Composition and structure of terrigenous deposits of the Givetian stage of the middle division of the Devonian system based on the results of studying the section in the zone of frontal thrust of the Urals (Gremyachinsky district of Perm Krai)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Литолого-фациальные, петрографические и литогеохимические исследования терригенных пород позволяют восстановить этапы формирования и проследить эволюцию осадочных бассейнов. Объектами комплексного исследования стали терригенные отложения живетского яруса среднего отдела девонской системы Пермского края, изученные в разрезе скважины Широковская 2.

Всесторонние исследования среднедевонских терригенных толщ Волго-Уральской антеклизы представляют особый интерес в связи с их нефтегазоносностью. Вещественные характеристики этого стратиграфического интервала имеют особую значимость. Результаты исследований терригенных пород, проведенные с привлечением как классических, так и современных прецизионных методик, позволят получить новые данные о них, а также позволят реконструировать геодинамические условия формирования этих отложений, что в дальнейшем может быть использовано как при прогнозировании залежей углеводородного сырья и проведении геологоразведочных работ, так и при воссоздании широких палеогеографических реконструкций.

Целью исследования явилось комплексное изучение терригенных отложений живетского яруса для уточнения условий формирования и установления составов пород источника сноса с последующей реконструкцией геодинамических обстановок, контролировавших процесс накопления живетских терригенных толщ.

Краткие сведения о геологическом строении

Согласно унифицированной стратиграфической схеме Восточно-Европейской платформы [1], живетский ярус соответствует старооскольскому надгоризонту и объединяет воробьевский, ардатовский и муллинский горизонты. В Межрегиональной стратиграфической схеме девонских отложений территории России [2] граница среднего и верхнего девона проведена в основании конодонтовой зоны Mesotaxis falsiovalis. При этом ее положение относительно региональных подразделений точно не определено. Авторами данной статьи в состав живетского яруса включен пашийский горизонт.

Нижняя граница яруса литологически отчетлива и представлена переходом от карбонатных пород эйфельского яруса нижнего отдела девонской системы на перекрывающие их терригенные породы живетского яруса среднего отдела девонской системы. На каротажных диаграммах она совпадает с кровлей эйфельского электрорепера и характеризуется зоной высокого кажущегося сопротивления и положительной аномалией кривой потенциала самопроизвольной поляризации [3]. Стратиграфическое обоснование живетского яруса подтверждено спорово-пыльцевыми комплексами палинозоны Archaеozonotriletes extensus, которая включает три подзоны с комплексами спор, характерными для воробьевского, ардатовского и муллинского горизонтов [4]. Эти стратиграфические маркеры выделены в разрезах многих скважин на территории Пермского края.

Воробьевский горизонт (толща) выделен А.И. Ляшенко [5] в разрезе скв. 86 (инт. 147–167 м), пробуренной у с. Воробьевка Воронежская области, на восточном склоне Воронежской антеклизы. Подробная палеонтологическая характеристика (брахиоподы, тентакулиты, споры) приведена в монографиях [6, 7].

Горизонт распространен в центральной части Пермского края. Он представлен гравелитами с железистыми оолитами в основании, вверх по разрезу отложения грубообломочной базальной пачки сменяются алевро-песчаными породами, а затем переслаиванием алевролитов с аргиллитами. На западе территории Пермского края разрез горизонта более песчаный. Грубообломочные разности приурочены к зоне выклинивания отложений. Для них характерна плохая сортировка материала, наличие каолинита, растительных остатков и другие признаки, свидетельствующие о существовании коры выветривания латеритного типа. Мощность терригенных отложений изменяется от первых метров до 12 м [8].

Ардатовский горизонт (слои, свита) выделен М.Ф. Микрюковым и К.Р. Тимергазиным [9] в Западной Башкирии (скв. 1 Ардатовская, инт. 1700–1721 м). Другие исследователи [6] выделяли этот интервал как старооскольский горизонт.

Границы распространения отложений ардатовского горизонта несколько шире, чем воробьевского. Контакт с нижележащими разновозрастными породами скользящий. Литологический состав пород по большей части сходен с воробьевскими, но отличается отсутствием в разрезе значительного количества гидроокислов железа. Основной зоной скопления песчаных толщ являются западные районы территории, где они практически полностью слагают разрез горизонта. В восточном направлении мощность и выдержанность песчаников снижается. Единая песчаная толща разделяется на 2 пласта и в некоторых разрезах восточных площадей замещается глинисто-алевролитовыми породами. Для отложений древних прибрежных зон характерно наличие грубозернистого материала в основании горизонта, каолинитового цемента, растительного детрита, железистых оолитов. Воробьевский горизонт прослеживается не во всех разрезах и часто бывает неотделим от вышележащего ардатовского горизонта (воробьевско-ардатовский интервал). Мощность изменяется от первых метров до 20 м.

Муллинский горизонт (слои) выделен по разрезам скважин 100, 158 и 396 Туймазинского нефтяного месторождения у с. Муллино (Башкирия) коллективом авторов [10]. А.И. Ляшенко [5] выделял эти отложения как розаевский горизонт.

Границы бассейна осадконакопления муллинского времени картируются несколько уже, чем ардатовского. Литологический состав представлен переслаиванием песчаников, алевролитов, аргиллитов, нередко с оолитами, гнездами и прослоями шамозит-гидрогетит-лептохлорит-сидеритовых руд. Характерной особенностью является значительное распространение глинистых осадков, особенно в позднемуллинское время. Основная зона накопления песчаного материала по-прежнему сохранялась на западе, где мощность песчаников в разрезах достигает 14–18 м. Значительные по толщине песчаные пласты зафиксированы в центральных районах и на севере (около г. Соликамска). Характерной особенностью муллинского разреза является наличие в его основании выдержанного песчаного пласта, перекрытого аргиллито-алевролитовой пачкой, выполняющей функции флюидоупора. В западном направлении происходит замещение этой пачки алевро-песчаными породами, что приводит к слиянию песчаников муллинского горизонта с нижнефранскими. На остальной части территории состав горизонта преимущественно алевролитовый с прослоями песчаников в основании и аргиллитов в кровле. На локальных участках разрез представлен только аргиллитами. В зоне передовых надвигов Урала отложения практически отсутствуют. Мощность изменяется от первых метров до 25 м.

В современной конодонтовой шкале граница муллинского горизонта проведена внутри конодонтовой зоны Lower Mesotaxis falsiovalis [11] или внутри зоны Lowermost asymmetricus [12, 13], выше последнего появления Skeletognathus norrisi (Uyeno). На Восточно-Европейской платформе и, в частности, в пределах Волго-Уральского субрегиона вопросы о границе среднего и верхнего девона и стратиграфическом положении пашийского и тиманского горизонтов длительное время остаются предметом дискуссий. В унифицированной стратиграфической схеме Русской платформы [1] рассматриваемая граница принята в основании пашийского горизонта и отвечает подошве зоны hermanni–cristatus. Ряд исследователей коррелируют нижнюю границу верхнего отдела с основанием верхнетиманского подгоризонта (обзор в работе [14]). Данная точка зрения нашла свое отражение в Постановлениях МСК [2], но не получила формального подтверждения. В.С. Цыганко [15] вышеозначенную границу проводит в основании саргаевского горизонта. По мнению Н.К. Фортунатовой [16], ее целесообразно совместить с подошвой тиманского горизонта. Последний уровень границы принят в данной работе, и, таким образом, пашийский горизонт отнесен к среднему отделу девонской системы.

Пашийский горизонт (свита) выделен А.К. Белоусовым [17] на западном склоне Среднего Урала (Архангело-Пашийский район). В стратиграфической схеме девона Русской платформы [1] принят в объеме отрадненских и гайнинских слоев. На основе зонального расчленения по споро-пыльцевым комплексам Р.М. Араслановой удалось обособить характеристики пашийского и тиманского горизонтов на уровне подзон [4, 18]. Из них две нижние подзоны (снизу вверх) Hymenozonotriletes incisus и Archaeoperisaccus verrucosus соответствуют пашийскому горизонту, верхняя подзона обильной Archaeozonotriletes variabilis – тиманскому горизонту [1].

Литологически породы подгоризонта представлены преимущественно светло-серыми песчаниками, алевролитами с подчиненными прослоями аргиллитов. Отложения верхнепашийского подгоризонта повсеместно отличаются от нижнепашийских более глинистым составом, увеличением количества остатков ископаемых организмов. Разрез слагают переслаивающиеся алевролиты, мелкозернистые отсортированные кварцевые песчаники и аргиллиты. По простиранию литологические разности замещают друг друга в разных соотношениях даже в пределах небольших территорий. Мощность изменяется от первых метров до 30 м [19].

Фактический материал и методы исследования

Работа выполнена на основе исследований терригенных отложений нерасчленённой толщи воробьевско-ардатовского и пашийского горизонтов живетского яруса среднего отдела девонской системы, изученных в разрезе скв. Широковская 2. Скважина пробурена на Берестянском поднятии, расположенном в районе сочленения Косьвинско-Чусовской седловины Предуральского краевого прогиба и передовых надвигов Западно-Уральской зоны складчатости (Гремячинский р-н Пермского края).

Вынос керна составил 20 м в изучаемом интервале, что соответствует 100 %. Основой для работы послужили результаты геофизического исследования скважин, а именно гамма-каротаж (ГК), нейтронный гамма-каротаж (НГК) и акустический каротаж (ДТ). Данный материал позволил провести стратиграфическую увязку керна, при которой авторы руководствовались результатам литологического описания керна и палинологических исследований, проведенных в опорной скв. Широковская 1 [20] пробуренной рядом. Схема корреляции скважин приведена на рис. 1.

 

Рис. 1. Местоположение изученной скважины на тектонической схеме Пермского края (1) и схема корреляции изученного разреза скважины Широковская 2 и опорного разреза скважины Широковская 1 (2). Условные обозначения рис. (1): a) города; b) скважины; c) границы тектонических структур. Условные обозначения к рис. (2): a) карбонатные породы; b) аргиллиты; c) алевролиты; d) песчаники; е) точки отбора проб и их номер

Fig. 1. Location of the studied well on the tectonic scheme of the Perm Krai (1) and correlation diagram of the studied section of the Shirokovskaya 2 well and the reference section of the Shirokovskaya 1 well (2). Symbols for figure (1): a) cities; b) wells; c) boundaries of tectonic structures. Symbols for figure (2): a) carbonate rocks; b) argillites; c) siltstones; d) sandstones; e) sampling points and their number

 

Отложения эйфельского яруса представлены аргиллитами зеленовато-серыми, тонкослоистыми, хрупкими. Выше по разрезу с несогласием залегают песчаники живетского (воробьевско-ардатовский интервал) яруса в интервале 2404,2–2417,4 м. Далее по тексту приведено описание разреза снизу вверх.

Слой 1. Песчаники светло-серые, среднезернистые, косослоистые, с редкими тонкими прослоями углистого материала, крепкие. Контакт с нижележащим слоем четкий, волнистый. Мощность 3,5 м.

Слой 2. Песчаники серые, алевритовые и мелкозернистые, с массивной слоистостью, с прожилками углистого материала, крепкие. Контакт с нижележащим слоем четкий, ровный. Мощность 3,25 м.

Слой 3. Алевролиты серые, мелко-крупнозернистые, тонкослоистые, с прожилками углистого материала, хрупкие. Контакт с нижележащим слоем постепенный, ровный. Мощность 0,75 м.

Слой 4. Песчаники светло-серые, алевритистые и средне-мелкозернистые, с массивной слоистостью, в верхней части слоя со слабоволнистой слоистостью, с прожилками углистого материала, крепкие. Контакт с нижележащим слоем четкий, ровный. Мощность 3,25 м.

Слой 5. Алевролиты серые, мелко-крупнозер-нистые, тонкослоистые, хрупкие. Контакт с нижележащим слоем постепенный, ровный. Мощность 1 м.

Слой 6. Песчаники светло-серые, алевритистые и мелко-среднезернистые, с пологой слоистостью, крепкие. Контакт с нижележащим слоем четкий, ровный. Мощность 0,75 м.

Слой 7. Алевролиты глинистые, темно-серые, мелкозернистые, тонко-среднеслоистые, крепкие. Присутствуют волнистые прожилки темно-зеленого глинистого материала и песчаника мелко-среднезернистого. Контакт с нижележащим слоем постепенный, ровный. Мощность 1,5 м.
Посредством детальной межскважинной корреляции по материалам ГИС [21] выполнено сопоставление описанного интервала с интервалом распространения отложений живетского яруса в разрезе скважины Широковская 1 [20], в которой выполнены палинологические исследования, позволившие определить стратиграфические границы. В Широковской 1 воробьёвско-ардатовский горизонт выделен на глубине 2735,0–2748,5 м. Нижняя граница определена на основании смены известняков с афонинским комплексом микрофауны (Acanthotriletes impolitus Naum.; Archaeozonotriletes cf. villosus Tschibr.; A. optivus var. vorobjensis Tschibr.; Hymenozonotriletes tichonovitschi Rask.) на терригенные породы с воробьевско-ардатовским спорово-пыльцевым комплексом (Schizophoria cf. bistriata; Sch. striatula; Schuchertella umbraculum; Desquamatia desquamate; D. frequens Tjazh.; Spinatrypa aspera; Emanuella takwanensis; E. subumbona var. iralica Tjazh) [20].
В скважине Широковская 2 пашийский горизонт выделен в интервале 2398,5–2403,8 м.

Слой 8. Песчаники алевритистые мелко-средне- и средне-мелкозернистые, с косой слоистостью, с прожилками углистого материала, крепкие. Контакт с нижележащим слоем четкий, волнистый. Мощность 4 м.

Слой 9. Аргиллиты светло-зеленовато-серые, микро- и тонкослоистые, хрупкие. Мощность 1,35 м.

В разрезе скважины Широковская 1 в терригенных породах определен споро-пыльцевой комплекс Archaeozonotriletes optivus – Hymenozonotriletes krestovnikovi [20]. Он выделяется в интервале 2731–2735 м, в котором граница между пашийским и воробьевско-арадатовским горизонтом выделяется по смене серых песчаников и алевролитов на зеленовато-серые алевролиты и аргиллиты, охарактеризованные пашийским комплексом спор [20].

Тиманский горизонт в разрезе скважины Широковская 2 выделен в интервале 2403,8 м и выше. Верхняя граница горизонта керном не охарактеризована. Представлен известняками серыми, скрыто-микрокристаллическими, массивными с обильными включениями раковин брахиопод. Граница с нижележащим пашийским горизонтом выделена на основании сопоставления по ГИС со скважиной Широковская 1, в которой, в свою очередь, данная граница выделена по межскважинной корреляции по ГИС с разрезом Вильвенской скважины 70, где тиманский горизонт сходного строения и литологии датирован тиманской фауной [20].

Петрографическое изучение шлифов проведено на поляризационном микроскопе Olympus BX51 (Япония) в проходящем свете с использованием методов скрещенных николей. Кроме этого, были сделаны снимки шлифов в проходящем свете и в скрещенных николях при увеличении 50× и 100× (аналитик Е.М. Томилина).

Исследования минерального состава пород и глинистой фракции проводились с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-6000 (Shimadzu). Общий минеральный состав определялся по дифрактограммам истертых до порошка валовых проб. Глинистая фракция выделялась седиментационным способом после предварительной обработки 10 % раствором уксусной кислоты для удаления карбонатного цемента. Для диагностики основных групп глинистых минералов полученные после осаждения на стекла ориентированные препараты исследовались в воздушно-сухом состоянии после насыщения этиленгликолем, прокаливания при температурах 350 и 550 °С, обработки 10 % раствором теплой соляной кислоты [22]. Содержания минералов в валовых пробах определялись с помощью метода Ритвельда [23] в программе Topas 5.0. Соотношения минералов в глинистой фракции рассчитывались по интегральным интенсивностям основных диагностических отражений с использованием корундовых коэффициентов (аналитик Г.А. Исаева).

Содержания породообразующих оксидов определялись рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре S8 Tiger (Bruker) (аналитик И.С. Федотов) [24]. Для анализа породообразующих элементов изготавливались стеклообразные диски путем плавления гомогенизированной смеси порошка из прокаленного материала пробы с боратами лития при температуре 1100 °C в платиновых тиглях в печи индукционного плавления. Анализ примесных и микропримесных элементов (с содержанием <5 %) проведен с использованием аттестованной методики определения элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой согласно методике СТО ТГУ 048-2012 (аналитики Е.С. Рабцевич). Пределы обнаружения следовых количеств элементов составляют 0,001 г/т. Анализ выполнен методом ICP-MS на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies Inc., США) с использованием внутреннего стандарта (In Internal standard, Inorganic Ventures, США) и внешнего стандарта СГД-2А (ГСО 8670-2005). Определения микроэлементного состава пород выполнены на оборудовании Томского регионального центра коллективного пользования Национального исследовательского Томского государственного университета.

Петрографическое описание шлифов

Минеральный состав терригенных пород пашийского горизонта в соответствии с классификацией по Н.В. Логвиненко [25] отвечает полевошпат-кварцевым песчаниками (рис. 2).

 

Рис. 2. Классификационные диаграммы для терригенных пород воробьевско-ардатовского и пашийского горизонтов [25]

Fig. 2. Classification diagrams for terrigenous rocks of the Vorobyevsky-Ardatov and Pashysky horizons according to [25]

 

Снизу вверх по разрезу степень сортировки изменяется от средней до хорошей. Хорошая сортировка преобладает в большинстве образцов. Окатанность обломочного материала практически не изменяется, преобладают полуокатанные обломки. Структура псаммитовая, алевропсаммитовая, размер зерен изменяется от 0,02 до 0,4 мм, преобладают зерна 0,18–0,22 мм. Среди обломков различаются полуокатанные (70–80 %), неокатанные (5 %), отмечаются окатанные обломки (15–20 %) (рис. 3, A).

Для пород характерен смешанный тип цементов. В песчаниках присутствует бесцементное контактное соединение зерен кварца и обломков, которое характеризуется конформной структурой (рис. 3, B), а также обнаруживается поровый карбонатный и сульфатный цемент.

 

Рис. 3. Микрофотографии шлифов терригенных пород пашийского (A–D) и воробьевско-ардатовского (E–G) горизонтов (николи скрещены): A) песчаник алевритистый средне-мелкозернистый полевошпат-кварцевый; B) бесцементное контактное или регенерационное кварцевое соединение зерен с формированием конформных контактов; С) поровый сульфатный цемент, который образует пойкилитовую структуру; D) поровый карбонатный цемент; E) линзовидная прослойка глинистого алевролита размером 2×1,5 мм в среднезернистом песчанике; F) песчаник алевритовый мелкозернистый кварцевый с порово-пленочным глинистым цементом; G) песчаник среднезернистый кварцевый с поровым сульфатным цементом; H) поровый карбонатный и сульфатный цемент; карбонатная составляющая цемента представлена кристаллами кальцита, а сульфатная – ангидритом, образуя пойкилитовую структуру

Fig. 3. Micrographs of thin sections of terrigenous rocks of the Pashysky (A-D) and Vorobyevsky-Ardatov (E–G) horizons (crossed nicols): A) silty medium-fine-grained feldspar-quartz sandstone; B) cementless contact or regeneration quartz joint of grains with the formation of conformal contacts; C) pore sulfate cement that form poikilitic structures; D) porous carbonate cement; E) lenticular layer of clayey siltstone 2×1.5 mm in size in medium-grained sandstone; F) silty fine-grained quartz sandstone with porous-film clayey cement; G) medium-grained quartz sandstone with porous sulfate cement; H) pore carbonate and sulfate cement; the carbonate component of cement is represented by calcite crystals, and sulfate component is represented by anhydrite, forming a poikilitic structure

 

Карбонатная составляющая цемента представлена кальцитом, а сульфатная – ангидритом, которые образуют пойкилитовую структуру, чаще всего сульфатный цемент преобладает (рис. 3, C, D). В единичных случаях в отдельных порах развивается каолинит с редкой примесью гидрослюды. Средний минеральный состав пород пашийского горизонта: кварц (~86 %), полевые шпаты (~6 %) и обломки пород различного генезиса (~8 %). Обломки пород представлены кварцитами глинистого и кремневого состава. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого и основного состава: циркон, сфен, лейкоксен, амфиболы и пироксены (рис. 4).

Фигуративные точки изученных пород воробьевско-ардатовского горизонта на классификационной диаграмме Н.В. Логвиненко также расположились в поле значений полевошпат-кварцевых песчаников. Снизу вверх по разрезу степень сортировки чередуется от хорошей до средней. Окатанность обломочного материала изменяется от окатанных до полуокатанных обломков. Внизу разреза наблюдается единичная линзовидная прослойка глинистого алевролита размером 2×1,5 мм (рис. 3, E). Структура псаммитовая, алевропсаммитовая, размер зерен изменяется от 0,02 до 0,6 мм, преобладают зерна 0,15–0,3 мм. Среди обломков различаются полуокатанные (30–80 %), окатанные (15–65 %) и неокатанные (5 %) обломки (рис. 3, F).

Для пород характерен поровый карбонатный и сульфатный цемент (рис. 3, G). Карбонатная составляющая цемента представлена кальцитом, а сульфатная – ангидритом, которые образуют пойкилитовую структуру. Сульфатный цемент преобладает. Также наблюдается пленочно-поровый глинистый, гидрослюдистого состава (рис. 3, H) и бесцементное контактное или регенерационное кварцевое соединение зёрен с формированием конформных контактов. В порах развивается каолинит, чаще всего плохо раскристаллизованный. Так, средний минеральный состав пород воробьевско-ардатовского горизонта таков: кварц (~82 %), полевые шпаты (~8 %) и обломки пород различного генезиса (~10 %). Последние представлены кварцитами, гранитоидами и кремневыми породами. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого и основного состава: циркон, турмалин, сфен, лейкоксен, амфиболы (рис. 4).

 

Рис. 4. Фототаблица микрофотографий шлифов терригенных пород воробьевско-ардатовского и пашийского горизонтов

Fig. 4. Phototable of micrographs of thin sections of terrigenous rocks of the Vorobyevsky-Ardatov and Pashysky horizons

 

Петрогенные оксиды

Содержания петрогенных оксидов и рассчитанные значения основных химических индексов CIA и ICV [26] приведены в таблице.

Воробьевско-ардатовский горизонт. Содержания оксидов в терригенных породах варьируется в пределах: SiO₂=64,8–91,3, TiO₂=до 0,1, Al₂O₃=0,66–1,12, Fe₂O₃=до 0,75, MgO=0,22–0,88, CaO=2,1–12,8, Na₂O=до 0,1, K₂O=до 0,13 мас. %. На классификационной диаграмме Ф. Петтиджона [27] фигуративные точки состава песчаников располагаются в поле сублитаренитов и кварцевых аренитов (рис. 5, А). На диаграмме (рис. 5, B) видно, что песчанки получили значения CIA (7,8–24,6) и ICV (4,45–12,6) и расположены в поле незрелых слабовыветрелых пород.

 

Таблица. Петрохимический состав и содержания редких и редкоземельных элементов в песчаниках воробьевско-ардатовского и пашийского горизонтов

Table. Petrochemical composition and content of rare and rare earth elements in sandstones of the Vorobyevsky-Ardatov and Pashysky horizons

Лабора- торный номер Laboratory number	Psh-1	Psh-2	Psh-3	Psh-4	Psh-5	Giv-6	Giv-7	Giv-8	Giv-9	Giv-10
Глубина, м Depth, m	2403,6	2403,9	2404,4	2406,5	2407,4	2410,6	2412,8	2414,2	2415,8	2417,9
%	Пашийский горизонт Pashysky horizon					Воробьевско-ардатовский горизонт Vorobyevsky-Ardatov horizon
SiO₂	94,2	96,2	94,2	95,2	96,3	64,4	91,3	90,6	88,0	64,8
TiO2	0,09	0,06	0,12	0,13	0,13	0,03	0,08	0,08	0,10	0,07
Al2O3	0,95	0,60	1,24	1,57	1,10	0,97	0,73	0,66	0,81	1,12
Fe2O3	0,41	0,15	0,45	0,19	0,15	0,07	0,27	0,26	0,41	0,75
MnO	0,16	0,09	0,08	0,12	0,11	0,17	0,09	0,09	0,12	0,14
MgO	0,45	0,24	0,18	0,20	0,15	0,28	0,66	0,63	0,88	0,22
CaO	0,70	0,38	0,76	0,15	0,13	11,30	2,07	2,46	3,10	12,80
Na2O	0,15	0,02	0,08	0,09	0,08	0,07	0,09	0,08	0,08	0,10
K2O	0,07	0,04	0,16	0,31	0,11	0,05	0,08	0,08	0,08	0,13
P2O5	0,04	0,03	0,05	0,04	0,03	0,03	0,03	0,04	0,03	0,04
SO3	0,44	0,30	0,85	0,14	0,15	15,81	1,79	2,32	2,79	17,53
П.П.П.	1,19	0,83	0,78	0,74	0,52	5,58	1,74	1,65	2,42	1,06
Сумма	98,82	98,94	98,96	98,88	98,91	98,80	98,96	98,90	98,86	98,74
Na2O/K2O	2,14	0,50	0,50	0,29	0,73	1,40	1,13	1,00	1,00	0,77
SiO₂/Al2O3	99,2	160,4	76,0	60,6	87,5	66,4	125,1	137,2	108,7	57,9
CIA	50,8	57,7	55,4	74,1	77,5	7,8	24,6	20,1	19,9	7,9
ICV	1,97	1,48	1,41	0,68	0,68	12,2	4,45	5,44	5,74	12,6
ppm
La	5,34	4,44	5,81	5,83	4,83	3,30	6,38	5,97	5,56	4,78
Ce	9,54	8,74	10,70	10,76	8,96	6,36	10,91	10,16	9,97	9,42
Pr	1,26	1,11	1,51	1,47	1,00	0,72	1,37	1,29	1,27	1,21
Nd	5,28	4,63	6,74	6,21	3,55	2,61	5,16	4,85	4,86	4,57
Sm	1,20	1,07	2,15	1,37	0,71	0,48	0,95	0,90	0,98	0,89
Eu	0,21	0,17	0,48	0,22	0,12	0,08	0,15	0,14	0,04	0,14
Gd	0,96	0,73	2,42	0,95	0,64	0,34	0,74	0,72	0,84	0,71
Tb	0,14	0,10	0,36	0,14	0,11	0,05	0,12	0,12	0,14	0,13
Dy	0,72	0,48	1,59	0,68	0,59	0,22	0,62	0,61	0,74	0,60
Ho	0,15	0,10	0,33	0,14	0,14	0,04	0,14	0,13	0,17	0,15
Er	0,40	0,28	0,77	0,38	0,37	0,11	0,36	0,40	0,46	0,40
Tm	0,05	0,03	0,08	0,05	0,05	0,01	0,05	0,05	0,06	0,05
Yb	0,42	0,28	0,74	0,43	0,43	0,13	0,43	0,43	0,55	0,38
Lu	0,05	0,04	0,09	0,06	0,06	0,02	0,05	0,06	0,07	0,05
Sc	0,62	0,51	1,03	1,34	0,62	0,26	0,56	0,55	0,87	1,63
Zr	31,10	21,10	39,19	33,77	30,85	6,48	32,53	35,19	45,52	11,19
Th	0,99	0,69	1,39	1,12	0,97	0,48	0,99	1,10	1,19	1,39
(La/Yb)n	8,53	10,80	5,27	9,18	7,55	17,64	9,97	9,37	6,87	8,58
(La/Sm)n	2,81	2,62	1,70	2,68	4,25	4,30	4,24	4,18	3,56	3,37
(Gd/Yb)n	1,83	2,13	2,63	1,78	1,20	2,17	1,38	1,36	1,24	1,52
Eu/Eu*	0,60	0,57	0,65	0,58	0,53	0,62	0,56	0,54	0,15	0,54
Th/Sc	1,60	1,35	1,35	0,84	1,56	1,85	1,77	2,00	1,37	0,85
Zr/Sc	50,16	41,37	38,05	25,20	49,76	24,92	58,09	63,98	52,32	6,87

Примечания: CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O)]×100; ICV=(TiO₂+Fe₂O₃+MnO+MgO+CaO+K₂O+Na₂O)/Al₂O₃; Eu/Eu* = (Eun)/((Smn)×(Gdn))1/2; (La/Yb)n, (La/Sm)n (Ga/Yb)n – отношения, нормированные по хондриту [28].

Note: CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O)]×100; ICV=(TiO₂+Fe₂O₃+MnO+MgO+CaO+K₂O+Na₂O)/Al₂O₃; Eu/Eu* = (Eun)/((Smn)×(Gdn))1/2; (La/Yb)n, (La/Sm)n (Ga/Yb)n ratios normalized by chondrite [28].

 

Пашийский горизонт. Содержания оксидов в песчаниках варьируют в пределах: SiO₂=94,2–96,3, TiO₂=до 0,13, Al₂O₃=0,6–1,57, Fe₂O₃=0,15–0,45, MgO=0,15–0,45, CaO=0,1–0,7, Na₂O=до 0,15, K₂O=до 0,31 мас. %. На классификационной диаграмме Ф. Петтиджона фигуративные точки состава песчаников располагаются в поле сублитаренитов и кварцевых аренитов (рис. 5, А). На диаграмме (рис. 5, B) видно, что песчаники получили значения CIA (Chemical Index of Alteration – индекс химического выветривания) (50,8–77,5) и ICV (Index of Compositional Variability – индекс зрелости осадков) (0,68–1,97) и расположены в поле зрелых и незрелых слабовыветрелых пород.

Редкоземельные элементы

Содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) в изученных образцах представлены в таблице. Для наглядного представления особенностей распределения этих элементов проведено их нормирование на хондрит [28] (рис. 5, C–D).

Для пород воробьевско-ардатовского горизонта обнаруживаются фракционированные спектры распределения РЗЭ (Lan/Ybn=6,87–17,64) и обогащение легкими лантаноидами (Lan/Smn=3,37–4,30) относительно тяжелых (Gdn/Ybn=1,24–2,17). На спектрах распределения РЗЭ фиксируется ярко выраженная отрицательная европиевая аномалия (Eu/Eu*=0,15–0,62) (рис. 5, D).

 

Для пород пашийского горизонта обнаруживаются фракционированные спектры распределения РЗЭ (Lan/Ybn=5,27–10,80) и обогащение легкими лантаноидами (Lan/Smn=1,70–4,25) относительно тяжелых (Gdn/Ybn=1,20–2,63). На спектрах распределения РЗЭ фиксируется слабо выраженная отрицательная европиевая аномалия (Eu/Eu*=0,53–0,65) (рис. 5, C).

Обсуждение результатов

Генетическая типизация терригенных пород живетского яруса, проведенная с использованием системы индексов CIA/ICV [26], позволила аттестовать песчаники воробьевско-ардатовского горизонта как незрелые осадки первого цикла седиментации (рис. 5, B), т. е. породы, образованные за счет разрушения первично-магматических и метаморфических пород.

 

Рис. 5. Положение фигуративных точек на диаграммах (A) [27]; диаграмма CIA [31]/ICV (B) [26]; спектры распределения РЗЭ (C), нормированные по хондриту [28]; палеогеодинамическая дискриминационная диаграмма F1–F2 М. Бхатиа (D) [29]; дискриминационные диаграммы для определения состава источника сноса; (E) диаграмма Zr/Sc–Th/Sc [30]

Fig. 5. Position of figurative points on diagrams (A) [27]; chart CIA [31]/ICV (B) [26]; REE distribution spectra (C) normalized to chondrite [28]; paleogeodynamic discrimination diagram F1–F2 of M. Bhatia (D) [29]; discrimination diagrams for determining the composition of the drift source; (E) Zr/Sc–Th/Sc diagram [30]

 

Фигуративные точки состава терригенных пород пашийского горизонта расположились в поле осадков первого и второго цикла седиментации (рис. 5, B) слабовыветрелых пород.

По результатам проведенных исследований изученные породы разделились на две естественные группы.

К первой группе относятся породы воробьевско-ардатовского горизонта, которые характеризуются хорошей и средней степенью сортировки и окатанности. Эти породы преимущественно полевошпат-кварцевого состава с обломками пород различного генезиса (~9 %). Анализ обломочной части и акцессорных минералов показал, что в области источника разрушались преимущественно магматические и метаморфические породы кислого состава. При этом присутствуют минералы-индикаторы пород основного состава. Для этой группы пород фиксируется наличие отрицательной европиевой аномалии. Таким образом, характер распределения спектров РЗЭ подтверждает сделанные выводы по результатам петрографических исследований о преимущественно кислом составе пород в области источника сноса.

Ко второй группе относятся породы пашийского горизонта, которые характеризуются хорошей и средней степенью сортировки и окатанности. Эти породы преимущественно полевошпат-кварцевого состава с обломками пород (~8 %). Анализ обломочной части и минералов тяжелой фракции показал, что в области источника разрушались магматические породы кислого и основного составов и метаморфические породы. Для этой группы пород фиксируется наличие отрицательной европиевой аномалии. Таким образом, мы можем предположить, что для пород воробьевско-ардатовского горизонта в области источника сноса разрушались преимущественно породы кислого состава. При этом имел место источник основного состава.

Присущие терригенным породам воробьевско-ардатовского и пашийского горизонтов значения отношений Zr/Sc и Th/Sc указывают, в соответствии с представлениями [30], на то, что в их составе доминирует материал первого и второго цикла седиментации, источником которого были магматические породы преимущественно кислого состава (рис. 5, F).

Контакт терригенных пород живетского и нижележащих карбонатных пород эйфельского яруса фиксирует поверхность стратиграфического несогласия. Эрозионное событие на Восточно-Европейской платформе в целом совпадает со временем глобальной регрессии [31]. Живетский век начался с трансгрессии. Область седиментации живетского века представляла собой внутриконтинентальный бассейн, открытый в сторону Уральского палеоокеана. Основным источником поставки обломочного материала здесь являлась древняя суша на севере, объединявшая Коми-Пермяцкую, Гайнинскую, Ксенофонтово-Ябуровскую приподнятые зоны. С юго-востока материал поставляла Красноуфимская приподнятая зона [8, 31, 32]. Формирование отложений происходило в переходных условиях осадконакопления, существовала обдирная дельтовая система [33–40].

Накопление пород шло в обстановках пассивной континентальной окраины, что подтверждается расположением фигуративных точек на палеогеодинамической диаграмме [29] (рис. 5, E).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований выполнено послойное литологическое описание живетского интервала разреза в скважине и его сопоставление с соседним разрезом, в котором произведены палинологические исследования и подтвержден и обоснован возраст.

Формирование терригенных отложений живетского яруса происходило в переходных обстановках осадконакопления на обширной дельтовой равнине.

Песчаники воробьевско-ардатовского интервала являются петрогенными, образованными за счет разрушения первично-магматических и метаморфических пород преимущественно кислого и основного состава. Песчаники пашийского горизонта лито- и петрогенные. В области источника разрушались магматические и метаморфические породы кислого и основного составов.

Совокупность вещественных характеристик терригенных пород живетского яруса, с учетом опубликованных данных о литолого-фациальных особенностях этих пород, позволила предположить, что седиментация пород происходила на пассивной континентальной окраине при поступлении обломочного материала за счет размыва как раннее накопленных терригенных пород девона, которые были в экспозиции, так и разрушения выступов фундамента.

 

***

Благодарности: Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (проект № 0721-2020-0041).

Acknowledgements: The research was carried out with the financial support of the Russian Mnistry of Science and Higher Education, grant no. 0721-2020-0041

About the authors

Igor V. Afonin

National Research Tomsk State University

Author for correspondence.
Email: heaven05@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5942-6688

Cand. Sc., Senior Researcher

Russian Federation, 36, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Alexey V. Plyusnin

Almetyevsk State Technological University "Higher School of Oil"

Email: a.v.plyusnin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2386-0287

Cand. Sc., Scientific Consultant, Almetyevsk State Technological University "Higher School of Oil"

Russian Federation, 186А, Soviet avenue, Almetyevsk, 423462

Elena M. Tomilina

National Research Perm State University

Email: tomilinaelena.psu@yandex.ru

Senior Lecturer, Perm State National Research University

Russian Federation, 15, Bukirev street, Perm, 614990

Evgenia S. Rabtsevich

National Research Tomsk State University

Email: evgenia882-a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9275-4453

Cand. Sc., Research Engineer

 

Russian Federation, 36, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Ilya S. Ivanov

Branch of LLC "Lukoil-Engineering" "PermNIPIneft" in Perm

Email: Ilja.Ivanov@pnn.lukoil.com

I Category Engineer

Russian Federation, 21A, Academician Korolev street, Perm, 614000

Ivan V. Myakshin

Branch of LLC "Lukoil-Engineering" "PermNIPIneft" in Perm

Email: Ivan.Myakshin@pnn.lukoil.com

I Category Engineer

Russian Federation, 21A, Academician Korolev street, Perm, 614000

Alexander I. Sulima

National Research Perm State University

Email: super.sulima2013@yandex.ru

Applicant

Russian Federation, 15, Bukirev street, Perm, 614990

References

Supplementary files