научная статья по теме УГЛЕВОДОРОДЫ-БИОМАРКЕРЫ В ШУНГИТАХ КАРЕЛИИ Геология

Текст научной статьи на тему «УГЛЕВОДОРОДЫ-БИОМАРКЕРЫ В ШУНГИТАХ КАРЕЛИИ»

ГЕОХИМИЯ, 2013, № 9, с. 842-848

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УГЛЕВОДОРОДЫ-БИОМАРКЕРЫ В ШУНГИТАХ КАРЕЛИИ

© 2013 г. С. Н. Шанина, Е. А. Голубев, Н. С. Бурдельная

Институт геологии Коми НЦ УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 54, E-mail: shanina@geo.komisc.ru, golubev@geo.komisc.ru Поступила в редакцию 06.07.2011 г. Принята к печати 06.03.2012 г.

Ключевые слова: шунгиты, полициклические биомаркеры, нормальные и изопреноидные алканы. DOI: 10.7868/S0016752513080049

Докембрийское органическое вещество шунгитовых пород в Карелии (далее — шунгитовое вещество) уникально по масштабу накопления и разнообразиям форм залегания. Последнее связано с тем, что породы образовались не одноактно, а в течение нескольких этапов [1]. Низкоуглеродистые шунгиты содержат первичное сапропелевое органическое вещество (ОВ), которое представляет собой истощенный и метаморфизо-ванный кероген. Высокоуглеродистые твердые битумы — высшие антраксолиты, часто именуемые шунгитами I разновидности, представлены миграционными углеводородами, образовавшимися при катагенезе первичного ОВ. Среднеуглеродистые шунгитовые породы представляют собой смешанные в различных пропорциях миграционные углеводороды и первичное органическое вещество. РТ-условия различных проявлений и месторождений шунгитовых пород существенно варьируют [1]. Температуры метаморфизации шунгитового вещества оцениваются от близких к атмосферным (месторождение Нигозеро) до превышающих 500°С (Максово-Зажогинская залежь).

Различные условия формирования привели к различиям как молекулярной и надмолекулярной структуры, так и физико-химических свойств шун-гитов [2].

В современных геохимических исследованиях при реконструкции фациально-генетических условий образования и для выяснения состава ОВ широко используется анализ биомаркеров, в том числе алкановых и полициклических углеводородов [3, 4]. Подобные исследования выполнены в основном для единичных образцов низкоуглеродистых (Сорг < 35%) разностей шунгитовых пород [5—8]. При этом битумоиды из высокоуглеродистых (Сорг > 60%) шунгитов, вследствие низкого

содержания в породах, изучались лишь методами парамагнитного резонанса и ИК-спектроскопии [9]. Результаты исследований показали, что выход хлороформенных и спиртобензольных биту-моидов низкий, и зависит от содержания органического углерода в шунгитах. В высших антраксо-литах содержание хлороформенного битумоида обычно не превышает 0.006%, что на порядок ниже, чем в остальных разновидностях шунгитов (0.01—0.06%.) [9, 10]. Доминирующими компонентами хлороформенных битумоидов являются насыщенные углеводороды и гетероциклические соединения (смолы), ароматические углеводороды выявляются в значительно более низких концентрациях [5, 8]. В составе насыщенной фракции битумоидов из шунгитов III разновидности Зажогинского месторождения идентифицированы нормальные и изопреноидные алканы, стера-ны и терпаны [6, 8].

Учитывая существенные отличия в условиях формирования различных проявлений и месторождений шунгитов, имеющаяся информация по составу биомаркеров является недостаточной. Это стимулирует дальнейшие сравнительные исследования битумоидов шунгитов, формировавшихся и преобразовывавшихся в различных геологических обстановках и термодинамических условиях.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Нами изучен состав нормальных и изопрено-идных алканов в шунгитах, различающихся по содержанию органического углерода и РТ-усло-виям формирования. Для части образцов были проведены исследования полициклических углеводородов — стеранов и терпанов.

Таблица 1. Характеристика шунгитовых образцов и содержание битумоидов

Месторождение Разновидность(по П.А. Борисову [12]) Тип органического вещества (по М.М. Филиппову [1]) C % ХБА, % СББ, %

Зажогино III смешанное 33 0.056 0.033

Максово III смешанное 33 0.035 0.036

Нигозеро V первично-осадочное 1 0.016 0.002

Чеболакша I миграционное 94 0.035 0.052

Чеболакша III смешанное 28 0.014 0.009

Шуньга I миграционное 88 0.003 0.007

Шуньга V первично-осадочное 3 0.017 0.010

Образцы отобраны на месторождениях Зажо-гино, Максово, Нигозеро, Чеболакша и Шуньга. Подробные описания этих месторождений приведены в работах [1, 10]. Терминология для обозначения образцов шунгитов используется аналогично работе [11] и основана на совмещении классификаций П.А. Борисова [12] и М.М. Филиппова [1]. Из месторождения Зажогино изучен шунгит III разновидности. На Максовском месторождении отобрана массивная порода III разновидности вблизи жилы высшего антраксолита. Из месторождения Чеболакша исследованы два образца шунгита I и III разновидностей, отобранные из жилы на острове в Чеболакшской губе и вблизи нее соответственно. На Нигозерском месторождении был отобран образец шунгитсодер-жащего серицит-альбитового сланца (нигозери-та), относящегося к шунгитам V разновидности. Из месторождения Шуньга изучены: высококремнистая порода — шунгит V разновидности (лидит), пласты которой слагают основное тело месторождения, и шунгит I разновидности, отобранный из секущей жилы. Характеристика образцов представлена в табл. 1.

Выделение битумоидов из шунгитов осуществлялось в аппарате Сокслета последовательной экстракцией растертых образцов хлороформом и спиртобензолом (аналитик Н.А. Приезжева). Анализ углеводородной фракции хлороформенных битумоидов выполнен на газовом хроматографе "Кристалл-2000М", оснащенном капиллярной колонкой SPB-1 (Supelco 30 м х 0.32 мм х 0.25 мкм). Температура термостата колонок программировалась в интервале от 110 до 300°С со скоростью 5°С в минуту. Температура инжектора составляла 300°С, температура детектора — 300°С, газ-носи-

тель — гелий. В качестве растворителя использовался бензол. Анализ полициклических биомаркеров проводился на приборе фирмы Shimadzu QP5050A в режиме SIM. Анализ стерановых углеводородов выполнялся на основе масс-фрагмен-тограмм по m/z 217 и 218, гопанов — по m/z 191.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Данные по выходу хлороформенного (ХБА) и спиртобензольного битумоида (СББ) представлены в табл. 1. Для шунгитов I разновидности характерно преобладание кислого битумоида над нейтральным, в шунгитах III разновидности их отношение обычно несколько ниже единицы. Содержание метано-нафтеновых углеводородов (МНФ) повышено и изменяется от 16% в лидите из Шуньги до 59% в шунгите III разновидности из Зажогин-ского месторождения (табл. 2).

Полученные нами результаты для месторождения Шуньга подтверждают данные [9] об уменьшении выхода хлороформенного битумоида с ростом содержания углерода. Однако на месторождении Чеболакша в образце шунгита I разновидности содержание битумоидов выше, чем в шунгите III разновидности, и на порядок превышает таковое в Шуньгских образцах. Кроме того, этот образец отличается и очень высоким содержанием мета-но-нафтеновых углеводородов. Причина столь высокой концентрации пока не совсем ясна. Возможно, это связано с различными величинами пористости шунгитов I разновидности. Так, результаты изучения открытой и закрытой пористости шунгитов из месторождений Нигозеро, Максово, Шуньга и Чеболакша [2] показали, что образцы из Чеболакши характеризуются наименьшей величиной открытой и наиболее

Рис. 1. АСМ-изображение поверхности высшего антраксолита из месторождения Чеболакша, окно сканирования 3 х 3 мкм2 (а) и типичное изображение глобулярной структуры высших антраксолитов Карелии на примере образца из месторождения Шуньга, окно сканирования 3 х 3 мкм2 (б).

значительной величинои замкнутой пористости. Дополнительно, наблюдение поверхностей шунгитов указанных месторождений, проведенное методами сканирующей туннельной и атом-но-силовой микроскопии, показало, что для шунгитов I разновидности характерен глобулярный характер поверхности с размерами глобул от 10 до 70 нм [13—15], за исключением шунгита из Чеболакши, который имеет гладкий наноре-льеф поверхности без характерных для глобулярного строения шунгитов особенностей (рис. 1). Такая сравнительно закрытая структура обусловлена тем, что, помимо высокотемпературного воз-

действия, шунгитовое вещество на месторождении Чеболакша формировалось при самых высоких среди карельских шунгитовых месторождений и проявлений давлениях [2].

Распределение алкановых углеводородов различается для различных месторождений. Так, для шунгита I разновидности из Шуньгского месторождения отчетливо прослеживается преобладание н-алканов С21—С23, второй максимум фиксируется в области С17—С19 (рис. 2). Подобное распределение установлено и в лидите, где

н-алканы. Полученные

доминируют С17 и С21

Таблица 2. Характеристика алкановых и изопреноидных углеводородов битумоидов шунгитов

Образец, месторождение МНФ, % н-С п ^шах 2н-С17 Рг/РЬ ( Р г + РИ)

( н-С 16 + н-С 18 ) ( н-С 17 + н-С 18)

Шунгит I, Шуньга 26 17-19 21-23 1.2 0.49 0.47

Шунгит V, Шуньга 16 16-17 20-22 1.2 0.85 0.73

Шунгит I, Чеболакша 52 15-18 1.2 0.70 0.96

Шунгит III, Чеболакша 34 16-19 1.2 0.59 1.15

Шунгит III, Зажогино 59 14-16 0.9 0.64 1.06

Шунгит III, Максово 53 15-17 1.2 0.81 0.69

Шунгит V, Нигозеро 36 16-17 20-22 1.3 0.78 0.57

(а)

(б)

В 50

м

$ 40

о

о

н в 30

и

о

н е 20

H

н

И 10

100

75

50

25

250

225

200

В

м 175

^

H о 150

о

н в 125

и

о н 100

е

H н 75

И

50

25

1

10

20

30 (в)

40

50

150 125 100 75 50 25

1 10 1 20 1 30 1 40 50

г (д)

о

100 75 50 25

125 100 75 50 25

10

225 200 175 150 125

£ о

0 «

в

1 100

75 50 25

20 (ж)

(N

и

30

_I

40

3 о

и

- ..,11

10 20 30 40

Время удерживания, мин

_i_

50

и

ООРч

и

L>

ОО (J

и

10

20

30

40

(г)

10

20

30 (е)

40

50

10 20 30 40 Время удерживания, мин

50

Рис. 2. Хроматограммы н-алканов и изопре-ноидов в ХБА шунгитов: а — шунгит I, Шуньга; б — шунгит V, Шуньга; в — шунгит I, Чеболакша; г — шунгит III, Чеболакша; д — шунгит III, Зажогино; е — шунгит III, Максово; ж — шунгит V, Нигозеро.

Таблица 3. Состав полициклических биомаркеров

Геохимические показатели Шунгит I, Шуньга Шунгит V, Шуньга Шунгит III, Чеболакша

aßß С27, % 43.52 43.88 38.92

aßß С28, % 26.34 26.51 30.85

aßß С29, % 30.15 29.60 30.22

Стер/гоп* 0.55 0.45 0.38

Г /Г ** 1 29

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