Сланценосность отложений среднего ордовика Прибалтийского бассейна

В наиболее богатом органическим веществом кукерском горизонте в западной (Эстонской) части бассейна насчитывается максимально 28—30 слоев горючего сланца с суммарной мощностью пласта около 5 м, что дает коэффициент общей сланценосности около 30. В той или иной мере содержат органическое вещество и разделяющие горючий сланец пласты и прослои мергелей и известняков. В восточной (Ленинградской) части бассейна наибольшее число прослоев сланца 16—20, суммарная мощность их меньше — до 2—3 м, соответственно и коэффициент общей сланценосности значительно ниже, чем на промышленной площади Эстонского месторождения.

Собственно промышленная пачка горючих сланцев кукерского горизонта (одна и та же в западной и восточной частях бассейна) имеет следующее строение.

Для Эстонского месторождения может быть дан в качестве типичного следующий обобщенный разрез (снизу вверх) промышленной пачки, заимствованный у Я.Ю. Кельпмана и Г. Ю. Эльтермана.

Слой А представлен плотным буро-коричневым горючим сланцем, разделяющимся на две части: верхнюю (Al), более глинистую, и нижнюю (А), менее глинистую. Между ними местами есть тонкий (0,03—0,07 м) прослой известняка. Мощность слоя А (А+A1) 0,25 м.

Слой АУВ — «синяя плита». Известняк глинистый синевато-серый с включениями сапропелита, иногда с прослоями мергеля — 0,15—0,17 м.

Слой В — сланец легкий, коричневатого цвета, легко раскалывающийся на плитки, поверхности которых покрыты обильными остатками фауны с включениями (до 2—3 см) известняка. В нижней части слой пиритизирован. Мощность слоя 0,50—0,60 м.

Слой В/С — известняк с примесью сапропелевого материала, коричневато-серый — 0,07—0,16 м.

Слой С — горючий сланец коричневый более темный, чем слой В. Много включений известняка вытянутой эллипсоидальной формы толщиной до 0,07 м. Верхняя часть слоя (0,10 м) пронизана многочисленными ходами илоедов, заполненных известковым материалом. Переход к вышележащему слою постепенный. Мощность слоя в среднем 0,40 м.

Слой C/D — известняк синевато-серый скрытокристаллический — «двойная плита», раскалывающийся посредине на два слоя. Внизу слоя наблюдаются многочисленные ходы илоедов, заполненные кальцитом и сапропелитовым веществом. Мощность слоя 0,20—0,22 м.

Слой D — сланец зеленовато-коричневый глинистый, в средней части слоя местами включения известняка, мощность 0,08 м.

Слой D/E — известняк «розовая плита» желтовато-розового цвета — 0,07—0,08 м.

Слой E — сланец желтовато-коричневый, местами буровато-коричневый, с включениями и прослойками известняка (сапропелевого), заключает разнообразные неправильно ориентированные остатки фауны — 0,30—0,32 м.

Слой E/F — известняк («чертова кожа») с двумя-тремя прерывистыми пиритизированными прослойками. Переход к слоям E и F постепенный — 0,10—0,20 м.

Слой F — сланец серо-коричневый, заключающий до 30% от объема включения известняка. Верхние 0,10 ж представлены более глинистой разностью сланца. Мощность слоя 0,7—0,9 м.

Слой F/G — известняк зеленовато-серый с примесью кукерсита мощностью в среднем около 1,25 м.

Слой G — сланец буровато-коричневый с включениями известняка — 0,25 м.

Слой G/H — известняк зеленовато-серый с мелкими включениями кукерсита — 0,23 ж.

Слой H — горючий сланец коричневато-бурый с включениями известняка — 0,16 м.

Общая мощность промышленной пачки (от слоя А до слоя F) максимально 3,2 м.

На долю чистого горючего сланца приходится не более 1,6—1,8 м.

Глубина залегания промышленной пачки на разрабатываемой части месторождения 20—50 м. На юге сланценосного поля 100 м и более.

Обобщенный разрез промышленного пласта горючих сланцев на Ленинградском (Гдовском) месторождении, по данным В.В. Левыкина и В.С. Сизовой, следующий.

Кровля промышленной пачки — желтовато-серый глинистый известняк, «ложная кровля» — известково-глинистый сланец с многочисленными включениями известняка. Мощность «ложной кровли» 0,10—0,53 м.

I слой — темно-коричневый горючий сланец, включающий значительное количество горизонтальнолежащих удлиненных желвакообразных конкреций известняка длиной до 0,50—0,60 м и толщиной до 0,10 м. Мощность слоя колеблется от 0,46 до 1,37 м. В нижней части слоя — пропласток известняка мощностью 0,02—0,15 м. Содержание конкреции известняка в I слое достигает 50%, составляя в среднем 0,25%. Этот слой соответствует слоям Д, E Эстонского месторождения.

«Плита» — светло-серый, слабо глинистый известняк, однослойный или двухслойный, мощностью 0,14—0,45 м, в среднем 0,24—0,27 м.

II слой — довольно чистый, богатый органическим веществом, темно-коричневый горючий сланец с характерными «червеобразными ходами» — белыми известковистыми цилиндрическими включениями до 2 мм в диаметре; мощность 0,10—0,50 м, средняя 0,20—0,25 м. II слой отвечает слою С Эстонского разреза.

«Кулак» — глинистый желтовато-серый известняк, залегающий в виде линзовидных глыб; мощность «кулака» изменяется в пределах от 0,04 до 0,25 м, в среднем 0,1—0,15 м.

III слой представлен наиболее чистым богатым органическим веществом коричневым или светло-коричневым, легким и плотным горючим сланцем, лишенным известняковых включений мощностью от 0,09 до 0,45 м (средняя 0,20—0,22 м). Данный слой параллелизуется со слоем В Эстонии.

«Разделяющий» слой — голубовато-серый глинистый известняк мощностью 0,06—0,40 м.

IV слой — горючий сланец, несколько более глинистый, чем вышележащие слои. Состоит он обычно из двух пачек, нижняя из которых представлена глинистой разновидностью бурого цвета, верхняя — мергелистым сланцем. Мощность слоя 0,9—0,12 м, к востоку и югу от центральной части месторождения она снижается до 0,04 м. Этот слой соответствует слоям А и A1 Эстонского месторождения. Почва промышленной пачки — глинистый известняк.

Общая мощность промышленного пласта в пределах Ленинградского месторождения изменяется от 1,4 до 3,25 м, а суммарная мощность всех составляющих его слоев горючего сланца от 0,7 до 2,08 м, в среднем около 1,0 м. Глубина залегания промышленной пачки 40—145 м.

Сопоставление разрезов промышленной пачки Эстонского и Ленинградского месторождений показано на рис. 10.

Наличие горючих сланцев сказывается в общем облике разреза кукерского сланценосного горизонта. Прежде всего в нем по сравнению с другими несланценосными горизонтами карбонатной серии ордовика — силура наблюдается многообразие литологических типов и разновидностей, что связано с наличием не только нескольких основных групп пород: известняков, мергелей, глин, кукерситов, но и развитием целой гаммы переходных образований. Эти типы и разновидности пород часто образуют в разрезе ритмичное чередование. Элементарные осадочные циклы нередко начинаются поверхностью перерыва (диастемой). Выше нее залегают горючий сланец или мергель, обогащенный органическим веществом — керогеном. Далее следует известняк с примесью органического вещества, переходящий вверху в известняк без керогена. Еще выше расположена другая поверхность перерыва, знаменующая начало нового цикла. Следы подводных размывов на границе двух циклов могут и не быть. Эти первичные циклы отличаются удивительной выдержанностью, что позволяет проводить послойную увязку разреза и подмечать малейшие детали в изменении характера сланценосности на площадях, измеряемых десятками и сотнями квадратных километров.

Следует отметить общую закономерность размещения слоев горючих сланцев в пространстве, состоящую в том, что их количество и мощность возрастают к середине разреза и к центру площадного распространения сланценосной толщи. Именно в более удаленной от генетических границ части бассейна, в его центральной части, на площади около 4—5 тыс. км2, сближенные наиболее мощные сланцевые слои кукерского горизонта и составляют разрабатываемую ныне промышленную пачку. На остальной части бассейна и в других частях разреза сланценосной толщи пока не установлено сланцевых залежей, представляющих в настоящее время практический интерес. Можно отметить лишь увеличение мощности сланцевых слоев в самом верху кукерского горизонта, в 7—8 м выше кровли промышленной пачки. Эти слои, однако, подверглись разрушению в течение сравнительно продолжительного перерыва отложений между кукрузеским и идавереским временем. По данным бурения поисковых на горючий сланец скважин более мощные слои горючих сланцев в верхней хумалаской пачке кукерского горизонта находятся в южной части Эстонского месторождения, где они сохранились и от размыва. Площадь, ограниченная южной границей разведанных запасов кат. С2 и границей распространения сланцевой залежи с полезной мощностью пласта 0,5—0,7 м, является перспективной для промышленных залежей сланца в верхней части кукерского горизонта.

К западу и востоку от центральной части Эстонского месторождения установлены следующие изменения в строении сланценосной толщи. В западном направлении уменьшается общая мощность продуктивной толщи и отдельных сланцевых слоев, увеличивается количество поверхностей перерыва, известняки в большей мере обогащены керогеном. В восточном направлении также уменьшается общая мощность сланценосной толщи отдельных сланцевых слоев, но количество поверхностей перерыва уменьшается и известняки менее обогащены керогеном.

Приведем описание сланцепроявления с запада на восток, вдоль более изученной северной границы сланцевого бассейна. В районе Палдиски по побережью Балтийского моря поисковые скважины в известняках ухакуского и кукрузеского горизонтов вскрыли лишь четыре-пять маломощных (до 3 см) прослоев горючих сланцев и маломощные (до 3 см) прослои известняка, обогащенные органическим веществом кукерситного состава. На восток количество и мощность сланцевых слоев постепенно увеличиваются. У г. Таллина количество прослоев горючего сланца возрастает в ухакуском горизонте до 3—4 и в кукерском до 7—10, мощность отдельных сланцевых слоев увеличивается до 0,35 м и мощность известняков, обогащенных кукерситом, до 1 м и более. Далее к востоку количество и мощность сланцевых слоев в ухакуском и кукерском горизонтах продолжают расти, достигая своего максимума примерно в 140—170 км от Таллина, в центральном районе Эстонского месторождения.

В районе сланцевых шахт Ленинградского месторождения и особенно на Веймарнском месторождении количество и мощность сланцевых слоев заметно уменьшаются.

Наиболее мощные и выдержанные по простиранию на большие расстояния (по меньшей мере на 200 км от г. Taпa в Эстонии до ст. Волосово в Ленинградской области) слои горючих сланцев в нижней части кукерского горизонта слагают промышленную пачку (пласт): слои А, В, С, D, E и F на Эстонском месторождении и соответствующие им слои IV, III, II и I на Ленинградском месторождении. К промышленной пачке сланца некоторые исследователи относят залегающие на 0,9—1,2 м выше слоя F (I) два сближенных слоя — G и Н, разделенные слоем известняка мощностью 15—20 см (см. рис. 10).

Промышленная пачка сохраняет на всем протяжении по простиранию свое строение и особенности отдельных слагающих ее сланцевых и известняковых слоев. Наиболее характерные из этих особенностей следующие.

Верхняя часть слоя А (и соответственно слоя IV) сильно обогащена глинисто-алевритовым материалом, что послужило поводом для выделения их под символами A1 (или IV) с сохранением обозначения А (и IV) для нижней части слоя.

В средней части слоя В (слой III) повсеместно наблюдается большое скопление мшанок, расположение которых хорошо подчеркивает горизонтальную слоистость.

В верху слоя С (слой II) много хорошо заметных на более темном коричневом фоне сланца ходов илоедов, заполненных известково-обломочным материалом. На шахтах в Эстонии эта часть слоя получила местное название «лошадиная кожа».

Между слоями E и F (средняя часть слоя I) имеется прослой кавернозного пиритизированного известняка, сильно обогащенного керогеном. Из-за своей крепости на шахтах в Эстонии этот слой получил местное название «чертова кожа».

Верхняя половина слоя F (самые верхние слои I и ложная кровля) состоит из переслаивания известняков и горючего сланца примерно в отношении 1:1; в Эстонии она называется «пирог».

Характерными являются также известняковые слои между сланцевыми слоями A1 и В (IV1 и III), В и С (III и II) и С и D (II и I). Известняк первого из этих слоев глинистый, ограничен ровными и параллельными плоскостями наслоения; из-за синеватого оттенка он назван «синюха», или «синяя плита». Известняк следующего слоя имеет вид конкрециевидных образований в один, два или три ряда, вытянутых по наслоению. По своей характерной форме он получил весьма образное название «кулак». Этот известняк содержит 5—10% керогена, поэтому он желтоватого цвета.

Известняковый слой С/D характеризуется ровными и параллельными плоскостями наслоения; известняк очень крепкий, светло-серого цвета, имеет хорошие строительные качества, обладает способностью раскалываться по наслоению примерно посредине на две части; слой этот называют «двойная плита».

Имеются и другие менее заметные на глаз особенности в строении промышленной пачки (контакты, слоистость, цветовые оттенки, крепость, нахождение и форма захоронения ископаемой фауны), описание которых здесь не представляет особого интереса.

Мощность промышленной пачки сланца A—F (IV—I) меняется закономерно; максимальная ее мощность равна 3,2 м; ею характеризуется Центральный участок Эстонского месторождения. Затем мощность постепенно уменьшается в западном и восточном направлениях: в районе Раквере она составляет 2,6 м, в районе сланцевых шахт Ленинградского месторождения 2,0—2,2 м, а в районе Вейнмарна всего 1,6 м. Изменение мощности отдельных слоев идет неодинаково: мощность слоев D, E и F на запад сначала (до района Раквере) увеличивается и только еще западнее уменьшается. Максимальная мощность слоев G и H между Вийвиконна и Кивиыли и равна соответственно 33 и 26 см.

К востоку и западу мощность слоев G и H постепенно уменьшается. В районе Веймарна она не превышает 10 см, а в районе Раквере соответственно равна 13 и 22 см.

На протяжении примерно 100 км на восток от ленинградских сланцевых шахт мощность промышленной пачки все уменьшается вплоть до полного выклинивания. Так, в разрезе Сиверской опорной скважины, расположенной в 120 км на восток от шахт Ленинградского месторождения, в кукерском горизонте в интервале 90,2—106,8 м вскрыто пять маломощных прослоев (1—3 см, один из них 10 см) мергеля, обогащенного керогеном. Еще восточнее на 90 км, в районе г. Чудово, горючие сланцы обнаружены в кукерском горизонте в виде примазок и двух-трех прослоек мощностью 1—2 см.

В идавереском и йыхвиском горизонтах горючие сланцы, как уже было сказано, распространены преимущественно в восточной части бассейна.

В пределах Эстонии к востоку от Раквере в идавереском горизонте среди мергелей и глинистых известняков появляются маломощные слои (1—5 см) горючего сланца — кукерсита (пять слоев в метровой толще нижней части горизонта и два сближенных слоя в нижней части верхней половины горизонта). Для идавереского горизонта характерно наличие 9—10 слоев мощностью от 1 до 5 см черного мергеля, обогащенного (до 5—8%) органическим веществом. Эти слои размещены более или менее равномерно в известково-мергелистой толще между описанными выше прослоями горючего сланца — кукерсита. Такие прослои черного мергеля, обогащенного органическим веществом, в идавереском горизонте прослеживаются и на территории Ленинградского сланцевого месторождения.

В йыхвиском горизонте в пределах Эстонского сланцевого месторождения имеется всего два-три сланцевых прослоя мощностью 3—5 см.

В районе сланцевых шахт Ленинградского месторождения мощность отдельных сланцевых слоев в идавереском и невском горизонтах увеличивается до 25—30 см. Согласно данным Б. П. Асаткина, по мере удаления на восток от шахт (скважины, расположенные у р. Долгая,, деревень Извоз и Сосницы, примерно на расстоянии соответственно 40, 60 и 80 км на восток от сланцевых шахт) мощность идавереского и невского горизонтов увеличивается, и в их более высоких частях появляются два новых сланцевых слоя. Мощность одного из нижних слоев увеличивается до 0,5 м. В районе Чудово в невском горизонте имеются три слоя горючего сланца мощностью в среднем 0,2; 0,6 и 0,3 м, разделенных слоями известняков мощностью 0,8—4,2 м.

О проявлении сланценосности в меридиональном направлении имеется меньше данных. На севере сланценосный бассейн эродирован, особенно в центральной промышленной части месторождения, где линия размыва, судя по мощности горючих сланцев, достигает самой его середины. По сопоставлению данных разведочного бурения на Ленинградском и Вейнмарнском месторождениях можно видеть, что мощность сланцевых слоев на север уменьшается.

На юг от эрозионной границы сланценосность среднего ордовика уменьшается значительно быстрее, чем в широтном направлении. Уже на расстоянии 30—40 км от этой границы в пределах Эстонского месторождения и 60—70 км в пределах Ленинградского месторождения промышленная пачка сланцев отсутствует. До сих пор точно не установлено, происходит это в результате фациального замещения горючих сланцев мергелями и известняками или за счет генетического выклинивания. Характерно при этом резкое уменьшение полезной мощности промышленной пачки по южной границе ее распространения в полосе шириной до 10 км восток-северо-восточного простирания. Второй особенностью изменения сланценосности в направлении с севера на юг является, как уже отмечалось, увеличение мощности сланцевых слоев в верхней половине кукерского горизонта (подгоризонт Хумала) в пределах Эстонского месторождения. Здесь в 30—40 км к югу от северной эрозионной границы бассейна на участке 50—60 км, вытянутом в северо-восточном направлении между г. Taпa и с. Мустве, на западном побережье Чудского озера имеется залежь горючих сланцев, которая, возможно, будет иметь промышленное значение; глубина ее залегания 150—200 м.

Далее на юг от этой полосы сланценосность быстро уменьшается. Так, в Выхмаской опорной скважине, расположенной в 90 км от северной эрозионной границы сланцевого бассейна, горючие сланцы встречены только в кукерском горизонте в виде нескольких маломощных (до 7 см) слоев.

В скважинах около г. Тарту, в 100 км к юго-юго-востоку от г. Кохтла-Ярве, горючие сланцы обнаружены также в виде маломощных слоев и примазок, как и в Выхмаской скважине.

Состав пород сланценосного кукерского горизонта на территории Эстонии и Ленинградской области может быть кратко охарактеризован следующим образом. Преобладающей породой являются микро- и мелкокристаллические серые и зеленовато-серые известняки, в той или иной мере глинистые и доломитизированные.

Известняки и доломитизированные известняки обладают органогенной, кристаллической, детритовой, кристаллической или пелитоморфной структурами. Текстура обычно обломочная, пятнистая, иногда сланцеватая. Основная масса и органогенные включения представлены кальцитом и меньше доломитом. В качестве примеси в известняках присутствуют глинистые минералы, мусковит и серицит, кварц и пылевидный пирит. Очень часто в том или ином количестве содержится органическое вещество (гелифицированные остатки водорослей?).

В толще известняков присутствуют тонкие прослойки (0,01—0,10 м) тонкозернисто-кристаллического серого с фиолетово-бурыми пятнами глинистого доломита, нередко заключающего стяжения пирита.

Доломиты обладают кристаллической, неравномернозернистой, реже пелитоморфной структурой и состоят из плотно прилегающих друг к другу ромбоэдров минерала доломита (размером 0,06—0,5 мм). В них отмечаются гелифицированные остатки водорослей (?) и глинистое вещество. Очень редко встречаются зерна кварца и пирит. Общее представление о химическом составе карбонатных пород кукерского горизонта может дать содержание отдельных компонентов: SiO2 9,00—17,00%, TiO2 0,14—0,24%, Al2O3 2,12—4,74%, CaO 21,10—38.08%, MgO 1,20—3,52%, K2O 1,13—1,60%, п. п. п. 33,36—57,48%.

Известняки, слагающие нижнюю и среднюю части разреза невского горизонта, заключающие на Чудовском месторождении довольно мощные прослои кукерсита, состоят на 50—65% из кальцита и содержат 20—40% доломита; они содержат примесь глинистого вещества в количестве 5—20% и 3—5% обломки полевого шпата и кварцевых зерен размером 0,01—0,05 мм в количестве 3—5%.

Структура известняков органогенно-детритусовая, текстура местами слоистая. Основная масса породы состоит из тонкозернистого кальцита и доломита с неправильно распределенными обломками раковин брахиопод и остракод, члеников криноидей, колоний, мшанок и т. д. Кальцитовое вещество органических остатков участками полностью замещено вторичным доломитом.

Мергели (известковистые и реже доломитизированные), имеющие ограниченное распространение, содержат многочисленные остатки фауны. Основная масса породы состоит из тонкодисперсного глинистокарбонатного материала с выделениями кристаллов вторичного доломита. Содержание последнего в породе от 30 до 60%, кальцита 30— 40% и глинистых минералов 20—40%.

Второе место после известняков в разрезе занимают горючие сланцы. Макроскопически они представляют мергелевидную желтовато-серую, светло- и темно-буровато-коричневую породу, тонкослоистую или массивную, часто переполненную послойно расположенными известковыми белыми скелетными остатками колоний мшанок, раковин брахиопод, щитков трилобитов и других морских организмов. Наиболее чистые разности кукерсита имеют удельный вес 1,5—1,7 и содержат органического вещества до 40—55%. Сланец легко загорается от спички и горит ярким коптящим пламенем, обладает характерным смолистым запахом.

По внешнему виду и микроскопически чудовские горючие сланцы сходны с эстонскими и гдовскими. Верхний слой представляет однородную сланцеватую буровато-коричневую породу, средний отличается сильной карбонатностью, а в нижнем слое присутствуют мелкие известковистые включения.

Горючие сланцы состоят из буровато-коричневой основной массы, в которой 50—60% принадлежит разложившимся остаткам водорослей и около 30% — шламу известковистых органических остатков. Глинистое вещество составляет 10—15% и 3—5% и зерна кварца, обломки полевого шпата, пирит и гидроокислы железа 3—5%. Структура кукерсита фитогамо-пелитовая органогенно-обломочная, текстура слоистая.

В зонах выклинивания промышленной пачки в северо-западном и других направлениях, кроме южного, где граница сланценосного поля не установлена (в д. Опочивалово в 12 км к югу от Чудова сланценосность сохраняется), развиты известняки, содержащие более или менее значительную примесь органического вещества (кукерсита). Они доломитизированные, органогенные с фитогамо-кристаллической мелкозернистой структурой. Основная масса их состоит из мелкозернистого кальцита и доломита с большим количеством гелифицированных остатков водорослей и обломков известковых скелетных образований морских организмов. Глинистое вещество представляет незначительную примесь (3—5%) и связано главным образом с прослоями и примазками кукерсита.