, в условиях повышения температуры. В золоторудном поле Мурунтау (Западный Узбекистан) было выявлено изотопное утяжеление углерода: 513С от -27.9 до -24.9 %о в метасоматитах и рудах, где преобладают "миграционные" (подвижные) формы углеводородов в отличие от метаморфических пород [16].
В литературе отсутствуют систематизированные материалы по изотопному составу углерода в терригенно-карбонатных отложениях юга Сибирской платформы и ее складчатого обрамления. В данной статье мы рассмотрели поведение изотопов углерода при катагенезе и метаморфизме этих осадочных толщ, а также в процессах метаморфоген-но-метасоматического рудообразования в них. В пределах указанного региона находится уникальное стратиформное золоторудное месторождение Сухой Лог, вызывающее большой интерес геологов. Нами проведено дальнейшее исследование углеродистого вещества и его стабильных изотопов в рудах Сухого Лога, где углерод играет роль породообразующего компонента. Полученные нами новые данные по изотопии углерода руд представляют интерес, поскольку число таких определений весьма ограничено [17]. Основная цель данной работы -выяснение зависимости изотопного состава органического углерода отложений от степени их региональных метаморфических трансформаций и локальных гидротермально-метасоматических изменений.
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Отложения осадочного чехла платформы
Осадочный чехол юга Сибирской платформы представлен докембрийскими (рифей- вендскими) и нижнепалеозойскими отложениями суммарной мощностью 2.5-4 км (рис. 1). С этими отложениями связываются основные перспективы нефтегазоносности региона [18]. К верхнему ри-фею предположительно относятся карбонатные
отложения олхинской свиты, распространенные на Иркутской площади и исследованные по керну скважины № 1. Отложения венда выделяются в объеме ушаковской и мотской свит, а нижнего кембрия - в объеме усольской, бельской, булай-ской и ангарской свит. Рассматриваемые отложения расчленяются на два крупных литолого-стра-тиграфических комплекса: терригенный, включающий вендские образования ушаковской свиты и нижнемотской подсвиты, и галогенно-карбонат-ный, охватывающий отложения средне-верхне-мотской подсвит венда и всего нижнего кембрия.
Среди вендских образований чехла платформы нами был проанализирован керновый материал отложений нижнемотской подсвиты, по скважинам: № 159 (Добчурская площадь), № 15 (Коркин-ская площадь), № 139 (Преображенская площадь). Отложения подсвиты широко распространены на юге платформы. Ее разрез сложен преимущественно песчаниками, с подчиненным количеством гравелитов, алевролитов и аргиллитов. Среднее содержание Сорг (без карбонатного углерода) в песчаниках варьирует от 0.30 до 0.60 мас. %, иногда достигая 0.85%.
Отложения нижнего кембрия (бельская свита), исследовались по керну скважины № 12 на Шама-новской площади. Свита сложена галогенно-кар-бонатными образованиями общей мощностью от 150 до 320 м. Содержание Сорг в отложениях свиты распределено относительно равномерно по площади амфитеатра, изменяясь в среднем от 0.14 до 0.20 мас. %, при максимальном разбросе 0.01-0.30%. Породы чехла испытали несколько стадий мезока-тагенеза (МК1-4).
Складчатое обрамление
В пределах Байкальской складчатой области наиболее широко распространены неопротерозойские отложения. Основное поле их развития тяготеет к Байкало-Патомскому рифтогенному прогибу, расположенному на южной окраине древнего Сибирского кратона (рис. 1). Суммарная мощность этих отложений изменяется от 5 км во внешних структурно-формационных зонах (Прибайкальской и Приленской), до 15 км во внутренней (Бодайбинской) зоне. Разрез толщи представляет чередование терригенных и карбонатных пород, часто углеродсодержащих. Региональный метаморфизм проявлен зонально. Во внешних, субплатформенных зонах данные отложения преобразованы от стадии метагенеза (апокатагенез) до серицит-хлоритовой субфации зеленосланцевой фации метаморфизма. Во внутренней зоне метаморфизм изменяется от зеленосланцевой фации в центральной части Бодайбинского синклинория до амфиболитовой фации кианит-силлиманитовой фациальной серии по его периферии [19]. Изотопный состав углерода нами исследовался в черно-
64°
60°
56°
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА ОТЛОЖЕНИЙ 96° 108° 120° 132°
Оленек 1 1 , ГЛ^иА
С —Г"1--V---- \
Вилюц 1
/
Ленск Г&У
139
ы
КРАСНОЯРСК
Усть-Кут Братск
ЛЖ
341
0 159
514 ©15
12
Якутск
ш
159
Рис. 1. Схема расположения участков исследования 1 - границы Сибирской платформы; 2 - складчатое обрамление платформы; 3 - места расположения и номера скважин, где отбирались пробы.
сланцевых образованиях верхнерифейского возраста. По керну скважин были опробованы и проанализированы углеродсодержащие алевропелиты джемкуканской, хомолхинской, аунакитской и вач-ской свит в Бодайбинском синклинории, а по естественным обнажениям - высокоуглеродистые сланцы качергатской свиты в Западном Прибайкалье.
Джемкуканская свита расположена в основании разреза верхнерифейской толщи. Она представлена олигомиктовыми и кварцевыми песчаниками и алеврол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.