Состав и условия формирования вендских терригенно-карбонатных толщ юга Непско-Ботуобинской антеклизы

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
РАЙОНА РАБОТ
Первые исследования территории начались еще со второй
половины XIX века с геологического картирования. Наибольшая активность приходится на конец 70-х — начало 80-х годов ХХ столетия и связана с проведением поисковых геологоразведочных работ на нефть и газ. Непско-Ботуобинская антеклиза была выделена в 1975 году [Непско-Ботуобинская антеклиза…, 1986]. Она осложнена двумя основными положительными структурами I порядка – Непским сводом и Мирнинским выступом. Расположена в пределах Предпатомского осадочного бассейна.
Район исследований расположен на юго-востоке Сибирской платформы, юге Непско-Ботуобинской антеклизы. Он приурочен к Непско-Ботуобинскому внутреннему фациальному району и располагается на юге Приленско-Непской фациальной зоны. В районе также выделена Гаженская и Ботуобинская фациальные зоны [Мельников, 2018 и др.] (рис. 1).
Изученный стратиграфический интервал, согласно принятой стратиграфической схемы [Решения.., 1989], соответствует объёму непского и тирского горизонтов. Выше по разрезу отложения тирского горизонта перекрываются карбонатными отложениями даниловского горизонта. Согласно биостратиграфическим и изотопно-хемостратиграфическим исследованиям непский и тирский горизонт отнесен к верхнему отделу венда. На изученной территории фиксируются следующие стратиграфические несогласия: в подошве непского (преднепское), внутри непского (внутринепское), в подошве тирского (предтирское) и даниловского (предданиловское) горизонтов (рис. 2).
8
Рисунок 1. Район исследований (а)
и фрагмент схемы структурно-фациального районирования Сибирской платформы (б).
Рисунок 2. Фрагмент региональной стратиграфической схемы вендских отложений Непско- Ботуобинской антеклизы.

Непская свита подразделяется на две подсвиты (нижненепская и верхненепская), каждая из которых снизу-вверх представлена переходом от грубозернистых терригенных пород к мелкозернистым и до алевролитов и аргиллитов. Мощность свиты до 150 м. К гравелитам и песчаникам нижненепской подсвиты приурочен безымянный продуктивный горизонт, а к песчаникам верхненепской подсвиты – ярактинский.
Тирская свита подразделяется на две подсвиты (нижнетирскую и верхнетирскую), каждая из которых снизу вверх представлена переходом от терригенных к глинисто-сульфатно- карбонатным смешанным породам. Мощность свиты до 70 м. К песчаникам нижнетирской подсвиты приурочен парфеновский, а к верхнетирской – верхнетирский продуктивные горизонты.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ
ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
В работе представлены результаты комплексных исследований терригенно-карбонатных отложений непской и тирской свит, проведенные автором в течение 2016–2022 гг. В ходе исследования был выполнен комплекс литолого-фациальных и секвенс-стратиграфических исследований. Всего описано 20 скважин с суммарным выносом керна порядка 500 м. В работе приведены результаты исследований 8 скважин, по которым производился отбор керна для разностороннего изучения. Для решения поставленных задач было изучено более 100 петрографических шлифов в АО «СНИИГГиМС» по методике НСОММИ МР No 184.
В лаборатории Томского регионального центра коллективного пользования Национального исследовательского Томского государственного университета были выполнены:
-полуколичественный иммерсионный минералогический анализ тяжелой фракции терригенных пород в количестве 13 проб по методике НСОММИ МР 158;
-определение основных петрогенных оксидов выполнено в количестве 54 пробы, атомно-эмиссионным методом согласно методике НСАМ 487-ХС на эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (Termo Fisher Scientific, США);
-анализ концентраций примесных и микропримесных элементов (с содержанием <5%) произведен для 54 проб и 9 выполнялся методом ICP-MS на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies Inc., США). Геохронологические (U-Pb) исследования детритовых цирконов проведены для 4 проб в Лаборатории геохронологии и геодинамики Томского государственного университета методом (LA-ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре с индуктивно- связанной плазмой Agilent 7900 и системе лазерной абляции с эксимерным (ArF) лазером Analyte Excite (Teledyne CETAC Technologies, США). Обработка выполненных измерений выполнена с использованием программного пакета Dezirteer [Powerman, et al, 2018]. ГЛАВА 3. ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНЫЙ И СЕКВЕНС-СТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕПСКОЙ И ТИРСКОЙ СВИТ В результате проведённых литолого-фациальных исследований установлено, что изучаемые отложения накапливались в континентальных, переходных и мелководно- морских обстановках осадконакопления. Автором структурированы представления о фациальной принадлежности изучаемых отложений: выделены 8 макрофаций: элювиальные, пролювиальные (конусы выноса), флювиальные (речные), озерные; приливно- отливные, дельтовые (приливно-отливного типа); пляжа и подводного берегового склона и шельфовые. В каждой макрофации выделен типовой ряд фаций, состоящих из наборов, определенных литогенетических типов пород. Всего описано 37 ЛГТ. Представлено их латеральное распределение по описанным выше обстановкам осадконакопления. Составлены фототаблицы с характерными текстурами, которые могут являться атласом- определителем по вендским отложениям изученного района. На основании секвенс-стратиграфического анализа керна скважин автором впервые представлена концептуальная секвенс- стратиграфическая модель непской и тирской свит, состоящая из четырех секвенсов, связанных с циклами относительного колебания уровня моря (рис. 3). Нижненепская подсвита. Ее объёму соответствует выделенный секвенс SQ1, образующий базальную часть осадочного чехла, который залегает на породах коры выветривания и фундаменте. Подошва секвенции отвечает преднепскому стратиграфическому несогласию. Секвенс состоит из трех системных трактов, которые характеризуются латеральной и вертикальной сменой континентальных (флювиальные макрофации), переходных (приливно-отливные макрофации) и мелководно-морских (макрофации пляжа и подводного берегового склона) обстановок осадконакопления. Рисунок 3. Концептуальная секвенс-стратиграфическая модель непских и тирских отложений юга Непско-Ботуобинской антеклизы. Верхненепская подсвита соответствует секвенсу SQ2, залегает на породах нижненепской подсвиты или коре выветривания и фундамента. Подошва секвенции отвечает внутринепскому стратиграфическому несогласию. Секвенс состоит из трех системных трактов, которые характеризуются латеральной и вертикальной сменой континентальных (флювиальные макрофации), переходных (дельтовых макрофации) и мелководно- морских (макрофации пляжа и подводного берегового склона) обстановок осадконакопления. Нижнетирская подсвита выделена в объеме секвенса SQ3, залегает на породах непской свиты. Подошва секвенции отвечает предтирскому стратиграфическому несогласию. Секвенс состоит из трех системных трактов, которые характеризуются латеральной и вертикальной сменой континентальных (флювиальные макрофации), переходных (приливно-отливные макрофации) и мелководно-морских (макрофации пляжа и подводного берегового склона, шельфа) обстановок осадконакопления. Вверх по разрезу на трансгрессивном системном тракте и тракте высокого стояния уровня моря начинают преобладать карбонатные мелководно- морские отложения. Таким образом, фиксируется смена терригенного осадконакопления на преимущественно карбонатное, что свидетельствует о важной смене режима бассейна седиментации. Это может быть связано с тем, что объёмы поступления терригенного материала резко сократились, продолжавшаяся трансгрессия моря способствовала началу карбонатного осадконакопления. Верхнетирская подсвита выделена в объёме секвенса SQ4, залегает на породах нижнетирской подсвиты. Подошва секвенса отвечает внутритирскому стратиграфическому несогласию, характерному для южной части Приленско-Непской фациальной зоны. Секвенс состоит из трех системных трактов, которые характеризуются континентальных (приливно-отливные (шельфовые макрофации) обстановок осадконакопления. латеральной и вертикальной сменой (флювиальные макрофации), переходных макрофации) и мелководно-морских ГЛАВА 4. ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ, МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ И ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД В ходе проведенных петрографических исследований установлено, что в минеральном составе пород изученных свит преобладают кварц и полевые шпаты. Содержание слюд достигает 4 %. На классификационной диаграмме Н.В. Логвиненко образцы терригенных пород нижненепской подсвиты отвечают грауваккам, аркозо-грауваккам и аркозам. Точки составов верхненепской подсвиты и тирской свиты располагаются преимущественно в поле значений полевошпат-кварцевых песчаников. Обломки пород в непской свите представлены микрокварцитами, кварцитами, и кремнисто-слюдистыми сланцами. В тирской свите преобладают обломки микрокварцитов и кремнисто-слюдистых сланцев. Снизу вверх по разрезу непской свиты отмечается смена степени сортировки и окатанности пород от плохой до средней, что свидетельствует о малой дальности переноса обломочного материала. Здесь отмечается наличие глинистого (гидрослюдистого) пленочного, регенерационного кварцевого, сульфатно-карбонатного, галитового и др. цемента. В результате петрографических исследований и иммерсионного анализа терригенных пород нижненепской подсвиты, были диагностированы минералы тяжелой фракции, характерные для магматических пород кислого и основного состава. Для терригенных пород верхненепской подсвиты были диагностированы минералы преимущественно гранитной специфики. Вверх по разрезу тирской свиты наблюдается увеличение степени сортировки и окатанности обломочного материала, что указывает на увеличение дальности переноса обломочного материала в бассейн седиментации этой свиты. Цементы идентичны вышеописанным в непской свите. Диагностированы минералы тяжелой фракции, характерные для кислых магматических пород. Генетическая типизация терригенных пород непской и тирской свит, проведенная с использованием системы петрохимических модулей по [Юдович, Кетрис, 2000], позволила аттестовать их как петрогенные осадочные образования, т.е. породы, образованные за счет разрушения первично-магматических и метаморфических пород. Анализ спектров распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) показал, что для изученных пород нижненепской подсвиты фиксируется как наличие отрицательной европиевой аномалии, так и ее отсутствие. Породы верхненепской подсвиты, а также тирской свиты обнаруживают отчетливую европиевую аномалию. Таким образом, характер распределения спектров РЗЭ подтверждает ранее сделанные выводы о смешанном составе пород в области источника для отложений нижненепской подсвиты и преимущественно кислом составе пород в источнике обломочного материала для отложений верхненепской подсвиты и тирской свиты. ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕТРИТОВЫХ ЦИРКОНОВ ИЗ ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД Геохронологические (U-Pb) исследования детритовых цирконов из терригенных отложений непской и тирской свит южной части Непско-Ботуобинской антеклизы проведены впервые. В результате этих исследований, для всех изученных стратоподразделений, были получены как архейские, так и ранне- и позднепротерозойские оценки возраста детритовых цирконов. На (рис. 4) приведено сопоставление полученных результатов U-Pb (LA-ICP-MS) исследования возраста детритовых цирконов из терригенных отложений нижне- и верхненепской и нижне- верхнетирской подсвит с опубликованными результатами по изучению возраста цирконов из магматических и метаморфических пород, слагающих террейны, входящих в структуру северного сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса (по [Donskaya et al., 2017 и ссылки в ней], а также с оценками возраста пород, слагающих фундамент южной окраины Сибирского платформы (по [Rojas-Agramonte et al., 2011]). Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в области источника обломочного материала вендских терригенных толщ юга Непско-Ботуобинской антеклизы разрушались как породы фундамента Сибирской платформы, так и магматические и метаморфические образования прилегающих областей Центрально- Азиатского складчатого пояса. Таким образом, накопление терригенных пород непской свиты происходило в результате заполнения осадками дна бассейна за два цикла (SQ1 и SQ2) колебания относительного уровня моря. В бассейн седиментации обломочный материал поступал как за счет разрушения архейских (32% оценок возраста детритовых цирконов) и раннепротерозойских (44% оценок возраста) магматических и метаморфических пород фундамента Сибирской платформы, так и при участии позднепротерозойских (24% оценок возраста) пород северного сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса. Седиментация пород тирской свиты происходила в результате заполнения осадками дна бассейна за два цикла (SQ3 и SQ4) колебания относительного уровня моря. При этом в тирское время начинают преобладать глинисто-сульфатно-карбонатные мелководно-морские (шельфовые макрофации), песчаники приурочены только к трактам низкого стояния уровня моря. В области источника наблюдается существенное уменьшение количества архейских пород фундамента (12% оценок возраста детритовых цирконов), при этом отмечается увеличение вклада раннепротерозойских (43% оценок возраста детритовых цирконов) и позднепротерозойских источников (45% оценок возраста детритовых цирконов). U-Pb (LA-ICP-MS) геохронологические исследования детритовых цирконов позволили ограничить время накопления изученных толщ. Конкордантное значение возраста, полученное по наиболее молодому циркону в нижненепской подсвите (774 ± 9 млн лет), позволяет ограничить время накопления этих пород не древнее позднего рифея. В отложениях верхненепской подсвиты и тирской свиты возраст самого молодого детритового циркона составил 635 ± 3 млн лет, что позволяет ограничить время седиментации этих пород не древнее раннего венда. Рисунок 4. Сопоставление возрастных спектров для обломочных цирконов непского и тирского горизонтов внутренних районов Сибирской платформы со спектрами по террейнам Центрально-Азиатского складчатого пояса и фундаменту южной окраины Сибирского платформы.