Динаміка седиментації в межах південно-західного схилу Східноєвропейської платформи у силурі-ранньому девоні

У чисельнику - діапазон вмісту мінералів у породі, у знаменнику - середні значення вмісту мінералів у породі

Породи силуру та нижнього девону (локхівський ярус), які відображають процеси нагромадження карбонату впродовж цього вікового проміжку в дослідженому басейні, представлені фацією біодетритових і доломітизованих вапняків з прошарками мергелів (рис. 5, А-Д). Як глинисті мергелі, так і мергелі, що складаються з тонкодисперсної глинисто-карбонатної речовини, завжди містять кварц тонкоалевритової розмірності, який у середньому становить у глинистих мергелях 43%. Також у породах присутні карбонатні скелетні рештки 0,1-0,8 мм (інколи >1 мм), які часто є сильно перекристалізованими. Крім того, мергелі піритизовані та містять значну кількість лінзовидних скупчень органічної речовини. Біодетритові і доломітизовані вапняки містять від 55% до 85% СаСО3 та СаMg(CO3)2, та представлені обкатаними і необкатаними рештками рифових організмів з глинистим цементом.

Відклади силуру, які формувались у глибоководній частині за рахунок надходження глинистого матеріалу у седиментаційний басейн, представлені фацією аргілітів і вапнистих аргілітв (рис. 6, А, Б). Цемент у породах складається з іліту, хлориту, дрібних лусок слюди та субпаралельних прошарків органічної речовини, яка у цій фації досягає максимальних значень (до 2,16 ваг.%%).

Рифопобудови, які були притаманні для проксимальної частини басейну у силурійський час, представлені фацією рифових вапняків (рис. 7, А, Б). Породи у значних кількостях містять скелетні уламки, серед яких переважають водорості, остракоди, брахіоподи та корали. Найвищі значення вмісту СаСО3 встановлено у рифових вапняках (до 98%). Формування рифової фації почалося у венлоку. Ця фація утворила межу, за якою відкладалися глибоководні глинисті нашарування [Radkovets, 2015].

Отже, для дистальної частини басейну у силурійський час було характерним нагромадження глинистих мулів. Вміст СаСО3 в аргілітах та вапнистих аргілітах становить від 5 до 15%. Відклади силуру та нижнього девону (локхівський ярус), які нагромаджувались у менш зануреній частині басейну, характеризуються підвищеним вмістом карбонату кальцію у всьому розрізі. Рис. 8 показує вміст СаСО3 у розрізі дослідженого часового інтервалу для свердловини Лиман-1, яка є типовою для всієї проксимальної частини седиментаційного басейну (Волино-Подільська плита, Молдовська платформа, Переддобрудзький прогин), у якій було обмежене надходження глинистого матеріалу, і тому у відкладах силуру вміст СаСО3 змінюється від 40 до 98%. Максимальний вміст карбонатів (80-98%) фіксує існування в седиментаційному літописі басейну рифових побудов.

Рис. 5. Мікрофотографії:

А - мергель, свердловина Крехів-1, інтервал глибин 3405,1-3414,7 м, нижній девон (локхівський ярус); Б - мергель, свердловина Заложці-1, інтервал глибин 808,8-813,5 м, силур; В - доломітизований вапняк, свердловина Лиман-1, інтервал глибин 2170-2180 м, нижній девон (локхівський ярус); Г - глинистий біодетритовий вапняк, свердловина Бучач-1, інтервал глибин 1075-1080 м, силур: ф - фрагменти карбонатної фауни, д - зерна доломіту, ор - органічна речовина, сш - стилолітові шви

Рис. 6. Мікрофотографії силурійських порід:

А - аргіліт, свердловина Крехів-1, інтервал глибин 4560-4565 м; Б - вапнистий аргіліт, свердловина Крехів-1, інтервал глибини 4406,7-4412,2 м: ф - фрагменти карбонатної фауни, ор - органічна речовина

Рис. 7. Мікрофотографії силурійських рифових вапняків:

А - свердловина Лиман-1, інтервал глибин 2707-2713 м; Б - свердловина Заложці-1, інтервал глибини 729-761 м: в - водорості, к - корали, о - остракоди

Рис. 8. Вміст СаС03 у розрізі силуру та локхівського ярусу нижнього девону, свердловина Лиман-1 (Переддобрудзький прогин)

Нижчі значення вмісту карбонатів характерні для мергелів (40-55%) та біодетритових вапняків (56-83%), які становлять основну частину розрізу силуру. У розрізі локхівського ярусу девону рифові побудови відсутні, а вміст карбонату кальцію у породах змінюється від 45 до 83%.

Геодинамічні фактори та умови седиментації на південному шельфі Балтики. Геодинамічна еволюція. Досліджений регіон знаходиться на південно-західному схилі Східноєвропейської платформи на заході обмежується лінією Тейсейре-Торнквіста, а на сході межує з Українським щитом. У силурі (рис. 9, А) та ранньому девоні (рис. 9, Б) досліджуваний басейн являв собою південний шельф континенту Балтика. Внаслідок глобальних тектонічних подій в ордовіку [Verniers et al., 2008]досліджений регіон був виведений з-під рівня моря, що спричинило перерву в осадонагромадженні осаду у в цей віковий відтинок в осадовому розрізі західної окраїни Східноєвропейської платформи. У пізньому ордовіку відбулася зміна геодинамічного режиму дослідженого регіону зі стадії пострифтового термального занурення на колізійну. Новий седиментаційний басейн, який становив флексурний передовий прогин, пов'язаний із каледонською косою колізією Авалонії і Балтики, існував від початку венлокського часу силулокхівського часу раннього девону включно [Poprawa et al., 2018]. У празько-емський час (нижній девон) внаслідок зіткнення Балтики з Лаврусією відбувся акадійсько-каледонський орогенез, і басейн перейшов у постколізійну стадію.

Рис. 9. Палеогеографічні карти: А - силур за [Torsvik et al., 1996] та модель південного шельфу Балтики з розташуванням літофацій для лудловського часу за [Radkovets, 2015]; Б - ранній девон за [Golonka and Gaw^da, 2012]

Умови седиментації. Після ордовицького зльоденіння зледеніння клімат дослідженої території стрімко змінився внаслідок парникового ефекту. Рис. 10 показує зміну температурного режиму та рівня моря у глобальному масштабі і зокрема - у межах південного шельфу Балтики впродовж силуру-раннього девону. Температура поверхневих морських вод у силурі перевищувала 20 °С [Verniers et al., 2008], а у локхівський час раннього девону становила понад 30 °С [Kiessling, 2002, Kiessling et al., 2003]. Такі кліматичні умови сприяли інтенсивному карбонато нагромадженню карбонату у шельфових осадах дослідженого басейну (рис. 9).

Для периферичної частини басейну були характерні характерними карбонатні осади сформовані бентосними організмами, результатом чого у силурі стало інтенсивне рифоутворення (рис. 9, А). У глибшій частині шельфу (на глибинах понад 100 м) існувала зона кисневого мінімуму, в межах якої завдяки ефективній фосилізації планктонних організмів нагромаджувались карбонатні мули, збагачені органічною речовиною.

Палеоконтинент Лаврусія, який складався з Північної Америки і Балтики (рис. 9, Б) був місцем, де в силурі-девоні нагромаджувалися збагачені розсіяною органічною речовиною мули. На сучасному північноамериканському континенті знаходяться потужні товщі чорносланцевих відкладів девону, які сьогодні являють собою найбільші у світі родовища сланцевого газу і нафти та ефективно розробляються у США [Sonnenberg and Pramudito, 2009].

Досліджені нами відклади силуру-раннього девону нагромаджувались на південній континентальній окраїні Балтики у результаті існування там зони кисневого мінімуму. У девонський час ця зона мігрувала у мілководний морський басейн, що існував у межах Лаврусії між континентами Північна Америка і Балтика, що призвело до нагромадження вищезгаданих вище чорносланцевих товщ.

Розвиток рифопобудов у силурі (пізній венлок-середній пржидол) вздовж всієї епіконтинентальної південної окраїни Балтики спричинився до утворення бар'єрного рифу (рис. 9, А). Протяжність рифу становила близько 2300 км, а максимальна ширина - 150 км. Силурійське рифове пасмо за аналогією з сучасним Австралійським можна назвати «великий бар'єрний силурійський риф». Між цими рифами виявлено цікаву низку співпадінь. Насамперед це широти, адже південний палеошельфовий басейн палеоконтинету Балтика, де відбувалось рифоутворення, як і сучасний східний шельф Австралії, де розвивається Великий бар'єрний риф, знаходився в південних широтах (10-25°), наступне, - це розміри «тіла» рифу як силурійського, так і сучасного Великого бар'єрного, які співпадають (максимальна ширина - 150 км, довжина 2300 км), ще один фактор, який є притаманним для карбонатонагромадження карбонату - це температура. Сучасні температури у межах східного шельфу Австралії становлять 22-27 °С, за даними [Verniers et al., 2008] в межах дослідженого палеобасейну в силурійський час температура була не меншою (22 °С). І останній цікавий факт: площа Австралії і та площа палеоконтиненту Балтики теж наближено співпадають (~7 600 тис. км2).

У локхівський час не відбулося істотної зміни кліматичних та тектонічних умов, вони залишались такими ж, як у пізньому силурі, інтервалу інтервалі геологічної історії, для якого був притаманний теплий клімат з високим вмістом в атмосфері і в океанічній воді CO2 [Royer, 2006]. Незважаючи на поступове підвищення рівня моря (рис. 10), локхівський час характеризувався сприятливим середовищем для розвитку карбонатного біоценозу та осадонагромадження глинисто-карбонатних відкладів. В локхівський час рифоутворення припинилося. Епіконтинентальний басейн являв собою типову карбонатну платформу, в межах якої розвивався різноманітний карбонатний біоценоз. Рясний розвиток карбонатної фауни сприяв осадонагромадженню осаду відкладів зі значним вмістом CaCO3, максимальний вміст якого в породах досягає 83%.

Отже, після ордовикського зледеніння у силурі та нижньому девоні (локхівський час) в умовах парникового ефекту (рис. 10) проіснував басейн з інтенсивним нагромадженням карбонату та зоною кисневого мінімуму. Внаслідок зниження швидкості тектонічного занурення та зміни клімату у празький час осадовий басейн зменшив свої розміри, нагромадження карбонатів припинилося, натомість почалося теригенне осадонагромадження.

Перспективи нафтогазоносності. Карбонатно-глинистий комплекс осадових порід силуру та нижнього девону (локхівський ярус)

Східноєвропейської платформи становить певний інтерес з погляду перспектив нафтогазоносності, і може розглядатися як окрема нафтогазова система, що включає материнські породи та породи-колектори і можливі традиційні та нетрадиційні поклади нафти і газу. Силурійські відклади, які включають потужні нашарування глинисто-карбонатних порід, збагачених розсіяною органічною речовиною, розповсюджені на величезній території від Балтійського до Чорного моря, впродовж останнього десятиліття розглядалися як об'єкт для пошуків сланцевого газу [Poprawa, 2020; Sachsenhofer and Koltun, 2011].

Сьогодні економічна рентабельність розробки нетрадиційних вуглеводнів у відкладах силуру не підтверджена, хоча подальші дослідження у цьому напрямку тривають. Середній вміст органічного вуглецю в аргілітах силуру становить 0,8 ваг.%, але локально досягає значень 2,16 ваг.% [Radkovets et al., 2017a]. Беручи до уваги значну товщину цієї чорносланцевої товщі, яка перевищує 1300 м, подальші дослідження можуть показати перспективність розрізу силуру для пошуків нетрадиційних вуглеводнів.

У північно-східній частині дослідженого регіону, де відклади силуру залягають на невеликих глибинах і, відповідно, мають меншу термальну зрілість, можна очікувати поклади сланцевої нафти. У південно-західному напрямку ці відклади досягають більших глибин і вищої термальної зрілості, а отже, можуть бути перспективними на сланцевий газ. Силурійські рифові побудови є перспективними на традиційні нафтові поклади. Численні нафтопрояви зафіксовані у низці свердловин, зокрема на площі Локачі [Чиж, 1977, Різун та ін, 2007].

Карбонатно-глинисті відклади локхівського ярусу нижнього девону Волино-Подільської плити, як показали одиночні заміри, мають невисокий вміст Сорг, що становить 0,2 ваг.% [Radkovets et al, 2017b]. Однак, дослідження цих відкладів у Люблінському прогині, які нагромаджувались у тому ж осадовому басейні і являють собою одну й ту ж фацію, показали вміст Сорг в породах до 1,8 ваг.%, що дозволяє припустити можливість локальної участі цих порід разом із силурійськими чорносланцевими відкладами в процесах генерації вуглеводнів, які акумулювалися у залягаючій вище теригенній строкатоколірній товщі празькоемського ярусу нижнього девону. Зокрема, такий продуктивний горизонт виявлено на Локачівській площі [Крупський та ін., 2014].

Рис. 10. Глобальна крива змін рівня моря та палеотемператури поверхневих вод для силуру та локхівського часу нижнього девону