Геохимия и минералогия аномально люминесцирующих прослоев баженовской свиты Западно-Сибирского осадочного бассейна

Актуальность темы исследования. Отложения баженовской свиты в настоящее время являются объектом пристального внимания геологов-нефтяников и рассматриваются не только как уникальный объект и главная нефтематеринская толща для нефтегазовых месторождений Западной Сибири, но и как нетрадиционный коллектор и перспективный объект для добычи углеводородов в категории «сланцевая нефть». Кроме того, баженовская свита относится к черносланцевым толщам и также насыщена многими редкими микроэлементами. В связи с этим, база данных о строении и составе отложений, геохимических и минералогических особенностях и перспективах нефтегазоносности с каждым годом пополняются новыми сведениями.
За последние десятилетия изучения отложений свиты значительно увеличился объем и качество исследований в связи с применением комплекса различных современных научных методов, направленных не только на изучение нефтематеринских и коллекторских свойств, но и на углубленное изучение вещественного (минерального и химического) состава отложений, а также на историю и условия их формирования.
В связи с повышением интереса к исследованию свиты увеличился объем бурения с максимальным выносом отложений, что позволило получать новые данные о строении и составе отложений, их геохимических и минералогических особенностях.
В процессе изучения отложений свиты в юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна автором были выявлены прослои с аномально ярким люминесцирующим свечением в ультрафиолетовом свете. При дальнейшем изучении отложений свиты подобные горизонты также отмечены и в центральной части бассейна.
Объект исследования: отложения баженовской свиты в центральной и юго-восточной части Западно-Сибирского осадочного бассейна (ЗСБ).
Предмет исследования: аномально люминесцирующие прослои в отложениях баженовской свиты, их химический и минеральный состав.
Цель работы: установить минералого-геохимические особенности состава и природу формирования аномально люминесцирующих прослоев баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях Западно-Сибирского осадочного бассейна.
Задачи:
1. Выявление, картирование и опробование аномально люминесцирующих прослоев в отложениях баженовской свиты в центральной и юго-восточной частях ЗСБ;
2. Выявление закономерностей распределения изучаемых прослоев (в вертикальном разрезе и по латерали) в пределах баженовской свиты на изучаемой территории;
4
3. Комплексное изучение вещественного состава и строения прослоев физико-химическими методами и их типизация;
4. Определение природы образования аномально люминесцирующих прослоев на основе анализа вещественного состава и минералого-геохимических особенностей;
5. Выявление минералого-геохимических критериев определения природы аномально люминесцирующих прослоев;
6. Определение природы люминесцентного свечения прослоев с применением комплекса физико-химических методов;
7. Оценка перспектив научного и практического использования аномально люминесцирующих прослоев как реперных горизонтов.
Фактический материал и методы исследования:
Изучаемые прослои отмечены в 63 скважинах на 12 площадях/месторождениях в центральной части ЗСБ – Широтное Приобье и в 41 скважине на 30 площадях/месторождениях в юго-восточной части бассейна. Для опробования было выбрано 30 скважин, равномерно распределенных по территории исследования, в которых изучаемые прослои имеют наиболее интенсивное люминесцирующее свечение и достаточную для представительного отбора образца мощность.
Для изучения вещественного состава и особенностей строения исследуемых прослоев и вмещающих их пород применялся комплекс минералого-петрографических методов, включавший петрографическое изучение шлифов и методы рентгеновской дифракции (РФА) в лаборатории седиментологии АО «ТомскНИПИнефть». Определение наличия углеводородов, количественного содержания органического углерода и других параметров исследуемых пород проводилось пиролитическим методом в лаборатории геохимии и пластовых нефтей АО «ТомскНИПИнефть».
Для количественного определения химического состава исследуемых пород, содержания редких и радиоактивных элементов применялся метод многоэлементного инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА), выполненный в Ядерно-геохимической лаборатории Томского Политехнического Университета (ТПУ). Для полной комплексной оценки химического состава исследованных образцов горных пород были использованы методы атомно- эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс- спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), выполненные в аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток). Изучение минеральных форм элементов, акцессорных минералов и элементов-примесей проводилось на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) в МИНОЦ «Урановая геология», отделение

5
геологии, ТПУ. Термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) выполнены в ЦКП “Физико-химические методы анализа”, ТПУ. Изучение природы люминесценции прослоев включало в себя рентгенолюминесцентный и фотолюминесцентный анализы. Исследования проводились в ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем», ТГУ. Работы по изучению и характеристике органического вещества, экстрагирование образцов в различных жидкостях (хлороформ, спиртобензол, ацетон) и ИК-спектрометрия проводились в ЦКП «Физико-химические методы анализа» и в Лаборатории исследования углей ТПУ. УФ-спектроскопия проводилась в Институте химии нефти СО РАН в Лаборатории физико-химических методов исследования.
Научная новизна:
1. Впервые в отложениях баженовской свиты в юго-восточной и центральной частях бассейна выявлены и прослежены прослои, аномально люминесцирующие в ультрафиолетовом свете;
2. Впервые проведена типизация люминесцирующих прослоев на основе особенностей их минерального состава – выделены глинистый и кремнистый тип. Для каждого типа охарактеризован их минеральный, макро- и микроэлементный состав, а также особенности строения;
3. На основе минералого-геохимических данных доказана вулканогенная (пепловая) природа образования люминесцирующих горизонтов. Геохимические особенности указывают на умеренно кислый состав вулканогенного материала в прослоях глинистого типа и средний – для кремнистого типа, характеризующие разные вулканические события;
4. Выявленные типы прослоев с ярко выраженным люминесцирующим свечением и разным минеральным и микроэлементным составом соответствуют нескольким эпизодам пеплонакопления и закономерно распределены по разрезу – измененные вулканогенные прослои глинистого типа приурочены к средней части разрезов, прослои кремнистого типа– к приподошвенной;
5. Установлена геохимическая специализация люминесцирующих прослоев глинистого типа, выраженная в накоплении группы литофильных редких металлов (Li, Th, Sr, Zr, Hf, Sn, Ta и легкие лантаноиды), свидетельствующая об источнике кислого состава. Аномально высокое содержание Th в прослоях глинистого типа в совокупности с особенностями строения прослоев является индикатором вулканогенной природы их формирования;
6. Установлено, что люминесценция горизонтов обусловлена органическим веществом (его компонентами).

6
Теоретическая и практическая значимость: Установленные минералого-геохимические особенности аномально люминесцирующих прослоев позволяют получить новые данные о вулканизме (его составе и специализации), отраженном в отложениях баженовской свиты на территории Западно-Сибирского осадочного бассейна и уточняют региональные закономерности формирования и распределения этих горизонтов на территории исследования. Выделенные прослои могут быть использованы в качестве маркирующих горизонтов для решения задач литостратиграфической корреляции ввиду их регионального распространения.
Степень достоверности результатов: Достоверность результатов работ обусловлена представительным отбором образцов для изучения, а также применением комплекса современных методов анализа минерального и химического состава.
Апробация работы и публикации: Результаты работы по теме диссертации докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Кустовая научно- техническая конференция молодых специалистов ПАО «НК «Роснефть» (г. Сочи, 2016 г.), «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2017-2021 гг.), «Уральская минералогическая школа-2018» (г. Екатеринбург, 2018 г.), «9-th Mid-European Clay Conference (г. Загреб, 2018), «Трофимуковские чтения-2019» (г. Новосибирск, 2019 г.), «Large Igneous Provinces through earth history: mantle plumes, supercontinents, climate change, metallogeny and oil-gas, planetary analogues» (г. Томск, 2019 г.), «Методы, методы и снова методы в литологии. 4-ая Всероссийская школа студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по литологии (Екатеринбург, 2020 г.), XV Международная научно-практическая конференция “Новые идеи в науках о Земле” (г. Москва, 2021 г.).
Основное содержание и научные положения диссертации изложены в 14 опубликованных работах, в том числе 3 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, цитируемых базой данных Scopus и Web of Science и входящим в перечень ВАК и 1 статья опубликована в журнале 1 квартиля.
Исследование данной темы было начато автором в 2016г. Основная часть работ выполнялась в рамках реализации гранта РФФИ «Выяснение природы образования, минералогических и геохимических особенностей состава аномально люминесцирующих глинистых прослоев баженовской свиты и их прикладного значения в литостратиграфии баженовской свиты Западно-Сибирского осадочного бассейна» (No 19-35-90008, «Аспиранты»).