litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2025-25-4-848-860TXLEHKlitosphere-2335Research ArticleСпециальный выпуск журнала “Литосфера”Special Issue of the Lithosphere Journal based on the materials reported at the 14th Ural Lithological Conference and the 5th All-Russian School of Lithology “Heterogeneity in Sedimentary Systems”Особенности сидеритовой минерализации в юрско-нижнемеловых глинисто-терригенных отложениях Западной СибириSpecial aspects of siderite mineralization in the Jurassic-Lower Cretaceous clay-terrigenous deposits of Western SiberiaВакуленкоЛ. Г.VakulenkoL. G.

630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3

Lyudmila G. Vakulenko

3 Academician Koptyug av., Novosibirsk 630090

vakylenkolg@ipgg.sbras.ruНиколенкоО. Д.NikolenkoO. D.

630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3

Ostap D. Nikolenko

3 Academician Koptyug av., Novosibirsk 630090

nikolenkood@ipgg.sbras.ruПыряевА. Н.PyraevA. N.

630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3

Alexander N. Pyraev

3 Academician Koptyug av., Novosibirsk 630090

pyrayev@igm.nsc.ruЯнП. А.YanP. A.

630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3

Peter А. Yan

3 Academician Koptyug av., Novosibirsk 630090

yanpa@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияA.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RASRussian FederationИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНРоссияV.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RASRussian Federation202501092025254Специальный выпуск848860Copyright © Вакуленко Л.Г., Николенко О.Д., Пыряев А.Н., Ян П.А., 20252025Вакуленко Л.Г., Николенко О.Д., Пыряев А.Н., Ян П.А.Vakulenko L.G., Nikolenko O.D., Pyraev A.N., Yan P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/2335Объект исследования

Объект исследования. Сидерит юрских и нижнемеловых отложений Западно-Сибирского осадочного бассейна.

Цель

Цель. Определить закономерные изменения структуры и состава сидеритовой минерализации в зависимости от обстановок седиментации и стадий преобразования вмещающих отложений.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследовались проявления сидеритовой минерализации в разнофациальных юрских и нижнемеловых отложениях Западной Сибири. Морфология и состав выделений сидерита определялись методами оптической и электронной микроскопии с использованием энергодисперсионного спектрометрометрического микрозонда. В соляно-кислотных вытяжках методом ИСП-МС установлены содержания Fe, Mg, Ca, Mn, Al, Sr. Изотопный состав С и О в сидеритах определен с помощью масс-спектрометра изотопных отношений FinniganTM MAT 253.

Результаты

Результаты. Установлено многообразие форм проявления сидерита, среди которых преобладают пелитоморфный и глобулярный, в меньшей степени – микро- и тонкокристаллический и сферолитовый. Сидериты континентальных вмещающих отложений более чистые по химическому составу, в то время как в морских зафиксированы повышенные содержания Ca и Mg. В морских сидеритах отмечены незначительные вариации δ13С (от –5.5 до +5.5‰), а для континентальных характерен широкий диапазон значений δ13С (от –8.7 до +13.5‰). По изотопному составу кислорода сидерит континентальных отложений имеет более легкий состав (δ18О от 13.5 до +17.6‰) по сравнению с прибрежно- и мелководно-морскими (δ18О от +22.3 до +24.4‰). При изучении структурно-морфологических разновидностей сидерита установлено, что раннедиагенетические генерации характеризуются более чистым составом, незначительно проявленные катагенетические – повышенным содержанием Ca, Mn и Mg. Эту закономерность можно использовать при проведении стадиального анализа вмещающих пород.

Выводы

Выводы. Сидерит песчано-алевритовых и алевритоглинистых пород юры и нижнего мела Западной Сибири, образуясь под воздействием целого ряда факторов, в разных условиях раннего диагенеза, в меньшей степени позднего диагенеза–катагенеза, характеризуется широким спектром структурно-морфологических разновидностей, значительным диапазоном содержания изоморфных примесей и вариативностью изотопного состава. По ряду параметров (содержание Ca, Mg, Sr, δ18О) сидерит континентальных отложений отчетливо отличается от морских. Разносторонние прецизионные исследования будут способствовать применению сидерита в качестве индикатора условий седиментации и постседиментационных изменений.

Research subject

Research subject. Siderite of Jurassic and Lower Cretaceous sediments of the West Siberian sedimentary basin.

Aim

Aim. To determine the patterns of the structure and composition of siderite mineralization and its dependence on sedimentation conditions and stages of changes of surrounding rocks.

Materials and methods

Materials and methods. Siderite mineralization in different Jurassic and Lower Cretaceous facies of Western Siberia has been studied. The morphology of siderite was determined by optical and electron microscopy using an energy dispersive spectrometric microprobe. The contents of Fe, Mg, Ca, Mn, Al, Sr were determined in hydrochloric acid extracts using the ICP-MS method. The isotopic composition of C and O in siderites was determined using the FinniganTM MAT 253 isotope ratio mass spectrometer.

Results

Results. A variety of siderite forms has been established. Pelitomorphic and globular siderite predominate, to a lesser extent micro-, fine-crystalline and spherulite. The siderites of continental sediments are cleaner in chemical composition, and increased Ca and Mg contents are recorded in marine sediments. Minor variations of δ13C (–5.5...+5.5‰) were noted in marine siderites, and a wide range of δ13C values (–8.7...+13.5‰) is typical for continental ones. According to the isotopic composition of oxygen, siderite of continental sediments has a distinctly (depleted isotope) composition (δ18O – +13.5...+17.6‰) compared with coastal and shallowwater marine (δ18O – +22.3...+24.4‰). When studying the structural and morphological varieties of siderite, it was found that the early diagenetic generations are characterized by a cleaner composition, while the slightly manifested catagenetic ones are characterized by an increased content of Ca, Mn, and Mg. This pattern can be used when conducting a stadium analysis of enclosing rocks.

Conclusions

Conclusions. Siderite of sandy-siltstone and siltstone-clay rocks of the Jurassic and Lower Cretaceous of Western Siberia were formed under the influence of a number of factors under different conditions and at different stages of diagenesis. They are characterized by a wide range of structural and morphological varieties, a significant range of isomorphic impurities and variability of isotopic composition. According to a number of parameters (content of Ca, Mg, Sr, δ18O), siderite of continental sediments is distinctly different from marine sediments. Versatile precision studies will facilitate the use of siderite as an indicator of sedimentary environments and post-sedimentation changes.

сидеритгеохимияизотопы углерода и кислородаюра–нижний мелЗападная Сибирьsideritegeochemistrycarbon and oxygen isotopesJurassic–Lower CretaceousWestern SiberiaИсследования выполнены при финансовой поддержке ФНИ (FWZZ-2022-0007) и по государственному заданию ИГМ СО РАН (№ 122041400171-5).The research was carried out according to the State assignment on the topics INGG SB RAS (FWZZ-2022-0007) and IGM SB RAS (No. 122041400171-5).ReferencesАнтошкина А.И., Рябинкина Н.Н., Валяева О.В. (2017) Генезис сидеритовых конкреций из терригенной толщи нижнего карбона на Приполярном Урале. Литология и полез. ископаемые, 17(2), 130-144.Antoshkina A.I., Ryabinkina N.N., Valyaeva O.V. (2017) Genesis of siderite nodules from the Lower Carboniferous terrigenous sequence in the Subpolar Urals. Lithol. Miner. Res., (2), 111-124 (translated from Litol. Polez. Iskop., 17(2), 130-144).Баженов В.А., Недоливко Н.М., Симанова И.Г. (1994) Вторичное минералообразование в покрышках месторождений УВ. Геология и геофизика, (10), 61-66.Bazhenov V.A., Nedolivko N.M., Simanova I.G. (1994) Epigenetic mineral formation in the seals of hydrocarbon deposits. Geol. Geofiz., (10), 61-66. (In Russ.)Вакуленко Л.Г., Ян П.А., Бурлева О.В., Эдер В.Г. (2008) Литологическая характеристика базальных пластов в бат-верхнеюрском разрезе Западной Сибири. Био- и литостратиграфические рубежи в истории Земли. Тр. Междунар. науч. конф. Тюмень, 128-135.Coplen T., Kendall C., Hopple J. (1983) Comparison of stable isotope reference samples. Nature, 302, 236-238.Ветошкина О.С. (2006) Сидерит мезозойских отложений Нижневычегодской впадины. Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 20 с.Curtis C.D., Spears D.A. (1968) The formation of sedimentary iron minerals. Econ. Geol., (3), 257-270.Ветошкина О.С. (2005) Сидеритовая минерализация биогенных комплексов Нижневычегодской впадины севера Русской плиты. Вестн. Ин-та геол. Коми НЦ УрО РАН, (4), 23-27.Feofilova A.P. (1972) Concretions in fossil soils of Permian-Carboniferous deposits of the Donetsk basin and their relationship with the climate. Litol. Polez. Iskop., (5), 67-74. (In Russ.)Гаврилов Ю.О. (1982) Диагенетические преобразования в глинистых отложениях. М.: Наука, 100 с.Franchi F., Rovere M., Gamberi F., Rashed H., Vaselli O., Tassi F. (2017) Autigenic Minerals from the Paola Ridge (Southern Tyrrhenian Sea): Evidences of Episodic Methane Seepage. Marine Petrol. Geol., 86, 228-247.Галимов Э.М. (1968) Геохимия стабильных изотопов углерода. М.: Недра, 224 с.Galimov E.M. (1968) Geochemistry of stable carbon isotopes. Moscow, Nedra Publ., 224 p. (In Russ.)Галимов Э.М., Мазур В.М. (1972) Связь изотопного состава углерода сидеритов с фациальной характеристикой отложений и условиями существования фауны (на примере верхнеюрских и нижнемеловых пород Западной Сибири). Изв. вузов. Геология и разведка, (10), 26-32.Galimov E.M., Mazur V.M. (1972) The relationship of the carbon isotope composition of siderites with the facies characteristics of sediments and the conditions of fauna existence (using the example of the Upper Jurassic and Lower Cretaceous rocks of Western Siberia). Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Geologiya i Razvedka, (10), 26-32. (In Russ.)Гептнер А.Р., Петрова В.В., Фан Донг Ф., Нгуен Хуан Х., Ле Тхи Н. (2016) Пластовые сидериты пресноводных неогеновых отложений Вьетнама. Литология и полез. ископаемые, (2), 150-167.Gavrilov Yu.O. (1982) Diagenetic transformations in clay deposits. Moscow, Nauka Publ., 100 p. (In Russ.)Зубков М.Ю. (2016) Тектоногидротермальные процессы в юрских отложениях Западно-Сибирского бассейна. Горн. ведомости, 9(148), 30-56.Heptner A.R., Petrova V.V., Fan Dong F., Nguyen Huang H., Le Thi N. (2016) Siderite layers in the fresh-water neogene sediments of Vietnam. Lithol. Miner. Res., (2), 150-167.Зубков М.Ю. (2019) Тектоногидротермальные процессы в меловых отложениях Западно-Сибирского бассейна. Геология нефти и газа, (1), 7-26.Korobov A.D., Korobova L.A. (2014) The fluidodynamic regime of rift basins and conjugate epigenesis are the key to predicting productive reservoirs of the sedimentary cover. Geologiya, Geofizika i Razrabotka Neftyanykh Mestorozhdenii, (4), 29-38. (In Russ.)Коробов А.Д., Коробова Л.А. (2014) Флюидодинамический режим рифтогенных бассейнов и сопряженный эпигенез – ключ к прогнозу продуктивных коллекторов чехла. Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, (4), 29-38.Krajewski K.P., Gonzhurov N.A., Laiba A.A., Tatur A. (2010) Early diagenetic siderite in the Panorama Point Beds (Radok Conglomerate, Early to Middle Permian), Prince Charles Mountains, East Antarctica. Polish Polar Res., 31(2), 169-194.Македонов А.В. (1986) Историко-геологическая эволюция конкрециеобразования. Конкреции и конкреционный анализ докембрия. Л.: ВСЕГЕИ, 3-6.Ludvigson G.A., González L.A., Metzger R.A., Witzke B.J., Brenner R.L., Murillo A.P., White T.S. (1998) Meteoric sphaerosiderite lines and their use for paleohydrology and paleoclimatology. Geology, 26(11), 1039-1042.Недоливко Н.М., Жуковская Е.А., Баженов В.А. (2001) Карбонаты в юрских отложениях юго-восточной части Нюрольской впадины (Томская область). Геология и геофизика, 42(3), 491-501.Makedonov A.V. (1986) Historical and geological evolution of concretion formation. Concretions and concretion analysis of the Precambrian. Leningrad, VSEGEI Publ., 3-6. (In Russ.)Нежданов А.А. (1984) Маркирующие горизонты в продуктивных отложениях мезозоя Западной Сибири. Выделение и корреляция основных стратонов мезозоя Западной Сибири. Тюмень: ЗапСибНИГНИ, 97-106.Mozley P.S., Wersin P. (1992) Isotopic composition of siderite as an indicator of depositional environment. Geology, 20(9), 817-820.Перозио Г.Н. (1971) Эпигенез терригенных осадочных пород Западно-Сибирской низменности. М.: Недра, 159 с.Nedolivko N.M., Zhukovskaya E.A., Bazhenov V.A. (2001) Carbonates in Jurassic sediments of the southeastern part of the Nyrol depression (Tomsk Region). Geol. Geofiz., 42(3), 491-501. (In Russ.)Перозио Г.Н., Мандрикова Н.Т. (1967) Геохимия малых элементов в карбонатный этап начального эпигенеза. Вопросы литологии и геохимии Сибири. Новосибирск: СНИИГГиМС, 102-114.Nezhdanov A.A. (1984) Marking horizons in Mesozoic productive sediments of the Western Siberia. Isolation and correlation of the main stratons of the Mesozoic of Western Siberia. Tyumen, ZapSibNIGNI Publ., 97-106. (In Russ.)Пешехонов Л.В. (1975) К характеристике текстурноструктурных особенностей юрских сидеритов как возможных индикаторов степени диагенеза (на примере нефтегазоносных отложений Томской области). Изв. Томск. политехн. ин-та, 297, 50-53.Perozio G.N. (1971) Epigenesis of terrigenous sedimentary rocks of the West Siberian Lowland. Moscow, Nedra Publ., 159 p. (In Russ.)Расулов А.Т. (2006) Поликомпонентные карбонатные конкреции нового типа и их происхождение. Литосфера, (4), 175-183.Perozio G.N., Mandrikova N.T. (1967) Geochemistry of trace elements in the carbonate stage of initial epigenesis. Issue of Lithology and Geochemistry of Siberia. Novosibirsk, SNIGGiMS Publ., 102-114. (In Russ.)Теодорович Г.И. (1958) Аутигенные минералы осадочных пород. М.: Изд-во АН СССР, 226 с.Peshekhonov L.V. (1975) On the characterization of textural and structural features of Jurassic siderites as possible indicators of the degree of diagenesis (on the example of oil and gas deposits of the Tomsk region). Izv. Tomsk. Politekhn. Instituta, 297, 50-53. (In Russ.)Тимофеева З.В. (1963) Фациально-геохимические условия образования диагенетических сидеритовых руд. Литология и полез. ископаемые, (1), 88-107.Rasulov A.T. (2006) Polycomponent carbonate concretions of a new type and their origin. Lithosphere (Russia), (4), 175-183. (In Russ.)Феофилова А.П. (1972) Конкреции в ископаемых почвах пермо-карбоновых отложений Донецкого бассейна и их связь с климатом. Литология и полез. ископаемые, (5), 67-74.Tang D., Shi X., Jiang G., Wu T., Ma J., Zhou X. (2018) Stratiform siderites from the Mesoproterozoic Xiamaling Formation in North China: Genesis and environmental implications. Gondw. Res., 58, 1-15.Coplen T., Kendall C., Hopple J. (1983) Comparison of stable isotope reference samples. Nature, 302, 236-238.Teodorovich G.I. (1958) Autigenic minerals of sedimentary rocks, Moscow, Izd-vo AN SSSR, 226 p. (In Russ.)Curtis C.D., Spears D.A. (1968) The formation of sedimentary iron minerals. Econ. Geol., 63(3), 257-270.Timofeeva Z.V. (1963) Facial-geochemical conditions of formation of diagenetic siderite ores. Litol. Polez. Iskop., (1), 88-107. (In Russ.)Franchi F., Rovere M., Gamberi F., Rashed H., Vaselli O., Tassi F. (2017) Autigenic minerals from the Paola Ridge (southern Tyrrhenian Sea): Evidences of episodic methane seepage. Marine Petrol. Geol., 86, 228-247.Ufnar L.F., Gonzalez L.A., Ludvigson G.A., Brenner R.L., Witzke B.J. (2004) Diagenetic overprinting of the sphaerosiderite palaeoclimate proxy: are records of pedogenic groundwater δ18О values preserved. Sedimentology, 51(1), 127-144.Krajewski K.P., Gonzhurov N.A., Laiba A.A., Tatur A. (2010) Early diagenetic siderite in the Panorama Point Beds (Radok Conglomerate, Early to Middle Permian), Prince Charles Mountains, East Antarctica. Polish Polar Res., 31(2), 169-194.Ufnar L.F., Gonzalez L.A., Ludvigson G.A., Brenner R.L., Witzke B.J. (2001) Stratigraphic implications of meteoric sphaerosiderite d18O values in paleosols of the cretaceous (albian) Boulder Creek formation, NE British Columbia Foothills, Canad. J. Sediment. Res., 71(6), 1017-1028.Ludvigson G.A., González L.A., Metzger R.A., Witzke B.J., Brenner R.L., Murillo A.P., White T.S. (1998) Meteoric sphaerosiderite lines and their use for paleohydrology and paleoclimatology. Geology, 26(11), 1039-1042.Vakulenko L.G., Yan P.A., Burleva O.V., Eder V.G. (2008) Lithological characteristics of basal strata in the Bath-Upper Jurassic section of Western Siberia. Bio- and lithostratigraphic frontiers in the history of the Earth. Proceedings of the International Scientific Conference. Tyumen, 128-135.Mozley P.S., Wersin P. (1992) Isotopic composition of siderite as an indicator of depositional environment. Geology, 20(9), 817-820.Vetoshkina O.S. (2005) Siderite mineralization of biogenic complexes of the Nizhnevychegodsky depression of the north of the Russian Plate. Vestn. Instituta Geologii Komi NTs UrO RAN, (4), 23-27. (In Russ.)Tang D., Shi X., Jiang G., Wu T., Ma J., Zhou X. (2018) Stratiform siderites from the Mesoproterozoic Xiamaling Formation in North China: Genesis and environmental implications. Gondw. Res., 58, 1-15.Vetoshkina O.S. (2006) Siderite of Mesozoic deposits of the Nizhnevychegodskaya depression. Extended abstract of Cand. Sci. Diss. Syktyvkar, IG Komi NTs UrO RAN, 20 p. (In Russ.)Ufnar L.F., Gonzalez L.A., Ludvigson G.A., Brenner R.L., Witzke B.J. (2004) Diagenetic Overprinting of the Sphaerosiderite Palaeoclimate Proxy: Are Records of Pedogenic Groundwater δ18О Values Preserved? Sedimentology, 51(1), 127-144.Zubkov M.Yu. (2019) Tectonic-hydrothermal processes in Cretaceous sediments of the West Siberian basin. Geologiya Nefti i Gaza, (1), 7-26. (In Russ.)Ufnar L.F., Gonzalez L.A., Ludvigson G.A., Brenner R.L., Witzke B.J. (2001) Stratigraphic Implications of Meteoric Sphaerosiderite d18O Values in paleosols of the Cretaceous (Albian) Boulder Creek formation, NE British Columbia Foothills, Canad. J. Sediment. Res., 71(6), 1017-1028.Zubkov M.Yu. (2016) Tectonic-hydrothermal processes in Jurassic sediments of the West Siberian basin. Gorn. Vedomosti, 9(148), 30-56. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.