Робота виконувалася у відділі сучасного морського седиментогенезу Інституту геологічних наук НАН України під керівництвом чл.-кор. НАН України, доктора геол.-мін. наук, професора О.Ю. Митропольського, якому автор щиро вдячний за постійну увагу та консультації. Дякую співробітникам відділу сучасного морського седиментогенезу за наукове спілкування та корисні поради. Висловлюю також особливу подяку старшим науковим співробітникам, кандидатам геол.-мін. наук Н.В. Маслун та Н.Н. Цихоцькій за цінні поради, критичні і конструктивні зауваження, які сприяли успішному виконанню роботи.

Рис. 1. Літолого-генетична класифікація олігоценових порід північно-західного шельфу Чорного моря

Алевроліти поширені на всіх підняттях. Для кожного стратиграфічного підрозділу характерні свої особливості. Зокрема, у верхній частині розрізу планорбелового регіоярусу алевритовий матеріал зустрічається у вигляді присипок світло-сірого кольору по площинам нашарування. В розрізі молочанського - алевроліти утворюють прошарки (до 1,5 м) між пісковиками, глинами і сидеритовими породами. Колір алевролітів сірувато-зелений, зеленувато-сірий, сіро-брунатний. Породи слюдисті, нерівномірно глинисті, з невиразною мікрошаруватою текстурою. У відкладах керлеутського регіоярусу алевроліти представлені прошарками зеленувато-сірого кольору потужністю 0,1-0,15 м.

Цемент алевролітів має змішаний кварц-каолініт-монтморилоніт-гідрослюдистий склад. Уламковий матеріал, представлений кварцом (30-85%), польовими шпатами - 20-45% (здебільшого ортоклаз, альбіт, зрідка зерна мікрокліну), мусковітом (до 1%), поодинокими уламками кременистих порід (халцедонолітів та кварцинітів). Зерна переважно кутастої форми. Склад акцесорних мінералів різноманітний: превалюють звичайна рогова обманка, дістен, ільменіт, турмалін, лейкоксен, гранат, циркон, рутил, епідот, сфен, апатит. В поодиноких зернах спостерігаються біотит, кліноцоїзит, анатаз, силіманіт, ставроліт, хроміт, гематит, ромбічні піроксени. Серед аутигенних мінералів постійно присутні пірит і глауконіт, іноді сидерит. Вміст органогенної складової незначний (поодинокі кременисті або фосфатизовані спікули губок, черепашки форамініфер). Постійним компонентом алевролітів є вуглефікований рослинний детрит (до 5-7%).

Глинисті породи представлені глинами; глинами, збагаченими органічною речовиною; глинами вапнистими.

Глини в розрізі олігоцену утворюють прошарки потужністю 0,01-0,5 м. Породи ущільнені, тонко- або неясношаруваті, безкарбонатні, слюдисті, різною мірою алевритові або піщано-алевритові. Забарвлення сіре, зеленувато-сіре, темно-сіре з брунатним відтінком. Текстура хаотична, плямиста, інколи мікрошарувата. У складі глинистої речовини переважає каолініт-монтморилоніт-гідрослюдиста асоціація мінералів. Кластичний матеріал (алевритовий - 0,03-0,8 мм, зрідка псаміто-алевритовий - до 0,2 мм) становить до 50%. Він представлений кутастими та напівобкатаними зернами кварцу (60-80%), польових шпатів - 30-40% (ортоклаз, бездвійниковий альбіт, поодинокі зерна мікрокліну), лусочками мусковіту, уламками кременистих порід. Постійно присутні пірит і глауконіт, інколи сидерит. Вміст вуглефікованих рослинних решток сягає 5-10%.

Глини, збагачені органічною речовиною (ОР) встановлено у нижній частині розрізу керлеутського регіоярусу. За вмістом Сорг (0,93-1,59%) ці породи можна віднести до доманікоїдів (О.К. Баженова та ін., 2000 р.). Глини темно-сірого до чорного кольору, ущільнені, в'язкі, різною мірою алевритові, утворюють прошарки від 0,5-0,8 до 3 м. Структура породи сплутано-волокниста або фітоалевропелітова. Уламковий матеріал (5-15%, рідко до 50%) розподілений нерівномірно у вигляді присипок, згустків, лінзовидних включень, тонесеньких прошарків. Зазвичай, породи збагачені тонкорозсіяним піритом, інколи - сидеритом. За результатами люмінесцентно-бітумінологічного аналізу (ВНДГРІ Санкт-Петербург) ОР знаходиться на самій початковій стадії катагенезу - в протокатагенезі. Форми знаходження і морфологія ОР різні. Виділено три групи: 1 - хаотично розподілений чорний сильно розкришений детрит поганого збереження, частково піритизований; 2 - морфологічно оформлений рослинний детрит, та 3 - ниткоподібні ізотропні включення, що утворилися в результаті прориву мінеральної маси мігруючим флюїдом з подальшим випадінням важчого бітумоїдного залишку в порожнині розриву після видалення рухливої частини, переважно газів і вуглеводнів. Детритна ОР, за даними вуглепетрографічного аналізу (Центральна лабораторія ВГО “Південукргеологія”), представлена фюзенізірованими частками у вигляді мілкого атриту. До 30-90% його складають мікрокомпоненти групи вітриніту. Крім того, фіксується нерівномірна насиченість бурувато-сірими скупченнями сапропланктоніту.

Глини вапнисті (CаСО3 > 5% і < 30%) спостерігаються у нижній частині планорбелового та верхній частині керлеутського регіоярусів. У першому випадку, вапнякові глини у вигляді відносно потужних пачок (до 30 м) залягають на однотипних утвореннях верхнього еоцену. Це темно-сірі, зеленувато-сірі іноді з слабким брунатним відтінком, щільні, тонкошаруваті породи, що містять до 10% кластичного алевритового матеріалу (0,03-0,08 мм), представленого кутастими зернами кварцу, іноді польових шпатів, лусочками мусковіту. Пелітова фракція складена кварцом, кальцитом, каолінітом, містить домішки гідрослюди і монтморилоніту. Серед аутигенних мінералів встановлено пірит, поодинокі утворення глауконіту і сидериту. Органогенний детрит представлений кальцитовими черепашками форамініфер, уламками фосфатної органіки.

У верхній частині розрізу олігоцену, на контакті з нижнім міоценом, у вапнистих глинах встановлено органогенний детрит кременистого складу (до 10%), який представлений опаловими спікулами губок та діатомеями (до 0,16 мм).

Глинисто-біогенні породи - мергелі, простежено у розрізі молочанського регіоярусу на підняттях Голіцина і Південно-Голіцинському у вигляді поодиноких прошарків (до 0,3 м). Вони складені сумішшю крупно- та тонкодисперсного глинистого і вапнистого матеріалу. Структура мергелів детрито-пелітоморфна, характеризується присутністю значної кількості мікрофауни, зокрема, черепашок форамініфер та їх уламків (до 10%). Містять також (до 1%) гострокутні уламкові зерна дрібноалевритової розмірності, поодинокі утворення глауконіту, дрібні кристалики та скупчення піриту, численні дрібні волокна рослинної органіки.

Біогенні породи представлені вапняками органогенно-детритусовими. Ці породи простежено на підняттях Південно-Голіцинському та Олімпійському у вигляді прошарків (до 1 м) між глауконітовими пісковиками, алевролітами і глинами в розрізі молочанського регіоярусу. Вони складені різнозернистим органогенним детритом (від 30 до 70%) та глинисто-карбонатною речовиною. Детрит представлений уламками кальцитових форамініфер і кріноідей, а також спікулами губок, заміщених вторинним зернистим кальцитом. Текстура неупорядкована, неясноорієнтована. Кластична (алевритова або псамітоалевритова) складова становить від 1-2 до 30%. Вона представлена кварцом (до 75%), польовими шпатами - до 25% (переважає ортоклаз, рідше зустрічаються зерна альбіту і мікрокліну), уламками кременистих і карбонатно-кременистих порід (до 1%). Контакт з глинисто-карбонатною масою корозійний. Частка акцесорних і аутигенних мінералів незначна.

Хемо- та біохемогенні породи представлені сидеритовими породами, фосфосидеритами і глауконітовими пісковиками.

Сидеритові породи на території шельфу мають досить широке розповсюдження головним чином у розрізі молочанського регіоярусу. Вони залягають у вигляді лінз та прошарків потужністю до 0,3 м, а також різних за розміром конкреційних стягнень (2 см і більше).

За структурно-текстурними особливостями породоутворюючого мінералу виділено:

Кристалічнозернисті сидеритові породи. До цього типу віднесено глини і алевроліти, що містять в середньому 20-40% дрібнозернистого сидериту (0,01-0,03 мм). Від раніше описаних типів ці породи відрізняються більшою вагою і брунатним відтінком. В шліфах зерна сидериту рівномірно розподілені і добре діагностуються завдяки високому подвійному світлозаломленню, ясній псевдоабсорбції, високому інтерференційному забарвленню та переважно неправильно-ізометричній або ромбоедричній формі. На локальних ділянках порода може частково або повністю бути заміщена тонкозернистим сидеритом брунатного кольору, який цементує уламкові зерна кородуючи їх.

Пелітоморфні сидеритові породи макроскопічно представляють собою щільні, досить важкі утворення жовтуватого, брунатного кольору. Забарвлення пов'язане з окисленням сидериту і перетворенням його у лімоніт. Порода майже повністю (75-95%) складається з тонкозернистого сидериту (0,003-0,005 мм), лише на окремих ділянках спостерігаються сферолітові утворення, розмір яких сягає 0,01-0,03 мм. Центри сферолітів, як правило, мають бурувате забарвлення. В основній масі у мінливій кількості розсіяні поодинокі уламкові зерна алевритової розмірності, глауконіт і пірит, цементація яких відбувається з частковим кородуванням і заміщенням карбонатом заліза.

Сидеритові породи алевритисті з конкреційною текстурою. Це брунатно-сірі, дуже важкі і міцні породи. Основну масу породи складають неправильно-ізометричні та сфероподібні утворення сидериту, розміром від 0,004 до 0,01 мм. Зустрічаються ділянки складені тонкодисперсним сидеритом темно-брунатного забарвлення. Конкреційна текстура обумовлена наявністю численних, різних за формою і розміром, стягнень. Спостерігаються овальні, округлі, неправильної форми утворення глинистого, опалового, опал-кристобалітового або фосфатного складу. Зазвичай, вони оконтурені більш світлішими, позбавленими сторонніх домішок, оторочками перекристалізованого сидериту, окремі зернятка якого можна спостерігати також і у середині стягнень. Пелітова фракція представлена сидеритом та кварцом з домішками монтморилоніту, гідрослюди і каолініту. Вміст кластичного алевритового матеріалу складає до 30%. Він представлений кутастими і різною мірою кородованими зернами кварцу і польового шпату. Постійно присутній пірит, поодинокі утворення глауконіту.

За результатами співставлення даних хімічного аналізу сидеритових порід північно-західного шельфу Чорного моря та аналогічних одновікових утворень Причорноморської западини (Н.М. Баранова, В.Х. Геворк'ян, 1968 р.) і Криму (Є.Ф. Шнюков, 1961 р.), у досліджених нами породах встановлено підвищені значення фосфорного ангідриту та оксиду магнію.

Фосфосидерити виділено на піднятті Центральному у верхній частині розрізу молочанського регіоярусу. Вміст Р₂О₅ у породі сягає 8,9%. Основна маса породи складена ізоморфною сумішшю карбонату заліза і марганцю, з домішкою фтор-апатиту. Текстура плямиста, конкреційна, обумовлена наявністю різних за формою стягнень і брунатних включень, що складені пелітоморфною карбонатною речовиною. Домішка алевритового уламкового матеріалу (кварц, польові шпати) сягає 20%. Спостерігаються поодинокі утворення глауконіту світло-зеленого кольору розміром до 0,1 мм. Пірит присутній у розсіяному стані, інколи концентрується в центрі утворень глауконіту. Органічна складова представлена поодинокими вуглефікованими рослинними рештками, кальцитовими та фосфатизованими черепашками форамініфер.

Глауконітові пісковики визначено у верхній частині розрізу молочанського регіоярусу на підняттях Голіцина, Південно-Голіцинському, Шмідта та Олімпійському. Вони утворюють прошарки зеленувато-сірого кольору, потужністю від 0,3 до 1,5 м. Вміст аутигенного глауконіту сягає 10-15%. Мікротекстура породи плямиста, обумовлена нерівномірним розподілом напівобкатаних дрібно- і середньозернистих піщаних (30-60%) та кутастих алевритових зерен (до 30%). Вони представлені кварцом (75-85%), польовими шпатами - 5-10% (переважає ортоклаз, поодинокі зерна мікрокліну та альбіту), лусочками мусковіту (до 1%), уламками кременистих порід. За мінеральним складом цементу розрізняються глинисті та карбонатні глауконітові пісковики. Глинистий цемент базального або контактно-порового типу, складається з кварцу, монтморилоніту, містить домішки гідрослюди і каолініту. Його вміст коливається від 20 до 50%. Карбонатно-глинистий цемент містить мікрозернистий кальцит (до 50%), а також включення більш крупніших зерен кальциту (0,03-0,08 мм). Серед аутигенних мінералів в перемінній кількості присутній пірит, інколи сидерит. Зустрічаються поодинокі черепашки форамініфер.

В олігоценових породах північно-західного шельфу встановлено майже постійну присутність едафогенних компонентів, представлених поодинокими відносно добре обкатаними глинистими і глинисто-алевритовими грудочками, розміром до 2 мм. До едафогенної складової нами віднесено, також, утворення глауконіту неправильно-ізометричної форми (без тріщинок синерезису) з ознаками механічного сортування за розміром.

Всі літологічні типи порід не зазнали значних катагенетичних змін і зберегли основні риси, що характерні для початкових стадій осадкоутворення, а саме седименто- та діагенезу. Спостерігається головним чином ущільнення порід при незмінності глинистого цементу і присутність новоутворень, зокрема, опал-кристобаліту, халцедону або кварцину, в порожнинах і тріщинах.

Склад глинистої речовини. За результатами гранулометричного аналізу крупнодисперсна (0,01-0,001 мм) фракція значно переважає майже у всіх виділених літологічних типах, включаючи глини. Вміст тонкодисперсної (менше 0,001 мм) фракції зазвичай складає 10-15%, дуже рідко - 40%. З метою аналізу глинистої складової різнотипових порід олігоценового віку було використано дані рентгенографічного аналізу крупно- та тонкодисперсної фракцій. При розшифровці дифрактометричних кривих визначено присутність монтморилоніту (величина основного рефлексу - 1,37-1,47 нм), каолініту (0,71-0,72; 0,355-0,357 нм) гідрослюди типу ілліту (0,97-1,04; 0,495-0,499; 0,439-0,448; 0,256-0,259; 0,239 нм), хлориту (1,40-1,39; 0,70; 0,469-0,470; 0,352-353 нм). Ці мінерали у вивчених інтервалах створюють суміші, серед яких за кількісним співвідношенням вхідних компонентів виділено три комплекси: монтморилонітовий, каолініт-монтморилоніт-гідрослюдистий, каолініт-гідрослюдистий. Кожний комплекс, окрім основних компонентів, в якості домішки містить один або декілька з решти наведених вище глинистих мінералів. Інтенсивність їх рефлексів у крупнодисперсній фракції постійно затушовується присутністю пелітоморфного б-кварцу, інтенсивність основного рефлексу якого 0,333-0,334 нм майже постійно сягає 10. У тонкодисперсній фракції вміст мінералу різко зменшується.

Аналіз розподілу глинистих мінералів у пелітових фракціях олігоценових порід свідчить, що до літологічно відмінних порід приурочені одні й ті ж їх комплекси. Відсутня залежність складу глинистих мінералів і від окислювально-відновних умов формування вміщуючих їх відкладів. Таким чином, на нашу думку, значна частина глинистих мінералів у досліджуваному регіоні має алотигенне походження.

В основний комплекс елементів, що простежується у складі порід олігоцену, входять: Ni, Ti, Cr, Nb, Cu, Sn, Ga, Yb, Sr - в кількості, що не сягає кларку; Mn, Co, V, Zr, Pb, Zn, Be, Sc, Y, La - місцями сягають або перевищують кларковий вміст (за О.П. Виноградовим, 1962).

З метою з'ясування приуроченості рідкісних і розсіяних елементів до генетично і петрографічно відмінних типів порід було проведено зіставлення результатів спектрального аналізу олігоценових порід і пелітової складової. Встановлено, що Co, V, Cr, Nb, Cu, Pb, Zn, Sn і частково Y містяться в тонкодисперсній фракції у значеннях рівних або більших порівняно із загальним вмістом їх в породі, що свідчить про концентрацію перерахованих елементів глинистими мінералами. Особливо значною була сорбція V, Sc. Істотна частка Mn, Ni, Ti, Zr, Be, Yb, Sr пов'язана з уламковою складовою, до якої вони входять як ізоморфні домішки породоутворюючих та акцесорних мінералів. Ймовірно, підвищена концентрація V, пов'язана з присутністю в породах вагомої домішки органічної речовини. Фіксується стрибкоподібне збільшення вмісту Mn в крупнодисперсній фракції карбонатних (сидеритових) порід, що може свідчити про його зв'язок з процесами морського осадкоутворення.

Аутигенні мінерали. До складу аутигенних мінералів входять пірит, сидерит, глауконіт і кальцит, які мають породоутворююче значення. У незначній кількості присутні утворення цеоліту, кремнезему та колофану. За результатами мінералого-петрографічних досліджень встановлено закономірності розподілу аутигенних мінералів у розрізі олігоцену.

Пірит постійно міститься в породах у вигляді рівномірно розсіяних тонкозернистих агрегатів, інколи оолітів або розвивається по органічних рештках і глауконіту. Його кількість в середньому дорівнює 0,5-1%. На локальних ділянках вміст мінералу збільшується за рахунок утворення плям, лінз та смуг, які розміщені уздовж тріщин, заповнених бітумоїдами. Найбільші показники вмісту піриту характерні для прошарків глин, збагачених органічною речовиною, що встановлені у нижній частині керлеутського регіоярусу.

Сидерит спостерігається у вигляді: а) сферолітів або сферолітових згустків з нечіткими, розпливчастими контурами, центри згустків можуть бути окислені; б) зерен ромбоїдної або наближеної до ромбоедра форми, розміром від 0,008 до 0,05 мм; в) тонкозернистих жовтувато-брунатних скупчень, розміром до 1 мм. Рентгенографічним аналізом підтверджено наявність сидериту у крупно- та тонкодисперсній фракціях за основним рефлексом 0,281-0,282 нм, інтенсивність якого часто сягає 10. Вміст мінералу у породах дуже мінливий - від поодиноких зерен до 95%. Сидерит є породоутворюючим мінералом в сидеритових породах, які характерні для верхньої частини розрізу молочанського регіоярусу.

Глауконіт досить легко діагностується завдяки зеленому кольору та мікроагрегатній будові. Форма утворень може бути правильною (овальна, округла, майже сферична), як правило, з глибокими зубчастими тріщинами дегідратації та усихання і неправильною (лапаста, краплеподібна, кутаста). У першому випадку їх розмір сягає 0,1-0,6 мм, у другому - 0,3-0,8 мм. Крім того: а) глауконіт виповнює пори, тріщини та порожнини навколо і в середині зерен інших мінералів чи скелетних решток; б) розсіяний у породі у вигляді згустків неправильної форми, в яких відсутні чіткі обриси; в) заповнює простір між уламковими зернами, цементуючи їх. За особливостями внутрішньої будови виділено мікроагрегатні та слюдоподібні, пластинчасті утворення. Вміст мінералу непостійний (від поодиноких утворень до 10-15%). Зміни вмісту глауконіту мають пряму залежність від розміру та кількості уламкового матеріалу, що, на нашу думку, свідчить про його перевідкладання. Аутигенні утворення розпізнаються за умови відсутності ознак механічного руйнування і сортування. В розрізі олігоцену найбільш високі концентрації глауконіт має в уламкових породах (глауконітові пісковики), що характерні для межі керлеутського та молочанського регіоярусів.

Кальцит є породоутворюючим мінералом у вапнякових глинах, мергелях, вапняках, де спостерігається, здебільшого, у вигляді тонкозернистих агрегатів, інколи присутні більш крупніші зерна (0,03-0,08 мм). Кальцит часто заповнює порожнини черепашок форамініфер, рідше заміщує спікули губок. Окремі зерна кальциту відмічено в сидеритових породах.

За ознаками речовинного складу в розрізі олігоцену виділено наступні літологічні фації: