БИОХЕМОГЕННЫЕ КАРБОНАТЫ (ГЛЕНДОНИТЫ) В ОСАДКАХ БЕЛОГО МОРЯ - ВОЗМОЖНЫЙ ИНДИКАТОР ЗОНЫ ДЕГАЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ

А.Р. Гептнер

Скачать *pdf

Геологический институт РАН, г. Москва, Россия

 

   

Глендониты известны во многих районах в высоких широтах Северного и Южного полушарий в морских отложениях начиная с неопротерозоя до современных [сводка опубликованных данных см. Каплан, 1979; Selleck et al., 2007; James et al., 2005; Frank et al., 2008]. На севере и востоке России глендониты часто встречаются в мезо-кайнозойских отложениях. На шельфе арктических бассейнов отдельные находки фиксируются в отложениях голоцена (рис. 1).

Рисунок 1

В литературе широко распространено предположение об образовании глендонитов в результате псевдоморфного замещения кальцитом кристаллов икаита. Традиционно условия и способ образования глендонитов, основывается в основном на сходстве морфологии с икаитом и близких значений изотопного состава углерода и кислорода. Икаит - метастабильный аутигенный минерал, образуется в морских осадках при температурах близких к замерзанию (до -1°С) в ассоциации с бактериально разрушающимся органическим материалом. При температуре выше +4-5°С кристаллы икаита разрушаются, теряют воду и превращаются в кальцитовую кашицу.

В современных морских условиях икаит указывается в отложениях на шельфе Антарктиды, в глубоководных осадках в Атлантическом океане у берегов Аргентины и подводной дельты у берегов Заира, на шельфе Северного Ледовитого океана, на востоке России в Охотском море. Это послужило основанием для рассмотрения глендонитов в качестве определенных индикаторов холодного климата.

Фундаментальное отличие икаита от глендонитов заключается в том, что его кристаллы не включают терригенный материал. Они формируются на поверхности или в верхнем слое осадка, раздвигая осадочные компоненты [Greinert, Derkachev, 2004]. Морфологически глендониты сходны с икаитом. Это - кристаллоподобные дипирамидальные, звездчатые и ежеподобные образования, часто ассоциирующие с карбонатными конкрециями, частично или полностью их запечатывающими (рис. 2). Глендониты как и конкреции часто содержат большое количество различных компонентов терригенного осадка (минералы, обломки раковин, створки диатомовых водорослей, обрывки наземной растительности). Это свидетельствует о том, что они возникают и формируются в слое рыхлого осадка.

Рисунок 2

До сих пор слабо изученным оставался характер взаимоотношения глендонитов с вмещающими породами и их внутреннее строение. Это объясняется, прежде всего, тем, что первичный состав кайнозойских и более древних глендонитов испытал значительные изменения в процессе постдиагенетического преобразования, а микротекструктурные особенности аутигенных карбонатов, исчезли или сильно изменены. При исследовании голоценовых и четвертичных глендонитов, не затронутых процессом вторичной перекристаллизации, выявлены характерные особенности их внутреннего строения и взаимоотношения с вмещающим осадком, которые позволяют сомневаться в образовании глендонитов за счет псевдоморфного замещении кристаллов икаита. Прежде всего следует отметить определенные морфологические признаки постепенного роста кальцитового каркаса глендонитов и интенсивное замещение внутри глендонитов терригенного материала кальцитом.

Хорошим объектом для изучения глендонитов служат голоценовые (современные?) карбонатные образования Белого моря (беломорские рогульки) из известного уже более 100 лет местонахождения у устья реки Оленица. Актуальность исследования беломорских глендонитов, не затронутых процессом вторичных преобразований, определяется возможностью непосредственного исследования условий формирования биохемогенной локальной карбонатизации в терригенных отложениях.

Беломорские глендониты находятся в голоценовых осадках и можно думать, что их формирование в этом месте продолжается до сих пор [Гептнер и др., 1994]. Глендониты и ассоциирующие с ними карбонатные конкреции в Белом море распространены в сублиторальных голоценовых осадках на ограниченном по площади прибрежном участке у устья р. Оленица. Они залегают в морских терригенных отложениях, накопившихся поверх нарушенного пласта валдайской морены. Следует подчеркнуть, что ареал распространения глендонитов, конкреций и перемытого моренного валунно-глыбового материала полностью совпадают. За пределами этого эрозионного «окна» морены в послеледниковых отложениях карбонатная минерализация нигде не встречена.

Глендониты и карбонатные конкреции включают значительное количество терригенного материала. Минеральные зерна вне зависимости от их состава (кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, роговая обманка и др.), включенные в глендониты и конкреции, сильно корродированны, а по периферии нередко полностью замещаются кальцитом. Карбонатные конкреции часто содержат скопления раковин моллюсков, а непосредственно в глендонитах встречены фрагменты раковин, панцири диатомовых водорослей и фрамбоиды пирита.

В шлифах нами выделено несколько микроструктурных типов выделений кальцита в строении глендонитов. Наиболее широко распространены образования, напоминающие рисовые зерна или гранулы (первый тип), хаотично располагающиеся в теле глендонитов. При большом увеличении оптического микроскопа видно, что гранулы состоят из волокон, плотно упакованных в пучки иногда с расширяющимися и разветвляющимися концами. Гранулы образуют веерообразные и крестообразные сростки. На поперечных срезах гранул отчетливо видно концентрическое распределения микропор. Важно подчеркнуть, что внутри гранул терригенные компоненты отсутствуют (рис. 3).

Рисунок 3

На продольных срезах внутренняя часть гранул, выделяющаяся благодаря сильной пористости, часто имеет форму гантелей. Подобные микротекстурные особенности карбонатных образований отмечены в породах разного возраста (от голоцена до карбона) и связываются с биохемогенным (бактериальным) формированием выделений карбонатов [Peckmann et al., 2002; Nielsen et al., 1997] (рис. 4).

Рисунок 4

Реже встречаются шарообразные карбонатные выделения и их разнообразные срастания (второй тип). В шлифах отчетливо видна тонкая радиальная волокнистая структура, реже проявляется грубая концентрическая зональность. Важно подчеркнуть, что шарообразные выделения часто включают обломки минералов.

Третий микроструктурный тип образуют криптокристаллические выделения кальцита, слагающие нитевидные скопления. Они располагаются в поровом пространстве, а также на поверхности гранул, шаров, других карбонатных образований и терригенных минеральных компонентов. Четвертый тип сложен крустификационными скоплениями вееров или метелок тонковолокнистого карбоната.

Исследование глендонитов с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) позволило выявить ряд микроструктур, сходных с карбонатными образованиями, полученными в лабораторных исследованиях при участии бактерий [Ehrlich, 1996] (рис. 5).

Рисунок 5

В настоящее время основным компонентом беломорских глендонитов по данным рентгеновского анализа является кальцит. Отмеченные выше микротекстурные особенности карбонатного материала, и в первую очередь, многочисленные волокнистые структуры, позволяют считать, что первоначально это был арагонит. Изложенное выше определенно указывает на биохемогенный (бактериальный) способ образовании отмеченных карбонатных микроструктур в составе беломорских глендонитов.

Не противоречит этому изотопный состав углерода и кислорода глендонитов и конкреций, включающих многочисленные остатки морских раковин. Карбонат глендонитов разного типа (ежеподобных и дипирамидальных) и конкреций характеризуется незначительными вариациями значений δ13С. Наиболее низкое значение δ13С обнаружено в образце плотного пирамидального глендонита. Утяжеление изотопного состава карбоната некоторых образцов глендонитов и конкреций, может быть связано с загрязнением проб материалом морских моллюсков [Гептнер и др., 1994] (табл. 1).

Таблица 1

Легкий состав изотопов углерода дает основание считать, что карбонат глендонитов и конкреций формировался за счет углекислоты, образующейся в результате микробиологического разложения органического вещества. Надо отметить, что осадки, включающие глендониты, содержат очень небольшое количество органического углерода [Гептнер и др., 1994]. Можно предположить, что отложения богатые органическим углеродом располагаются ниже под мореной. Это могут быть четвертичные и более древние отложения венда и рифея. Моренный пласт, покрывающий дно бассейна, служит экраном, препятствующим удалению газообразных продуктов разложения органического вещества. На приподнятом участке дна абразия моренного пласта открыла возможность миграции газов вверх, в перекрывающие морену морские осадки и создала здесь благоприятные условия для микробиальной деятельности и образования глендонитов и конкреций. Бактериальное происхождение карбоната беломорских глендонитов и ассоциирующих с ними конкреций подтверждается морфологическим разнообразием микроструктурных типов кальцитовых выделений, и сходством некоторых из них с карбонатными образованиями явно микробиологического происхождения [Ehrlich, 1996; Castanieret al., 1989].

Проявления глендонитов и конкреций характерно для терригенных и вулкано-терригенных отложений кайнозоя и голоцена ряда восточных районов России (Сахалин, Зап. и Вост. Камчатка, Карагинский и Камчатский заливы), а также известны в мезо-кайнозойских и голоценовых отложениях в арктических и субарктических районах на севере (Лено-Таймырский, Печеро-Тиманский районы, в Северном Ледовитом океане - на шельфе моря Лаптевых, в Карском и Печерском морских бассейнах). Следует подчеркнуть, что в ряде районов четвертичные и голоценовые отложения, включающие проявления локальной карбонатизации, располагаются в районах перспективных для разведки скоплений нефти или газа [Шеин, 2006]. Появление глендонитов в четвертичных (Таймыр) и в голоценовых осадках на шельфе арктических бассейнов, вероятно, может указывать на существование локальных зон повышенной трещиноватости (проницаемости) и поступления в зону формирования карбонатов газообразных углеводородов. С этой точки зрения проявление беломорских глендонитов можно рассматривать как возможное свидетельство дегазации углеводородов из докембрийской осадочной толщи Кандалакшского рифта.

Результаты проведенных исследований и анализ литературы показывают, что рассматривать глендониты как псевдоморфозы по икаиту и считать их однозначным индикатором низких, (близких к точке замерзания) палеотемператур - преждевременно. Образующиеся в осадке карбонаты глендонитов могут формироваться в более широком диапазоне условий при наличии органического углерода или углеводородной дегазации из подстилающих отложений при активной деятельности метан окисляющих бактерий. Присутствие в беломорских глендонитах углеводородных биомаркеров (фенантрена, нафталина), обнаруженных в лаборатории углеродистых веществ биосферы Географического факультета МГУ при изучении состава полициклических ароматических углеводородов в карбонатных образованиях и вмещающих их осадках, свидетельствует о перспективности дальнейшего исследования процесса локальной карбонатной минерализации в этом районе.

 

Литература

Гептнер А.Р., Покровский Б.Г., Садчикова Т.А., Сулержицкий Л.Д., Черняховский А.Г. Локальная карбонатизация осадков Белого моря (концепция микробиологического образования) // Литология и полезные ископаемые. 1994. № 5, с. 3-22.

Каплан М.Е. Кальцитовые псевдоморфозы (псевдогейлюсит, яровит, тинолит, глендонит, геннойши, беломорские рогульки) в осадочных породах. Происхождение псевдоморфоз // Литология и полезные ископаемые. 1979, № 5, с. 125-140.

Шеин В.С. Геология и нефтегазоносность России // ВНИГНИ, Москва, 2006. Р. 620.

Castanier S., Maurin A., Perthuisot J.-P. Production bacterien experimentale de corpuscules carbonates, spheroidaux a structure fibro-radiare. Reflexionsur la definition de ooides // Bull. Soc. Geol. France. 1989. (8). Т. V. № 3 p. 589-595.

Ehrlich H.L. Geomicrobiology, 1996, 3rd ed. New York, 719 p.

Frank T.D., Thomas S.G., Fielding C.R. On using carbon and oxygen isotope from glendonites as paleoenvironmental proxies: a case study from the Permian system of Eastern Australia // Journal of Sedimentary Research. 2008, v.78.

Greinert J., Derkachev A. Glendonites and methane-derived Mg-calcites in the Sea of Okhotsk, Eastern Siberia: implications of a venting-related Ikaite/glendonite formation // Marine Geology. 2004, Vol. 204. P. 129-144.

James N.P., Narbonne G.M. Dalrymple R.W., Kyser Т.К. Glendonites in Neoproterozoic low-latitude, interglacial, sedimentary rocks, northwest Canada: Insights into the Cryogenian ocean and Precambrian cold-water carbonates // Geology. 2005, v. 33, no. 1, p. 9-12.

Nielsen P., Swennen R., Dickson J.A.D., Fallick A.E., Keppens E. Spheroidal dolomites in a Visean karst system - bacterial induced origin? // Sedimentology. 1997. Vol. 44. P. 177-195.

Peckmann J., Goedert J.L., Thiel V., Michaelis W., Reitner J. A comprehensive approach to the study of methane-seep deposits from the Lincoln Greek Formation, weastern Washngton State, USA // Sedimentology. 2002. Vol. 49. P. 855-873.

Selleck B.W., Carr P.F., Jones B.G. A review and synthesis of glendonites (pseudomorphes after ikaite) with new data // Journal of Sedimentary Research. 2007. P. 980-991.

 

  

 

 

Ссылка на статью: 

Гептнер А.Р. Биохеогенные карбонаты (глендониты) в осадках Белого моря – возможный индикатор зоны дегазации углеводородов // Природа шельфов и архипелагов Европейской Арктики. Вып. 10, М.: ГЕОС, 2010. С. 56-63.



 



eXTReMe Tracker

 

Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz