CC BY
59
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 1 (10)
науки о земле
УДК 550.4:553.98:552.578 А.И. Обжиров
ОБЖИРОВ АНАТОЛИЙ ИВАНОВИЧ - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий лабораторией газогеохимии (Тихоокеанский океанологический институт им. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток). E-mail: [email protected]
ГЕОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ПОИСКА ГАЗОГИДРАТОВ
Рассматриваются геологические условия и закономерности формирования и разрушения газогидратов в Охотском море. Обнаружена взаимосвязь формирования газогидратов в верхних слоях донных морских осадков в районе зон разломов и потоков пузырей метана. Источником метана являются нефтегазсодержащие слои, залегающие глубоко в осадочной толще, из которых по зонам разломов при сейсмотектонической активизации метан мигрирует вверх, и в донных осадках образует газогидраты. На их основе нами разработаны методы поиска газогидратов и нефтегазовых залежей. Ключевые слова: газогидраты, метан, потоки пузырей метана, Охотское море, донные осадки.
Geology and method to search gas hydrate. Anatoly Obzhirov (V.Ul'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS).
Geology condition and regularity present in paper to form and to destroy gas hydrate in marine sediment on zone fault and flux of methane in the Okhotsk Sea. It was find out interrelation forming gas hydrate in the subsurface marine sediment layers with areas of zones fault and fluxes methane bubbles. Source of methane is oil-gas deposit. Methane is going up from oil-gas-bearing deep layers use zone seismo-activity fault to form gas hydrate. Methods to search gas hydrate and oil-gas deposit worked out to use geology regularities.
Key words: Gas hydrate, methane, zone faults, fluxes of methane bubbles, Okhotsk Sea, bottom sediment, geology regularities
В 1991 г. в Охотском море, в районе Сахалинского северо-восточного склона были обнаружены газогидраты. С этого периода и по настоящее время в Охотском море выполняются международные экспедиции с целью детальных исследований геологических условий формирования и разрушения газогидратов, выявления связанных с ними газогеохимических, геофизических, гидроакустических характеристик.
Газогидраты образуются при низкой температуре, высоком давлении, наличии достаточного количества метана и воды (1 см3 газогидрата содержит 165 см3 метана). Зона стабильности их существования присутствует в основном в морских условиях и может встречаться в зоне вечной мерзлоты. Гидраты были открыты в верхнем слое донных осадков на глубине моря 700 м в районе выходов пузырей метана из дна в воду. Этим геологическим феноменом - газогидратами и потоками пузырей метана - в первую очередь заинтересовались ученые из института ГЕОМАР (Германия). Профессор Эрвин Зюсс приехал в Тихоокеанский океанологический институт им. Ильичёва ДВО РАН (Россия) (ТОИ) в 1992 г. и предложил сотрудничество в этой области. Основная цель исследований - оценить
© Обжиров А.И., 2012
масштаб явления, изучить геологические условия формирования и разрушения газогидратов, рассчитать поток метана в воду и в атмосферу. В эти годы уже активно обсуждались причины увеличения в атмосфере метана, который участвует (как «тепличный» газ) в глобальном процессе изменения (потепления) климата. ГЕОМАР (Германия) и ТОИ ДВО РАН составили международную программу КОМЕКС (1998-2004), в рамках которой каждый год выполнялись экспедиции в Охотском море для изучения газогидратов и потоков пузырей метана из донных отложений в воду и из воды в атмосферу. После окончания этого проекта был составлен международный проект ХАОС (2003-2006) с участием ТОИ, Центра изучения газогидратов Технологического института (Япония) и Института полярных исследований КОПРИ (Корея), который был продлен новым Российско-Японско-Корейским проектом «Сахалин» (2007-2012). Основная цель этих проектов - поиск газогидратов на Сахалинском восточном склоне Охотского моря и изучение геологических закономерностей их формирования.
По этим проектам также каждый год проводились морские экспедиции в Охотском море с выполнением комплекса геологических, геофизических, газогеохимических, гидроакустических, батиметрических исследований. Одним из важных вопросов являлось повышение эффективности решения геологических задач - изучение взаимосвязи различных современных геологических процессов, которые дают основание для понимания условий формирования и разрушения полей газогидратов, процесса сейсмотектонической активизации; выяснения природной составляющей экологического загрязнения, а также определения геологических закономерностей прогноза месторождений полезных ископаемых.
Для повышения эффективности газогеохимических исследований по международным программам были выполнены новые разработки методики мониторинговых геохимических наблюдений для выявления развития современных геологических процессов, поиска газогидратов и нефтегазовых залежей.
Методики основываются на геолого-геофизических закономерностях, обнаруженных в районе исследований, где открыты газогидраты. Кратко дадим им характеристику.
1. Геоструктурный. Метод представляет сочетание стандартных геологических подходов (структурного, литолого-фациального, тектонического, стратиграфического, сейсмо- и электроразведки и др.) для анализа геологического контроля потоков углеводородных флюидов. Требуется проведение и увязка локальных зон газогидратной флюидной разгрузки с контролирующими структурами первого и второго порядков, включая региональные линеа-менты. Необходим анализ пространственной и генетической связи газогидратного скопления с соседствующими нефтегазовыми залежами на присахалинском шельфе с запада и газонасыщенными осадками глубоководной части впадины Дерюгина с востока. Систематизация и анализ результатов, полученных данными методами, реализуются на базе ГИС-технологии, прикладных геологических программ (RockWorks) и др.
2. Гидроакустический. С помощью многолучевого эхолотирования на разных частотах детально изучаются характеристики дна района исследований. По результатам составляется карта специфических для газовых потоков морфоструктур, считается количество газовых потоков и рассчитывается величина эмиссии метана с газогидратных участков.
3. Изотопно-геохимический. Метод является сочетанием методических приемов натурных, лабораторных и теоретических исследований ТОИ ДВО РАН и ДВГТУ (Инженерная школа ДВФУ). В его основе - технология представительного отбора газовых проб из различных сред, газохроматографический анализ и применение комплекса критериев анализа фонового и аномального газогеохимических полей, использование данных о поведении стабильных изотопов углерода метана и других углеродсодержащих газов в очагах их разгрузки. Применяются уникальные методы отбора и подготовки проб, а также модифицированный метод высокоразрешающей масс-спектрометрии.
4. Геоэкологический. Выполняется интерпретация полученных и архивных газогеохимических, изотопно-геохимических и геологоструктурных материалов с целью сравнительной оценки характера и величин эмиссии метана из нефтегазовых и газогидратных залежей в районах исследования. Отдельное внимание уделяется кинетике окисления растворенного метана с помощью анализа поведения стабильных изотопов углерода для контроля бактериального фильтра на пути восходящих газовых потоков.
Одним из главных результатов исследований является разработка технологии поиска нефтегазовых залежей и газогидратов, создание комплексных геологической, акустической и физико-химической моделей формирования нефтегазоносных структур на шельфе и подводного скопления гидратов метана на северо-восточном склоне о-ва Сахалина. Данные модели позволят всесторонне выявить и описать основные параметры нефтегазосодержащей и гидратоносной толщи в районе исследований. Знание этих параметров, а также характера их изменчивости позволяет выработать в дальнейшем наиболее эффективный метод поиска нефтегазовых залежей и экологически безопасный подход воздействия на гидратоносную
толщу с целью извлечения метана.
Охотское море является одним из активных районов подводной газовой разгрузки в северном полушарии и наиболее интересным объектом в Дальневосточном регионе по изучению газогидратов метана [1]. В пределах акватории к настоящему времени выявлено два района распространения газогидратов в донных отложениях (западный борт впадины Дерюгина вблизи северного Сахалина и юго-восточный борт Голыгинского прогиба в прибрежье о-ва Парамушир) и по косвенным признакам предполагается еще несколько гидратоносных площадей. На обозначенных площадях (рис. 1) отмечено около 500 выходов природного газа (преимущественно метанового состава) из донных отложений в воду и 14 структур, где обнаружены газовые гидраты.
В настоящее время исследования в этом регионе продолжаются по новому проекту России, Японии и Кореи, разработанному на 2007-2012 гг. (SSGH 2007-2012). Целью экспедиций 2007-2011 гг. было провести детальные гидроакустические и геофизические исследования на новых участках, которые располагаются южнее исследуемого ранее, а также нарастить исследуемую ранее площадь. В результате обнаружено около 500 новых потоков пузырей метана (рис. 2) и сделано предположение, что закономерности формирования и разрушения газогидратов
Рис. 2. Гидроакустическая диаграмма выхода пузы- на южной пл°щЗДи неск°льк° °тличаются ОТ рей метана из дна в воду северной площади [3]. На южной площади
Рис. 1. Схема расположения районов газогидратопро-явления в Охотском море (красные прямоугольники)
Рис. 3. Слои газогидратов (белый цвет) в донных осадках на южной площади восточного Сахалинского склона Охотского моря
газогидратов тогда обнаружено не было из-за их более глубокого залегания. Поэтому основной задачей экспедиции 2010 г. стало обнаружение на южной площади газогидратов. Во время этой экспедиции было обнаружено около 200 новых выходов.
Газогеохимическими исследованиями показано распределение метана в придонной воде и осадках вблизи выхода пузырей метана, которые превышали фоновые значения в 100 и более раз и в 1000-10000 раз соответственно. Геофизической съемкой были выделены структуры с потоками газа и изменением поверхности дна с образованием неровностей, сформированных, вероятно,
газофлюидными потоками, поднимающимися из глубоких слоев осадочного чехла. И, наконец, основным результатом было обнаружение 3-х новых участков со слоями газогидратов (рис. 3).
В настоящее время исследования по поиску газогидратов и оценке влияния выходов пузырей метана на окружающую среду продолжаются
Такое увеличение пузырей метана за относительно небольшой период времени связано, видимо, с сейсмотектонической активизацией исследуемого региона. Предполагается, что при сейсмотектонической активизации газ (метан) мигрирует по разломам из нефте-га-зосодержащих слоев, залегающих в глубоких горизонтах осадочной толщи и из-под подошвы газогидратсодержащих отложений. Слои газогидратов являются хорошей непроницаемой покрышкой для нижележащих свободных газов, и при активизации региона эти газы по разломам устремляются к поверхности. Часть газа попадает в воду, а затем в атмосферу, а часть, при достижении определенных термобарических условий, образует газогидраты в верхних слоях осадков [4].
В пределах площадей газогидратопроявления отмечены также участки с характерным развитием морфонеровностей на поверхности дна и явным отсутствием зон высачивания газов в водную толщу, на которых зафиксированы останки и фрагменты раковин названных моллюсков. Очевидно, что это участки прошлых локализаций газовых выходов, а находки ракушек - биоиндикаторы былой газовой активности. Их вымирание, возможно, связано как с повышением концентрации Н^, так и с прекращением поступления метана, который используется биотой как источник энергии и углерода [2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Обжиров А.И., Телегин Ю.А. Метан нефтегазсодержащих пород - основной источник формирования газогидратов в Охотском море // Газохимия. 2011. № 1. С. 44-49
2. Пестрикова Н.Л., Обжиров А.И. Влияние потоков метана в газогидратосодержащих отложениях Охотского моря на окружающую экосистему // Газохимия. 2011. № 1. С. 50-53.
3. Пестрикова Н.Л., Обжиров А.И. Распределение метана и газогидратов на Сахалинском восточном склоне Охотского моря // Подводные исследования и роботехника. 2010. № 1. С. 65-71.
4. Шакиров Р.Б., Обжиров А.И. Морфотектонический контроль потоков метана в Охотском море // Подводные исследования и робототехника. 2009. № 1. С. 31-39.
