Back Up

ЛИТОГЕНЕЗ КАК ОТРАЖЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ СТАДИЙ
ФОРМИРОВАНИЯ РАННЕМЕЗОЗОЙСКОГО ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА
СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ЗАУРАЛЬЯ
(Колтогорско-Уренгойская депрессия)

Япаскурт О.В., Сухов А.В.
МГУ, Геологический факультет, Москва

        Проблема причинно-следственных соотношений между тектогенезом и осадочными процессами не нова. Ей уделяли внимание крупные и известные ученые – литологи и тектонисты: Л.В. Пустовалов (1940), Н.М. Страхов (1953, 1962), В.В. Белоусов (1962), А.Б. Ронов и В.Е. Хаин (1971), Л.Б. Рухин (1954), Г.Ф. Крашенинников (1957, 1971), А.Г. Коссовская и В.Д. Шутов (1976), Г.А. Каледа (1980), А. Митчел и Х. Рединг (1990), С.И. Романовский (1988), П.П. Тимофеев (1970) и др. Эта проблема перспективна и многопланова. Вместе с тем до сих пор ее исследователи в большинстве своем привлекали внимание к закономерностям влияния геодинамических режимов на седиментогенез. Стадии литогенеза (диагенеза, катагенеза) в том же аспекте изучены меньше. Их познание чрезвычайно актуально.

        Литогенез рассматривается как совокупность многофакторных процессов естественной историко-геологической эволюции флюидно-породной системы осадочного бассейна (ОБ) в стратисфере. Ныне известно, что особенности литогенетических преобразований различных осадочных комплексов в неодинаковой мере наследуются от условий фациально-ландшафтной среды седиментации, а иногда они вовсе не наследуются – в зависимости от многовариантного сочетания экзо- и эндогенных факторов породообразования. Очевидно, что влияние последних интегрируется геодинамическими режимами развития ОБ. Однако причины и механизмы их влияния изучены пока еще недостаточно. Они нуждаются в систематизации. Способы решения такого рода задач рассмотрены в недавних работах О.В. Япаскурта (1999), где воспроизведена обобщенная схема соподчиненности факторных воздействий на осадочные процессы. На ней показано, как тектогенез оказывает свое интеграционное влияние на литогенез через глубинные термобарические и флюидные импульсы, взаимосвязанные, в свою очередь, с литосферными геодинамическими процессами. Устанавливается же эта связь специфической методикой комплексного стадиального анализа, выполняемого на системно-генетической и историко-геологической основах.

        Данный метод чрезвычайно информативен. Его возможности не исчерпаны. Для их совершенствования предстоит еще многое сделать, прежде всего, конкретизировать известные и найти дополнительные критерии для точной диагностики не только стадийности, но и способов генерации породных компонентов – седиментогенных (первичных) и постседиментационных. Последние, например, возникают вследствие: 1) трансформаций кристаллических решеток первичных минералов, т.е. без фазовых превращений (наиболее камуфлированные процессы); 2) различных видов аутигенеза (кристаллизации из ионных растворов либо “старения” коллоидов); 3) перекристаллизации с фазовыми переходами; 4) кристаллобластеза в твердофазном состоянии; и 5) метасоматоза. Умение различать и датировать по времени возникновения все эти новообразования совершенно необходимо для решения рассматриваемой задачи.

        Однако еще до сих пор соотношения между литогенезом и тектогенезом оценивались исследователями, главным образом, исходя из анализа фациальных рядов и вещественных составов пород. Не умаляя ведущего значения первого методического приема, следует осторожно обращаться со вторым, помня, что геологами нередко допускались ошибочные заключения о седиментогенезе из-за причисления некоторых трансформированных либо аутигенных минералов к образованиям первичным. Но с тех пор, как стали внедряться многоуровневый стадиальный анализ (сочетающий макроскопические и петрографические наблюдения с прецизионными исследованиями), было получено немало доказательств вторичности породных компонентов, представлявшихся прежде седиментогенными. Хорошо известные теперь факты о наложенном и афациальном характере распределения в породах различных глинистых, карбонатных, цеолитовых и иных новообразований свидетельствуют, по нашему мнению, о неуниверсальности сформулированного более полувека назад “закона физико-химической наследственности осадочных отложений” (Пустовалов, 1940). Он же до сих пор традиционно принимается многими геологами за аксиому, которая при расшифровке древних обстановок седиментогенеза и литогенеза может вводить нас в заблуждение. Избежать его дает возможность только комплексный стадиальный анализ. С его помощью удается реконструировать не только исходный состав седиментофонда, но и последовательную этапность повлиявших на минерально-структурные изменения пород процессов, которые, в свою очередь, были прямо или косвенно связаны с определенными геодинамическими событиями.

        Учитывая интеграционную роль последних, нам представляется весьма целесообразной разработка типизации литогенеза на геодинамической основе. Создание ее применительно к детально изученным (модельным) природным объектам позволит в будущем решать обратные задачи – реконструирования палеотектонических обстановок в древних ОБ, с учетом своеобразия постседиментационного преобразования осадочных комплексов. Это своеобразие обуславливается рядом причин, главным образом: 1) фациально-вещественным составом конкретной формации; 2) палеоглубиной ее погружения; 3) темпами погружения; 4) величинами палеотемпературного градиента; 5) характером перестроек структуры ОБ в результате воздымания, либо горизонтального перемещения отложений и разного рода дислокаций.

        Исходя из данных параметров, нами был предложен вариант схемы типизации с выделением трех крупных категорий: 1) фонового литогенеза погружения; 2) наложенного литогенеза инверсионных преобразований ОБ; 3) наложенного литогенеза динамотермальной активизации (Япаскурт, 1999). Внутри их могут выделяться более дробные таксоны, характеризуемые специфичностью механизмов породообразования и общностью диагностических признаков.

        Сделать это удобно на примере конкретных структурных элементов, в частности, раннемезозойских ОБ Западно-Сибирской плиты. Один из них, расположенный в Северо-Восточном Зауралье, будет рассмотрен ниже. Это раннемезозойский Колтогорско-Уренгойский грабен-рифт, полный разрез которого вскрыт скважиной СГ-6 вблизи г. Уренгой. Мы детально изучали ее керн в содружестве с геологами ФГУП НПЦ “Недра” В.И. Горбачевым и др. на протяжении минувшего десятилетия, анализируя стадиальные преобразования исследованных комплексов (Тюменская сверхглубокая…, 1996; Япаскурт, Горбачев, 1997). Рассмотрим сперва обобщенную сводку об эволюционировании палеогеографических и палеогеодинамических обстановок – согласно нашим литолого-фациальным наблюдениям, пополняя их сведениями из публикаций: Е.В. Артюшкова, В.С. Бочкарева, Ф.Г. Гурари, Ю.А. Ехлакова, Е.Г. Журавлева, А.Э. Конторовича, Н.В. Лопатина, С.И. Пуртова, В.С. Суркова, Л.В. Смирнова и др.

        Предыстория ОБ относится ко времени позднепалеозойской кратонизации и формирования Урало-Монгольского рифейско-палеозойского складчатого пояса, северо-западный сегмент которого впоследствии стал фундаментом осадочного чехла Западно-Сибирской плиты. Накануне мезозойской эры здесь образовалось сводовое поднятие, сложенное комплексами разнообразных пород – метаморфических, осадочных и магматических (от ультраосновных до кислых включительно). Их многообразие отразилось затем в полимиктовом составе кластогенных компонентов пород раннего мезозоя.

        1. Рифтогенный этап зарождения ОБ приходится в основном на раннетриасовую эпоху раскола позднепалеозойского сводового поднятия и активизации процессов континентального рифтогенеза. Произошла вспышка наземного базальтового вулканизма (напомним, что СГ-6 вскрыла толщу базальтов и туфов с редкими включениями ожелезненных алевропелитовых пород и латеритов в интервале от 6,5 до 7,4 км, не достигнув ее подошвы). Согласно заключению Ю.П. Казанского, этот вулканизм сформировал на бортах Колтогорской депрессии возвышенные плато, которые денудировались, пополняя седиментофонд переотложенным вулканокластическим веществом. Вулкано-терригенные осадки накапливались в условиях импульсивных проседаний дна ОБ, почти компенсируя впадину, представлявшую собой аллювиально-озерно-болотную низину.

        2. Раннеплитный этап имел продолжительность около 57 млн. лет: от среднего триаса до средней юры включительно. Тогда Колтогорский ОБ прогибался интенсивнее смежной территории, которая представляла собой сушу с расчлененным рельефом, амплитуда которого, по расчетам Э.А. Конторовича, к началу юры могла составить от 500 до 1000 м. Такие палеотектонические условия способствовали формированию крупной речной артерии, у которой истоки последовательно (по мере денудации водосборов) продвигались на юг, а с севера ингрессировало море. За это время в Колтогорском ОБ формируется фронт дельты, где со скоростями лавинного порядка накапливались галечно-песчаные и алеврито-глинистые осадки полимиктового состава, сформировавшие мощный (толщиной 2,5 км после катагенетического уплотнения) комплекс. Темпы компенсации впадины периодически то отставали, то опережали скорость тектонического погружения, что отразилось на характере цикличности строения разреза при мелководности большинства его генотипов.

        3. Собственно плитный этап длительностью 80 млн. лет приходится на позднеюрскую, ранне-, позднемеловую и раннепалеогеновую эпохи господства морского режима седиментации. На протяжении его фиксируются эпизоды стремительных “обрушений” дна ОБ, обусловивших некомпенсированную седиментацию.

        4. Инверсионный этап перестроек структуры ОБ в кайнозое был обусловлен спредингом литосферных плит и формированием Арктического и Атлантического океанов. Рассматриваемая территория начала воздыматься, представляя собой аккумулятивно-денудационную равнину. Суммарная амплитуда ее воздымания оценивается в 1000 м.

        На протяжении предшествующих трех этапов данные образования погружались настолько интенсивно, что сразу же после завершения стадии седиментации, быстро, минуя 300-метровый интервал зоны диагенеза, они вскоре оказывались под покровом вышележащих толщ в интервале глубин от 1 до 6 км и более. Инверсионные перестройки 4-го этапа несколько приподняли его над прежним уровнем, не выводя за пределы многокилометровых глубин залегания.

        Суммарное время пребывания исследуемых пород на таких глубинах составило, в зависимости от их возраста, от 245 до 160 млн. лет. В течение этого времени были сформированы не менее восьми генераций минерально-структурных парагенезов (Япаскурт, Горбачев, 1997). Анализируя их специфику, отметим, что благодаря вышеотмеченным ландшафтно-палеотектоническим особенностям Колтогорского ОБ, в зоны катагенеза поступали отложения минералогически “не зрелые”, то есть насыщенные кластогенными компонентами из метаморфических и магматических пород. Такие компоненты, будучи неустойчивыми к воздействию глубинных термобарических (р-t) факторов, составили обильный резерв вещества, перераспределяемого постседиментационными процессами (трансформационными, коррозионно-диффузионными, аутигенными, рекристаллизационными, метасоматическими и др.).

        Благодаря этому возникли многостадийные парагенезы минерально-структурных изменений, которые наиболее заметны в шлифах из песчаных пород. Последовательность их возникновения такова: 1) частичная коррозия терригенных зерен – главным образом слоистых, цепочечных, каркасных силикатов и седиментогенных карбонатов; 2) формирование глинистых пленочных цементов; 3) начало развития структур гравитационной коррозии между соприкасающимися обломочными компонентами (прямолинейных, конформных и сутурных контактов) совместно с регенерацией кварцевых частиц; 4) кристаллизация разобщенных агрегатов кальцита, имеющих коррозионные контакты с аутигенным кварцем; 5) формирование швов флюидоразрыва; 6) кристаллизация вростков аутигенных слюд поздней генерации; 7) рекристаллизационный бластез на контактах песчаных зерен кварца, наблюдавшийся только в некоторых литотипах из стратиграфического интервала, пограничного между триасом и юрой (процесс, фиксирующий термальную активизацию); а также 8) повсеместное развитие афациальных порфиробластических включений ромбоэдров доломита либо анкерита.

        Новообразования 1-5 характеризуют стадии литогенеза погружения, причем вторые отвечают началу, а пятые – завершению подстадии глубинного катагенеза. Именно в напряженных p-t обстановках глубинного катагенеза, вероятнее всего, возникали условия, благоприятные для элизионных процессов – с выделением массовых количеств H2O и SiO2 вследствие трансформаций смектитов в гидрослюду и/или хлорит. Результаты – регенерация кварца и формирование текстур флюидоразрыва вместе с частичным растворением примесей карбонатов (вследствие их гидролиза).

        Новообразования последующих генераций имеют явно наложенный характер. К ним относятся последние три вида. Объясняя их, обратимся к палеотемпературному режиму недр, который принадлежит к числу наиважнейших факторов влияния на литогенетические процессы. Рассмотрение t-режима применительно к Колтогорскому ОБ заслуживает особого внимания, потому что до недавнего времени существовали различия мнений относительно интерпретации фактических данных о высоких показателях отражательной способности витринитовых компонентов раннемезозойских пород из СГ-6 на фоне невысоких палеотемпературных градиентов большинства прочих структур Западно-Сибирской плиты. Прежние попытки объяснить это ошибочностью лабораторных замеров не подтвердились новыми фактическими материалами (Тюменская сверхглубокая…, 1996; Япаскурт, Горбачев, 1997).

        Проблема была решена недавними исследованиями Ю.И. Галушкина, Н.В. Лопатина и Т.П. Емец (Тюменская сверхглубокая…, 1996). Ими осуществлено численное моделирование эволюции катагенеза органических компонентов по массовым замерам отражательной способности витринита из керна СГ-6 и соседних с нею скважин. Главным выводом этих исследователей стало доказательство нелинейного характера возрастания палеотемпературного режима по мере роста глубины погружения породы. Согласно их данным, раннему этапу развития Колтогорского ОБ был свойственен высокий начальный тепловой поток (около 100 мвт/м2), характерный для областей континентального рифтогенеза, причем этот раннетриасовый тепловой импульс почти полностью релаксирует через 50-60 млн. лет. Показано, что литосфера ОБ оставалась существенно прогретой (с тепловым потоком через поверхность осадков q около 75 мвт/м2) в течение всего триаса, и несколько менее прогретой, но все же с высокими значениями q (58-62 мвт/м2) в средне- и верхнеюрской эпохах.

        Наблюдавшийся вышеупомянутыми исследователями нелинейный характер изменения отражательной способности витринита и, в частности, заметно повышенные значения Ro глубже 5500 м, объяснялись эффектом теплового воздействия на породы двух силлов, внедрившихся в триасовое и раннеюрское время в фундамент ОБ. Предполагалось, что внедрение этих силлов стимулировало гидротермальные процессы, охватившие большую часть осадочного покрова, накопленного к тому времени (возможно это стимулировало процессы бластеза кварца, см. ниже). Термальные процессы, вероятно, были проявлены дискретно, т.к. по данным цитируемых исследователей, релаксация теплового воздействия силлов на термический режим осадков происходила быстро (через 0,3-0,7 млн. лет после внедрения). Отложения триаса и низов юры, испытавшие это тепловое воздействие интрузий, достигли высокого уровня катагенеза еще в середине J1, учитывая, что Ro = 2,4-2,6% в породах T1-T2 и Ro = 2,0-2,4% для T3-J1.

        Вышележащие породы тоарского и более молодого возрастов не испытали воздействие вышеупомянутых локальных источников тепла, и поэтому считается, что в истории катагенеза не было резких скачков, а t не превышали 125-150 Со, и степень преобразования ОВ среднеюрских пород достигла к настоящему времени 1,1-1,5% Ro.

        Итак, имеются веские основания предполагать воздействие локальных источников тепла на ранней стадии погружения пород триаса и нижней юры. Этим хорошо объясняется изначально малопонятный феномен изменения степени литогенеза раннемезозойских пород СГ-6 с глубиной, который был показан в нашей работе (Япаскурт, Горбачев, 1997). А именно: явное возрастание всех признаков постседиментационной измененности пород сверху вниз, вплоть до интервала глубин 4,6-5,6 км (где в песчаниках устанавливались структуры рекристаллизационного бластеза кварца, требующие существенной тепловой и энергетической активации, характерной только для стадии метагенеза), а затем – явные признаки снижения степени измененности пород вплоть до забоя скважины, где почти не проявились процессы регенерации кварца и не заметно инкорпорационных и бластических структур.

        Наше первоначальное объяснение причины такого феномена связывалось с влиянием на формы проявления постседиментационных изменений первичного структурно-текстурного различия сопоставляемых осадков. В данном конкретном случае глубже 6 км в разрезе СГ-6 песчаные отложения несколько отличались от вышележащих песчаников наличием существенной примеси пирокластического вещества, трансформированного в смектит-хлоритовые агрегаты. Они заполняли межзерновое пространство в качестве порово-базального цемента, разобщавшего большинство кластогенных частиц от непосредственного контактирования. Считалось, что этот межзерновой заполнитель наподобие пластической “смазки” предохранял частицы кварца от интенсивной регенерации, от гравитационной коррозии (взаимной инкорпорации) и тем самым препятствовал проявлению рекркисталлизационно-бластических микроструктур – индикаторов стадии метагенеза. К данному объяснению приводились похожие примеры иных изучавшихся автором объектов (в частности, пород мезозоя Вилюйской впадины). Они, однако, все-таки не решали полностью возникшей проблемы.

        Теперь, опираясь на исследования Ю.И. Галушкина и др. (Тюменская сверхглубокая…, 1996), можно принять иную, более обоснованную версию. Она сводится к тому, что литогенез погружения раннемезозойских пород на вполне определенном историко-геологическом этапе был локально усилен процессами литогенеза динамотермальной активизации вследствие внедрения силлов и подъема изотерм в зонах разломов, ограничивающих грабен. Не исключено, что теплопередача была реализована не кондуктивным способом, а миграцией гидротерм вдоль ослабленных зон. Последними могли послужить швы флюидо-разрыва, обнаруженные нами именно в интервале максимальной измененности пород – между глубинами 4,6 и 5,6 км.

        Наиболее поздняя афациальная доломитизация (анкеритизация) связывается с регрессивно-эпигенетическими процессами, которые могли быть вызваны импульсами тектонического воздымания ОБ в кайнозое. Инверсионно-тектонические перестройки структуры ОБ, как известно, способствуют усилению открытости флюидно-породной системы, снижению парциального давления СО2 и, как следствие, кристаллизации карбонатов из бикарбонатного раствора. Наличие больших количеств Mg и Fe в составе седиментогенных компонентов обуславливало в данном случае формирование магнезиальных или железисто-магнезиальных разновидностей карбоната. В данном конкретном случае мы наблюдаем слабое проявление процессов наложенного литогенеза инверсионных преобразований ОБ.

        Все вышесказанное служит подтверждением концепции, высказанной в работе (Япаскурт, 1999), о импульсивности и дискретности литогенетических процессов. Обобщая эти данные, можно заключить, что раннемезозойским отложениям Колтогорского ОБ были присущи все три категории вышеперечисленных постседиментационных преобразований, взаимосвязанных с эволюцией палеогеодинамических режимов формирования Западно-Сибирской плиты.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 99-05-64740).