Выяснение палеотектонических и геохимических особенностей обстановок осадконакопления

Анализ петромагнитных параметров (магнитной восприимчивости и др.), при безусловном знании вида и генезиса минерала-носителя намагниченности, позволяет реконструировать многие условия осадконакопления: колебания уровня моря, изменения геохимического режима придонных слоев и другие особенности седиментогенеза [Молостовский, Храмов, 1997].

Базовые особенности интерпретации магнитной параметристики применительно к седиментогенезу тезисно сводятся к следующим формулировкам:

- Уровни существенного изменения магнитных свойств пород в стратиграфическом разрезе являются естественными плоскостями раздела пластующихся толщ, индикаторами региональных геологических событий, сказавшихся на эволюции осадконакопления.

- Известны две главные генетически разнотипные группы петромагнитных неоднородностей.

1) Магнитность пород первой группы обусловлена магнетиками аллотигенного ряда и контролируется совокупностью факторов, определяющими снос, транспортировку и аккумуляцию обломочного материала. При обобщении данных по обширной площади, на основе петромагнитной информации, в сочетании с данными других методов, можно реконструировать изменения уровня моря вследствие эвстатического и/или тектонического фактора, оконтурить области размыва, определить направления терригенного сноса

2) Магнетизм пород второй группы обусловлен аутигенной[3] минерализацией, характер которой определяется геохимией среды осадкообразования. Например, вариации термокаппаметрических характеристик по разрезу, которые отражают изменения в концентрациях сульфидов железа, коррелируют с изменениями в составах фаунистических комплексов, поскольку палеоэкологическая обстановка контролируется геохимическими показателями, в частности, окислительно-восстановительным потенциалом среды обитания.

Для работ, связанных с поисками и разведкой углеводородного сырья, наибольший интерес в этом плане представляет выявление слоев, обогащенных органическим веществом (ОВ) на стадиях осадконакопления и диагенеза. Магнито-минералогические методы позволяют диагностировать наличие в породах тонкодисперсного аутигенного пирротина, пирита и сидерита, а вариации петромагнитных параметров надежно фиксируют участки разреза с повышенными концентрациями этих минералов. Известно, что карбонаты и сульфиды железа формируются в восстановительной обстановке, а увеличение ОВ в придонных слоях способствует интенсификации восстановительного потенциала среды. Поэтому слои, обогащенные сидеритом и, особенно, пиритом, являются надежными индикаторами высокого содержания органического вещества в изначальном осадке. Как показывает опыт, петромагнитные характеристики (термокаппа) качественно отражают повышенные концентрации в слоях C_орг, благодаря чему с успехом могут быть использованы для прицельного отбора образцов на изотопный анализ.

Выделение пластов со следами вторичных изменений за счет действия углеводородов

При вертикальной миграции углеводородов, за счет их взаимодействия с вмещающими породами, образуются повышенные концентрации магнетита, магнитных сульфидов (пирротина, грейгита), пирита, которые фиксируются магнито-минералогическими методами (каппаметрией, термокаппаметрией, ДТМА). Таким образом, наличие, термокаппаметрических аномалий может указывать на существование в нижележащих пластах нефтегазовых залежей https://www.oper.ru [Еремин и др., 1986].

Глава 3. Методика работ

Петромагнитные исследования сопровождались стандартным комплексом лабораторных работ. Предварительная подготовка образцов для петромагнитного анализа заключалась в распиловке образцов на кубики с размерами ребер 20 мм и измельчении проб для проведения термомагнитного анализа. Проводились измерения магнитной восприимчивости (k) и естественной остаточной намагниченности (J_n); снятие кривых нормального намагничивания, с последующими замерами остаточной намагниченности насыщения (J_rs) и коэрцитивной силы (H_cr). Все исследуемые образцы подвергались термокаппаметрическому анализу для замеров прироста магнитной восприимчивости (dk). Проводился дифференциальный термомагнитный анализ.

Магнитная восприимчивость (k) – это физическая величина, характеризующая зависимость намагниченности вещества от магнитного поля. Магнитная восприимчивость является полезным индикатором литологических особенностей осадочных толщ. Благодаря простоте и быстроте измерений (непосредственно в поле, в обнажениях), магнитная восприимчивость наиболее широко используется как индикатор концентрации магнитных минералов. В зависимости от генезиса магнитных минералов (например, магнетита), вариации магнитной восприимчивости по разрезу характеризуют или изменение геохимической обстановки (если магнетит имеет аутигенное проихождение) в придонных слоях бассейна осадконакопления, или изменение тектонических условий (если магнетит имеет аллотигенное проихождение) рассматриваемой территории, а, соответственно, и интенсивности терригенного привноса магнитного материала в водоем конечного стока.

FD -фактор - структурно-чувствительный магнитный параметр, характеризующий частотную зависимость магнитной восприимчивости (FD =(k ₁- k ₂)/ k ₁*100, где k ₁ и k ₂ - магнитная восприимчивость измеренная на низкой (около 400 кГц) и высокой (около 4000 кГц) частотах соответственно). FD -фактор отражает наличие зерен магнитных минералов переходного размера от однодоменных к суперпарамагнитным. Магнитный параметр FD реагирует только на очень мелкие зерна. Размер таких зерен зависит от формы, состава и свойств минерала, для сферических частиц магнетита расчетный диаметр перехода к СПМ-состоянию составляет ~0,029 мк. Самым интересным свойством СПМ-фракции является ее преимущественно аутигенное происхождение в результате химических, биохимических и биологических процессов.

Естественная остаточная намагниченность (J_n) – остаточная намагниченность, закрепленная в магнитных минералах горных пород, отпечаток прошлого геомагнитного поля. Благодаря J_n, сохранена запись древнего геомагнитного поля, единственного на сегодня геофизического поля; чтение этой записи позволяет восстановить историю геомагнитного поля, а через нее динамику ядра Земли, историю движения континентов, осуществлять палеотектонические реконструкции разного масштаба, создать геомагнитную шкалу времени – шкалу полярности геомагнитного поля и др.

Остаточная намагниченность насыщения (J_rs) – максимально возможная величина остаточной намагниченности, созданная в поле магнитного насыщения. Как и J_n, вариации остаточной намагниченности насыщения зависят от концентраций только ферромагнитного материала.

Коэрцитивная сила (H_cr) – напряженность внешнего постоянного магнитного поля, в котором образец, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается (J=0). В ходе размагничивания магнитного материала от магнитного насыщения намагниченность оказывается равной нулю не в точке Н=0, а в некотором поле Н_с, обратном по направлению полю магнитного насыщения (магнитный гистерезис). Коэрцитивная сила зависит от размера зерна, с которым она имеет обратную связь (при увеличении размера зерна, значение H_cr уменьшается и наоборот).

Прирост магнитной восприимчивости (dk) – термокаппаметрические исследования заключались в измерении магнитной восприимчивости после нагрева в электропечи до 500^оС в воздушной среде в течение часа. Изначально немагнитный пирит при температурах 450-500^оC в окислительной среде превращается в сильномагнитный магнетит. Таким образом, вариации прироста магнитной восприимчивости (dK = K_t – K₀, где K_t – магнитная восприимчивость после нагрева (термокаппа), а K₀ – исходная магнитная восприимчивость) по стратиграфическому разрезу отражают концентрации новообразованного магнетита, по которым можно судить о наличии пирита в породах. Сходным термомагнитным эффектом обладают другие сульфиды (пирротин, грейгит, мельниковит и др.) и карбонаты железа.

Диагностика минералов-носителей намагниченности достигалась путем дифференциального термомагнитного анализа (ДТМА). В качестве диагностических признаков выступают точки Кюри (температура, выше которой исчезают ферромагнитные свойства минералов) или температуры фазовых переходов (уникальные для каждого минерала). С помощью ДТМА можно диагностировать наличие в породах пирротина, пирита, сидерита, магнетита, маггемита, гематита, гидроокислов железа и некоторых других минералов. Важнейшими достоинствами при этом являются возможность диагно­стики тонкодисперсных минералов, экспрессность анализов и малый объем пробы.

Аппаратура. Полевые измерения магнитной восприимчивости проведены портативными приборами KT-6, лабораторные - на измерителе магнитной восприимчивости каппабридже MFK1-FB. Измерения остаточной намагниченности выполнены на спин-магнитометре JR-6. Магнитные чистки переменным полем проводились на установке LDA-3A AF, темературой – в немагнитной печи конструкции Апарина. При термокаппаметрических исследованиях образцы нагревались в электропечи СНОЛ 6/11-В с программным регулированием температуры. Для определения остаточной намагниченности насыщения и коэрцитивной силы использовалась установка магнитного насыщения с электромагнитом, напряженностью до 8 000 Э. Термомагнитный анализ проводился с помощью термоанализатора магнитных фракций ТАФ-2 («магнитные весы»).