научная статья по теме ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ. СООБЩЕНИЕ 1. ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ СТРУКТУРНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ Геология

Текст научной статьи на тему «ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ. СООБЩЕНИЕ 1. ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ СТРУКТУРНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ»

ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 5, с. 468-485

УДК 551

ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ. СООБЩЕНИЕ 1. ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ СТРУКТУРНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕЙ И БИТУМОВ

© 2007 г. Е. Д. Сышгаевский, Ю. В. Щегольков, Г. Ч. Витоженц, Г. К. Хачатрян, С. Н. Петрова

Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов

117545 Москва, Варшавское шоссе, 129, корп. 1;

E-mail: tsnigri@tsnigri.ru Поступила в редакцию 22.05.2006 г.

В работе приведены результаты исследования природных органических веществ (ОВ), представленных классами твердых и высокомолекулярных соединений: смолы, озокерит, асфальтит, керит, графит и другие. Указанные вещества образуют рассеянные и концентрированные формы, слагают прослои, самостоятельные скопления и вкрапленность в трещинно-жильной системе, в страти-формных телах, сопровождают рудную минерализацию. Сочетание современных видов анализов (оптико-минералогический, элементный химический, изотопный, инфракрасно-спектроскопический, рентгеновский фотоэлектронно-спектроскопический) позволяет получить новую информацию о трансформации ОВ в ходе процессов нефтеобразования и рудогенеза. Изменения состава и свойств органического вещества определяют концентрацию рудных элементов и смену механизмов их фиксации - сорбцию, хемосорбцию и восстановление. Изотопно-геохимические признаки структурной трансформации углей и битумов позволяют разработать единую шкалу катагенеза и метаморфизма сапропелевого и гумусового типов вещества.

В осадочных и изверженных породах, а также углистых метеоритах встречаются рассеянные и концентрированные формы органических веществ (ОВ). Под обобщающим термином ОВ рассматриваются соединения углерода с водородом, гетероэлементами (О, N S) и некоторым количеством элементов-примесей Р, С1, металлы). Методами экстракции с последующим анализом расшифровывается состав и строение природных ОВ - сложных смесей различных соединений. Выбор и схема методов определяется задачами исследований: при анализе растворимых фаз ОВ используются химико-битуминологические и физические методы, твердых фаз - физико-химические и минералого-углепетрографические. При изучении различных соединений и фаз ОВ отсутствует единый методический подход, поэтому результаты исследований часто трактуются неоднозначно.

Трансформация тонкорассеянных и концентрированных форм ОВ (углефикация, битуминизация) протекает непрерывно под воздействием сейсмических, электрохимических, термобарических и других явлений. Трансформация ОВ сопровождается перестройкой минеральной (карбонатной, кремнистой, сульфидной) и кристаллохими-ческой матрицы вмещающих горных пород.

Указанные взаимосвязи веществ можно использовать для расшифровки процессов седиментации, катагенеза, метаморфизма.

ОВ горных пород слагается двумя группами соединений: растворимой и нерастворимой фазами. Растворимые фазы ОВ (битумоиды) разделяются на предельные углеводороды - н-алканы С12-С40, циклические - нафтены; непредельные -изопреноиды, простые и полиароматические (ПАУ); сложные соединения - асфальтены и смолы. Нерастворимые фазы ОВ (кероген) слагаются высокомолекулярными соединениями (ВМС) углерода, которые отличаются плотной упаковкой атомов и структурной упорядоченностью (сажа, фулерен, графит).

Специфичные соединения ОВ (биомаркеры) рассматриваются как реликтовые структуры исходных соединений, распространенность которых используется для реконструкции геохимических условий осадкообразования и источников ОВ [Успенский и др., 1964; Тиссо, Вельте, 1981; Камьянов и др., 1983; Каюкова и др., 1999]. Источник сапропелевого и гумусового типов ОВ определяется отношением специфичных соединений изо-преноидного типа (фитан, пристан и др.), смещением максимума в распределении н-алканов от С24-

С26, в область С27-С29. При термокаталитических и высокострессовых процессах наблюдается перераспределение структур УВ от С18 до С10.

Было показано [Германов, Чиненов, 1986; Большаков, 1990; Чахмахчев и др., 1998; Волкова, 1998; Каюкова и др., 1999], что общее количество и состав ПАУ контролируются термическими или термокаталитическими процессами и используются как индикаторы высокотемпературных процессов (до 400°С). В новообразованных угле-родсодержащих ассоциациях повышается концентрация халькофильных элементов (Си, Мо, и, V, Ag, Аи).

Таким образом, изменение состава, строения и свойств ОВ сопровождается перераспределением других веществ и соединений.

Трансформация ОВ (РОВ, угли, битумы) определяет механизм образования, переноса и фиксации рудных элементов [Успенский и др., 1964; Холодов, 1971; Камьянов и др., 1983; Германов, Чиненов, 1986; Пеньков, 1989, 1996; Горжевский и др., 1990; Мелков, Сергеева, 1990; Ручкин и др., 1992; Юдович и др., 1998; Волкова, 1998; Каюкова и др., 1999; Иванкин, Назарова, 2001; Мартихаева и др., 2001; РатеИ, 1994; Glikson, Mastalerz, 2000]. Следовательно процессы нефте- и рудообразова-ния имеют общие признаки трансформации ОВ и перераспределения веществ, в одних случаях концентрирующие жидко-вязкие и твердые соединения углерода, в других - рудные минералы с ОВ.

Задачей настоящей работы является установление изотопно-геохимических признаков трансформации вязких и твердых фаз ОВ: 1) выявление изотопных индикаторов процессов; 2) установление зависимости между структурой и свойствами ОВ; 3) реконструкция структуры исходного вещества; 4) анализ рудных элементов в углеродсодержащей ассоциации минералов; 5) характеристика парагенезиса ОВ и рудной минерализации.

МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом для изотопно-геохимических исследований явилась коллекция различных типов ОВ, которые группируются по геологическим условиям залегания с учетом применяемых методик выделения (табл. I). Типы ОВ различаются по морфологии - рассеянные и концентрированные выделения (РОВ и КОВ), по условиям залегания -вкрапленные, гнездовые, жильные, пластовые, по структурам - аморфные, упорядоченные, графитовые.

ОВ встречается как в породах осадочных бассейнов платформ, так и в гидротермально-мета-морфогенных образованиях орогенно-складча-тых структур и вулкано-плутонических поясов,

оно тесно ассоциируют с сульфидной минерализацией, карбонатной и силикатной фазами.

Битумоиды - подвижная часть ОВ - способствуют новообразованию, замещению и срастанию минералов (карбонат, опал, кварц, пирит, антимонит, настуран и др.) и концентрации ряда элементов. Подобные скопления (рудоносный битум) ассоциируют с рудной минерализацией (U, V, Ti, Ag, Au) различных типов [Банникова, 1990; Мелков, Сергеева, 1990; Ручкин и др., 1992; Заи-ри, Сынгаевский, 2002; Glikson , Mastalerz, 2000].

Можно выделить следующие группы образцов ОВ.

Первая группа включает образцы (1-38) нефтеносных отложений в платформенных и складчатых структурах . Литологические разности пород (карбонатные, кремнистые, глинистые сланцы) содержат Сорг от 0.6 до 3.47% и прослои, обогащенные Сорг до 6.2-9.4%. Общими признаками ОВ являются: разнообразная люминесценция (от бело-голубой до светло- и темно-коричневой), повышенное содержание жидко-вязкой фазы (до 15-60%), высокая битуминозность пород (0.004-2.98% ).

Вторая группа содержит твердые и вязкие битумы как в виде рассеянной примеси и тонких прожилков, так и жильных выделений и агрегатов. Неоднородность распределения ОВ выражается вариациями содержаний Сорг от 0.02 до 4.3% и битумоидов - 0.006-0.01 до КОВ >5%.

Третья группа объединяет рассеянные формы ОВ (образцы 67-82) в осадочных породах, находящихся на стадиях мезокатагенеза МК2-МК4; содержание Сорг в них составляет от 0.8 до 12%, битуминозность повышена 0.009-0.119%.

Четвертая группа включает ОВ (образцы 83109) гумусового типа (РОВ и КОВ: обломки, линзочки, пласты каменных углей) с очень разным содержанием Сорг - от 0.05 до 45% и низкой биту-минозностью.

Пятая группа объединяет ОВ метаморфизо-ванных пород терригенно-углеродистых и карбо-натно-кремнистых, углисто-слюдистых сланцев золоторудных и свинцово-цинковых месторождений (образцы 110-140). Концентрация ОВ в трещинных зонах и около нарушений (Сорг = 0.5-4.9 до 13.5%) создает зональность по литотипам пород, по сульфидно-рудной минерализации. ОВ сопровождаются остаточной битуминозностью (0.003-0.026%), повышенной в отдельных образцах до 0.104%.

Из минералогии каустобиолитов известно, что твердые ОВ образуются путем последовательных реакций превращения исходного вещества, часть которого сохраняет неоднородный состав, структуру и свойства этих веществ [Успенский и др., 1964; Пеньков, 1996]. Битумный ряд таких ОВ и реликтов более ранних структур обнаруживается минералогическим и химическими метода-

ми и разделяется на фракции. Сопоставление подобных фракций (от асфальтенов до рудоносных битумов) по химическому, элементному и изотопному составу дает представление о направленности трансформации ОВ и механизмах реакции (окисление, отщепление боковых цепей, ароматизация, полимеризация). Каждая из указанных реакций сопровождается разделением изотопов углерода в реакциях перегруппировки, гибридизации, генерации, отщепления. Изотопный состав углерода, соотношение функциональных групп и элементов контролируют содержание металлов и образуют последовательный ряд изменений, максимально проявленный в асфальтово-смолистых компонентах ОВ [Сынгаевский, 1993; Сынгаев-ский и др., 2003].

Разнообразие типов исследованных образцов ОВ потребовало сочетания приемов дробления, рассеивания, предварительной химической обработки, ступенчатой экстракции и очистки, диагностики соединений. ОВ исследовались с применением методов извлечения и диагностики чистых фракций вещества, которые рассматриваются во многих публикациях [Успенский и др., 1964; Ка-мьянов и др., 1983; Мелков, Сергеева, 1990; Пеньков, 1996; Каюкова и др., 1999; Мартихаева и др., 2001 и др.].

Была принята схема поэтапного исследования ОВ осадочных и метаморфических пород, которая обеспечивает выделение необходимого количества компонентов, их идентификацию и выполнение комплек

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.

Показать целиком