Российская академия наук Уральское отделение Коми научный центр Институт геологии Международный минералогический семинар «Минералогическая интервенция в микро- и наномир» 9–11 июня 2009 года Сыктывкар, Республика Коми ________________________________________________________ c. 272-274 Перенос молекул водорода и метана в структурных ячейках серпентинов при подъёме офиолитового диапира Юркова Р.М., Воронин Б.И. Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия, bivrmyrzb@mtu-net.ru Проведение исследований по названной теме обусловлено потоком данных об углеводородной дегазации в океане и на континенте в связи с серпентинизацией ультрабазитов. Ультрабазиты составляют мантийную часть офиолитовой ассоциации. В этом случае изменение ультрабазитов при формировании и становлении офиолитов и связанная с этим эволюция углеводородных флюидов представляют своевременную и актуальную проблему для изучения условий нефтегазообразования. Обсуждение заявленной проблемы основано на материалах изучения всех комплексов офиолитов во фронтальных частях островных палеодуг в пределах северо-западной активной континентальной окраины Тихого океана: Сахалин, Камчатка, Корякский хребет, остров Карагинский. Рассмотрены различные геодинамические типы палеодуг: 1)зрелая приматериковая (п-ов Мамет на Камчатке, готерив-баррем); 2)развитая приокеаническая (хр. Кумроч на Камчатке, кампан-палеоцен); 3) примитивная приокеаническая (Восточный Сахалин, альб-сантон, п-ов Карагинский, маастрихтпалеоцен). Изучены различные типы серпентинизации ультрабазитов: псевдоморфная и ранняя полистадийные гидротермально-метасоматические, наложенные. Начальные генерации серпентинитов ранней безмагнетитовой серпентинизации представлены в апогарцбургитовых серпентинитах, характерных для центральных ненарушенных частей дунит-гарцбургитового массива, которые рассматриваются как мантийный комплекс офиолитов. Представлен на п-ове Шмидта, Сахалин. Выведен на поверхность в результате подъёма офиолитового диапира в зоне перехода примитивная дуга-желоб над сейсмофокальной зоной [6]. проводилось комплексом микродифракция физических электронов, Детальное изучение серпентинитов методов: рентгеноструктурный электроннозондовый микроанализ, анализ, растровая электронная микроскопия, ядерный гамма резонанс и др. Содержание воды определялось на микротермовесах фирмы Setaram. Анализ газов выполнен на этом же приборе, представляющем адсорбционный хроматограф, присоединенный к термогравиметрической установке. Использование малых навесок (40-100 мг.) позволило изучить минералогически однородные образцы. Образцы готовились с помощью градиентной трубки, сепаратора СИМ-1 и вручную под бинокуляром. Однородность образцов уточнялась с помощью рентгеновского микроанализатора MS-46. Образцы нагревались до температуры, не превышающей температуры разложения серпентинов (600°С). Выделяющиеся газы анализировались непрерывно в процессе нагрева, что позволяло сопоставить кинетику выхода различных газов. Непрерывная продувка пространства печи инертным газом уменьшала вероятность взаимодействия газов между собой и образцом, избыточное давление в системе исключало окисление водорода и других газов за счет подсасывания воздуха. В качестве газа-носителя использовался, как правило, гелий; при определении водорода в отдельных опытах для повышения чувствительности -аргон. Анализы выполнены в лабораториях Геологического института РАН. Установлено, что в процессе ранней петельчатой безмагнетитовой серпентинизации за счёт оливина образовались антигорит с параметром элементарной ячейки а=35,5Å и природный сплав железо-никель состава тэнита (35-40 ат.% Ni) в виде мельчайших (2-5 мкм) включений в антигорите. В антигорите и оливине установлены высокие содержания Н2 (800 и 230 ммоль/кг) и метана (30 ммоль/кг) и присутствие окиси углерода. В этом случае формирование структурносвязанной воды в антигорите могло быть обусловлено участием восстановительных флюидов в процессе последовательно серпентинизации неодноактно Ni 2Mg2Si04+Mg2Si206+4CO+12H2– →Mg6Si4O10(OH)8+4CH4 на глубине присутствии никелевого катализатора, что по 40-50 схеме км в подтверждают кспериментальные, термодинамические (Т=450-600оС, Р=13-16 кбар) данные, данные изотопного состава водорода и кислорода, а также расчёты баланса вещества с учётом изоморфных замещений в структуре минералов [5]. внутрислойным растворением Начало серпентинизации обусловлено оливина и ортопироксена в результате пластических перемещений ультрабазитового мантийного вещества, возможно, в связи со сменой ротационного режима Земли. А.Е.Рингвуд, обосновывает существование в глубинных условиях новой фазы плотного водного магнезиального силиката, экспериментально подтверждённого, имеющего состав Mg7Si2O8(OH)6 и плотность 2,96 г/см3 [4]. Силикат устойчив в условиях от Т=500°С и Р=50 кбар до Т=1300°С и Р=130 кбар. Рассмотрим вопрос о локализации анализируемого водорода в серпентинах. Можно попытаться оценить длину свободного пробега молекул такого сжатого газа в породах по формуле λ≈1/V π d2 п, где n - концентрация водорода в порах, d - эффективный диаметр молекул. Независимо от размеров пор n=N/V, где N- общее число молекул водорода в 1 г породы, V - суммарный объем пор, N=0,35·10-3 моль/г породы. Для водорода d≈3·10-8 см при нормальных условиях λ≈2·10-8 см, т.е. 2Å. Такая величина λ, близкая к размерам самих молекул показывает, что водород находится в серпентинах, возможно, как и в оливинах, не в виде газа, а в виде отдельных молекул, которые внедрились в структуру минерала. В антигоритах, имеющих специфическую структуру, эти молекулы как бы запираются благодаря инверсии слоёв. Это увеличило объём элементарной ячейки минерала, в частности параметра а до 35.5Å, в то время, как биметасоматических (безводородных) антигоритов не превышает 35Å. а Метан вероятнее всего находился в межслоевых промежутках или поверхностноактивных зонах. Замещение антигорита лизардитом в процессе подъёма диапира прослеживается на растровых электронных снимках (рис. 1). Строение петли в апогарцбургитовом серпентините. a - микрофото шлифа, ув. 125, без анализатора; б - г - снимки в растровом электронном микроскопе. Длина чёрного прямоугольника внизу : б - 2, г - 4 мкм, 1 - оливин; 2 - антигорит с включениями железистого никеля (центральная часть петли), 3 - лизардит с включениями железистого никеля краевая часть петли); 4 - просечка, образующая петлю (лизардит+клинохризотил); 5 - долгоживущие каналы миграции флюидов. Высвобождающиеся метан и водород концентрировались в ловушках, возникших в процессе растяжения свода поднимающегося офиолитового диапира при повышенном давлении флюидов с формированием углеводородных интрузий. офиолитового диапира в целом происходило в единой Формирование флюидонасыщенной магматическо-метаморфической геотермальной системе в зоне перехода островная дуга-желоб [6]. Такой путь развития системы способствовал активному преобразованию углеводородных флюидов. При этом серпентиниты экранировали углеводородные флюиды от рассеивания, создавая природную автоклавную ситуацию. При каталитической активности тонкодисперсных серпентинитов и железо-никелевых соединений (тэнит, пентландит, магнетиты) в условиях повышенных температур (Т>350°С) благодаря стадийному магматизму, последовательно формировались все групповые компоненты нефти: ароматические углеводороды. нормальные алканы, Такое формирование изоалканы, нафтены, всех компонентов нефти подтверждено экспериментами и технологиями К.Г.Ионе [3]. Следует отмётит что до настоящего времени большие скопления метан и др.) восстановительных флюидов (водород, сохранились в серпентинитовых флюидоупорах Нижнетагильского массива гипербазитов на глубине 500 м. [2]. Высокая сейсмическая подвижность предостроводужных палеозон способствовала нарушению целостности серпентинитовых слоев и высокой аккумуляции флюидов в очаговых зонах землетрясений, их концрнтрации в сжатом виде, приводящей к высоким поровым давлениям и как следствие подъёму углеводородных экструзий и интрузий и миграции углеводородов по сдвиговым разломам, рассланцованным и трещиноватым зонам в осадочные ловушки присдвигового неогенового прогиба в поздние этапы становления офиолитов (для Сахалина в плиоцене) По расчетам приводимым А.Н. Дмитриевским и И.А. Володиным [1] пробегающие раз в сутки по сдвиговому разлому волновые эффект (солитоновые) энергетические импульсы формируют кумулятивный повышенной энергетики, который и приводит к описанным физико- химическим преобразованиям, обеспечивает миграцию флюидов. Время от начала формирования до внедрения офиолитового диапира оценивается в 200±10 млн лет и близко совпадает с периодом (212-215 млн лет) обращения Солнечной системы вокруг ядра Галактики. Литература. 1. Дмитриевский А.Н., Володин И.А. Формирование и динамика энергоактивных зон в геологической среде//Докл. РАН. 2006. Т. 411, №3. С. 395-399. 2. Заварицкий А.Н. Дунит Нижнетагильского массива на Урале с глубины 500 м//Вест. Геол. ком. 1925. № 4. С. 35-38. 3. Ионе Г.К. О роля водорода в техногенной эволюции Земли (Является ли Земля каталитическим реактором)//Новосибирск, ”ЦЕОСИТ” ОИК СО РАН, 2008. 67с. 4. Рингвуд А.Е. Состав и строение Земли. М.:Наука, 1981. 113 с. 5. Юркова P.M. Мантийно-коровая серпентинизация ультрабазитов как источник углеводородных флюидов//Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности М.: ГЕОС, 2002. С. 98-107 6. Юркова P.M., Воронин Б.И. Подъём и преобразование мантийных и углеводородных флюидов в связи формированием офиолитового диапира//Генезис углеводородных флюидов и месторождений. М.:ГЕОС, 2006. С. 56-67.