книги из ГПНТБ / Применение ЦВМ и средств вычислительной техники в геологии и геофизике [сборник]

Г. И. ТИМОФЕЕВ, О. к. НАВРОЦКИЙ

О ЦИКЛИЧНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

ВЮРСКИХ И МЕЛОВЫХ о т л о ж е н и я х СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ

Изучение количественных закономерностей в распределе­ нии рассеянного органического вещества в осадочных толщах имеет определенное значение при выявлении благоприятных условий для нефтегазообразования и оценки перспектив неф­ тегазоносности [1, 2]. Для этого в геохимической практике обычно исследуется характер изменения по разрезу концентра­ ций Сорг , выделяются толщи разной обогащенности органи­ ческим веществом. Однако, сложность распределения Сорг в осадочных породах не всегда позволяет уверенно дифферен­ цировать разрез, а проведение границ между участками раз­ резов с различным содержанием Сорг порой не имеет четких количественных обоснований.

Для решения этой задачи необходимо в разрезах выделить участки с однотипным распределением органического вещест­ ва, т. е. представляющие собой однородную совокупность по содержанию органики. Каждый из участков должен соответст­ вовать периоду времени, на протяжении которого процессы накопления органического вещества носили стабильный ха­ рактер. Выделение таких участков в значительной мере осно­ вывается на данных опробования и может быть проведено на точной количественной основе, для чего можно применить ме­ тод разделения всей совокупности значений величин Сот- в изучаемых отложениях на основе статистической теории од­ нородности. Подобные задачи рассматриваются Д. А. Родио-

120

новым [3] как нахождение границ в геологических совокупно­ стях. Этот метод использован для изучения закономерностей накопления органического вещества в юрских и меловых отло­ жениях северо-западного Прикаопия по материалам Новоузенской опорной скважины и Уральской площади.

Сущность решения задачи заключается в нахождении оце­ нок математического ожидания для каждой из т (число ком­ понентов опробования) одномерных случайных величин для обеих частей любого из п—1 (п — число интервалов опробо­ вания) возможных разбиений разреза Т на две части. Если гипотеза об однородности совокупности (Но) верна, то при любом из п— 1 возможных разбиений Т на две части

т £ г . - я4 , І = . = * • t—1 t=k+1

(k=l, 2 . . . n — l).

Если совокупность неоднородна, то наиболее вероятное на­ хождение границы будет соответствовать тому значению к, при котором абсолютная величина разности между средними значениями двух совокупностей, на которые разбита изучае­ мая совокупность, будет наибольшей.

Доказано [3], что наиболее вероятное нахождение границы будет соответствовать тому значению к, при котором

После определения границы для выделенных совокупно­ стей вновь проводится проверка гипотез об однородности.

Процесс такого дробления продолжается до тех пор, пока гипотеза об однородности не подтвердится во всех подразде­ лениях.

В исследованных разрезах юрские и меловые отложения представлены в наиболее полном стратиграфическом объеме, начиная от нижней юры (?) и кончая датой (см. рис.). Каж­ дый разрез охарактеризован большим количеством образцов, Исследованных на содержание органического углерода.

По Новоузенской опорной скважине было выполнено 128 определений Сорг , по Уральской — 59. Образцы для анализа Сорг отбирались с таким расчетом, чтобы каждый стратигра­ фический горизонт был по возможности охарактеризован пол­ но и равномерно.

В рассматриваемых разрезах на основе вычисленных ста-

121

s

Схема выделения циклов накопления ор­ ганического вещества в юрских и меловых отложениях северо-западного Прикаспия.

а — геолого-геохимический разрез Новоузенской опорной скважины I.

Статистическая характеристика циклов:

6 — сводный геолого-геохимический разрез Уральской площади.

Статистическая характеристика циклов:

I — известняки, 2 — мергели, 3 — алев­ ролиты, 4 — песчаники, 5 — горючие слан­ цы, 6 — глины.

122

тистик Ѵк по программам для ЭВМ «Урал-2» [4] установлены границы между однородными по органическому углероду со­ вокупностями, для каждой такой совокупности в пределах раз­ реза подсчитаны средние содержания органического вещества

(*) и оценен характер его распределения по площади (а). Сравнительный анализ показывает, что выделенные в каж­

дом из разрезов участки с однородным распределением Сорг соответствуют определенным литолого-стратиграфическим

подразделениям.

Как в разрезе Новоузенской опорной скважины, так и на Уральской площади выделяются участки, охватывающие верх­ ний мел, нижний мел и сеноман, верхи нижневолжского яруса и верхневолжский и часть разреза от байоса до низов нижневолжского яруса включительно.

Для подтверждения однотипности условий накопления ор­ ганического вещества в мезозойских отложениях северной ча­ сти западного Прикаспия нами проводился литолого-страти­ графический анализ выделенных однородных совокупностей и устанавливались существенные или несущественные разли­

чия в средних значениях (х) и дисперсиях (сг2) в сравнивае­ мых выборках [5].

Сравнение средних проводилось по формуле:

где х\х2—средние значения; 0і2О22 — дисперсии; N1N2 — коли­

чество анализов.

Оценка дисперсионных отношений проводилась по кри­

Сравнение средних значений и дисперсионных отношений пополнялось при различных уровнях значимости:

q = 1%; q = 5%.

Доказанное равенство дисперсий и средних при различ­ ных уровнях значимости принималось как показатель одно­ родности сравниваемых выборок.

Анализ средних значений и дисперсий выделенных однопозрастных участков разреза по исследуемым площадям ука­ зывает на их несущественные различия, что отражает одно­ типность условий накопления органического вещества в тот Или иной отрезок времени (см. табл.).

123

Табличные значения F и d превышают вычисленные зна­ чения, и поэтому сравниваемые выборки можно отнести к од­ ной совокупности. Исключение составляет верхний мел, где F и d превышают табличные значения. Однако сопоставле­ ние верхнемелового участка № 6 Новоузенской опорной скв. с нижнемеловым № 3 Уральского сводного разреза указыва­ ет на резкое различие распределения в них органического ве­ щества:

Это позволяет нам отнести отложения верхнего мела на иссле­ дуемых территориях к единому геохимическому циклу накоп­ ления органического вещества.

Таким образом, анализ выделенных однородных участков по содержанию Сорг по разрезу и по площади позволяет вы­ делить в юрских и -меловых отложениях северной части запад­ ного Прика-опия четыре цикла.

К первому циклу отнесен стратиграфический диапазон от бай-оса до низов нижневолжского яруса, -соответствующий од­

124

ному из максимумов накопления органического вещества в юр­ ско-меловых отложениях северо-западного Прикаспия.

Содержание Сорг достаточно высоко — от 0,74 до 0,85% Интересно сравнение этих величин с кларком органического углерода для осадочных отложений Русской платформы, со­ ставляющим 0,4% [1]. Сопоставление показывает, что в этот период времени происходило накопление относительно высо­ ких концентраций органического вещества, количество которо­ го почти в два раза выше среднего содержания для осадочных отложений Русской платформы. Высокая обогащенноеть Сорг обусловливалась благоприятными палеогеографическими и фациальными условиями бассейна седиментации в этот пе­ риод.

Обращает на себя внимание широкое развитие в отложени­ ях этого цикла тонкозернистых осадков глинисто-алевритово­ го типа, составляющих в изученных разрезах более 2/3 от мощ­ ности осадков данного цикла. Условия накопления осадков этого типа наиболее благоприятны для фоссилизации органи­ ческого вещества [1,6].

Видимо, существенную роль в накоплении повышенных масс органического вещества в осадках этого времени играл принос растительного материала с окружающих источников сноса, на что указывает, в частности, обильное содержание в рассматриваемых отложениях обуглившегося растительного детрита.

На фоне постоянного (а=0,29—0,33%) и высокого уровня накопления органического вещества в этом цикле наблюдают­ ся колебания его концентраций по разрезу, что обусловлено изменениями литофациального состава этих отложений. В Новоузенской скважине отмечается резкое увеличение на­ копления органики в нижневолжское время, когда накаплива­

лись горючие сланцы (х=1,70%; о =1,53%; Ук =20). Некото­ рое обеднение органическим веществом наблюдается в самом

Второй цикл выделяется в верхней части нижневолжского яруса и верхневолжском и в литологическом отношении пред­ ставлен терригенно-карбонатными породами.

Литофациальный состав отложений указывает, что их фор­ мирование происходило в условиях открытого, мелководного, сильно регрессирующего бассейна [7], когда значительно сни­ зился темп накопления органического материала в осадках. Среднее содержание Сорг в отложениях этого цикла соетавля-

126

ет 0,30—0,35%, что более чем в два раза меньше содержания органического вещества в осадках предшествующего периода. Это связано с изменением фациальных условий, появлением карбонатных осадков (мергели, известняки) и, очевидно, с уменьшением общего количества сносимого в бассейн орга­ нического материала и снижением биологической продук­ тивности.

Опостоянстве условий накопления органического вещества

втечение этого цикла свидетельствуют незначительные вели­

чины среднеквадратичных отклонений распределения Сорг в исследуемых отложениях (а=0,21—0,27%).

Третий цикл соответствует всему нижнему мелу и сеноман­ скому ярусу.

В это время накапливались максимальные количества ор­ ганического вещества в осадках, содержание которого в сред­ нем для отложений этого цикла составляет 0,94—1,20%, что связано, возможно, с увеличением биологической продуктив­ ности бассейна и появлением благоприятных условий для мас­ сового поступления и захоронения органического материала. В течение этого цикла формировались преимущественно терригенные отложения, среди которых значительную роль игра­ ли алевритово-глинистые отложения. Терригенный состав от­ ложений свидетельствует о возросшем влиянии на бассейн се­ диментации окружавшей его суши, откуда сносилось большое количество обломочного и органического материала.

зуется незначительным масштабом накопления органического вещества (0,17—0,19%). Это обусловлено особенностями па­ леогеографической и фациальной обстановки бассейна — в верхнемеловую эпоху территория юго-востока Русской плат­ формы была покрыта обширным мелководным морем откры­ того типа.

Рассматриваемый район располагался вдали от источников сноса, что способствовало формированию карбонатных осад­ ков. При этом, как известно, обстановка малоблагоприятна для фоссилизации больших масс органического вещества, ко­ торые обычно формируются в пелагических частях бассейна

126

О. к. НАВРОЦКИЙ, Е. В. СОЛОДКОВА, Г. И. ТИМОФЕЕВ

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВМ В ПРАКТИКЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Геохимичеокие методы поисков месторождений ископаемых требуют точной количественной оценки геохимического фона и выбора оптимальной границы между фоновыми и поисковы­ ми концентрациями элемента. Приемы, предлагаемые для ре­ шения подобных задач [1], основаны на изучении законов рас­ пределения химических элементов в различных природных объектах. Большинство химических элементов в горных поро­ дах подчиняется нормальному или логнормальному закону распределения [2, 3]. Поэтому возникает необходимость вычис­ ления статистических оценок параметров распределения ипро­ верки гипотезы о .непротиворечивости эмпирического распре­ деления нормальному или логнормальному закону.

Одним из методов проверки является метод моментов [4], позволяющий получать статистические характеристики рас­ пределения по несгрушіировашшм выборкам.

Подготовка материала для ЭВМ БЭСМ-4 заключается в по­ следовательной записи результатов анализов друг за другом для каждого элемента. іВ случае отсутствия анализа записы­ вается—1. В конце каждого m-ого массива ставится признак

128

где т — число исследуемых элементов; л — число проб; —І — отсутствие анализа в данной пробе.

Такая система записи позволяет использовать этот же пер­ форационный материал для обработки его по программе вы­ числения коэффициентов корреляции. Подсчет статистических оценок параметров распределения проводится по следующим формулам:

П

п, X, s2, s, А, а (А), А: а (А), Э, а(Э), Э : а (Э), Х5% V

Все значения Хг переводятся в логарифмы и проводится подсчет статистических оценок для логарифмов содержаний. Кроме того дополнительно вычисляется среднее содержание