CC BY
3УДК 550.84
ГАЗОГЕОХИМИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ В ГИДРАТОНОСНЫХ ОСАДКАХ ТАТАРСКОГО ПРОЛИВА ЯПОНСКОГО МОРЯ
И Яцук А. В.
Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Россия
E-mail: [email protected]
В статье приведены сведения по содержанию углеводородных газов С^С5 в 10 колонках донных отложений, отобранных в Татарском проливе Японского моря и содержащих включения газогидратов. Открытые в 2012 г. коллективом ТОИ ДВО РАН скопления газогидратов обнаружены на западном склоне острова Сахалин, на глубинах 322-600 м. Повышенные содержания термогенных углеводородных газов в донных отложениях формируются в зоне влияния сейсмоактивной флюидопроводящей системы дегазации Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы.
Ключевые слова: донные отложения, газовые гидраты, углеводородные газы, Татарский пролив, Японское море.
GAS GEOCHEMISTRY OF HYDROCARBON GASES IN HYDRATE BEARING SEDIMENTS OF THE TATAR STRAIT, SEA OF JAPAN
И Yatsuk A. V.
V. I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences,
POI FEB RAS, Vladivostok, Russia
The article presents the data on the content of hydrocarbon gases C1-C5 in 11 columns of bottom sediments taken in the Tatar Strait of the Sea of Japan and containing inclusions of gas hydrates. Gas hydrate accumulations discovered in 2012 by the team of the POI FEB RAS were found on the western slope of Sakhalin Island, at depths of 322-600 meters. Increased concentrations of thermogenic hydrocarbon gases in bottom sediments are formed in the zone of influence of the seismically active fluid-conducting degassing system of the Hokkaido-Sakhalin folded system.
Key words: bottom sediments, gas hydrates, hydrocarbon gases, Tatar Strait, Sea of Japan.
Введение. Татарский пролив расположен в северной части Японского моря, отделяя остров Сахалин от материковой части Евразии и протягиваясь в северо-восточном меридиональном направлении на 700 км (рис. 1А, Б). Шельф пролива представлен слабонаклонной ровной поверхностью шириной от 20 до 120 км. Бровка шельфа расположена на глубине 200 м. Континентальный склон распространяется до глубины 700 м. Донные осадки Татарского пролива представлены грубозернистыми гравийно-галечниковыми и песчаными осадками в прибрежных районах и тонкими алевритопелитовыми илами в центральной (осевой) части пролива [5]. В геологическом отношении Татарский пролив представляет собой крупный прогиб (рифт) [6]. С запада и востока его обрамляют горстовые сооружения Сихотэ-Алиньской и Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы мезозойско-кайнозойского возраста. Акватория Татарского пролива сложена мощными (до 9 км) слабодислоцированными осадочными и вулканогенно-
осадочными породами [5]. В пределах Татарского пролива выделяются три субаквальных осадочных бассейна (с севера на юг): Северо-Татарский, Южно-Татарский и Исикари-Запад-но-Сахалинский [2] (рис. 1, В). Район исследований входит в состав Южно-Татарской перспективной нефтегазоносной площади [2]. Первые находки газогидратов в северо-восточной части Японского моря были сделаны на восточном склоне хребта Окусири, при бурении скважины ODP № 796 [4].
39-00'Е МОЧИТЕ 14Г0ЧГЕ 142'0'0"Е
Рис. 1. Обзорная карта акватории Татарского пролива Японского моря. Условные обозначения: А — станции отбора кернов в 2012-2019 гг.: 1 — LV59 (2012 г.); 2 — LV62 (2013 г.); 3 — LV67 (2014 г.); 4 — LV70 (2015 г.); 5 — ОР54 (2017 г.); 6 — LV85 (2019 г.); 7 — станции подъема газогидратов; 8 — газовые факела (по данным А. С. Са-ломатина, ТОИ ДВО РАН); 9-11 — разломы: 9 — установленные, 10 — прогнозируемые, 11 — погребенные. На врезке — детальное положение станций с газогидратами. Б — общее расположение района исследований; В — основные осадочные бассейны Татарского пролива: 1 — Исикари-Западно-Сахалинский, 2 — Южно-Татарский,
3 — Северо-Татарский
Впоследствии газогидратсодержащие отложения были обнаружены в различных районах вдоль западной окраины Японии и восточной окраины Кореи [8]. Прогнозные оценки распределения благоприятных термобарических условий газогидратоносности показывали хорошие перспективы их нахождения и в российском секторе Японского моря [3]. Газогеохимические особенности углеводородных газов (УВГ) донных отложений исследуемого района были впервые исследованы в рамках российско-корейско-японского проекта SSGH 2012-2015 (Sakhalin Slope Gas Hydrate Project, руководитель д. г.-м. н. А. И. Обжиров). Так, было выполнено четыре экспедиции LV59, LV62, LV67, LV70 на НИС «Академик М. А. Лаврентьев» (рис. 1А). В ходе этих экспедиций на восточном континентальном склоне Татарского пролива на глубинах 322330 и 600 м в донных отложениях были подняты газогидраты [6]. В 2019 г. в ходе экспедиции LV85 на НИС «Академик М. А. Лаврентьев» была подтверждена стабильность существования газогидратных проявлений в Татарском проливе с момента их обнаружения в 2012 г. на конкретных участках морского дна [1].
Методика. Отбор проб донных осадков проводился в морских экспедициях ТОИ ДВО РАН гравитационными и прямоточными пробоотборниками длиной 3,5-6 м с внутренними пластиковыми вкладышами. Сразу после подъема колонки осадка переносились в судовую лабораторию для дальнейшего пробоотбора по стандартной методике лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН [7]. В этой работе проанализированы данные по 10 колонкам, содержащим газогидраты. Пробы осадка с интервалом 10-30 см отбирались в стеклянные виалы объемом 43 мл, заполненные насыщенным солевым раствором. Анализ газа проводился на борту судна методом Headspace — HS (125 проб), газовая фаза — гелий. Дополнительные пробы отбирались для термовакуумной дегазации осадка (5 проб), а также непосредственно кристаллы газогидратов для определения их газового состава (2 пробы). Состав УВГ определялся методом газовой хроматографии на газовом хроматографе «Кристаллюкс-4000М» (ООО «НПФ „Мета-хром"», Россия), снабженном одним пламенно-ионизационным детектором и двумя детекторами по теплопроводности. Газ-носитель — гелий. Минимальный объем вводимой пробы — 5 мл. Время анализа — 15-20 мин. Для калибровки прибора применялись сертифицированные поверочные газовые смеси УВГ. Относительная погрешность анализа — не более 5%. Изотопный анализ (IRMS) 513С-СН4 и 513С-С02 выполнен в лаборатории стабильных изотопов ДВГИ ДВО РАН на масс-спектрометре Finnigan MAT-253 (4 пробы).
Результаты. В результате исследований было определено содержание углеводородных газов С1-С5 (метан, этилен, этан, пропилен, пропан, н-бутан, и-бутан, н-пентан, и-пентан, неопентан) и углекислого газа в различном фазовом состоянии. По данным метода Headspace концентрация УВГ по всем отобранным колонкам (2012-2017) в сумме варьировалась от 0,4 ppm до 14,9% [7]. Анализ 10 колонок гидратсодержащих отложений показал схожий диапазон концентраций суммы УВГ от 9,8 ppm до 9,4% (HS) и от 4,6 до 12,9% (ТВД). Максимальные градиенты изменения концентраций углеводородных газов были обнаружены в восточной части Татарского пролива в кернах, содержащих газогидраты и газонасыщенные осадки. Особо детально были проанализированы две гидратоносные станции LV85-08 и LV85-11 (рис. 1, табл.). В литологическом отношении обе поднятые колонки представлены алевропелитовыми илами.
Таблица
Характеристика гидратоносных станций LV85-08 и LV85-11
Характеристика колонки Наименование колонки
ЦУ85-08 ЬУ85-11
Координаты: широта/долгота 48,23°/141,38° 48,13°/141,31°
Дата отбора 23.05.2019 24.05.2019
Глубина моря, м 325 323
Длина керна, см 280 300
Температура на забое, °С -1,3 -1,1
Количество проб 10 (HS), 2 (ТВД), 2 (ГГ) 14 (HS), 3 (ТВД)
ХУВГ (С1-С5): Ш — ррт (10-4%) ТВД, об.% Газогидрат, об.% 9,8-69660,4 (Ш) 4,6-9,9 (ТВД) 95,3 - 95,4 (ГГ) 19,4-94521,2 (Ш) 4,9-12,9 (ТВД)
Газонасыщенность, см3/кг: СН4 УВГ с2-с5/со2 25-54 0,12-0,13/6,4-7,2 27-47 0,02-0,04/1,4-3,6
Газонасыщенные интервалы, см >100 >100
Интервалы с газогидратами, см 155-280 185-300
513С-СН4 газогидрат / ТВД -48,1 --48,4/-56,0 -/-74,1
513С-С02 газогидрат / ТВД -36,6 --42,2/-48,7 -/-67,8
В колонках визуально отмечались типичные признаки газонасыщенных отложений с характерной псевдобрекчиевидной и творожистой текстурой, а также резким запахом сероводорода. В нижней части кернов обнаружены газогидраты, хаотически залегающие в виде редких маломощных слоев и мелких рассеянных включений (рис. 2).
Рис. 2. Газогидратные включения в кернах: А — LV85-08; Б — LV85-11 (фото: Д. А. Максеев)
Преобладающим газовым компонентом является метан. Скачок роста концентраций УВГ наблюдался с интервала 75-100 см, что подтверждено аномальными значениями газонасыщенности метана до 54 см3/кг и С2-С5 до 0,13 см3/кг. В нижних горизонтах колонок LV85-08 и LV85-11 отмечается присутствие бутанов до 3,2 ppm, пентанов до 6,0 ppm. В составе гидрат-ного газа преобладающим компонентом также является метан — до 95%, с примесью этана до 3361 ppm, пропана до 53 ppm и следами и-бутана до 0,19 ppm. Изотопный состав 513С-СН4 и CO2 в газогидрате (см. табл.) показал близкий состав к поднятой в данном районе в 2012 г. газогидратной станции LV59-27HC [6], что подчеркивает стабильный вклад термогенных/ка-тагенетических газов.
Выводы. Исследованиями подтверждена стабильность нахождения газогидратов в Татарском проливе с момента их обнаружения в 2012 г. Анализ компонентного, изотопного состава УВГ, а также характер вертикального распределения позволяет говорить о весомом вкладе термогенных газов и образовании полигенезисного состава УВГ в верхней толще осадков.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта № 23-27-00321 (123120500063-3).
Список литературы
1. ВалитовМ. Г., Ли Н. С., Яцук А. В. и др. Комплексные геолого-геофизические, газогеохимические и океанографические исследования в Японском море и Татарском проливе в 85-м рейсе НИС «Академик М. А. Лаврентьев» // Тихоокеанская геология. 2020. Т. 39, № 3. С. 104-109.
2. Геология, геодинамика и перспективы нефтегазоносности осадочных бассейнов Татарского пролива / Жаров А. Э. Под ред. Г. Л. Кирилловой. Владивосток: ДВО РАН, 2004. 220 с.
3. Геология и полезные ископаемые шельфов России. Охотское и Японское моря. Условия газоги-дратоносносности и потенциально газогидратоносные акватории. Атлас. Лист 1-29. М.: Научный мир, 2003. 278 с.
4. Гинсбург Г. Д., Соловьев В. А. Субмаринные газовые гидраты. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1994. 194 с.
5. Дымович В. А., Евсеев С. В., Евсеев В. Ф. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1 000 000 (третье поколение). Серия Дальневосточная. Лист M-54 — Александровск-Сахалинский. Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2017. 609 с.
6. ШакировР. Б., Сырбу Н. С., Обжиров А. И. Распределение гелия и водорода в отложениях и воде на склоне о. Сахалин // Литология и полезные ископаемые. 2016. № 1. С. 1-14.
7. Yatsuk A., Shakirov R., Gresov A., Obzhirov A. Hydrocarbon gases in seafloor sediments of Tatar Strait, Northern Sea of Japan // Geo-Marine Letters. 2020. Vol. 40. P. 481-490.
8. Matsumoto R., Ryu B.-J., Lee S.-R. et al. Occurrence and exploration of gas hydrate in the marginal seas and continental margin of the Asia and Oceania region // Marine and Petroleum Geology. 2011. Vol. 28, N 10. P. 1751-1767.
References
1. Valitov M. G., Lee N. S., Yatsuk A. V. et al. Integrated Geological-Geophysical, Gas-Geochemical and Oceanographic Research in the Sea of Japan and the Tatar Strait during the 85th Cruise of the R/V Akademik M. A. Lavrentyev // Russian Journal of Pacific Geology. 2020. N 14. P. 586-590.
2. Geologiya, geodinamika i perspektivy neftegazonosnosti osadochnyh bassejnov Tatarskogo proliva / Zharov A. E. Pod red. G. L. Kirillovoj. Vladivostok: DVO RAN, 2004. 220 s.
3. Geologiya i poleznye iskopaemye shel'fov Rossii. Ohotskoe i Yaponskoe morya. Usloviya gazogidratonosnosnosti i potencial'no gazogidratonosnye akvatorii. Atlas. List 1-29. M.: Nauchnyj mir, 2003. 278 s.
4. Ginsburg G. D., Solov'ev V. A. Submarinnye gazovye gidraty. SPb.: VNIIOkeangeologiya, 1994. 194 s.
5. Dymovich V. A., Evseev S. V., Evseev V. F. et al. Gosudarstvennaya geologicheskaya karta Rossijskoj Federacii. Masshtab 1:1 000 000 (tret'e pokolenie). Seriya Dal'nevostochnaya. List M-54—Aleksandrovsk-Sahalinskij. Ob''yasnitel'naya zapiska. SPb.: Kartograficheskaya fabrika VSEGEI, 2017. 609 s.
6. Shakirov R. B., Syrbu N. S., Obzhirov A. I. Distribution of helium and hydrogen in sediments and water on the Sakhalin slope // Lithology and Mineral Resources. 2016. Vol. 51, N 1. P. 61-73.
7. Yatsuk A., Shakirov R., Gresov A., Obzhirov A. Hydrocarbon gases in seafloor sediments of Tatar Strait, Northern Sea of Japan // Geo-Marine Letters. 2020. Vol. 40. P. 481-490.
8. Matsumoto R., Ryu B.-J., Lee S.-R. et al. Occurrence and exploration of gas hydrate in the marginal seas and continental margin of the Asia and Oceania region // Marine and Petroleum Geology. 2011. Vol. 28, N 10. P. 1751-1767.
