ГлавнаяНа распределение органического вещества в отложениях накладывает отпечаток прежде всего среда осадконакопления: морская или континентальная.
Известно, что в океанических условиях распределение органического вещества в широком плане подчинено климатической и циркумконтинентальной зональности.
Накопление его в отложениях океанов, морей и крупных внутриконтинентальных водоемов обусловлено биологической продуктивностью, скоростью осадкообразования, механическим составом осадка, гидродинамическими условиями и газовым режимом.
Содержание Сорг в современных морских осадках колеблется от сотых долей процента до 6 процентов и более.
В континентальных отложениях распределение органического вещества неравномерное. Его концентрация в осадочных толщах зависит от климата, генетического типа отложений, структурного плана региона, рельефа области сноса, площади бассейна седиментации и других факторов.
Как установили А.Э. Конторович и другие на примере мезозойских отложений Сибири, максимальные содержания органического вещества в пределах внутренней зоны Западно-Сибирской плиты тяготеют к участкам устойчивого и длительного погружения, иногда не компенсированного осадконакопления. В периферических зонах концентрация рассеянного органического вещества значительно ниже.
Рельеф области сноса влияет на соотношение количеств терригенного материала и органического вещества, сносимого в бассейн. Как показали расчеты указанных авторов, содержания органического вещества в синхронных отложениях Сибири в первом приближении обратно пропорциональны мощностям толщ.
Благоприятный гумидный климат в ранне-среднеюрское время в сочетании с другими факторами привел к уникальному обогащению органическим веществом отложений Западной Сибири.
Нами изучалось рассеянное органическое вещество в разных генетических типах кайнозойских отложений. Общее содержание органического вещества в указанных отложениях определялось путем сухого сжигания в токе кислорода в трубчатой печи с последующим замером образующегося углекислого газа при помощи щелочного поглотителя.
Образцы были взяты из нескольких разрезов на территории Белоруссии и Польши. В скважине Аллея Иерусалимская на территории г. Варшавы вскрывается мощная толща (около 100 м) так называемых пестрых глин, по возрасту относящихся к неогену. На основании изучения геохимических особенностей отложений этой скважины их удалось разделить на 2 части: верхнюю (глубина 60-90 м), где в пестрых глинах распространены ржаво-бурые пятна ожелезнения, и нижнюю, в которой эти пятна имеют красно-малиновую окраску. Анализ материалов позволяет считать, что образование этих глин связано с различными палеогеографическими обстановками: литогеохимическая толща отличается по составу глинистых минералов (в нижней части больше каолинита, в верхней монтмориллонита и гидрослюды), карбонатности, содержанию железа, марганца и ряда микроэлементов.
Толща пестрых глин весьма неоднородна и представляет собой чередование черных глин, насыщенных органическим веществом, непосредственно залегающим под ними, пестрых пятнистых глин, из-за которых вся толщина получила свое название, и прослоев серого и палевого алеврита. Такая циклотема соответствует, по нашему мнению, отдельным озерноаллювиальным циклам и повторяется в разрезе несколько раз.
Изучалось содержание органического вещества в прослоях черных глин, отобранных на различных глубинах. Определения показали, что эти глины характеризуются невысоким содержанием органического углерода (от 0,04 до 0,34% при среднем значении 0,17%). Несколько больше отмечается органического вещества в верхней части разреза на глубине 60—85 м (от 0,25 до 0,34%); в нижней части разреза количество органического углерода не превышает 0,2%.
В Белоруссии образцы глин отбирались из полтавской серии (соответствуют по возрасту пестрым глинам Польши). Пo данным С. С. Маныкина (1966), глины из различных частей отложений полтавской серии разновозрастны, формирование их охватывает период от олигоцена до верхнего плиоцена. По-видимому, это может относиться и к «пестрым глинам» ПНР.
В скважине 2 (д. Горохово) (рис. 25) на глубине 34—43 м залегает глина алевритистая, темно-серая до черной с прослойками алеврита, с горизонтальной слоистостью. Эти отложения были датированы П.И. Дорофеевым как плиоценовые.
В плиоценовых отложениях содержание органического углерода колеблется от 0,04 до 0,55%. Причем выделяются два максимума, связанные с изменениями среды осадконакопления.
Плиоценовые отложения в указанной скважине перекрываются в свою очередь песком темно-серого цвета, гумусированным, средне- и мелкозернистым со значительной примесью мелких зерен гравия, встречаются также сильно разложившиеся растительные остатки. Образование этого песка предположительно относят к началу антропогена. Содержание углерода в нем колеблется от 0,19 до 0,31%.
Содержание органического углерода в третичных (неоген?) глинах изучалось также в разрезе № 5241 около д. Белановичи Петриковского района Гомельской области. В коричневой и черной глинах, которые находятся в основании этого разреза, содержание органического углерода колеблется от 0,23 до 0,77% при среднем значении 0,40%. Причем отмечается один четкий пик в распределении органического вещества по профилю.
Четвертичные межледниковые отложения в исследованиях автора были представлены несколькими характерными разрезами. В частности, изучались миндель-рисские озерные отложения в скв. 4 (Деревище) (рис. 25). Они залегают на глубине 23,0 —47,0 м под слоем вюрмских аллювиальных и рисских флювиогляциальиых песков. Преобладают буровато-серые супеси, темно-бурые с коричневатым оттенком суглинки и зеленовато-серые алевриты. Ниже в этой скважине на глубине 52,0—54,0 м встречаются осадки раннего антропогена (согласно данным УГ при CM Белоруссии). С глубины 54,0 м распространены палеогеновые (киевские) пески и алевриты.
Изучение особенностей распределения органического углерода в миндель-рисских озерно-аллювиальных отложениях в скв. 4 (Деревище) показывает, что в верхнем слое буроватосерой супеси (на глубине 23—30 м) содержание органического углерода изменяется от 0,54 до 0,74%, причем вверх по разрезу его количество уменьшается. Отмечается два небольших пика в его распределении.
Высокое содержание органического углерода отмечается в рисс-вюрмских кремнистых и глинистых сапропелях в скв. 5 (Старчь). Указанные на рис. 25 скважины расположены в одном районе на небольшом удалении друг от друга и иллюстрируют изменение в характере водоемов и осадочной толщи Полесья в неогене и плейстоцене.
Органическое вещество в озерных осадках рисс-вюрма в скв. 5 (Старчь) содержится в количестве от 1,15 до 6,65% при среднем значении 2,97%. Наблюдается постепенное уменьшение содержания углерода вверх по разрезу. Причем на кривой распределения отмечается два пика. Так, в образце 8 (глубина 17—19 м) отмечается первый пик в содержании органического вещества, где его количество достигает 2,9%, в образце 12 (глубина 24,0—30,4 м) отмечается второй пик, где содержание углерода достигает 6,65%. Предполагается, что эти пики связаны с колебаниями климата, которые отмечаются многими исследователями.
Во всяком случае сравнение этого разреза с разрезом на Половецко-Купановском болотном массиве в Ярославской области указывает примерно на такой же характер изменения содержания органического вещества в сапропелях конца рисс-вюрма — начала вюрма.
Данных о содержании органического углерода в моренных отложениях сравнительно немного. Согласно нашим определениям, красно-бурые рисские морены восточных областей Польши и Белоруссии содержат в среднем 0,09—0,15% органического углерода. Содержание его в отложениях перигляциальной формации в лессах и погребенных в них почвах колеблется от 0,04 до 0,66% при среднем значении 0,17%.
В частности, современная почва в Хульче (ПНР) содержит в горизонте A1 0,66% органического углерода, почва Паудорф в Неледуве (ПНР) — 0,34%, почва Бреруп в Неледуве содержит в одном обнажении 0,50, а во втором — 0,66%. Образец с органическими остатками из профиля Ээм в Неледуве содержит только 0,14% углерода. Образец оглеенного лесса на глубине 5 м в разрезе Избица имеет также низкое содержание органического углерода (0,09%). Содержание органического углерода в лессах в Казимеже (ПНР) низкое: от 0,04 до 0,26% при среднем значении 0,12%.
Таким образом, в изучаемых нами континентальных отложениях неогена и плейстоцена Белоруссии и ПНР отмечается значительная вариация в содержаниях рассеянного органического вещества в зависимости от генетического типа пород и фациальной обстановки.
Нами совместно с В. Витушко было проведено исследование содержания битумов и гуминовых кислот в указанных отложениях. В породах четвертичного возраста больше и гуминовых кислот и битумов, причем в составе органического вещества превалируют первые. В исследуемых нами образцах количество гуминовых кислот в отложениях четвертичного периода почти в 10 раз больше, чем в породах третичного возраста.
Внутри третичных отложений указанные компоненты также распределены неравномерно. С увеличением глубины взятия образца возрастает содержание битумов и уменьшается количество гумусовых веществ. В скважине Аллея Иерусалимская на глубине около 61,0; 91,0; 160 м содержится соответственно 12,0; 25,62; 30,43%. битумов, 20,0; 11,11; 4,35% гуминовых кислот в органическом веществе и 0,03; 0,046; 0,07% битумов, 0,05; 0,02; 0,01 % гуминовых кислот в породе.
Такая зависимость наблюдается и в скв. 2 (д. Горохово). Исключение составляет образец 7 скв. 2, который по литологическому составу представлен песком и находится на границе плиоцена и четвертичного периода. В нем наблюдается большой процент битумов.
Отмеченное изменение в содержании органических компонентов с глубиной связано, вероятно, с тем, что глины из более нижних горизонтов отлагались в условиях субтропического климата, а также имеют более древний возраст.
Сказанное позволяет отметить, что значительные колебания содержания органического вещества в межледниковых осадках, а также в отложениях третичного периода ясно указывают на существенные различия в палеогеографических условиях верхнетретичного и четвертичного периодов. В третичных отложениях максимум в содержании органического вещества приходится, вероятно, на миоцен.
Ряд интересных геохимических проблем возникает при изучении взаимного влияния органического вещества и карбонатов в породе, органического вещества и глинистых минералов и т. д.
Взаимодействие органического вещества с карбонатом кальция изучал Эрвин Зюсс. Он установил, что растворенные в морской воде вещества, содержащие липоиды и аминокислоты, взаимодействуют с поверхностью карбонатных минералов. Их содержание в морской воде составляет приблизительно 14% общего растворенного органического углерода. Поверхность минералов насыщается органическим углеродом, адсорбируя 0,1—1,5 мг С/м2. Это соответствует тому количеству, которое необходимо для образования мономолекулярного слоя. Кальцит селективно адсорбирует 30—75% исходного количества липоидного материала, фосфолипидов и веществ, содержащих аминокислоты. Рассмотренные выше явления адсорбции органического вещества карбонатным минералом могут уменьшить скорость установления равновесий или совсем затормозить реакции, если имеет место полная изоляция минерала органическим веществом. По-видимому, эти явления могут иметь место и в пресноводных водоемах.
При изучении озерных отложений неогена и плейстоцена Полесья нами были установлены некоторые особенности в распространении карбонатов и органического вещества (рис. 25). Как видно из рисунка, в озерных отложениях миндель-рисского межледниковья характер кривой распределения карбонатов и органического вещества не совпадает. Вероятно, в миндель-риссе большую роль играл терригенный карбонатный материал и не создавались в данном районе такие отдельные благоприятные периоды для карбонатонакопления, связанного с биогенными процессами, как в рисс-вюрме и голоцене. Кривые распространения органического вещества и карбонатов в рисс-вюрме характеризуются двумя кульминациями, которые совпадают.
В голоцене в водоемах Полесья наблюдается постепенное увеличение концентрации органического вещества, которая достигает в среднем и верхнем голоцене значительных величин. В распределении карбонатов отмечается небольшой пик, который, вероятно, имел место в бореальный период. Последнее явление характерно для озерных отложений Русской равнины. Однако на территории Полесья накопление карбонатов происходило менее интенсивно, чем на севере, в области распространения вюрмского ледника.
В современных ландшафтах Полесья органическое вещество играет очень важную роль. С ним связаны накопление торфа, образование органо-минеральных осадков в озерах, формирование состава поверхностных вод. Лесная и густая травянистая растительность лугов и болот Полесья обеспечивает образование большого количества органического вещества, часть которого накапливается в виде торфа, часть минерализуется до CO2, превращаясь в органические кислоты, углеводы, белки, жиры. Растворимое органическое вещество поступает в поверхностные и грунтовые воды, обусловливает их химический состав и активность в биогеохимических процессах литогенеза и ландшафтообразования. Органическое вещество образует органо-минеральные соединения железа и малых компонентов (Ni, Co, Cu, Mn, Al), способствуя накоплению их в водах и торфяных залежах (хелаты и др.).
Установлено, что при фоновом содержании Si, Co, Mn, Cu соответственно 2,94, 3,27, 53,93 и 10,44 у/л в водах с повышенной концентрацией органических веществ количество этих элементов возрастает в среднем на 63, 55, 70 и 66%.
Проблеме взаимодействия органического вещества и глинистых минералов посвящены многочисленные исследования, особенно в нефтяной геологии.
Вместе с тем, как отмечают С.Г. Саркисян и Д.Д. Котельников, в области выяснения связей между глинистыми минералами и битумообразованием многие вопросы остаются невыясненными, а по некоторым из них имеются самые противоречивые суждения. Это обусловлено в основном тем, что имеющиеся в литературе данные касаются только отдельных частных закономерностей и не учитывают всей сложности и многообразия факторов, от которых зависит механизм взаимодействия глинистых минералов и органического вещества.
Г.И. Носов и В.Р. Влодарская отмечают приуроченность повышенной битуминозности, в частности битума А с относительно низкой степенью восстановленности, к породам, содержащим значительную примесь разбухающих минералов, тогда как меньшая битуминозность с более высокой степенью восстановленности битума свойственна породам, характеризующимся преобладанием ассоциаций глинистых минералов с неразбухающей структурой. На примере Азово-Кубанского прогиба эти авторы установили, что отношение битум Л/битум С для неразбухающих глин в среднем составляет 2,85, а для разбухающих — в среднем 0,58.
В изученных нами разрезах Полесья (рис. 25) значение коэффициента А/С изменяется от 1,77 до 0,46. В них также отмечается закономерность — с увеличением содержания монтмориллонита увеличивается величина Л/С (отложения рисс-вюрма). Вместе с тем в приведенных разрезах наблюдается некоторое несоответствие с указанной закономерностью. Оно заключается в том, что в отложениях неогена также господствует монтмориллонит, но значение А/С более низкое. Причем если в неогеновых отложениях монтмориллонит является типоморфным аутигенным минералом, характерным для определенных эпох неогена, то в разрезе рисс-вюрма это скорее всего терригенный монтмориллонит из продуктов размыва тех же неогеновых и меловых отложений. По-видимому, здесь нужно учитывать значительно больше факторов, в том числе первичные условия накопления органического вещества и фациальную обстановку.
В отложениях «пестрых глин» ПНР величина А/С мало изменяется по разрезу, несмотря на выраженные изменения в геохимической обстановке осадконакопления, о которых говорилось выше.
Особенности изменения глинистых минералов и органического вещества в современных торфяниках Колхиды изучали Л.И. Боголюбова и П.П. Тимофеев. Ими установлено, что состав глинистых минералов изменяется в зависимости от фациальной среды и содержания органического вещества в породах. Вверх по разрезу увеличивается содержание каолинита, в содержании монтмориллонита наблюдается обратная закономерность. В изменениях содержаний гидрослюды и хлорита четкой закономерности не обнаружено. Вместе с тем указанные авторы отмечают, что в торфах с зольностью менее 35% в составе глинистых минералов отсутствует монтмориллонит и хлорит при сохранении гидрослюды и каолинита. Отмечается появление вермикулита.