СОПРЯЖЕННОСТЬ РУДО- И НЕФТЕОБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ В ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНАХ И ПРОГНОЗ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Д. И. Павлов, Д. И. Горжевский, Г. А. Голева, М. К. Калинко, А. А. Карцев, А. В. Липаева

«Геология рудных месторождений», 1991 № 5.

На примерах пространственно ассоциирующих с нефтегазоносными бассейнами стратиформных свинцово-цинковых месторождений и оолитовых руд железа демонстрируется приуроченность рудной минерализации к участкам восходящей разгрузки подземных вод («аконсервационным зонам») бассейнов. Сформулированы факторы, влияющие на формирование и металлоконцентрирующие свойства подземных вод, что имеет важное значение для поисков и прогноза рудных месторождений в осадочных толщах.

К настоящему времени трудами отечественных и зарубежных исследователей выявлено, что многие геолого-промышленные типы рудных месторождений в осадочных толщах пространственно ассоциируют с нефтегазоносными бассейнами (НГБ), в основе чего, скорее всего, лежат генетические причины. В недавно вышедшей коллективной монографии [20] среди таких типов рассмотрены стратиформные свинцово-цинковые месторождения, медистые песчаники и сланцы, золото-сульфидные и ртутные месторождения, осадочные месторождения железа и марганца. Предлагаемый в ней подход к их формированию и соответственно поиску и прогнозу в существенной мере основан на гидрогеологических закномерностях; сделан вывод о сопряженности рудо- и нефтеобразующих систем, развивавшихся в ходе эволюции осадочных бассейнов. Это позволило говорить о парагенезисе месторождений руд и нафтидов, что дополнительно подтверждается наличием не только пространственных, но и возрастных связей рудных месторождений и нефтепродуцирующих толщ, металлоносностыо подземных вод НГБ, значимостью для формирования руд и нафтидов органического вещества, наличием в рудах нефтяных углеводородов, наличием в проницаемых породах НГБ новообразованных минералов, характерных для руд и околорудных пород сульфидных месторождений названных выше типов, и другими показателями.

В настоящей статье делается попытка продемонстрировать упомянутый выше парагенезис на примерах столь между собой несхожих месторождений, как стратиформные свинцово-цинковые и осадочные оолитовых руд железа, кратко рассмотреть его причины и практические следствия для прогноза оруденения.

Специфика подземных вод НГБ во многом определяется наличием в них двух главных составляющих: седиментогенных вод, захороненных вместе с осадками, и катагенных вод, генерируемых при температурах 80° С и выше за счет минеральных преобразований разбухающих глин [2]. Именно присутствие в подземной гидросфере катагенной составляющей приводит к возникновению термодегидратационных (термоэлизионных) геогидродинамических систем, сменяющих по мере.погружения менее гидродинамически мощные элизионные системы, формирующиеся за счет одного лишь отжатия седиментогенных вод [9]. Интенсивность катагенных преобразований разбухающих глин определяется не только плотностью теплового потока данного региона, но и возможностями оттока подземных вод — как возникающих катагенных, так и подпирающих их седиментогенных. Количества катагенных вод могут значительно превышать имеющиеся поровые объемы проницаемых пород разреза. Механизмы восходящей миграции к очагам разгрузки подземных вод обеспечивают практически неограниченные возможности для их попутного взаимодействия с водовмещающими породами, что стимулирует развитие в них постседиментациониых преобразований и обогащение вод металлами [23]. Металлоносность подземных вод НГБ максимальна в тех случаях, когда их се-диментогенная составляющая представлена рассолами — особенно если они подвергались длительному термометаморфизму под экраном плохо-проницаемых глинистых или галогенных отложений, что типично для геологических ситуаций зоны катагенеза НГБ [4]. Для примера напомним, что содержания железа в таких водах достигают первых г/кг [1,13], т. е. на 4—5 порядков превышают его возможные максимальные содержания в водах поверхностных водотоков.

В результате зоны разгрузки подземных вод НГБ становятся мсталлогенически значимыми территориями (или акваториями). Немногим более 10 лет назад нефтяники начали выделять их при нефтегеологическом районировании под названием аконсервационных зон НГБ [3, 1.5]. По определению В. Б. Оленина, это те, преимущественно периферийные, участки бассейнов, в которых нарушены (или по тем или иным причинам отсутствуют) эффективные покрышки, в связи с чем в таких зонах имеются следы разрушенных нефтяных залежей в виде скоплений высоковязких или твердых нафтидов. Последние обнаруживаются и на прилегающих к НГБ территориях [7].

В качестве примеров приуроченности крупных стратиформных свинцово-цинковых месторождений к аконсервационным зонам НГБ приведем случаи Мидконтинента (США) и Западной Канады (рис. 1, 2). Не вдаваясь в подробности [20], отметим, что воды, мигрировавшие из глубоких частей нефтегазоносных впадин к участкам локализации оруденения в аконсервационных зонах, в обоих случаях представляли собой высококонцентрированные рассолы, состав которых отвечает составу газожидких включений в минералах руд.

К сожалению, интерес нефтяников к аконсервационным зонам в последнее время упал и схемы районирования НГБ с выделением на них аконсервационных зон для территории СССР отсутствуют [14]. Однако если обратиться к крупнейшим провинциям стратиформных свинцово-цинковых месторождений СССР — Каратау [6], Западному Прибайкалью, Юго-Восточной Якутии [20], то окажется, что все они локализованы в участках, отвечающих аконсервационным зонам сопредельных нефтегазоносных или потенциально нефтегазоносных бассейнов и содержат твердые нефтяные битумы. Действительно, оруденение приурочено либо к длительно и устойчиво развивавшимся локальным структурам, осложнявшим общее погружение краевых частей НГБ (конседиментационные поднятия; наложенные прогибы, часто фиксируемые ростом рифовых построек), либо тяготеет к глубокопроникающим разломам, в том числе во внутренних частях бассейнов. Все это типичные позиции восходящей разгрузки нефтегазоводных комплексов и металлоносных рассолов [8].

Сказанное справедливо и для крупнейших провинций оолитовых железных руд СССР (Западно-Сибирская, Керченско-Таманская, Приараль-ская): все они локализованы в краевых частях НГБ, отвечающих их аконсервационным зонам [18].

Месторождения Приаральского бассейна приурочены к долинам рек, континентальным и прибрежно-морским водоемам олигоцена. Анализ возможных источников сноса с попыткой количественной оценки привнося металла поверхностными водотоками показал их явную недостаточность для формирования руд бассейна. В то же время в приразломных антиклиналях рудовмещающего региона распространены гряды трубообразных ожелезненных песчаников, рассмотренные в качестве палеоканалов разгрузки железоносных растворов [11]. Палеогидрогеологические построения, проведенные на время отложения руд, позволили установить, что ареал распространения таких гряд практически соответствует области гидродинамического минимума сопредельного газоносного прогиба, иными словами — области возможной разгрузки его подземных вод [12]. Наконец, анализ космоснимков подтвердил, что участки развития гряд ожелезненных песчаников отвечают узлам пересечения субмеридиональных разломов с системой глубинных субширотных нарушений, т.е. характеризуются повышенной проницаемостью [22].

Рис. 1. Схема расположения нефтегазовых и стратиформных свинцово-цинковых месторождений Мидконтинента (США) (по [3] с добавлениями) __

1 — выход докембрийских отложений (купол Озарк); 2 - границы Иллинойского нефтегазоносного бассейна; 3 — границы впадины Анадарко; 4 — площадь развития наиболее продуктивных палеозойских нефтегазовых образований; 5 - аконсервационная зона Иллинойского нефтегазоносного бассейна; 6, 7 - месторождения: 6 - нефти и газа, 7 — свинцово-цинковых руд: 1 — Верхнемиссисипской долины, 2 — Юго-Восточного Миссури, 3 - Три-Стейт, 4 — Иллинойс-Кентукки

Рис. 2. Схема расположения нефтегазовых и стратиформных свинцово-цинковых месторождений западной части Канадского щита (по [3] с добавлениями)

1-2 — области складчатости: 1 - докембрийской (Канадский щит), 2 - ларамийской; 3 - ларамийский платформенный ороген на докембрийском основании; 4 - аконсервационная зона; 5, 6 — границы Западно-Канадского бассейна: 5 — со смежными бассейнами, 6 - с внебассейновыми пространствами; 7—10 - месторождения: 7 - нефтяные и газовые, 8 - газовые и газоконденсатные, 9 - высоковязких и твердых нафтидов, 10 - свинцово-цинковых руд (Пайн-Пойнт); 11 — тектоническая зона

Месторождения Керченско-Таманского бассейна, как и нефтегазовые залежи, локализованы в ближайшей периферии наиболее прогнутых участков Индоло-Кубанского прогиба (рис. 3). Здесь же широко проявлен грязевой вулканизм. Общая мощность осадочных отложений таких участков превышает 12 км. Периферия менее прогнутых участков прогиба четко оконтурена полосой бедных руд и единичными проявлениями нефти и газа. В главных по распространенности рудах бассейна (так называемых табачных) установлено широкое развитие весьма неустойчивого в условиях поверхности триоктаэдрического смектита, содержащего закисное железо, в какой-то мере предохраняемое от окисления отложенным в межслоевых промежутках смектита органическим веществом [24]. Уже одно это свидетельствует о том, что табачные руды сформированы растворами никак не поверхностного характера. Присутствие таких руд не только в брахи-синклиналях, но и в грязевулканических структурах [26] вместе с общей приуроченностью рудоносных площадей к полосе, оконтуривающей нефте-газопродуцирующую западную часть Индоло-Кубанского прогиба, рассматривается нами как свидетельство связи рудоносных растворов с процессами нефтегазообразования [18]. При этом немаловажно, что промышленные запасы руд локализованы в той части полосы, которая примыкает к участкам наибольших мощностей нефтепродуцирующей майкопской толщи (рис. 3) и наиболее благоприятна для массовой разгрузки подземных вод, так как здесь их напорные градиенты и региональные уклоны бортовой части прогиба максимальны.

Рис. 3. Схема расположения в западной части Индоло-Кубанского прогиба площадей развития оолитовых железных руд и нефтегазовых месторождений в сопоставлении с мощностями отложений нефтепродуцирующей майкопской серии  (с использованием данных [14, 26], Д. А. Туголесова, Ю. Ю. Юрка и др.)

1 — граница Северо-Кавказско-Мангышлакской нефтегазоносной провинции; 2 — изо-пахиты отложений майкопской серии (в км); 3 — области отсутствия майкопских отложений; 4 - выходы на поверхность пород дорифейского фундамента; площади развития: 5 - оолитовых железных руд, 6 - то же, существенно разубоженных; 7 — месторождения нефти и газа.

  Приведенные примеры наглядно демонстрируют значимость восходящей разгрузки подземных вод НГБ для формирования рудных месторождений. Если это так, то факторы, определяющие генерацию напороповы-шающей катагенной составляющей таких вод [9,17], должны иметь важное прогнозное значение. Не менее существенны и гидрогеохимические факторы, определяющие повышенные металлоконцентрирующие свойства подземных вод НГБ — потенциально рудообразующих растворов. Наиболее важные из них следующие.

1. Сейсмотектонический режим развития региона, включая прилегающие впадины. Имеются в виду те его следствия, которые приводят к резкому ускорению дегидратации глубокозалегающих горных пород с возрастанием тектонической и сейсмической активности. Речь идет не только о возникновении трещиноватости и появлении выводных тектонических структур. Академиком Н. В. Черским с соавторами показано, что совместное действие тектонического и сейсмического факторов приводит к скачкообразному увеличению скорости латеральной миграции флюидов на несколько порядков [25]. Судя по данным Д. Г. Осика [16], масштабы дегазации земных недр в ходе сейсмотектонических процессов вполне сопоставимы с ее масштабами при извержениях вулканов — тем более, что в пределах планеты последние происходят значительно реже, чем землетрясения. Все это приводит к тому, что даже при сравнительно небольшой длительности периодов активизаций внутри значительно более протяженного (геологического) времени существования термодегидратационных геогидродинамических систем относительный вклад этих кратких периодов в процессы формирования и перемещения подземных вод (а вместе с тем возможного накопления металлов и нефти) является определяющим.

2. Геотермический режим региона и мощность пород, перекрывающих потенциально водопродуцирующие в условиях катагенеза глины. Как уже упоминалось, водопродуцирующие катагенные процессы становятся, значимыми начиная с температур, близких 80° С. При среднем значении геотермического градиента 3° С/100 м это соответствует погружению около 2,7 км, а полный интервал максимальной термодегидратации в этих условиях отвечает интервалу от 2,7 до 4—5 км. Таким образом, нужна какая-то минимальная мощность вышележащих пород, чтобы водогенерирующис катагенные процессы начались, и оптимальная, чтобы они прошли в полной мере. Возрастание теплового потока интенсифицирует катагенные процессы. Поэтому любые свидетельства повышения уровня тепловой энергии (прослои эффузивов, развитие рифтогенных структур и др.) могут быть использованы при разработке критериев прогноза.

3. Состав пород разреза (зоны локализации рудных месторождений, но и прилегающих впадин). Имеется в виду былое наличие среди них разбухающих глин, галогенных пород и карбонатов. Имошто глины обеспечивают не только перерастание в ходе эволюции осадочных бассейнов элизионных геогидродинамических систем в значительно более мощные термоэлизионные, по и высокий резерв металлов и рассеянного органического вещества. Наличие галогенных пород свидетельствует о рассольном составе седиментогеиных вод и тем самым об их повышенных металлоконцентрирующих свойствах. Наконец, присутствие карбонатов предопределяет возможности их гидролиза и образования гидрокарбонатных вод, способных к извлечению и переносу многих металлов, особенно в сочетании с хлоридпыми водами. Первым из карбонатов начинает разлагаться сидерит — уже при температурах меньше 75° С.

Отмеченные факторы формирования в недрах НГВ металлоносных подъемных вод имеют прогнозное значение. Так, например, оправдан вывод, что при прочих равных условиях из осадочных бассейнов более перспективны те, которые более прогнуты и имеют больший объем осадочного выполнения; в которых была проявлена повышенная тепловая активность и которые вмещают галогенные толщи. Несомненно и повторяемость в разрезах осадочных бассейнов (многоэтажность) глинистых толщ может указывать на многоэтажность рудных (нафтидных) уровней в их разрезе, О том же может свидетельствовать и повторяемость (в том числе спустя геологически длительное время) в истории развития осадочных бассейнов сейсмотектонических (как и тепловых) импульсов.

Прогноз месторождений полезных ископаемых различных геолого-промышленных типов имеет свои особенности, во многом требующие дополнительного изучения и определяемые их разным местом в истории геологического развития НГБ (включая и деструкцию нефтегазовых залежей), разным расположением по отношению к границам бассейнов, различным характером осадительных барьеров и т. д. В то же время имеется несомненный общий региональный критерий — сопряженное расположение рудных районов с нефтегазоносными или потенциально нефтегазоносными территориями, особенно при наличии в пределах рудных полей твердых; битумов.

Вместе с тем вполне вероятны ситуации, когда разгрузка формирующихся нефтегазоводных комплексов с самого начала принимает открытые для нефтегазонакопления формы — например, ситуации значительной тектонической нарушенности. В результате руды могут быть образованы в аконсервационных зонах даже «несостоявшихся» НГБ, примером чего, возможно, служит Ангаро-Питский бассейн осадочных руд железа [19]. На другом полюсе таких соотношений — формирование нефтяных месторождений, не сопровождаемых рудными. Это те случаи, когда в очагах разгрузки подземных вод НГБ не было подходящих условий для осаждения металлов. Однако даже в таких случаях в ничем внешне не примечательных осадочных породах краевых частей НГБ происходило накопление «микрорудных фаций», где содержания свинца, цинка, марганца, молибдена, кадмия и других металлов часто в сотни раз превышают кларковые. Это было продемонстрировано О.А. Савадским с соавторами на примере керна и шлама многочисленных нефтепоисковых скважин Западного Казахстана и дало им основания сформулировать вывод о потенциальной рудоносности НГБ [21].

Такова общая картина состояния дел с прогнозом рудных месторождений в осадочных бассейнах, учитывающим их связи с нефтегазоносностью. К сожалению, в имеющейся практике исследования в областях рудной и нефтяной геологии, гидрогеологии и гидрогеохимии за редким исключением разобщены. В то же время комплексность исследований могла бы не только обогатить теоретические базы рудной и нефтяной геологии, но и обеспечить своеобразный прорыв в эффективности поисковых работ и прогнозных оценок осадочных бассейнов на рудные и нефтегазовые месторождения. В недавней статье А. И. Кривцова [10] синтез нефтегазовой геологии, гидрогеологии и геологии рудных месторождений назван в числе первоочередных приоритетных направлений научно-исследовательских работ, направленных на развитие теоретических основ прогноза рудных месторождений.

Заключение

Комплексные исследования процессов рудо- и нафтидогенеза только начинаются. Тем не менее очевидно, что уже теперь на их основе могут быть разработаны принципиально новые критерии поисков и прогноза рудных месторождений в осадочных толщах. Несомненно, что важное значение для такой разработки имеют факторы, определяющие формирование катагенной составляющей, состав и отчасти разгрузку подземных вод НГБ (сейсмотектонический и геотермический режимы развития рудовмещающих регионов, включая прилегающие впадины; мощность пород, перекрывающих потенциально водопродуцирующие в условиях катагенеза глины; состав глубокозалегающих пород разреза, особенно наличие среди них галогенных отложений).

У авторов нет сомнений в необходимости дальнейшего изучения сопряженных рудо- и нефтеобразующих систем осадочных бассейнов. Одним из важнейших методов решения связанных с этим задач могло бы стать исследование и ревизия на руды металлов материалов бурения огромного количества нефтепоисковых и нефтеразведочных скважин, пройденных и особенно проектируемых в различных НГБ СССР и на их ближайшей периферии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Басков Е. А., Суриков С. Н. Гидротермы Земли. Л.: Недра, 1989. 246с.
  2. Вассоевич Н. Б., Бурлиц Ю. К., Конюхов А. И., Карнюшина Е. Е. Роль глин в нефтеобразовании // Сов. геология. 1975. № 3. С. 15-29.
  3. Высоцкий И. В., Оленин В. Б., Высоцкий В. И. Нефтегазоносные бассейны зарубежных стран. М.: Недра, 1981. 480 с.
  4. Голева Г. А., Торикова М. В., Алексинская Л. И., Солодов Н. А. Закономерности распространения и формирования металлоносных рассолов. М.: Недра,  1981. 264 с.
  5. Горжевский Д. И. О роли органического вещества в рудообразовании // Изв. Вузов. Геология и разведка. 1987. № 1. С. 29-41.
  6. Горжевский Д. И., Голева Г. А., Донец А. И.. Происхождение свинцово-цинковых  месторождений хребта Каратау//Геология руд. месторождений. 1989. № 1. С. 66-77.
  7. Калинко М. К. О перспективах территорий, прилегающих к нефтегазоносным регионам//Сов. геология. 1984. № 1. С. 7-14.
  8. Карцев А. А. Гидрогеологические условия нефтегазонакопления // Изв. АН СССР. Сер. геол.  1979. № 10. С. 115-121.
  9. Карцев А. А., Вагин С. В., Матусевич В. М. Гидрогеология нефтегазоносных бассейнов. М.: Недра, 1986. 224 с.
  10. Кривцов А. И. Перспективные и приоритетные направления научно-исследовательских работ в области геологии/Сов, геология. 1989. № 1. С. 3—9.
  11. Липаева А. В. Каналы разгрузки металлоносных вод в Северном Приаралье// Геология руд. месторождений. 1982. № 2. С. 111-117.
  12. Липаева А. В., Павлов Д. И. Подземные воды и формирование железных руд Северного Приараяья //Литология и полез, ископаемые. 1986. № 2. С. 104-117.
  13. Лукашов К. И., Кудельский А. В. Осадочные породы - один из источников глубинного железа в гиперсфере//Геохимическое изучение  гиперсферы. Минск: Наука и техника, 1977. С. 74-88.
  14. Нефтегазоносные провинции СССР. М.: Недра, 1983. 270 с.
  15. Оленин В. В. Нефтегеологическое районирование по генетическому принципу. М.: Недра, 1977. 224 с.
  16. Осипа Д. Г. О роли сейсмичности в дегазации углеродистых веществ // Второе Всесоюз. совещ. по геохимии углерода. М., 1986. С. 400-402.
  17. Павлов Д. И. Факторы, обычно не учитываемые при выяснении роли подземных вод в формировании стратиформного свинцово-цинкового оруденения // Подземные воды и эволюция литосферы. Т. 2. М.: Наука, 1985. С. 207-208.
  18. Павлов Д. И. Связь осадочных месторождений железа и марганца с нефтегазоносными бассейнами//Геология руд. месторождений.  1989. № 2. С. 80—91.
  19. Павлов  Д. И., Постельников Е. С. К вопросу об источнике рудного вещества Ангаро-Питского  бассейна осадочных руд железа // Литология и полез, ископаемые. 1980. № 6. С. 3-22.
  20. Парагенезис металлов и нефти в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов/Под ред. Д. И. Горжевского и Д. И. Павлова. М.: Недра, 1990. 268 с.
  21. Савадспий О. А., Курбанаев М. С., Досанова Б. А. О рудоносности нефтегазоносных районов // Сов. геология. 1983. № 3. С. 95-103.
  22. Сапожнипова Е.И., Липаева, А.В. Структурные условия локализации проявлений железорудной минерализации в Северном Приаралье//Геология руд. месторождений. 1989. Я» 5. С. 69-79.
  23. Холодов В. Н. Формирование газоводных растворов в песчано-глинистых толщах элизионных бассейнов // Осадочные бассейны и их нефтегазоносность. _М. 1983. С. 28-44.
  24. Ципурский С. И., Голубовская Е. В. Триоктаэдрические железистые смектиты табачных руд Керченских железорудных месторождений//Докл. АН СССР. 1990. Т. 310. № 6. С. 1438-1441.
  25. Черский Н. В., Царев В. П., Сороко Т. И., Кузнецов О. Л. Влияние тектоносейсмических процессов на образование и накопление углеводородов. Новосибирск: Наука, 1985. 224 с.
  26. Шнюков Е. Ф., Соболевский Ю. В., Гнатенпо Г. И. и др. Грязевые вулканы Керченско-Таманской области. Киев: Наук, думка, 1986. 152 с.