Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 496, № 2, стр. 149-153

Сверхглубокая скважина СГ-7 (Ен-Яха, глубина забоя 8250 м), пробуренная с целью изучения глубинного геологического строения северной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции (ЗСНГП), и оценки перспектив нефтегазоносности триасовых и палеозойских отложений, является 9-й по глубине забоя, после Кольской сверхглубокой (СССР, 12262 м), Bertha Rogers (США, 9583 м),Tiber (США, 10690 м, глубина моря 1266 м), Baden Unit (США, 9159 м), Hauptbohrung (ФРГ, 9101 м), Zistersdorf UT2A (Австрия, 8553 м), Tashen 1 (Китай, 8408 м), “Саатлинская” (СССР, 8324 м), построена между Песцовым и Ен-Яхинским газоконденсатными месторождениями, в пределах группы месторождений Большого Уренгоя в 150 км к северу от г. Новый Уренгой.

Результаты комплексного изучения, в том числе методами изотопной геологии [2–7], вскрытых СГ-7 отложений, существенно изменили традиционные представления о глубинном строении и нефтегазоносности севера ЗСНГП. Однако опубликованные ранее Sm–Nd-данные [2] характеризуют всего два образца, к тому же отобранных не из скважины СГ-7, а представляющих раннетриасовые риолиты бассейна р. Синара (восток Среднего Урала) и Даниловского грабена (запад Западной Сибири), что накладывает определенные ограничения на выводы авторов.

По данным [1], начиная с глубины 3597 м разрез СГ-7 представлен отложениями ачимовской (до глубины 3847 м) и подачимовской (3847–3854.4 м) толщ, баженовской (3854.4–3886 м), георгиевской (3886–3891 м), абалакской (3891–3960 м), тюменской (3960–4687 м), котухтинской (4687–5308 м), ягельной (5308–5417 м) и новоуренгойской (5417–5562 м) свит (все имеют юрский возраст), а также породами триаса, относящимися к витютинской (5562–5776 м), варенгаяхинской (5776–6056 м), пурской (6056–6504 м), трыбъяхской (6504–6655 м), хадуттейской (6655–6921 м), коротчаевской (6921–7414 м) и верхам аймальской свитам. Пермский возраст имеют породы основной части аймальской (7414–8248.13 м) и монгаюрибейской (интервал 8248.13–8250.22 м) свит.

В настоящей работе охарактеризована ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-систематика 14 образцов пород (базальты, туфы, силициты, долериты) в целом (табл. 1), отобранных выборочно из интервала 6925.2–8250 м и предположительно относимых к триасу и перми [1].

Определение концентраций Sm и Nd, а также отношений ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd в исходном материале осуществлялось масс-спектрометрическим методом изотопного разбавления. Навеска образца 0.1–0.2 г с дозированным количеством трассера ¹⁵⁰Nd + ¹⁴⁹Sm (исходя из условий оптимального разбавления) и смеси кислот HF + HNO₃ в соотношении 5:1, помещались во фторопластовую капсулу. Разложение проводилось в автоклавах путем нагрева до t = 130–200°С. После полного растворения материала смесь выпаривалась досуха, заливалась 10H HCl для разрушения фторидов и 6 ч выдерживалась в автоклаве при t = 130°С. Далее образец вновь выпаривался досуха, сухой остаток заливался 2.3H HCl, центрифугировался и вносился в ионообменную колонку (L 170 мм, d 5 мм) с ионитом AG-50×8, 200–400 меш. В этих колонках осуществлялось отделение суммы REE от основных составляющих пробы путем ступенчатого элюирования 2.3H HCl и 3.9H HCl. Далее фракция элюата, содержащая Nd, Sm, другие REE и следы некоторых элементов пробы, упаривалась и растворялась в 0.6 мл 0.1H HCl. Окончательное выделение Sm и Nd проводилось на второй хроматографической колонке ((L 90 мм, d 5 мм) с ди-(2-этилгексил) ортофосфорной кислотой, нанесенной на политрифторхлорэтилен (KEL-F). С целью более эффективного отделения Nd и Sm от следов щелочноземельных элементов проводилось градиентное элюирование 0.1H HCl и 0.3H HCl. Элюаты NdCl₃ и SmCl₃ выпаривались, обрабатывались азотной кислотой и далее производилось измерение соответствующих изотопных распространенностей Sm и Nd с помощью мультиколлекторного термоионизационного масс-спектрометра (TIMS) “TRITON” в статическом режиме регистрации ионных токов. Коррекция на изотопное фракционирование неодима производилась при помощи нормализации измеренных значений по отношению ¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd = 0.7219 в предположении экспоненциальной зависимости. Уровень холостого опыта 15 pg и 25 pg для Sm и Nd соответственно. Результаты многократного (n_{La Jolla} = 21, n_BCR-2 = 26) анализа стандартных образцов La Jolla и BCR-2 приводятся в табл. 1.

Полученные ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-изотопные данные представлены в табл. 1, а также на диаграммах (рис. 1–3). Аналитика, приведенная в табл. 1, характеризуются размахом значений Sm 1.41–12.9 г/т (коэффициент вариации, КВ¹¹ 58.5%); Nd 5.0–51.8 г/т (61.4%); ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd 0.1413–0.1750 (6.9%); ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 0.512798–0.512863 (0.0042%) соответственно.

Рис. 1.

¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd–¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-эволюционная диаграмма для пород пермской системы (образцы 3187, 3431) из сверхглубокой скважины СГ-7 (интервал 6925.2–7132.4 м). Синим цветом выделен силицит (3455), исключенный из расчета.

Рис. 2.

¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd–¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-эволюционная диаграмма для пород пермской системы (образцы 3654, 3676, 3771, 3821, 3886, 4146, 4235, 4326, 4416, 4446) из сверхглубокой скважины СГ-7 (интервал 7322.9–8250 м). Синим цветом выделен силицит (4436), исключенный из расчета.

Рис. 3.

График “t–ε_Nd(t)” для пород из сверхглубокой скважины СГ-7 (6925.2–8250 м). DM – деплетированная мантия. CHUR – хондритовый однородный резервуар. Single stage, Two stage – области линий эволюции изотопов неодима в рамках одностадийной и двухстадийной [11] моделей соответственно. Вкладка справа отображает положение фигуративных точек в увеличенном масштабе. Гистограмма, выделенная синим цветом вдоль оси ординат (значения более ε_Nd(0) = +11 исключены), соответствующая практически нормальному распределению вероятности, визуализирует статистику (n = 166) отношений ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd для базальтов срединно-океанических хребтов (MORB) [10].

Аппроксимация с помощью полиномиального метода наименьших квадратов [12], положения фигуративных точек на графике в координатах ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd–¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (рис. 1, 2) позволяет вычислить как возрасты, соответствующие углам наклона линий регрессий, так и первичные отношения (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₀, отвечающие точкам пересечения прямых (штриховая и сплошная трассировка) с осью ординат при нулевом значении аргумента.

Для образцов 3187, 3431, условно относимых к триасу [1], подобные расчеты определяют возраст 251 млн лет, первичное отношение (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₀ = 0.51258 ± 0.00028, ε_Nd(251) = +5.1. Относительно малые вариации значений ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd по осям абсцисс и ординат (КВ 3.1 и 0.0017% соответственно) обусловливают значительную погрешность вычисленного возраста, референсно удовлетворяя, тем не менее, имеющимся представлениям об их положении в разрезе [1].

Более представительными являются ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-данные для остальных образцов (3654, 3676, 3771, 3821, 3886, 4146, 4235, 4326, 4416 и 4446). Для них наблюдаются сравнительно бóльшие вариации отношений ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd (КВ = 7.1%), в связи с чем вычисленный возраст 276 млн лет характеризуется меньшей неопределенностью ±45 млн лет (95% дов. интервал). Первичное отношение (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₀ = 0.512545 ± 0.000046, ε_Nd(276) = = +5.1, MSWD = 0.79 (рис. 2).

Полученные величины (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₀ 0.51258 ± ± 0.00028 и 0.512545 ± 0.000046 соответствуют в терминах ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-модельных представлений, значениям ε_Nd(t) = +5.1 (табл. 1), показывая, что изученные образования произошли из остаточных фаз исходного резервуара после удаления из него вещества в некоторый более ранний момент времени. Иными словами, можно утверждать, что породы “обеднены литофильными элементами с большим ионным радиусом”, которые в ходе частичного плавления преимущественно переходят в жидкую фазу [9], что находит свое отражение на графике “t–ε_Nd(t)” (рис. 3), на котором фигуративные точки изученных пород локализуются между линиями эволюции изотопного состава неодима модельных резервуаров CHUR и DM, демонстрируя значения ε_Nd(t), соответствующие умеренно деплетированной мантии. В этом смысле ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-изотопные характеристики изученных пород как триасовой, так и пермской системы, разительно отличаются от таковых, опубликованных в ([2], стр. табл. [8]), демонстрирующих “коровые” значения ε_Nd(t) –3.52 и –3.85 для раннетриасовых риолитов бассейна р. Синара (восток Среднего Урала) и Даниловского грабена (запад Западной Сибири) соответственно.

Сравнительное постулирование близости в пределах наблюдаемых неопределенностей, инициальных величин отношений IR = (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₀ затруднено значительной погрешностью определения этого параметра для пород триасовой системы (±0.00028) в силу, как уже отмечалось, весьма малой “растяжкой” значений современных значений ¹⁴⁷Sm/¹⁴³Nd, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd.

Модельные одностадийные ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-возрасты, вычисленные относительно деплетированного источника (DM), определяемые углами наклона линий соединяющих фигуративные точки образцов и DM (область Single stage, рис. 3) укладываются в диапазон 693–998 млн лет (табл. 1). Сравнительно более узкий интервал 580–615 млн лет соответствует двухстадийным (Two stage) [11] ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-модельным датировкам. В любом случае наблюдаемые значения T_DM фиксируют минимально возможные возрасты протолита для изученных образцов, свидетельствуя о том, что субстратом для пород были неопротерозойские и/или более древние образования [8], что находит соответствующее независимое подтверждение U–Pb SHRIMP-II-данными 600, 1047, 1085, 1375, 1504, 1751 и 1816 млн лет для циркона из базальтов (интервал 6925–6950 м) СГ-7 [5].